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M E M O I R E D E S C R I P T I F déposé à l'appui d'une demande
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de BREVET D'INVENTION par Monsieur Jean Albert H A R D Y deneurant 12, rue Dulac à Paris (Seine) France et 15, Rue Carnot à Vichy (Allier) France. pour : Régulateur automatique de débits de fluides.
Convention Internationale de 1883 eu égard aux demandes des brevets français du 28 Novembre 1941 et du 13 Juillet 1942
La présente invention a pour objet un appareil destiné à maintenir automatiquement à une valeur prédéterminée fixe ou variable suivant les débits, le rapport des débits dans deux canalisations parcourues par des fluides de natures quel- conques.
Pour ce faire, on ramène la proportionnalité des débits à celle des vitesses d'écoulement des fluides dans cer- taines sections des canalisations et on maintient à une valeur convenable le rapport des vitesses par l'action automatique d'un vannage disposé sur ces canali sations. on place, par exemple, dans chacune de celles-ci, à des endroits convenables, des palettes mobiles ou autres organes
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448163 analogues dont les- déplacements, sous l'action de l'écoule- ment des fluides, provoquent la manoeuvre dudit vannage ., soit directement, soit par l'intermédiaire d'un relais, dans le sens convenable pour que le rapport voulu des débits soit maintenu constant ou varie suivant une loi donnée.
On pourra se contenter de régler les débits dans une seule des deux canalisations au moyen d'une vanna ma- noeuvrée par le déplacement des palettes mobiles.
Comme il peut arriver que l'on ait besoin de faire varier la valeur du rapport de; proportionnalité, des débits, un correcteur est de préférence prévu sur l'appareil à cet effet.
Les/trajectoires des palettes peuvent être rectili- gnes ou courbes, elles peuvent être les mêmes ou différer entre elles ; lespalettes peuvent être de forme plane ou non.
Une réalisation de la présente invention est cons- tituée par un appareil comprenant deux palettes montées aux extrémités de deux bras portés par un axe, de façon à former un équipage mobile parfaitement équilibré, pouvant tourner librement d'un certain angle autour de l'axe.
Les palettes, dans leur mouvement de rotation au- tour de l'axe, se déplacent dans des canalisations à sec- tion variable qui sont, sur une partie de leur longueur, dis- posées circulairement autour de cet axe.
L'une de ces canalisations est parcourue par un fluide dont le débit est variable et le jeu de l'appareil a pour effet de régler le débit de la deuxième canalisation, de façon que quelles que soient les valeurs de ces débits, ils soient toujours dans le rapport voulu R.
Les sections des canalisations, les surfaces des palettes et leurs distances à l'axe, sont établies de fa- çon que, quelle que soit la position angulaire de l'équipage mobile dans les limites de sa course, les efforts de pres-
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448163 produisent des couples d'entraînement qui s'équilibrent lorsque les débits sont dans la rapport voulu R.
L'équipage mobile est rendu solidaire d'un boisseau placé sur la canalisation dont il fait varier le débit dans les limites voulues, pour qu'il soit toujours dans le rap- port R relativement à celui de l'autre canalisation, quelles que soient les variations de ce dernier. '
Pour augmenter la sensibilité de l'appareil lors- que les débits sont peu importants et pour que les actions produites par la circulation des fluides sur les palettes ne soient pas trop faibles, on établit les canalisations de fa- çon que, pour les positions d'équilibre correspondant aux petites ouvertures du boisseau, c'est-à-dire aux faibles dé- bits des fluides, les sections libres de passage de ceux-ci autour des palettes soient assez réduites pour que, à ces endroits,
ils conservent une assez grande vitesse afin de provoquer sur les palettes des pressions de valeurs convena- bles pour le bon fonctionnement de l'appareil.
Ce moyen d'augmenter la sensibilité en faisant va- rier les sections d'une tubulure suivant la position de la palette qui se déplace à l'intérieur de cette tubulure, peut être appliqué à tout appareil destiné à opérer un réglage quelconque ou exercer une commande en fonction de la vitesse de déplacement d'un fluide dans une canalisation.
C'est ainsi que, par exemple, la palette mobile pourra être rappelée à sa position initiale par un ressort taré qui, à chaque instant, équilibrera l'action du fluide sur cette palette et on pourra déterminer les sections cor- respondant aux diverses positions de la palette ainsi que la force du ressort de rappel, de façon que la position angu- laire de ladite palette soit une fonction quelconque de la
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vitesse ou du débit du fluide dans la canalisation.
Le correcteur mentionné ci-dessus pourra modifier les sections successives de la canalisation de feçon à faire varier, dans une certaine mesure, la fonction en question.
Selon une autre forme t'exécution, les palettes sont portées par un équipage mobile par translation dans des canalisations de fluide rectilignes.
L'invention est applicable en particulier à l'ali- mentation d'un moteur fonctionnant au gaz de gazogène,l'ap- pareil constituant alors le mélangeur de gaz et d'air.
On sait que, pour brûler complètement un gaz com- bustible déterminé,. il faut doser soigneusement la quantité d'air nécessaire et les quantités des deux fluides doivent être dans un rapport précis si l'on veut que la combustion donne le maximum de calories pour chaque cylindrée du moteur.
Le mélangeur selon l'invention a pour but d'assu- rer la proportion correcte du mélange quelles que soient la vitesse du moteur et la puissance qui lui sont. demandées.
Un correcteur manoeuvrable à la Bain, suivant les besoins, permet de faire varier la proportion du mélange lorsque la qualité du gaz produit par le gazogène est modi- fiée pour une raison quelconque.
Enfin, un dispositif est prévu, selon l'invention, pour assurer la bonne homogénéité du Mélange envoyé au mo- teur.
La description qui va suivre, en regard des des- sins annexés, se rapporte à un exemple d'exécution d'un tel mélangeur.
La fig. 1 représente un appareil à équipage rota- tif vu en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe du boisseau.
La fige 2 représente à sa partie supérieure une coupe par le plan AA et à sa partie inférieure, une coupe
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La fig.3 est une coupe par le plan CC de la fig.l.
La fig. 4 montre en coupe un appareil à équipage coulissant.
La fig. 5 est une vue partielle développée des ou- vertures d'entrée d'air dans l'appareil de la fig.4.
La fig. 6 est une coupe transversale de cet appareil au niveau du tiroir de distribution.
Les fig. 7 et 6 représentent des détails du distri- buteur mélangeur.
Selon la forme d'exécution représentée fig. 1 à 3 le boîtier de l'appareil a la forme d'un cylindre creux dont la cavité est divisée par une cloison 53 en un conduit de gaz 54 et un conduit d'air 55 aboutissant tous deux à une tubulure de sortie commune 12. Le gaz pénétra directement dans le conduit 54 par une tubulure d'entrée 10 opposée à la tubulure 12 et l'air pénètre dans le conduit 55 en passant par l'intérieur d'un boisseau cylindrique creux 1 qui peut tourner dans des tourillons réglables 6 et 7 du boîtier par des pivots axiaux 2 et 3.
L'air entre dans ce boisseau par l'orifice central 11 (fig.2 et 3) garni/d'un grillage 21 qui est maintenu en place par un ressort circulaire; on peut placer en outre dans cet orifice un volet manoeuvrable à la main pour régler ou former éventuellement l'entrée de l'air dans l'appareil.
Le boisseau creux 1 présente une lumière 56 qui peut, selon la position angulaire du boisseau, être complè- tement occultée per une paroi fixe 57 ou laisser passage plus ou moins largement à l'air entre le boisseau 1 et le conduit 55.
Le boisseau 1 porte extérieurement, à l'aide de bras 8 et 9, deux palettes 6 et 7 qui peuvent se déplacer respectivement. par la rotation limitée du boisseau, dans
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-4 . ], ) c.......-> =-"" '-....</ les conduits 54 et 55, entre la position figurée en traits pleins et la position 6a, 7a dessinée en pointillés sur la fige 1.
Dans la position indiquée fig. 1, l'orifice 56 du boisseau est fermé ; le moteur crée une dépression à l'orifice de sortie 12 de l'appareil, l'air ne peut donc entrer et seul le gaz est vivement aspiré ; il en résulte un entraînement de la palette 6 qui provoque la rotation du bois- seau dans le sens des flèches f, ce qui a pour effet d'ouvrir l'orifice 56 et de laisser pénétrer l'air dans l'appareil; cet air au passage agira à son tour sur la palette 7, en pro- duisant un couple opposé au premier.
Plus le boisseau sera tourné, plus la quantité d'air admise par la lumière 56 sera importante et plus grande sera l'action du déplacement de cet air sur la palette 7;il arrivera ainsi un moment où le couple résultant de l'action de l'air viendra faire équilibre à celui qui résulte de celle du gaz ; les palettes resteront alors immobiles et, d'après le calcul de l'appareil, les débits des deux fluides seront exac- tement dans le rapport prévu, pour que la combustion du mé- lange soit parfaite.
Si, pour une raison quelconque, le débit du gaz vient à varier, le boisseau prendra une nouvelle position d'équilibre pour rétablir la bonne proportionnalité du mélange.
Les dimensions de l'appareil sont établies de façon que, lorsque la palette 6 quitte la position de la fig.l pour tourner dans le sens de la flèche f, les sections plenes du conduit 54 aillent en croissant rapidement,laissant ainsi un passage de plus en plus grand autour de la palette; il en est de même pour la canalisation 55 dans laquelle se déplace la palette 7.
On peut par exemple donner aux conduits 54 et 55 des formes telles que les sections libres de passage des
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448163 fluides au droit des palettes varient en progression géométri- que pour des déplacements angulaires des palettes variant en progression arithmétique.
Si la qualité du gaz produit par le gazogène vient à varier, il faut pour en assurer la bonne combustion modifier le rapport du mélange.
Pour cela, on déplace dans un sens ou dans l'autre la pièce profilée mobile 13, qui limite d'un coté le conduit 55, au moyen de la roue dentée 14 qui entraîne la crémaillère 15 solidaire de la pièce 13; le déplacement de cette pièce 13 se fait circulairement autour de l'axe du boisseau, grâce aux ergots 16 qui glissent dans les rainures circulaires 17.
Ce déplacement provoque une variation des sections de passage de l'air pour chaque position de la palette 7, il en résulte que l'effort produit par l'air sur cette palette qui équilibre ainsi celui qui provient de l'action du gaz sur la palette 6, correspondra à un plus ou moins grsnd débit de l'air, suivant que l'on aura augmenté ou diminué la section de passage de cet air autour de la palette pour chaque posi- tion de celle-ci.
En vue d'assurer un mélange homogène des deux flui- des à là sortie de l'appareil, un distributeur envoie ceux-ci dans la tubulure de sortie 12, sous forme de nombreuses lamel- les planes intercalées entre elles.
Pour cela, des plaques minces de métal 18 sont dis- posées dans la tubulure 12 et elles sont séparées les unes des autres par les deux déflecteurs 19 et 20, disposés de fa- çon que le gaz soit guidé vers l'orifice 12 par le déflecteur 19, en passant dans le premier, le troisième, le cinquième, etc... des intervalles, comptés à partie de la droite sur la figure 3, et ne puisse passer dans les intervalles pairs.
Par contre, l'air guidé par le déflecteur 20,passe
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seulement par les intervalles pairs, à l'exclusion des autres.
Il résulte de cette disposition un mélange des fluides beaucoup plus intime et homogène que si on se conten- tait de les introduire dans le collecteur par deux tubulures voisines.
On pourrait d'ailleurs parfaire.l'homogénéité du mélange en plaçant à la sortie du distributeur ci-dessus, un grillage de forme appropriée destiné à provoquer une multitu- de de petits tourbillons au sein même de la masse gazeuse.
Dans la variante 'représentée fig. 4 à 8, l'équipage mobile est constitué par une tige 31 qui porte les palettes 32 et 33 dont la forme bi-conique a pour but de réduire les pertes de charge occasionnées par leurs présences dans les canalisations ; cette tige porte à son extrémité un tiroir 34 qui démasque plus ou moins les ouvertures 35 pratiquées dans le cylindre 36 à l'intérieur duquel il glisse sans frottement.
L'appareil est placé horizontalement et la tige 31 est guidée dans son déplacement par des galets 37 et 38 dont les axes sont solidaires du corps de l'appareil.
Lorsque le moteur en tournant erée une dépression à l'orifice de sortie 39 de l'appareil, l'air pénètre par les ouvertures 35 en plus ou moins grande quantité,suivant la position du tiroir régulateur 34; le gaz est alors de son côté, aspiré par l'orifice 40 relié au gazogène. Sous l'action de la force vive de l'air sur la palette 32 et du gaz sur la palette 33, l'équipage mobile prend une certaine position d'équilibre telle que, à ce moment, le rapport R de la quan- tité de gaz à celle de l'air passant dans l'appareil, a bien la valeur prévue quelle que soit la vitesse du moteur.
La palette 32 se déplace à l'intérieur d'une tuyère 41 qui peut elle-même se déplacer suivant l'axe de l'appareil, grâce à un écrou 42 manoeuvré par un volant 43,
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µ,±1 ôi . n quant à la palette 33, elle se déplace dans une tuyère fixe 44.
----------------- Ces deux tuyères 41 et 44 ont des formes telles que, pour des déplacements successifs des palettes variant en progression arithmétique, les valeurs des passages libres qu'elles laissent aux fluides varient en progression géométrique; cela permettra de faire varier la valeur du rapport R du mélange, dans les limites prévues, par un simple déplace- ment des tuyères sur leur support, ou de l'une des palettes sur son axe.
En 45, est un volet circulaire qui peut se déplacer autour des orifices 35 d'entrée d'air, afin de pouvoir réduire proportionnellement les valeurs des ouvertures de passage quelle que soit la position du tiroir régulateur 34. cet effet, on a donné aux orifices 35 des formes évasées toutes identiques, ainsi qu'on le voit sur la fig.5 qui montre un développement schématique de la surface du cylindre 36. Ces formes sont calculées de façon que les débits d'air admis dans l'appareil par les ouvertures successives du tiroir, varient à peu près comme les sections libres au droit des palettes pour les positions correspondantes. En faisant tourner le vo- let circulaire 45, on peut obturer un ou plusieurs de ces ori- fices, sans modifier la loi de proportionnalité ci-dessus.
L'appareil est complété par un distributeur mélan- geur des-fluides disposé en 46 qui est constitué par de minces plaquettes métalliques ou non 47 disposées devant l'orifice de sortie 39 du mélange. Ces plaquettes sont séparées les unes des autres par des petits déflecteurs destinés à guider les gaz vers les intervalles impairs, c'est-à-dire le 1er, le Sème,
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le 5ème,etc... et l'air vers les intervalles pairs.etest-â-dire le Sème, le 4ème,etc... @insi, les déflecteurs 48 obstruent les intervalles pairs et forment une entrée évasée pour les intervalles impairs, du côté de l'arrivée des gaz, et les dé- flecteurs 49 obstruent les intervalles impairs et forment une
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..'" 1;;::.; " entrée évasée pour les intervalles pairs, du côté de l'arri- vée de l'air.
Ces déflecteurs sont simplement constitués par un pliage des bords des plaquettes ainsi qu'on le voit sur la fig.8 qui représente à plus grande échelle une coupe de plusieurs plaquettes superposées, par un plan perpendicu- laire aux bords d'entrée du côté du gaz. Le gaz pénètre dans les intervalles 49 qui sont impairs,tandis qu'il ne peut pénétrer dans les intervalles pairs réservés au passage de l'air.
En outre, pour guider rationnellement les fluides dans leur parcours au travers des intervalles, on a disposé d'autres petits déflecteurs perpendiculaires à le surface des plaquettes en 51 pour les intervalles impairs, par exemple, et 52 pour les intervalles pairs. Ces déflecteurs sont cons- titués par la matière même des plaquettes et obtenus par un découpage suivi d'un pliage suivant une forme courbe, ainsi qu'on le voit sur la fig.8. Il en résulte de petites ouver- tures 23 dans les surfaces des plaquettes, par lesquelles les intervalles pairs et impairs communiquent entre eux. créant ainsi un pré-mélange qui ne peut être que favorable à l'homogénéité du Mélange final.
Enfin, pour parfaire celui-ci, on a disposé les bords des plaquettes en forme ondulée ainsi que le montre la fig.7 représentant une vue partielle du distributeur par l'orifice de sortie 39 de l'appareil. Ces ondulations ont ,pour effet de découper en de petits cylindres disposés en quinconce, les lames superposées et intercalées des deux flui- des, les gaz sortiront, par exemple, par les orifices 25 et l'air par les orifices 26.
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