Brevet FR2660727A1 — publié le 19911011

La présente invention concerne un dispositif de distribution d'un débit déterminé d'un matériau pulvérulent, notamment utilisable, mais non exclusivement, pour le dosage d'une poudre abrasive dans un appareil de découpe par jet d'eau. Dans différents domaines industriels on utilise des flux de matériaux pulvérulents, et notamment abrasifs, dont le débit doit être soigneusement contrôlé, et éventuellement ajusté pendant la mise en oeuvre du procédé utilisant le matériau pulvérulent. Ainsi, dans le domaine de la découpe au moyen d'un jet d'eau chargé de particules abrasives, on utilise des appareils comportant généralement une buse de découpe calibrée qui est équipée d'un venturi dans l'axe duquel est injecté un courant d'eau sous très forte pression. Dans le col du venturi débouche une canalisation, reliée à un réservoir contenant un matériau abrasif pulvérulent, si bien que la dépression créée dans le col du venturi permet d'aspirer ce matériau abrasif et de l'entraîner dans le courant d'eau, à une vitesse supersonique, ce qui permet de découper différents matériaux tels que les matériaux composites, l'acier, l'aluminium, le marbre etc. Le dosage du matériau abrasif dans le jet fluide utilisé pour la découpe est un paramètre particulièrement critique pour l'obtention d'une découpe de bonne qualité. Généralement, dans les appareils connus, le dosage de l'abrasif se fait par l'intermédiaire d'une vis pointeau engagée dans l'orifice de sortie inférieur d'un récipient contenant le matériau abrasif pulvérulent. Une roue moletée permet d'engager plus ou moins la vis pointeau dans l'orifice de sortie, de façon à contrôler le débit du matériau abrasif pulvérulent. Un tel dispositif de réglage du débit d'un matériau pulvérulent présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, du fait de l'utilisation d'une vis pointeau pour régler le débit, celui-ci n'est pas quantifié, et il n'est pas possible, en cours de travail, de réaliser un contrôle précis du débit de matériau pulvérulent délivré. Par ailleurs un tel dispositif est passif, c'est-à-dire qu'il n'est ni en mesure de signaler l'épuisement du matériau pulvérulent dans le réservoir, ni de détecter une absence de débit de matériau abrasif pouvant résulter, par exemple, d'un engorgement de l'orifice de sortie.Or une telle absence ou une réduction anormale de débit du matériau pulvérulent est susceptible d'entraîner, dans certains types d'applications, et notamment lors d'une utilisation de l'appareil avec des moyens de découpe à jet d'eau, des conséquences graves pour la qualité du travail réalisé. En effet dans ce dernier type d'utilisation, si le débit de matériau abrasif pulvérulent n'est pas régulier, ceci entraîne des variations des conditions de coupe avec des conséquences néfastes sur la géométrie et l'état de surface de la pièce découpée. Ainsi, dans le cas d'une découpe d'un matériau composite il est impératif que le débit du matériau pulvérulent réalisant la découpe ne descende pas en deçà d'une valeur déterminée, sous peine de faire subir au matériau composite un délaminage conduisant à sa destruction. La présente invention vise à remédier à ces divers inconvénients en procurant un dispositif de distribution d'un débit de matériau pulvérulent de conception particulièrement simple, permettant de contrôler d'une manière fiable, et d'ajuster avec précision, le débit d'un matériau pulvérulent, à n'importe quel moment au cours de son utilisation, notamment pour la découpe d'une pièce par un jet d'eau chargé d'abrasif. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif de distribution d'un débit déterminé d'un matériau pulvérulent contenu dans un récipient de stockage, caractérisé en ce qu'il comprend, dans le fond de ce récipient, une pluralité d'orifices de sortie, de sections calibrées, chaque orifice est fermé par une vanne d'obturation, actionnée par des moyens commandés par une unité logique, chaque vanne est pourvue de moyens capteurs destinés à contrôler l'écoulement du matériau pulvérulent au travers de l'orifice de sortie auquel elle est associée, chacun des moyens capteurs est relié à l'unité logique, les sorties des vannes sont réunies à un collecteur commun, et l'unité logique comporte des moyens d'enregistrement de la valeur du débit de matériau pulvérulent à fournir, et des moyens aptes à ouvrir et fermer les vannes appropriées pour fournir au collecteur ledit débit souhaité. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue schématique, en coupe verticale, d'un dispositif de distribution d'un débit déterminé de matériau pulvérulent suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe verticale faite suivant la ligne II-II de la figure 1, montrant une vanne d'obturation en position fermée. La figure 3 est une vue en coupe verticale faite suivant la ligne III-III de la figure 1, montrant une vanne d'obturation en position ouverte. La figure 4 est une vue partielle en coupe verticale d'une variante des moyens d'obturation mis en oeuvre dans l'invention. La figure 5 est une vue partielle en coupe verticale de la variante de la figure 4, vue suivant la ligne V-V. Sur les figures 1 à 3 le dispositif suivant l'invention comprend un récipient 1 contenant un matériau pulvérulent 2, abrasif ou non suivant l'utilisation à laquelle ce matériau pulvérulent est destiné. Le fond 3 de ce récipient comporte une série de n orifices calibrés de sections différentes, trois d'entre eux sont représentés, à savoir les orifices 5a,5b,5c. La sortie de chacun des orifices est contrôlée par une vanne 7 fonctionnant en tout ou rien. Cette vanne 7 est constituée d'un corps cylindrique 8 traversé par un canal longitudinal et vertical 9. Le canal 9 est lui-même traversé par un évidement horizontal transversal 11, ouvert d'un côté, de façon à pouvoir accueillir un piston 13 solidaire d'une tige 15 d'un électroaimant 17. Le piston 13 est monté mobile à l'intérieur de l'évidement horizontal 11 et est susceptible d'occuper deux positions, suivant que l'électroaimant 17 est excité ou non, à savoir une position d'obturation dans laquelle il obture le canal 9 en empêchant le passage dans celui-ci du matériau pulvérulent 2 contenu dans le réservoir 1, et une position d'ouverture, dans laquelle il dégage complètement le canal 9 de façon à laisser s'écouler le matériau pulvérulent 2.Les sorties des différentes vannes 7, c'est-à-dire les extrémités inférieures respectives des canaux 9 situées en dessous des pistons obturateurs 13, sont réunies par un collecteur 20. La partie du canal 9 de chaque vanne, située en dessous du piston obturateur 13, est traversée par un logement transversal 25 à l'intérieur duquel sont disposés, de façon étanche par rapport au canal 9, des moyens capteurs 14 destinés à détecter le passage, dans la canalisation 9, du matériau pulvérulent. Ces moyens capteurs 14 peuvent être de tout type approprié. Ils peuvent être plus particulièrement constitués de moyens optoélectroniques, c'est-à-dire de moyens comprenant une source lumineuse 27 disposée par exemple sur l'une des branches du canal transversal 25, et de moyens récepteurs 26, tels qu'une photodiode ou un phototransistor, qui sont électriquement reliés à une unité logique 30 et qui sont disposés dans le canal transversal 25 de l'autre côté par rapport au canal 9. La liaison entre chaque moyen récepteur 26 et l'unité logique 30 peut être également réalisée au moyen d'un faisceau de fibres optiques, dont une extrémité prend place dans le logement transversal 25, face à la source lumineuse 27, et l'autre extrémité aboutit à l'unité logique 30, à l'intérieur de laquelle sont disposés des moyens convertisseurs (non représentés). L'avantage d'une liaison optique entre chaque vanne d'obturation 7 et l'unité logique 30, au moyen d'un faisceau de fibres optiques, par rapport à une liaison électrique, est qu'elle permet d'éliminer tous les phénomènes électriques parasites, généralement nombreux dans une usine, et susceptibles de perturber la qualité des signaux électriques véhiculés de la vanne d'obturation 7 jusqu'à l'unité logique 30. Le faisceau de fibres optiques pourrait également être constitué de deux séries de brins, à savoir une première série amenant un faisceau de lumière incidente d'une source lumineuse externe jusqu'au canal de sortie 9, et une seconde série retransmettant ce signal lumineux, après que le faisceau incident se soit réfléchi sur le matériau pulvérulent, lorsque celui-ci s'écoule par le canal 9, vers des moyens récepteurs, détectant ce faisceau lumineux, et disposés par exemple dans l'unité logique 30. Les moyens capteurs peuvent également, dans le cas où le dispositif met en oeuvre des matériaux pulvérulents métalliques, être constitués de capteurs du type à induction, ou de tout autre dispositif susceptible de détecter le passage d'un matériau pulvérulent métallique. L'unité logique 30 est reliée à une interface de puissance 32, par l'intermédiaire de laquelle elle peut agir sur l'un quelconque des électroaimants 17, de façon à pouvoir ouvrir ou obturer la vanne 7 correspondant à l'électroaimant actionné. De préférence, mais sans que cela présente un caractère obligatoire, les sections de passage des orifices calibrés 5a,5b,5c... sont en progression géométrique de raison 2. Ainsi, si l'on dispose d'un nombre de n vannes 7, on est en mesure, à partir d'un débit arbitraire Qa, déterminé par la section de l'orifice calibré de plus faible valeur, d'obtenir un débit global Q, dans le collecteur 20, fournissant toutes les valeurs de débit comprises entre la valeur Qa et une valeur maximale égale à Qa x (2 n - 1). Le fonctionnement du dispositif de distribution suivant l'invention s'établit comme suit : on fournit à l'unité logique 30, par exemple au moyen d'un bloc de commande 36 comportant des roues codeuses, un clavier numérique ou tout autre moyen (par exemple à l'aide d'un appareillage annexe), le débit de matériau pulvérulent que l'on souhaite obtenir en sortie de collecteur 20, et l'unité logique 30 assure l'ouverture des seules vannes 7 appropriées pour obtenir le débit Q souhaité. Les moyens capteurs contrôlent, en cours de fonctionnement du dispositif, si le matériau pulvérulent 3 s'écoule bien dans les canalisations 9 en dessous des pistons obturateurs 13.Si tel n'est pas le cas, un signal est immédiatement transmis à l'unité logique électronique 30 qui, soit met en oeuvre une procédure de secours pouvant aboutir à l'ouverture d'une autre vanne de même débit disposée en parallèle avec la vanne déficiente, soit arrête purement et simplement le dispositif, si le fonctionnement de celui-ci devient critique. En cours de fonctionnement il peut être nécessaire, suivant la nature du travail à réaliser, de modifier le débit du matériau pulvérulent fourni par le dispositif, et l'ordre de modification de débit est transmis, par tout moyen, au bloc logique 30 qui agit sur les vannes 7 appropriées pour obtenir un débit global Q conforme au débit de consigne réclamé au bloc de logique électronique. Bien entendu l'obturation des orifices calibrés pourrait être réalisée par tout moyen approprié. Ainsi, comme représenté sur les figures 4 et 5, cette opération peut être obtenue au moyen d'un obturateur 13 mobile transversalement, c' est-à-dire perpendiculairement à l'axe vertical des orifices calibrés, cet obturateur 13 étant constitué d'une plaque 62 sensiblement horizontale et disposée, en position d'obturation, sous chaque orifice 5 à une distance h de celui-ci.Comme précédemment, chaque obturateur 13 est solidaire d'une tige 64 liée à des moyens de déplacement lui permettant d'occuper deux positions, à savoir une première position d'obturation dans laquelle il se trouve au droit de l'orifice 5 de section calibrée qu'il est destiné à obturer, et une seconde position dans laquelle il se trouve dégagé de cet orifice 5, de façon à permettre l'écoulement du matériau pulvérulent. Les moyens d'actionnement peuvent être constitués de moyens pneumatiques ou, comme précédemment, d'un électroaimant 17. La distance h séparant la face supérieure de la plaque 62 de l'obturateur 13 de la sortie de l'orifice calibré 5 est fonction principalement de la dimension du matériau pulvérulent et se situe de préférence entre 1 et 10 fois la dimension la plus importante des particules de matériau pulvérulent les plus grosses.La surface supérieure de la plaque 62 constituant l'obturateur 13, a une surface suffisante pour que le matériau pulvérulent s'écoulant par l'orifice calibré 5 et formant sensiblement un tronc de cône de hauteur h, et de petite base égale à la section de l'orifice, soit contenu par ladite plaque 62. Un tel obturateur permet d'éviter les phénomènes de coincement qui se produisent souvent lorsque l'on souhaite contrôler le débit de matériaux pulvérulents au moyen de vannes de type classique. Le présent dispositif permet ainsi de réaliser un pilotage du débit du matériau pulvérulent 2 délivré, en fonction, soit d'un schéma précédemment établi en fonction du temps, soit en fonction de données externes fournies à l'unité logique 30, par des capteurs périphériques 50, et pouvant être, par exemple dans le cas de l'application du présent dispositif à la fourniture d'un débit de matériau abrasif à un appareil de découpe à jet d'eau, des capteurs de mesure d'épaisseur. Bien entendu l'unité logique peut être d'un type autre qu'électronique et l'on pourra faire appel par exemple à une unité logique pneumatique. De même on peut éventuellement faire appel à des orifices calibrés de même section de passage. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de distribution d'un débit déterminé d'un matériau pulvérulent contenu dans un récipient de stockage (1), caractérisé en ce qu'il comprend, dans le fond (3) de ce récipient, une pluralité d'orifices de sortie, de sections calibrées (5a,5b,5c), chaque orifice est fermé par une vanne d'obturation (7), actionnée par des moyens (17) commandés par une unité logique (30), chaque vanne (7) est pourvue de moyens capteurs (14) destinés à contrôler l'écoulement du matériau pulvérulent au travers de l'orifice de sortie auquel elle est associée, chacun des moyens capteurs (14) est relié à l'unité logique (30), les sorties (19) des vannes (7) sont réunies à un collecteur commun (20), et l'unité logique (30) comporte des moyens d'enregistrement de la valeur du débit (Q) de matériau pulvérulent à fournir, et des moyens aptes à ouvrir et fermer les vannes (7) appropriées pour fournir au collecteur (20) ledit débit (Q) souhaité. 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en qu'au moins deux des orifices de sortie de section calibrée (5a,5b,5c) sont de sections différentes. 3.- Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les sections des orifices de section calibrée (5a,5b,5c) sont dans une progression géométrique de raison égale à deux. 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'unité logique (30) est une unité logique électronique. 5.- Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'unité logique (30) est réunie aux moyens (17) d'actionnement des vannes (7) par une interface de puissance (32). 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les vannes d'obturation (7) comportent un canal d'écoulement (9) obturé par un piston obturateur (13) commandé par un électroaimant (17). 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la vanne d'obturation est constituée d'un élément plan (62) sensiblement horizontal, disposé à une distance donnée (h) de la sortie de l'orifice de section calibrée (5a,5b,5c) qu'il est destiné à obturer, et susceptible d'occuper deux positions, à savoir une première position d'obturation dans laquelle il est situé sous ledit orifice de section calibrée (5a,5b,5c), et une seconde position, ou position d'ouverture, dans laquelle il est dégagé de celui-ci. 8.- Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que la distance (h) entre la face supérieure de l'obturateur (13) et la sortie de l'orifice de section calibrée est comprise entre une à dix fois la plus grande dimension des particules de matériau pulvérulent les plus grosses. 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens capteurs (14) sont constitués de moyens optoélectroniques reliés à l'unité logique (30). 10.- Dispositif suivant la revendication 9 caractérisé en ce que la liaison entre chaque vanne (7) et l'unité logique (30) est assurée par un faisceau de fibres optiques. 11.- Dispositif suivant la revendication 10 caractérisé en ce que le faisceau de fibres optiques est constitué d'une première série de brins transportant les rayons lumineux d'une source de lumière externe vers la sortie du matériau pulvérulent (2), et d'une seconde série de brins, transmettant les rayons lumineux réfléchis sur le matériau pulvérulent (2), lorsque celui-ci s'écoule par l'orifice de sortie (5), vers un élément capteur externe. 12.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'unité logique (30) est reliée à un bloc de commande (36) permettant d'afficher le débit (Q) de matériau pulvérulent à délivrer par le dispositif. 13.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'unité logique (30) est reliée à des éléments de commande périphériques (50) aptes à modifier, en cours de fonctionnement du dispositif, et en fonction de conditions extérieures, le débit (Q) de matériau pulvérulent délivré. 14.- Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'unité logique (30) est une unité de logique pneumatique.