Brevet FR2703984A1 — publié le 19941021

CONSTITUTION DU SYSTEME (DESSIN N Le système est constitué de deux chambres ou corp (N04 et 23) comportant chacune-un évidement conique (angle au sommet du cône de 90 ). Chaque chambre comporte sur sa partie supérieure des flancs coniques, un orifice d'admission du produit à refouler, les chambres sont orientées dans le mime sens. Â l'intérieur des chambres N 4 et N023 sont logés respectivement les axes trompettes N011 et N019 comportant eux aussiun orifice sur leurs flancs coniques. Les orifices des chambres et des axes trompettes sont identiques. Au devant de la chambre N04 est fixé le chapeau collecteur N01 et au devant de la 23 est fixé le chapeau de refoulement N 25. Les Joints N 2 et 24 assurent respectivement l'étancheite entre la chambre N 4 et la chambre N023 avec leur collecteur respectif. Les deux (2) Roues denteés : N07 assurent l'entrainement en rotation et le calage des axes trompettes N 11 et 19. Les deux ressort d'appui N 9 assurent le contact permanent des flancs coniques des axes et-des chambres et donc ltétancheité parfaite et absolue du circuit d'admission et de refoulement. Les écrous et contre-écrous N 10, permettent le réglage de la pression d'appui des ressorts N09. La. rotation des axes trompettes est assurée par la manivelle N012 (en manuel) ou par le moteur électrique N01 5 (en système automatique), par l'intermédiaire des roues dentées N07 et N 16 et de la chaine d'entrainement N013. Les deux butées N06, servent à absorber les frottements dûs à la pression des ressorts d'appui. Les clavette N 18 assurent la liaison en totation des roues N07 et des cames 8 et 22 par rapport à leurs axes. La pièce N 28 est un distributeur 2/1 (2 orifices et 1 voie) à commande mécanique et rappel à ressort, il est actionné par la came N 8 et sert à l'admission d'air dans la I ère chambre par racoordement au raccord N 3. La pièce N029 est identique à la pièce N 28 (c'est des distributeurs 2/1). Il est commandé par la came N 22 et sert à la réalisation de la détente de la 1ère chambre N04. Le segment de flexible N 27 réalise le raccordement du chapeau N0 1 avec la tubulure de ltorifice d'arrivée de la chambre de refoulement N 25. Il est fixé par deux colliers de serrage N 26, de type à montage et démontage rapides. Les chambres N04 et 23 sont assemblées et fixées entre-elles par quatres boulons, leur surface d'assemblage sont paralleles aux axes des trompettes N911 et 19. Les deux pions de centrage N017 fixent l'orientations des axes des trompettes il et 19 dans le sens du plan de coupe A - A. Le: support N 14 permet le réglage de la tention de la chaine N013. Les parties frottantes des axes trompettes sont graissés à l'aide des graisseurs N 5 et 30. L'ensemble des éléments tournants (Roues, Chaine, Cames, etc....) sont protégés par le couvercle N020 en tôle emboutie. Dans le schéma N05 sont indiqués certains éléments fonctionnels qui n'apparaissent pas dans le dessin d'ensemble N 1. Ces éléments sont . Robinet d'isolement Filtre d'admission d'air . Etrangleur d'admission d'air Clapet anti-retour piloté . Filtre de détente q Distributeur 2/1 (2 orifices et 1voie) à commande pneumatique et rappel à ressort . Etrangleur de détente . Canalisation d'air (fléxibles ou tubes métaliques) Les deux axes trompettes sont calés l'un par rapport à l'autre selon leur orifice qui sont décalés l'un de l'autre par rapport à l'orifice de la chambre correspondante de 1800 d'angle. De cette façon pendant que l'orifice de l'un des AXES et en communication avec l'orifice de la chambre correspondante l'autre axes trompette à son orifice qui ne communique pas avec l'orifice de sa chambre correspondante. De cette façon, le circuit admission et le circuit refoulement sont en permanence isolés l'un de l'autre. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU SYSTEME (DESSIN N 1) Raccorder d'abord la tubulure d'arrivée du produit (dans la partie supérieure de la 1ère chambre 4) à la reserve du produit à refouler (silo, cuve, canalisation ect...) en prenant le soin de ne pas oublier d'interposer un Joint d'étancheIté entre les deux chapeaux des tubulures. Raccorder la tubulure du chapeau de refoulement N025 avec la canalisation ou flexible de rer@alement (mettre aussi un Joint d'étancheïté entre les deux tubulures). Ouvrir le robinet d'isolement (schéma N05) après avoir bien branchée l'arrivé d'air au compresseur ou au reseau de distribution. Si le système est prévu en automatique branchez alors le moteur éléctrique N015. S'il doit fonctionner en manuel, utiliser la manivelle N012. Le produit (liquide, poudre, granules, bétons céréales ect....) arrive dans la tubulure d'arrivé de la 1ère chambre N04 par gravité, ce qui suppose donc que le système sera placé sous la reserve du produit à refouler. Pendant la rotation de la manivelle N012 ou du moteur N015, les axes trompette N 11 et 19 sont aussi entrainés en rotation autour de leur axe. Pendant cette rotation et juste au moment où ltorifice de l'axe trompette N 11 arrive en communication avec l'orifice de chambre N04 correspondante le produit déscend et remplit le volume contenu entre la 1ère chambre et la 2ème chambre (étant donné que pour le moment, la 2ème chambre est fermée). Cette admission du produit ou tout simplement l'ouverture de la 1ère chambre N 4, se fait pendant un angle de 2# dont# = 700 (l'analyse du cycle est faite plus loin où est donnée l'explication de l'angle). Après cette phase d'admission ou d'ouverture de la 1ère chambre est toujours suite à la rotation des axes (11 et 19) l'ouVerture précedéntedla 1ère chambre va s'achever et viendra après l'ouverture de la 2ème chambre après un temps mort (ss) de 40 (voir chéma N03). Donc après ce temps mort () vient l'ouverture de la 2ème chambre N023 pendant un angle de 2# (dont # = 70 ). A 10 d'angle après l'ouverture de la 2ème chambre N 23,la came N08 va actionner le distributeur N028 qui lui va faire une admission d'air sous pression par le raccord N0 03. Cette admission d'air se fera pendant un angle de 120e (voir came dladmis- sion sur le dessin N 4) elle se terminera à 10 avant la fin d'ouverture de la 2ème chambre. Cette admission d'air par le raccord N03 chassera tout le produit contenu dans les deux chambres vers les canalisations de refoulement (c'est la phase refoulement). Après que l'ouverture de la 2ème chambre 23 soit terminée (donc la 2ème chambre est vraiment fermée) dans la 1ère chambreil ne reste plus de produit, mais il y'a de l'air sous pression qu'il faut dégager avant l'ouverture de la 1re chambre. C'est ainsi que la came 22 actionne après un temps de transition T = 50, le distributeur de détente N029 pendant un angle de détente de 300 (voir dessin N04, came de détente N022). Le distributeur N029 à son tour commande le distributeur de détente à commande pneumatique (indiqué dans le schéma pneumatique N 5) et le pilotage du clapet anti-retour. Une fois la phase détente est terminée, donc la 1ère chambre n'est plus en pression, arrive de nouveau l'ouverture de la 1ère chambre et donc l'admis sion du produit mais seulement après un temps de transition d'un angle T = 5 et le cycle recommence de nouveau. DETERMINATION DES ANGLES D'INSCRIPTION DES ORIFICES Les orifices des chambres (N 4 et 23) et des axes trompettes doivent etre iaentiques en forme et dimensions. C'est à dire quand l'orifice de l'axe arrive au niveau de l'orifice de sa chambre correspondante, ils se confondent. Le dessin N02 nous donne # l'angle d'inscription de l'orifice dans le sens frontal, c'est à dire dans le sens de la rotation de l'axe, et l'angle 2 dans le sens de la conicité. Pendant la rotation des axes, vous remarquerez bien avec moi que l'orifice de chaque axe trompette (pour un (1) tour d'axe) communique avec l'orifice de sa chambre correspondante pendant un angle égale à 2# (l'ouverture se fait progressivement jusqu'au maxi du trou, puis elle devient dégressive jusqu'à fermeture du trou). Les deux phases d'ouverture des deux chambres (N04 et 23) doivent se succéder et, ne doivent en aucun cas se chevaucher. Il en découle que dans un tour d'axe, il se produira l'ouverture de la 1ère chambre pendant un angle de 2 # qui sera suivi après la fig de cette phase, de l'ouverture de la 2ème chambre pendant aussi un angle de 2# Nous avons donc 2 # + 2# = 1 tour = 360 = 360 d'où # = 90 = # 4 donc o > ( = 900 Nous avons donc déterminé l'angle o( qui représente l'angle Théorique où les orifices doivent être inscrits, mais nous n'avons pas tenu compte des irrégularités pratiques dans la conception des pièces malgré une précision élèvée. Célà nous conduit donc à prévoir des angles de sécurité pour l'ouverture et la fermeture des chambres. Cet angle de sécurité est fixé à 50 et en l'appellera angle ( # L'angle# est donc réduit de 5 = 90 - 5 = 85 =# D'autre part pendant le refoulement, l'ensemble du volume des deux chambres est en pression et à la fermeture de la 2ème chambre qui sera suivie de l'ouver- ture de la 1ère chambre, l'air en pression contenu dans la 1ère chambre va s'échapper par l'orifice de la 1ère chambre vers la réserve du produit à refouler. Pour remedier à célà, il est prévu une détente de la 1ère chambre qui se fera dés que la 2ème chambre soit bien fermée (c'est à dire après la fermeture de la 2ème chambre d'un angle # = L'ouverture de la 1ère chambre ne se fera qu'une fois la détente soit terminée (c'est à dire après un angle 70 = 5 ) voir schéma N03. Pour ce qui est de cette étude et, dans les prototypes que j'ai réalisé (prototypes en mécano-soudure), j'ai adopté uns angle de détente de 300 et il s'est avéré suffisant. L'angle de détente de 300 sera déduit des deux phases d'ouverture des cham bres, ce qui veut dire que l'angle # sera encore réduit de la moitié de l'angle de détente. (c'est à dire de 150). L'angle o( est donc encore réduit de 150. = = 850 - 15 = 700 = L'angle # prend donc la valeur définitive de 700. Vous avez certainement remarquez que le cycle sans la détente est symétrique, c'est à dire que le sens de rotation des axes trompettes peut se faire dans les deux sens. Mais maintenant que la détente est prévue, le sens de rotation des axes doit etre fixé. Dans le schéma N 3, la disposition ou la chronologie des phases fixe le sens de rotation des axes le même que celui des aiguilles d'une montre par rapport à la vue de face (vue non coupée du dessin N01). DETERMINATION DE L'ANGLE X D'INSCRIPTION DES CORIFICES DANS LE SENS DE LA CONICITE (DESSIN N 2) M' et N' sont les projections des points M et N sur l'axe horizontal de la vue de gauche. Dans le triangle OMM' on a ; OM' = Sin #/2 = OM'/R Donc OM' = R Sin #/2 Dans le triangle isocele OPT (vue de dessus) On a : OT = 0P = R (sachant que # = 70 ) Donc Sin # = 0,57 = Tg 2 Ce qui nous donne pour X/2 # 30 d'où X # Donc l'angle X est environ égale à 60 . ANALYSE DES DIFFERENTES PHASES DU CYCLE (Dessin N 3) Le cycle est circulaire et continu. Pour faciliter l'étude et pour plus de précision et compte tenu de la dépondance de la rotation des deux axes trompettes, les deux chambres sont représentées supperposées par leurs axes et donc leur orifice se confondent (parties noircies du schéma N 3). Leur position dans les Six(6) phases du cycles ne change pas. Par contre les orifices des axes trompettes sont représentés en position oppose tel que c'est donné par le calage en fonctionnement normal. Leur position respective l'un vis à vis de l'autre ne change pas pendant le cycle, mais elle change 'ris à vis de la chambre correspondante. L'orifice de l'axe trompette N 19 (de la 2ème chambre) est situé du meme c8té que la clavette, par contre celui de l'axe trompette N11 est situé en opposition à la clavette (voir dessin N 1). Les deux clavettes aussi se confondent. Cette configuration schématique nous permet de voir aisement les differentes phases du cycle (1 tour d'axe). te- héma-N03 nous donne uniquement les positions Mini et Maxi des phases. Les axes de référence sont ceux des chambres (horizontaux et verticaux) qui sont fixes et celui qui passe par la clavette qui lui est mobile (sur l'axe qui passe par la clavette, c'est le coté où il n'y a pas de clavette qui est pris comme référence). Ainsi la phase d'ouverture de la 1ère chambre débute à partir de OA et @t se termine en OA', ce qui nous donne une ouverture de 2 # soit 140 . La phase admission Ou d'ouverture de la 1ère chambre est suivi d'un temps mort pendant un angle ( ss ) de 400 qui est conséquent à l'angle de détente (30 + Le temps mort débute en OA' et se termine en OR. Vient après la phase d'ouver ture de la 2ème chambre qui débute en OR et se termine en OR' pendant un angle de 2 # (soit 1400). Pendant cette phase d'ouverture de la 2ème chambre et à 100 d'angle après OR, la came N08 va actionner le distributeur N028 qui réalisera une admission d'air par le raccord N03 (dessin N01). Cette admission d'air va s'achever avant la fin de la phase d'ouverture de la 2ème chambre et à 100 avant OR'. Après la phase d'ouverture de la 2ème chambre, vient un temps de transition équivalent à l'angle # de 5 . Elle débute en OR' et se termine en OD. Juste après la phase de transition précédente, vient la phase détente. Elle débute en OD et se termine en OD', soit pendant un angle de .300. La came N 22 doit actionner le distributeur N 29 dans la position OD à OD' pour que celui-ci déclenche la détente de la stère chambre. Après cette phase de détente vient encore une autre phase de transition d'un angle # = 50. Elle débute en OD' et se termine en OA et, le cycle recommence de nouveau. CONDITIONS D'UN REFOULEMENT CONTINU : Nous avons vu précédement que l'admission du produit ou l'ouverture des chambres se fait pendant un angle de 2 # = 1400 pour un-tour d'axe et, que l'admission d'air ou refoulement se fait pendant un angle de 1200. te produit refoulé sort en discontinuité. Donc pour maintenir le refoulement continu dans un tour d'axe il faut assembler ou relier par des collecteurs d'admission et de refoulement plusieur systèmes de refoulement. NOMBRE DE SYSTEMESA GROUPER : Nous savons que pour 1 tour d'axe il y'a refoulement sur angle de 1200, donc pour qu'il ait refoulement continu, il faut relier un nombre de systèmes égal à : 360 1200 = 3 Le nombre de systèmes de refoulement qu'il faudra grouper est de trois (3) il seront montés déphasés l'un de l'autre de 120 (par rapport à leurs axes trompettes respectifs). t, entraînement se fera par la même manivelle ou par le même moteur et par l'intermédiaire de chaines (dans ce cas il y'a un minimum de trois (3) chaines d'entrainement. Les collecteurs d'admission et de refoulement seront du type à trois branches. DETERMINATION DES ANGLES DES CAMES CAME D'ADMISSION D'AIR N 8 (Dessin N 4) L'ouverture de la 2ème chambre débute en OR et s'achève en OR' soit un angle 2#= 1400 (voir schéma N 5) L'ouverture de la 2ème chambre débute en OR et, il faudra éviter de déclencher l'admission d'air dans cette position étant donné que l'orifice de la 2ème chambre n'est pas encore bien ouvert On retardera cette admission d'air de 100 d'angle, la position OR' nous donne la fin d'ouverture de la 2ème chambre et, en évitera aussi de maintenir l'admission d'air jusqu'à cette position, on l'arrêtera de même à 100 d'angle avant OR' L'admission d'àir est donc retardée de 100 d'angle de part et d'autre des limites OR et OR,' nous obtenons alors un angle actif de la came de 2c > (- (2x 10 ) = 140 - 20 = 1200 l'angle actif de la came N08 est de 1200. L'axe de sa rainure de clavette est celui donné par OR. Considerons maintenant le (dessin N01) le distributeur N028 d'admission d'air est placé dans le sens le sens de l'axe des orifices des chambres (axe vertical) sa position dans le schéma N*3 se situe dans l'axe CM (phase refoulement) Donc à cette position OM, il y'a lieu de retarder de 10 l'admission d'air. Ce qui nous donne donc la position de début de l'angle actif de la came (sachant que l'angle actif est égale à 1200). CAME DE DOLENTE N022 / (voir dessin N04) Dans le dessin N01, le distributeur de détente N029 est placé dans le sens de l'axe vertical des orifices des chambres, sa position dans le schéma N03 est donné par l'axe ON dans la phase de détente La position ON nous donne donc le début de déclenchement de la détente et l'axe OD est celui qui passe par la rainure de clavette. Nous savons aussi que l'angle actif de la came est de 309. DETERMINATION DE LA FORCE D'APPUI DES RESSORTS / Soit (s) la séction des orifices tel que c'est représenté dans le (dessin N02). Quand les chambres sont fermées, le produit à refouler contenu dans la reserve exerce une préssion sur les flancs coniques des axes trompettes qui obturent les orifices des chambres. Cette pression est déterminée par 1 'équa- tion de BERNOULLI. P = # gh h= représente la hauteur du volume du produit à partir de chaque orifice de chaque chambre jusqu'à la surface du produit dans la reserve (prendre la hauteur maxi). Nous savons que la force qui s exerce sur les flancs des axes est = PxS. Cette force est la résultante de deux forces F1 et F2 exercées sur l'axe trompette. (systhème statique) l'une de ces 2 forces F 1 est dirigée dans le sens de l'axe elle tend à le décoller de son singe et de rompre le contact des deux cônes et ; l'autre F 2 a sa direction dans le sens vertical. Etant donné que les flancs coniques des axes ont un angle au sommet de 90 les forces |F 1|, |F 2| et |F| forment (dans le graphique des forces en systhème statique) un triangle réctangle isocèle dont |F| est l'hypotenuse donc |F 1| et |F 2| sont égales en valeur absolue et La force d'appui des ressorts N 9 (dessin N 1) doit être suffisament supérieure à |F 1| DETERMINATION DE LA VITESSE DE ROTATION DES AXES TROMPETTES Soit V1 le volume de la 1ère chambre et (S) la section de l'orifice. La formule de TORRICELI nous donne la vitesse d'écoulement des liquides : Nous connaissons le débit Q qui est égal Q = VS. L'ouverture de la 1 ère chambre nous donne l'admission du produit par gravité dans la 1ère chambre pendant un angle de 2# = 1400 pour une séction totale de 2S (pour un tour d'axe). (ou 2#rd). Donc pour remplir le volume V1, il faut un temp T égal à T = V1 Q Donc pour un temp égal à (T) nous avons une rotation des axes égale # = 140 =# , (# = 140 = 6,28 rd x 140 = 2,38 rd 360 Nous savons que : # = d# = 140 dt T # (exprimé en rd/s). REMARQUES 10/ - Si le système doit être utiliser pour le refoulement de produits présentant une certaine polymerisation en cours de refoulement (Bétons, poudres ect....), il est recommandé que le chapeau collecteur N01 et le chapeau de refoulement N025 soient prévus à montage et démontage rapide (ou bien ouvrants) de façon à permettre le nettoyage à l'intérieur des deux chambres en fin de travaux. 20/ - Si avant refoulement le produit présente un certain entassement qui gêne son écoulement dans le circuit d'admission (Bétons, Poudres, Granulés etc....) Il est possible de remédier à célà en agissant sur l'étrangleur d'échappement (voir schéma N 5), pour freiner la détente, et l'air sous pression qui restera en partie dans la 1ère chambre, va s'échapper par l'ori- fice de la 1ère chambre dés que celui-ci sera ouvert. Il passera dans la réserve du produit à refouler et brisera son entassement. Dés que l'écoulement du produit se fait normalement rétablir alors la détente. 30/ - En cour de fabrication, les axes trompettes dans leur chambre, respective, subissent une opération de rodage. 40/ - Il y'a rattrappage automatique par les ressorts N09 du jeu causé par l'usure des axes trompettes et de leur siège respectif pendant le fonctionnement. 50/ - Ce système est d'une étanchéité parfaite et absolue. Le circuit d'admission est toujours isolé du circuit de refoulement. Il admet des pressions d'utilisation les plus élevées quelque soit le produit à refouler. Il ne comporte aucun joint dynamique et donc pas de fuites. 6 / - La rotation du moteur N013 peut être transmise aux axes par chaine ou par courroie, une démultiplication du mouvement de rotation est nécessaire pour respectercelle des axes qui est différente de celle du moteur (w est la vitesse de rotation des axes). L'entraînement et le calage des axes entre eux doit toujours se faire par chaine et roues dentées. 70/ - Dans le cas de refoulement de produits hydraucarbures liquides (pétrole et ses dérivés) il est possible de remplacer l'air de propulsion par du gaz naturel sous pression. Dans ce cas, la détente de la chambre N04 sera récuperée et le moteur N01 5 sera de type antidéflagrant ou à air. 8 / - Le diamètre de la partie cyclindrique des axes trompettes est proportionnel à la saleur de la cote (OP) donnée sur le dessin N02. - Dans le dessin N 2, lépaisseur(e) peut être nulle, c'est à dire que l'orifice de l'axe trompette est taillé dans tout le secteur déterminé par l'angle (X), d'autre par la cote (J) doit être supérieure ou égale à 5mm. L E G E N D E DES P I E C E S N NOMBRE D E S I G N A T I O N 1 I Chapeau collecteur 2- 1 Joint d'étancheïté 3 1 Raccord d'admission d'air 4 i Corp de chambre d'admission (1ère chambre) 5 1 Graisseur 2 Butée 7 2 Roue dentée pour chaine 8 1 1 Cama d'admission d'air 9 2 Ressort d'appui 10 4 Ecrou et contre-écrou 11 1 Axe trompette d'admission 12 1 Manivelle d'entrainement 13 i 1 Chaine d'entraînement 14 1. | Support tendeur de chaîne 15 1 | Moteur électrique 16 1 Roue dentée motrice 17 2 Pions de centrage 18 2 | Clavette 19 | 1 , Axe trompette de refoulement 1 Couvercle 21 4 Rondelles 22 1 Came de détente 23 1 Corp de chambre de refoulemeat 24 1 Joint d'étancheïté. 25 1 Chapean de refoulement 2 2 Collier de serrage (Montage et démontage rapides) 27 1 Segment et flexible de raccordement 28 1 Distributeur 2/1 å commande mécanique et rappel à ressort pour admission d'air. 29 1 Distributeur 2/1 à commande mécanique et rappel à ressort pour détente. 30 1 Graisseur. R E V E N D I C A T I O N S 1/ - Système rotatif pour le refoulement de produits, caracterise en ce qu'il comporte deux chambres oucorps N 4 et N 23 comportant chacune un évidement interieur conique. Sur les parties superieures des flancs coniques de chaque chambre est prévu un orifice d'admission du produit à refouler. A l'intérieur des chambres N04 et 23 sont logés respectivement les axes trompettes N 11 et 19 comportant eux aussi un orifice sur leur flanc conique et servant à l'ouverture et à la fermetrue des chambres. La chambre N communique avec la chambre N 23 par l'intermédiaire du chapeau col lecteurNN 1. Au devant de la chambre N 23 est prévu un chapeau de refoulement N025 qui assure la liaison avec la suite de la canalisation de refoulement. L'étancheité entre chambres, collecteur, et chapeaux est assurée par joints. Les axes trompettes sont maintenus en contact permanent dans leur siège à l'aide des ressorts d'appui N 9. L'effort d'appui des ressorts est réglable. et les frottements engendrés sont absorbés en partie par les butées N 6. Le produit à refouler arrive par gravité dans la 1ère chambre suite à la rotation des axes trompettes donnée par les éléments d'entrainement (Roues dentées t. 7 et 16, chaine N 13) sous l'effet de la rotation de la manivelle N 12 en manuel et et de celle du moteur N015 en automatique. Les axes trompettes sont calés l'un par rapport à l'autre et leur rotation engendre l'ouverture et la fermeture des chambres ainsi que l'actionnement des distribu teurs N028 et 29 par l'intermédiaire des cames N08 et N022 donnant le refoulement du produit par admission d'air sous pression ainsi que la détente de la chambre N 4. 2/ - Système de refoulement selon la resendication (1) caracterisé en ce qu'il est jamelé à un autre système de refoulement de même type et décalés l'un par rapport à l'autre de moitié (180 ) dans leur distribution. 3/ - Système de refoulement selon la revendication (1) caracterisé en ce qu'il est relié à deux autres systèmes de refoulement de même types formant ainsi un ensemble de trois systèmes de refoulement déphasés l'un-par rapport à l'autre de 1200 dans leur distribution.