Brevet FR2601748A1 — publié le 19880122

Soupape de réglage de pression auto-régulée La présente invention concerne une soupape de réglage de pression auto-régulée, susceptible de régler la pression 5 secondaire, c'est-à-dire la pression d'un système asservi associé, à une valeur de consigne prédéterminée grâce à l'auto-régulation de sa condition de fixation de la pression sur la base d'un signal de commande correspondant à la pression instantanée du système asservi, détectée par 10 des moyens de détection de pression. La présente demanderesse a proposé un mano-détendeur à diaphragme automatique dans la demande de Brevet japonais n 59-207779. Ce manodétendeur à diaphragme automatique 15 comporte une unité de manodétendeur à diaphragme, une unité de fixation de la pression comprenant un ressort de fixation de la pression, un servo-moteur pour actionner l'unité de fixation de la pression et une unité de commande qui procure un signal de commande pour actionner le 20 servo-moteur lorsque l'écart de pression d'une pression secondaire détectée, à savoir la pression réglée, par rapport à une pression de consigne, excède un écart de référence prédéterminé de façon à annuler l'écart de pression. Ce mano- détendeur à diaphragme automatique est susceptible d'une réduction de pression stable de façon à stabiliser la pression secondaire par action mécanique, lorsque l'é- cart de pression de la pression secondaire est inférieur à l'écart de pression de référence. Toutefois, du fait que le mano-détendeur à diaphragme automatique régule la pression secondaire sur la base du résultat de la comparaison 5 entre l'écart de pression détecté et l'écart de pression de référence, la stabilisation de la pression secondaire à la pression de consigne prédéterminée prend un temps relativement long. C'est en conséquence un but de la présente invention de procurer une soupape de réglage de pression auto-régulée capable de régler rapidement la pression secondaire à une valeur de consigne prédéterminée. La présente invention utilise la relation fonctionnelle entre la position de moyens de régulation de la pression et la pression secondaire d'un mano-détendeur auto-régulé, comprenant les moyens de régulation de la pression et des moyens d'entraînement pour entraîner les moyens de régula20 tion de la pression. Pour atteindre son but, la présente invention procure une soupape de réglage de pression auto-régulée comprenant: une unité de soupape de réglage de pression, une unité de 25 détection pour détecter la pression secondaire, une unité de régulation de pression pour réguler la pression secondaire de l'unité de soupape de réglage de pression, une unité d'tentraînement pour actionner l'unité de régulation de pression, une unité de commande pour commander l'unité d'entraînement et une unité de fixation de la pression pour fixer une pression de consigne. L'unité de commande commande l'unité d'entraînement sur la base de la relation fonctionnelle entre la position de l'unité de régulation de pression et la pression secondaire correspondant à la pression réglée de façon à ajuster la pression secondaire à une valeur désirée, à savoir la valeur de pression de consigne. Dans une réalisation de la présente invention, l'unité de commande comprend un ordinateur comprenant des moyens arithmétiques, des moyens de correction et des moyens de mémoire. Selon la présente invention, lorsqu'une pression choisie au hasard est fixée au moyen de l'unité-de fixation de pression, les moyens fonctionnels de l'unité de commande calculent une position appropriée de l'élément de régula10 tion de pression de l'unité de régulation de pression sur la base de la relation fonctionnelle entre la pression secondaire et la position de l'élément de régulation de pression, après quoi l'unité de commande envoie un signal de commande à l'unité d'entraînement pour ajuster la posi15 tion de l'élément de régulation de pression à une position appropriée calculée de telle sorte que la pression secondaire soit ramenée à la pression de consigne. Lorsque la pression secondaire a ainsi été ajustée à la pression de consigne, l'unité de soupape auto-régulée débute de la manière classique une opération mécanique de réglage de la pression. Lorsqu'un réglage fin de la pression secondaire est néces25 saire, il est souhaitable de procurer des moyens de détection de la pression secondaire pour détecter-de façon continue ou périodique cette pression secondaire et pour commander l'unité d'entraînement par un signal de correction calculé par les moyens fonctionnels de l'unité de commande 30 sur la base de la différence entre la pression de consigne et la pression secondaire détectée pour régler la pression secondaire de façon continue ou périodique. De cette manière, la soupape de réglage de pression auto35 régulée est susceptible de répondre rapidement à des variations de la pression secondaire et de régler instantanément cette pression secondaire, à savoir la pression réglée, à une pression fixée, à savoir une pression de consigne. Les buts, caractéristiques et avantages précités de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de certaines réalisations préférées, en liaison avec lesdessins joints, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe partielle de la soupape de réglage de pression auto-régulée, montrant particulièrement son unité de régulation de pression; - la figure 2 est un graphique montrant la relation entre l'élément de régulation de pression d'une unité de régulation de pression et la pression réglée; - la figure 3 est un schéma de principe de la soupape de réglage de pression auto-régulée, dans une première réalisation selon l'invention; - la figure 4 est un schéma de principe d'une soupape de réglage de pression autorégulée, dans une deuxième réali20 sation selon l'invention; - et la figure 5 est un schéma de principe d'une soupape de réglage de pression auto-régulée, dans une troisième réalisation selon la présente invention. 25 Les figures 1 et 2 montrent une première réalisation de l'application de la présente invention à une soupape réductrice de pression 1. En se reportant à la figure 1, la soupape réductrice de pression 1 a un ressort de fixation 30 de pression 2 ayant une extrémité logée sur un siège de ressort 3 et son autre extrémité logée sur un siège de ressort 6. Les sièges de ressort 3 et 6 sont respectivement appuyés contre un diaphragme 4 et contre l'extrémité inférieure, vue sur la figure 1, d'une tige filetée de régula35 tion de pression 8 par l'intermédiaire d'une bille 7. La pression secondaire de la soupape réductrice de pression 1 règne dans une chambre de pression 5 recouverte par le diaphragme 4. La position du diaphragme 4 dépend de l'équilibre de pression entre la pression qui lui est appliquée par le ressort de fixation de pression 2 et la pression secondaire régnant à l'intérieur de la chambre de pression 5 5. Du fait que la fonction de réglage de la pression secondaire du diaphragme 4 est bien connue, on ne la décrira pas ici. Un filetage extérieur 9 est formé sur la portion inférieure 10 de la tige filetée de régulation de pression 8. L'extrémité inférieure filetée de cette tige 8 est vissée dans un élément fixe dans la portion centrale duquel est ménagé un filetage intérieur 10. Un alésage axial est formé dans la portion supérieure, vue sur la figure 1, de la tige file15 tée 8. Une cage 11 de retenue de billes 12 est introduite dans l'alésage axial de la tige filetée 8. Un arbre cannelé 13 est logé dans l'alésage axial de la tige filetée 8 de façon à coopérer avec les billes 12. L'arbre cannelé 13 est raccordé par un mécanisme réducteur 14 à l'arbre de 20 sortie d'un moteur 15. Du fait que la tige filetée de régulation de pression coopère avec le filetage intérieur 10 de l'élément fixe, cette tige filetée 8 est entraînée en rotation par l'arbre can25 nelé 13 de façon à être décalée vers le bas lorsque l'arbre de sortie du moteur 15 tourne dans une première direction; de ce fait, le ressort de fixation de pression 2 est comprimé par l'intermédiaire du siège de ressort 6 par la tige filetée 8 de façon à augmenter la pression de consigne. D'autre part, lorsque l'arbre de sortie du moteur 15 tourne dans la direction opposée, la tige filetée 8 tourne dans la direction opposée de façon à être décalée vers le haut, et ainsi, la compression du ressort de fixation de pression 2 est réduite pour réduire la pression de consigne. 35 La distance sur laquelle l'extrémité inférieure de la tige filetée 8 est déplacée depuis une position de référence prédéterminée (position pour laquelle l'extrémité inférieure de la tige filetée 8 est en contact avec le siège de ressort 6 par l'intermédiaire de la bille 7 sans comprimer le ressort de régulation de pression 8), qui sera appelée ci5 après "position de la tige filetée ", est proportionnelle au degré de compression du ressort de fixation-de pression 2 et de ce fait à la pression de consigne comme le représente la figure 2. La présente invention utilise en fait une telle relation entre la valeur du déplacement de 10 l'extrémité inférieure de la tige filetée 8 et la pression de consigne. On se reporte maintenant à la figure 3 qui montre une première réalisation de la présente invention. La soupape 15 de réglage de pression auto-régulée comprend un mano-détendeur 1, une unité de régulation de pression 50, comportant la tige filetée de régulation de pression 8, une unité d'entraînement -52 comportant le moteur 15, une unité de détection de pression 54, une unité de conversion de si20 gnaux 55, une unité de commande 56 comprenant un ordinateur stockant les données de position de la tige filetée représentant la relation fonctionnelle entre la position de la tige filetée et la pression réglée, et une unité de fixation de pression 58. Dans la première réalisation, le moteur 25 15 est un moteur pas-à-pas. Le capteur de pression de l'unité de détection de pression 54 détecte la pression secondaire du mano-détendeur I et envoie un signal de pression représentant la pression se30 condaire à l'unité de conversion de signaux 55. Ensuite, l'unité de conversion de signaux 55 convertit le signal de pression en un signal de pression numérique correspondant et envoie ce signal à l'ordinateur de l'unité de commande 56. Lors de la réception d'un signal de pression de consigne représentant une pression de consigne provenant de l'unité de fixation de pression 58, l'ordinateur calcule une position de la tige filetée correspondant à la pression de consigne pour la tige filetée de régulation de pression 8 sur la base des données de position de la tige filetée précédemment stockées dans cet ordinateur, et il envoie ensuite un signal impulsionnel correspondant à la position de la tige filetée calculée à l'unité d'entraînement 52 pour entraîner l'unité de régulation de pression 50 de façon que la tige filetée de régulation de pression 8 soit amenée à la position de la tige filetée calculée;en conséquence, la pression secondaire du mano-détendeur 1 est réglée instantanément à la pression de consigne. L'angle de rotation de l'arbre de sortie du moteur pas-à-pas 15 est proportionnel au nombre d'impulsions du signal impulsionnel, et de ce fait, la position de la tige filetée de régulation de pression 8 correspond au nombre d'impulsions du signal impulsionnel. L'unité de détection de pression 54 détecte la pression se20 condaire, de façon continue ou périodique, et l'unité de conversion de signaux 55 envoie des signaux numériques à l'unité de commande 56, de la même manière. L'ordinateur de l'unité de commande 56 compare la pression secondaire détectée avec la pression de consigne. Lorsque l'écart de 25 la pression secondaire détectée par rapport à la pression de consigne se trouve à l'intérieur d'une plage prédéterminée d'écarts, l'unité de commande n'envoie aucun signal pour actionner l'unité d'entratnement 52. Lorsque l'écart de la pression secondaire détectée par rapport à la pression 30 de consigne est supérieur à la valeur limite dela plage prédéterminée d'écarts, l'ordinateur calcule une distance de correction dont la tige filetée de régulation de pression 8 doit être déplaçée pour corriger l'écart et ce, sur la base de la différence entre la pression secondaire détectée 35 et la pression de consigne et les données de position de la tige filetée stockées dans l'ordinateur; il envoie ensuite un signal de commande représentant la distance de correction calculée pour corriger la pression secondaire de façon à actionner l'unité d'entraînement pour décaler la tige filetée de régulation de pression 8 afin de régler finement la pression secondaire. Par exemple, lorsque la pression de consigne est 5kg/cm2, la plage d'écart de référence est + 0,1 kg/cm2 et la pression secondaire détectée est 4,5 kg/cm2, l'ordinateur calcule une distance de correction correspondant à l'écart 10 de pression de 0,5 kg/cm2 sur la base des données de position de la tige filetée afin de déplacer la tige filetée 8 en conséquence. Pour une régulation de pression plus poussée, les données 15 numériques représentant la relation fonctionnelle entre la pression de consigne et la position de la tige filetée, par exemple une corrélation prédéterminée entre la pression de consigne et la position de la tige filetée représentée par des pressions à intervalles de 1 kg/cm2 et les posi20 tions de la tige filetée correspondantes, sont stockées dans la table des moyens de mémoire de l'ordinateur, et l'opération de commande et l'opération de correction sont exécutées sur la base des données numériques en fonction de la corrélation prédéterminée. Lorsqu'une correction est 25 effectuée, les données numériques représentant la précédente position de la tige filetée sont remplacées par les données corrigées représentant la nouvelle position de la tige filetée pour mettre à jour la table des moyens de mémoire. Supposons, par exemple, que les positions de la tige filetée S4 et S5 stockées dans les moyens de mémoire de l'ordinateur correspondent à des pressions de consigne, de façon plus spécifique, des pressions secondaires fixées de 4 et 35 5 kg/cma, respectivement. Lorsque la soupape est réglée pour la pression de consigne de 5 kg/cm2 au moyen des moyens de fixation de pression, le moteur entraîne la tige filetée de régulation de pression jusqu'à la position de tige filetée correspondante S5. Lorsque la plage d'écart de référence est + 0,1 kg/cm2, le moteur reste arrêté aussi 5 longtemps que l'écart de la pression secondaire réelle par rapport à la pression de consigne se trouve à l'intérieur de cette plage d'écart de référence. Supposons que la pression de consigne soit 5 kg/cm2, que 10 la plage d'écart de référence soit + 0,1 kg/cm2 et que la pression secondaire régnantesoit 4,5 kg/cm2. L'ordinateur calcule alors un déplacement corrigeant la position de la tige filetée aS correspondant à l'écart: 5,0 - 4,5 = 0,5 kg/cm2 en utilisant l'équation: AS = (S5 - S4) x 0,5/(5 - 4). Le moteur entraîne alors la tige filetée de régulation de 20 pression pour qu'elle effectue le déplacement corrigeant la position de la tige filetée calculée S afin d'augmenter la pression secondaire de 4,5 kg/cm2 à 5,0 kg/cm2. La position initiale de la tige filetée SS stockée dans les moyens de mémoire est alors remplacée par S5 + AS. 25 Lorsque la même pression de consigne est donnée à l'unité de commande pour régler la pression réglée à la même pression de consigne après que la tige filetée de régulation de pression 8 a été déplacée depuis la position de tige 30 filetée antérieure pour modifier la pression de consigne, l'ordinateur calcule la position de la tige filetée correcte pour régler instantanément la pression secondaire à la pression de consigne. Lorsque le système de réglage de pression de la soupape de pression autorégulée est ainsi constitué, le système de réglage de pression produit des données de réglage théoriques, meme lorsque la condition opérationnelle du mano-détendeur varie, de sorte que la soupape de réglage de pression auto-régulée est susceptible de fonctionner avec une vitesse de réponse élevée. De façon fondamentale, la deuxième réalisation illustrée sur les figures 1 et 4 est similaire à la première réalisation en ce qui concerne sa structure et son fonctionnement. La deuxième réalisation emploie un potentiomètre rotatif pour détecter la position de la tige filetée de régulation de pression 8, et un moteur réversible à la place du moteur pas-à-pas, pour entraîner la tige filetée de régulation de pression 8. En se reportant à la figure 4, la deuxième réalisation comprend un manodétendeur 1, une unité de régulation de pression-50, une unité d'entraînement 52, un détecteur de pression 54, un convertisseur de signaux 55, une unité de commande 56, une unité de fixation de pression 58, un mécanisme réducteur 14 et un potentiomètre rotatif 20. En se reportant à la figure 1, le potentiomètre rotatif 20 est fonctionnellement relié à l'un des pignons, non représenté, du mécanisme réducteur 14. La tension de sortie du potentiomètre 20 est proportionnelle à la distance de déplacement de la tige filetée de régulation de pression 8 depuis la position de référence (une position pour laquelle la tige filetée de régulation de pression est en prise avec 30 le ressort de fixation de pression 2 sans le comprimer), à savoir la position de la tige filetée. En conséquence, la tension de sortie du potentiomètre rotatif 20 représente la position de la tige filetée et, de ce fait, la pression secondaire, c'est-à-dire la pression réglée. Dans la deu35 xième réalisation, les données de position de la tige filetée représentant la relation fonctionnelle entre la position de la tige filetée représentée par la tension de sortie du potentiomètre rotatif 20 et la pression secondaire sont stockées dans l'ordinateur. Le potentiomètre rotatif 20 peut être remplaçé par un po5 tentiomètre linéaire ou par un transformateur différentiel. Lorsqu'on emploie un potentiomètre linéaire, le bras du potentiomètre linéaire est disposé de façon à être déplaçé linéairement en même temps que la tige filetée de régulation de pression 8. Lorsqu'on emploie un transformateur différentiel, le noyau du transformateur différentiel est disposé de façon à se déplacer linéairement avec la tige filetée de régulation de pression 8. L'unité de commande 56 fournit de façon continue un signal 15 à l'unité d'entraînement 52 jusqu'à ce que le signal de sortie du potentiomètre rotatif 20, à savoir le signal de position de la tige filetée, coïncide avec un signal envoyé à l'unité de commande 56 par l'unité de fixation de pression 58. Du fait que les autres fonctions sont les mêmes que 20 celles de la première réalisation, on en omettra la description. La troisième réalisation présentée sur la figure 5 comprend un mano détendeur 1, un mécanisme réducteur 14, un poten25 tiomètre rotatif 20, une unité de régulation de pression , une unité d'entraînement 52, une unité de commande 70 et une unité de fixation de pression 72 comprenant un potentiomètre. L'unité de commande 72 ne comprend pas d'ordinateur. La troisième réalisation est susceptible de régler 30 très simplement la pression secondaire sur la base de la relation entre la position de la tige filetée et la pression secondaire, c'est-à-dire la pression réglée. Le potentiomètre rotatif 20, qui est fonctionnellement relié au mécanisme réducteur 14, envoie un signal de tension repré35 sentant une position de la tige filetée correspondant à la pression secondaire à l'unité de commande 70, tandis que le potentiomètre de l'unité de fixation de pression 72 envoie un signal de tension représentant une pression de consigne à l'unité de commande 70. L'unité de commande 70 compare le signal de tension représentant la position de la tige filetée et le signal de tension représentant la pression de consigne et il envoie ensuite un signal de commande à l'unité d'entraînement 52 pour déplacer la tige filetée de régulation de pression jusqu'à ce que le signal de tension procuré par le potentiomètre rotatif 20 coincide avec le signal de tension représentant la pression 10 de consigne. Le potentiomètre rotatif 20 peut être remplacé par un potentiomètre linéaire ou par un transformateur différentiel, comme il a été mentionné dans la description de la deuxième 15 réalisation. Bien que l'invention ait été décrite en se reportant à des réalisations préférées, présentant certaines particularités, il est bien entendu que l'homme de l'art pourra appor20 ter des variantes et des modifications sans s'écarterde la portée de l'invention. Revendications 1. - Soupape de réglage de pression auto-régulée, caractérisée par: - une soupape de réglage de pression (1); - des moyens de fixation de pression (58,72) pour fixer une pression de consigne; - des moyens de régulation de pression (50) pour réguler la pression réglée de la soupape de réglage de pression (1) - des moyens d'entraînement (52) pour entraîner les moyens 15 de régulation de pression (50); et - des moyens de commande (56) pour commander le fonctionnement des moyens d'entraînement (52) sur la base d'une pression de consigne fixée par les moyens de fixation de 20 pression (58) et la relation fonctionnelle prédéterminée entre la position de l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régulation de pression (50) et la pression réglée de façon que l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régulation de pression (50) soit dépla25 çé à une position pour amener la pression réglée à la pression de consigne. 2. - Soupape de réglage de pression auto-régulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de com30 mande (50) comportent un ordinateur (56) qui stocke des données de commande représentant la relation fonctionnelle prédéterminée entre la position de l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régulation de pression (50) et la pression réglée, lequel ordinateur (56) calcule une 35 position à laquelle l'élément de régulation de pression (8) doit être positionné sur la base des données de commande et d'un signal de pression de consigne procuré par des moyens de fixation de pression (58), la position de l'élément de régulation de pression (8) étant détectée par des moyens de détection de position tels qu'un potentiomètre 5 (20), et les moyens de commande (50) commandant le fonctionnement des moyens d'entraînement (52) de façon à entraîner les moyens de régulation de pression (50) jusqu'à ce que le signal de détection des moyens de détection de position (20) coincide avec un signal représentant la 10 position des moyens de commande (50) calculéepar l'ordinateur (56) sur la base des données de commande et du signal représentant la pression de consigne. 3. - Soupape de réglage de pression auto-régulée selon la 15 revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande (50) comprennent un ordinateur (56) qui stocke des données de commande représentant la relation fonctionnelle prédéterminée entre la position de l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régulation de pression 20 (50) et la pression réglée, ces moyens d'entraînement (52) comprenant un moteur pas-à-pas (15), cet ordinateur calculant, sur la base d'un signal de pression de consigne à lui envoyé par les moyens de fixation de pression (58), un signal impulsionnel dont le nombre d'impulsions corres25 pond à une position à laquelle l'élément de régulation de pression (8) doit etre positionné, et envoyant ensuite le signal impulsionnel au moteur pas-à-pas (15) pour amener la pression réglée à la pression de consigne. 4. - Soupape de réglage de pression auto-régulée selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par des moyens de détection de pression réglée (54) pour détecter la pression réglée, dans lesquels le signal de détection procuré par les moyens de détection de la pression réglée (54) et le signal 35 de pression de consigne procuré par les moyens de fixation de pression (58) sont comparés, de façon continue ou périodique, par des moyens de commande (50) pour déterminer l'écart de la pression réglée par rapport à la pression de consigne et caractérisée en outre en ce que, s'il existe un écart significatif de la pression réglée par rapport à la pression de consigne, l'ordinateur (56) calcule une 5 distance de correction dont l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régulation de pression (50) doit être déplaçé depuis la position qu'il occupe sur la base de l'écart et desdonnées de commande stockées dans l'ordinateur (56) pour corriger la pression réglée de façon 10 que celleci coincide avec la pression de consigne. 5. - Soupape de réglage de pression auto-régulée selon la revendication 4, caractérisée en ce que la position de l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régula15 tion de pression (50), déterminée par l'unité de commande (56) sur la base de la différence entre le signal de pression réglée représentant la pression réglée détectée et le signal de pression de consigne représentant la pression de consigneest stockée dans l'ordinateur (56) en tant 20 que nouvelle position correcte de l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régulation de pression (50). 6. - Soupape de réglage de pression auto-régulée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande (70) commandent le fonctionnement des moyens d'entraînement (52) jusqu'à ce que le signal de détection correspondant à la position de l'élément de régulation de pression (8) des moyens de régulation de pression (50), détectée par le potentiomètre ou l'analogue des moyens de dé30 tection de position, coincide avec le signal de pression de consigne représentant une pression de consigne procurée par un potentiomètre ou l'analogue des moyens de fixation de pression (72).