Brevet FR2573169A1 — publié le 19860516

L'invention concerne les dispositifs de commande à distance de valves et en particulier le posi- tionnement électrique à distance d'éléments hydrauliques tels que des tiroirs de valve. Le positionnement électrique à distance d'éléments -hydrauliques tels que des tiroirs de valve est réalisé depuis très longtemps. Tel qu'il est mis en oeuvre actuellement, le positionnement à distance consiste à appliquer une force axiale à l'élément hydrau- lique à l'aide de divers types de dispositifs à bobine ou d'éléments moteurs exerçant une force électromagnétique. Le mode d'application de cette force varie. La force axiale peut être appliquée directement à l'élément, comme décrit dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N 3 665 962 et N 3 789 876, ou bien elle peut être appliquée par l'intermédiaire d'un mécanisme à leviers, tel qu'une tringlerie ou un engrenage, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 902 885, ou encore on peut l'appliquer indirectement en dirigeant une pression pilote vers les extrémités de l'élément ou vers un cylindre de positionnement relié à l'élément de la valve. Dans ces derniers cas, la pression pilote est généralement obtenue à partir d'une pompe indépendante comportant une soupape de décharge ou un déchargeur séparé, ou bien elle est prélevée sur la pression d'ali- mentation principale par l'intermédiaire d'un détendeur ou d'une valve de décharge commandée par pression. Dans le domaine hydraulique, l'expression "positionnement à distance" s'applique généralement au positionnement d'un élément hydraulique proportionnel- lement à la tension (ou au courant) du signal électrique appliqué. Ainsi, si l'on applique 50% de la tension (ou d'un courant) nominale,l'élément hydraulique est placé à 50% de sa course nominale et lorsque l'on applique 100% du signal électrique nominal, l'élément est position- né à 100% de la force nominale. Ce positionnement ou cette commande proportion- nelle est effectué par "retour" de la position de l'élé- ment au dispositif de commande électrique afin de décou- pler la tension de commande (courant d'entrée). Le retour de position est normalement réalisé électriquement au moyen de divers transducteurs électriques de position tels que des potentiomnètres, des transformateurs différentiels à courant continu et à variation linéaire, des condensateurs, des dispositifs à induction, des dispositifs soniques ou des dispositifs électromagnétiques. Le signal de position émis par le transducteur est renvoyé à une boite noire électrique analogique ou numérique o il est comparé au signal de commande d'entrée jusqu'à ce que le signal de retour ou de réaction corresponde au signal d'entrée. La position de l'élément peut également être renvoyée par une pression hydraulique, par comparai- son de la force appliquée à l'élément par la commande de pression du signal d'entrée à la force d'un ressort rappelant l'élément vers sa position centrée. La position de l'élément de valve peut également être renvoyée mécani- quement au positionneur pilote à commande électrique par l'intermédiaire de la force d'un ressort qui équilibre la force d'entrée commandée par le moteur (ou la bobine proportionnelle d'application de force). De plus, il existe d'autres dispositifs de réaction associant une commande mécanique et une pression ou un écoulement hydraulique pour positionner l'élément. Une large catégo- rie de ces dispositifs est appelée globalement "asservis- sements suiveurs" Une forme particulière du positionnement électrique à distance d'éléments hydrauliques s'effectue d'une manière non proportionnelle, appelée "commutation par tout ou rien" ou à l'aide de dispositifs de marche/ arrêt. Dans ce type de positionnement électrique à distance, l'élément hydraulique est soit placé au centre (position de repos), soit placé dans sa position nominale (100%). Ceci constitue un cas particulier de positionnement électrique à distance dans lequel un dispositif de réac- tion n'est pas nécessaire, mais l'élément est centré hydrauliquement ou par ressort en position de repos et est amené contre une butée dans la position de travail. Certaines formes de réalisation de ces systèmes de posi- tionnement sont décrites dans les brevets des Etats- Unis d'Amérique N 3 058 038, No 3 408 035, N 3 410 308; N 3 500 380, No 3 590 873 et N 3 839 662. L'invention a pour objet un système capable de positionner électriquement à distance un élément hydraulique, soit en mode proportionnel, soit en mode par tout ou rien, selon ce que l'opérateur désire.: L'invention a pour autre objet d'éliminer la nécessité d'une source indépendante de pression pilote comme cela est couramment le cas dans les systèmes classi- ques. L'invention a également pour objet un système qui élimine ou évite l'usure et le jeu réactif associé aux mécanismes à leviers à action directe de l'art anté- rieur, tels que les trains d'engrenages et/ou les tringle- ries. L'invention a pour autre objet d'éliminer l'écoulement d'attente exigé par des transducteurs à servovalves classiques, tels que des dispositifs à buses et clapets, des dispositifs à tuyères d'échappement, des dispositifs à déflecteur de jet, etc., tout en évitant le frottement et la sensibilité directe des dispositifs à bobine à armature coulissante ou roulante. L'invention a également pour objet d'éviter l'utilisation de petits orifices fixes qui sont sujets à une obturation par les saletés avec, pour conséquence, l'envoi de l'élément hydraulique vers sa position d'écou- lement maximal, d'une façon incontrâlable, ce qui est un problème relativement courant dans certains dispositifs de l'art antérieur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une valve utilisant la structure avantageuse de l'inven- tion; - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation de la valve selon l'invention; - la figure 3 est une coupe longitudinale d'une troisième forme de réalisation de la valve selon l'invention; - la figure 4 est une coupe longitudinale d'une quatrième forme de réalisation de la valve selon l'invention; et - la figure 5 est un graphique montrant l'action effective de l'appareil selon l'invention sur l'écoulement. La figure 1 représente une forme préférée de réalisation de l'invention qui comprend un corps de valve 10 présentant un alésage longitudinal 11 logeant un tiroir 12 sur les extrémités duquel portent des res- sorts 13 de centrage par l'intermédiaire de bagues d'ar- rêt 14 logées dans des cavités cylindriques élargies situées aux extrémités de l'alésage 11. Ce dernier est traversé sensiblement en son milieu par une chambre 16 de pression et, en des points espacés de part et d'autre de la chambre 16 de -pression, par des chambres réservoirs 17. Des chambres 25 de travail sont disposées entre la chambre 16 de pression et les chambres réservoirs 17. Chaque extrémité du tiroir 12 présente un orifice 18 à ouverture variable, qui est avantageusement une rainure inclinée, communiquant par ses extrémités avec l'une des chambres réservoirs 17 et l'une des cavités , à chaque extrémité de l'alésage 11, lorsque le tiroir 12 est déplacé dans un sens ou dans l'autre. Un premier orifice d'une pompe 30 est raccordé à la cavité gauche au moyen d'un canal 19 traversant axialement le tiroir 12 et d'une buse allongée 18a portée par la pompe 30 et pénétrant dans le canal 19 avec lequel l'étanchéité est assurée par un joint 19a, la pompe étant entraînée par un moteur électrique 20. L'autre orifice de la pompe est raccordé directement à la cavité de droite 15. Deux clapets 21 de retenue, montés dans des canaux 22, établissent des communications entre les chambres réser- voirs 17 et la cavité adjacente 15. Un dispositif de commande électrique 23 commande le courant fourni au moteur 20. La position du dispositif de commande électri- que est établie au moyen d'une poignée 24 qui peut être positionnée manuellement par l'opérateur. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. La manette de commande électrique étant dans sa position centrée, aucune tension n'est appliquée au moteur et le tiroir 12 est centré par les ressorts 13 portant sur les bagues 14, de façon à occuper sa position centrale de blocage d'écoulement. Lorsque l'opérateur déplace la manette 24 de commande de sa position centrée vers un côté ou vers l'autre, une tension proportionnelle à la position de la manette est appliquée par le disposi- tif 23 de commande au moteur électrique 20. Généralement, le moteur 20 est un moteur à aimant permanent dont la vitesse est proportionnelle à la tension appliquée à ses bornes. Le moteur 20 est ainsi mis en rotation dans un sens ou dans l'autre, à une vitesse proportionnelle à la tension appliquée par le dispositif de commande. Dans le cas o le moteur est mis en rotation dans le sens provoquant un pompage du fluide de la cavité de droite 15 vers le canal 19 (dans l'orientation de la figure 1), du fluide hydraulique est pompé de la cavité de droite 15 vers la cavité de gauche 15, provo- quant un déplacement du tiroir 12 vers la droite. Lorsque le tiroir se déplace vers la droite, le fluide refoulé vers la partie gauche du tiroir 12 commence à s'écouler vers le réservoir par l'orifice variable 18 formé par la rainure inclinée et l'alésage 11 du tiroir. Le tiroir 12 continue de se déplacer vers la droite jusqu'à ce O10 que l'écoulement passant dans cet orifice variable, à la vitesse du moteur déterminée par la position du dispositif de commande, provoque une chute de pression de la cavité de gauche 15 vers le réservoir, par l'inter- médiaire de la chambre gauche 17, telle que la force exercée sur le tiroir (aire du tiroir x chute de pression) soit-exactement égale à la somme de la force d'opposition (centrage) du ressort 13 exercée à partir de la droite, et des forces d'écoulement exercées sur les arêtes de dosage du tiroir. Le fluide nécessaire à la pompe 30 pour empêcher la cavitation et la surchauffe est aspiré par l'intermédiaire du clapet 21 de retenue situé à droite, à partir du réservoir (non représenté) vers la cavité de droite 15. Le tiroir 12 s'immobilise dans cette nouvelle position jusqu'à ce que la manette 24 de commande soit déplacée vers une autre position différente et que la vitesse du moteur et donc l'écoulement du fluide à partir de la pompe soient modifiés. Si la manette 24 est déplacée vers la position centrale, le moteur cesse de tourner et les ressorts ramènent à force le tiroir vers le centre. L'écoulement partant de la chambre de gauche 15 revient vers le réservoir en passant par l'orifice variable 18 et l'écoulement vers la chambre de droite 15 est aspiré du réservoir en passant par la chambre réservoir 17 située à droite, le canal 22 et le clapet 21 de retenue. Le tiroir 12 peut être déplacé vers la gauche par déplacement de la manette 24 de commande en sens opposé à celui indiqué précédemment, ce qui provoque l'application d'une tension de polarité opposée au moteur 20 et la mise en rotation de la pompe 30 en sens opposé pour déplacer le tiroir 12 vers la gauche. La figure 2 représente essentiellement la même structure que celle décrite ci-dessus, les mêmes éléments portant les mêmes références numériques suivies d'un signe prime. La différence entre la forme de réali- sation de la figure 2 et celle de la figure 1 est que, dans le cas de la forme de réalisation de la figure 2, une conduite extérieure 19' est disposée entre les cavités 15' situées aux extrémités de l'alésage 11', et un groupe séparé à moteur 20' et pompe 30' est utilisé à la place de la pompe 30 et du moteur 20 intégrés dans la forme de réalisation de la figure 1. La figure 3 représente une forme de réalisa- tion de l'invention conçue particulièrement pour une manoeuvre en marche/arrêt ou tout ou rien. Comme précé- demment, la structure est analogue à celle de la forme de réalisation de la figure 1, en ce qui concerne la plupart des points, et les mêmes éléments portent les mêmes références numériques suivies d'un signe seconde. Cette forme de réalisation diffère de celles des figures 1 et 2 par la forme de la rainure 40 qui est épaulée de manière que l'écoulement de cette zone du tiroir vers le réservoir soit régulé-- par une petite ouverture fixe jusqu'à ce que le tiroir ait rapidement atteint sa position d'écoulement maximal dans laquelle la rainure passe brusquement à une ouverture plus grande, à la différence de l'orifice variable 18 de la forme de réalisation de la figure 1. Dans une utilisation en marche/arrêt, le dispositif de commande? 23 de la figure i est remplacé par un simple interrupteur 41 qui applique une tension maximale au moteur en position de marche et qui n'appli- que aucune tension en position d!arrêt. La forme de réalisation de la figure 4 compor- te une structure analogue à celle des formes de réalisation des figures 1 et 2, les mânes éléments portant les mêmes réfé- rences numériques suivies d'un signe tierce. La différence entre cette forme de réalisation et celle de la figure 1 et que les clapets de retenue 21 et les canaux 22 sont remplacés par une rainure 50 de distribution positive ménagée dans chaque extrémité du tiroir 12''. La dimen- sion et la forme de la rainure 50 peuvent être modifiées pour conférer à la valve différentes caractéristiques de fonctionnement. Dans -les diverses formes de réalisation représentées, on a utilisé un tiroir à position centrale de fermeture; cependant, il est évident à l'homme de l'art que l'on peut utiliser un tiroir à position centrale d'ouverture ou un actionneur (vérin) de posi- tionnement, ou encore tout autre type d'élément d'action- nement. De façon similaire, bien que l'on ait décrit et représenté un moteur à aimant permanent dans les diverses formes de réalisation, le moteur peut être un moteur à courant alternatif ou un moteur à courant continu, à vitesse fixe pour un fonctionnement en marche/ arrêt comme sur la figure 3, ou un moteur à vitesse variable, un moteur à vitesse fixe relié par un accouple- ment à vitesse variable à la pompe, ou un moteur à vitesse fixe relié à une pompe à vitesse variable pour une commande proportionnelle comme c'est le cas sur les figures 1, 2 et 4. Il convient de noter que la pompe peut être indifféremment une pompe à engrenage à volume fixe, une pompe à engrenage interne à volume fixe, une pompe du type "Gerotor", une pompe à piston, une pompe à diaphragme, une pompe centrifuge, une pompe péristaltique ou toute autre pompe convenable. A la place de la pompe volumétrique fixe à orifice variable utilisant un débit comme réaction, on peut utiliser une pompe à volume variable, pression compensée, comportant un compensateur de pression régla- ble et ne présentant aucun orifice variable pour réaliser le positionnement à distance du tiroir de la valve. Le dispositif de commande peut être une source de tension variable telle que celle décrite, ou bien un dispositif de commande numérique ouanalogique, ou encore un dispositif de commande électronique qui accepte un signal de réaction provenant de boucles autres que celles déterminant la position du tiroir, ou en plus de celles-ci. On peut également utiliser un dispositif électrique tel qu'un diviseur de tension ou une commande à modulation par largeur d'impulsion, à mettre en oeuvre avec des moteurs à courant alternatif, à courant continu ou universels. La différence fondamentale entre l'appareil selon l'invention et les systèmes de l'art antérieur est que l'appareil selon l'invention réalise fondamenta- lement une sommation de signaux de commande et de réac- tion d'écoulement. Le dispositif de commande établit un débit d'écoulement fixe à partir de la pompe. La réaction du tiroir s'effectue par détection d'une chute de pression provoquée par cet écoulement fixe dans un orifice qui est proportionnel à la course du tiroir de la valve. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'inventioon. REVENDICATIONS 1. Appareil de positionnement à distance d'une valve, caractérisé en ce qu'il comporte un corps (10) de valve présentant un alésage longitudinal (11), une chambre (16) d'entrée de fluide sous pression croi- sant ledit alésage entre ses extrémités, au moins une chambre (17) formant un réservoir à basse pression et croisant ledit alésage sur un premier côté de la cham- bre d'entrée, une chambre (25) de travail croisant l'alésage entre lesdites chambres d'entrée et de réser- voir, un tiroir (12) mobile dans le réservoir, une chambre (15) d'arrêt à chaque extrémité de l'alésage, un organe élastique (13) logé dans chaque chambre d'arrêt et tendant à rappeler le tiroir vers une position centrée dans l'alésage, un canal (19) d'écoulement de fluide reliant les deux chambres d'arrêt, ce canal communiquant avec une pompe (30) qui est reliée à un élément (20) d'entraînement, un dispositif (23) de commande agissant sur l'élément d'entraînement afin de commander la rota- tion de cet élément d'entraînement pour commander ainsi l'écoulement d'un fluide entre les chambres d'arrêt, la valve présentant un orifice variable (18) qui établit une communication entre ladite chambre réservoir et la chambre d'arrêt adjacente lorsque le tiroir est déplacé, dans l'alésage, de façon à pénétrer dans la chambre d'arrêt par l'extrémité de l'alésage opposée à celle o se trouve l'orifice variable, des moyens à clapet (21) établissant une communication entre au moins une chambre réservoir et les chambres d'arrêt situées aux extrémités de l'alésage. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que deux chambres réservoirs à basse pression (17) croisent l'alésage, de part et d'autre de la chambre d'entrée, des moyens à clapet (21) établissant une communication entre chaque chambre réservoir et la 2573 1 69 1 1 chambre d'arrêt adjacente. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'orifice variable est une rainure inclinée (18 ou 18'). 4. Appareil selon la revendication 33 caracté- risé en ce que les moyens à clapet situés entre la chambre réservoir et la chambre d'arrêt comprennent un clapet de retenue (21). 5. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'orifice variable est une rainure épaulée (40). 6. Appareil selon la revendication 5, caracté- - risé en ce que les moyens à clapet situés entre les chambres réservoirs et les chambres d'arrêt comprennent un clapet (21) de retenue. 7. Appareil selon l'une des - revendications i et 2, caractérisé en ce que l'élément d'entraînement comprend un moteur électrique (20) à vitesse variable. 8. Appareil selon la revendication 3, caracté- risé en ce que l'élément d'entraînement comprend un moteur électrique (20) à vitesse variable. - 9. Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'élément d'entraînement comprend un moteur électrique et le dispositif de commande comprend un interrupteur (41).