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"Améliorations apportées à un appareil de réglage du débit des ventilateurs*
La présente invention a trait à un appareil servant à régler le débit des ventilateurs, son objet étant d'y apporter des améliorations.
Le débit des ventilateurs étudiés pour fonotionner à une ou plusieurs vitesses fixes a été réglé au moyen d'aubes directrices réglables, disposées à l'entrée du ventilateur. Ces aubes directrices d'entrée sont manoeuvrées par un servo-méca'- nisme qui règle le positionnement desdites aubes directrices par un système de réglage ayant un sys'éme de régulation pro- portionnelle, connu par ceux qui sont familiarisés avec la tech- nique de la :régulation ou- un élément substantiel de régulation proportionnelle.
On connaît également un ventilateur qui peut fonctionner à l'une quelconque des deux ou plusieurs vitesses
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fixes qu'il est possible d'obtenir convenablement avec certains types de moteurs à courant alternatif, le but du choix de vitesses étant de pouvoir tirer profit de la plus faible consommation de puissance à faible vitesse, lorsque le débit exigé peut être fourni par le ventilateur à la faible vitesse. Toutefois il n'a pas encore été possible de tirer avantage de la multiplicité des vitesses parce qu'il a encore été souvent nécessaire de régler les aubes réglables d'entrée pour pouvoir faire varier d'une ma- nière continue le débit dans toute la gamme susceptible d'être couverte par une vitesse quelconque.
S' le débit est réglé par un mécanisme automatique de commande, 1'est souvent impossible de stabiliser le réglage du débit du flux dans d'étroites limites lorsqu'on change de vitesse, cela à cause du gain" élevé néces- saire pour manoeuvrer les aubes de réglage, relativement massives, et en particulier lorsque le ventilateur est de grandes dimensions.
Conformément à la présente invention, le dispositif de réglage du débit d'un ventilateur comprend au moins une aube réglant le flux du gaz, actionnée par un servo-moteur ainsi qu'un tringlage entre le servomoteur et les aubes, ledit trin glage comprenant des éléments disposés de manière à pouvoir fai- re varier le rapport de déplacement des aubes en réponse aux changements produits dans une fonction d'un signal de commande, cela de manière à produire une forme désirée de relation entre ledit débit et ledit signal de commande,,
L'invention prévoit un moyen de modifier la vitesse d'un ventilateur en une ou plusieurs étapes, le moyen de régler le flux de gaz par un volet ou aube de réglage, le moyen de ma- noeuvrer ledit volet ou aube par un servo-moteur de puissance,
le moyen d'obtenir une caractéristique particulière dudit volet ou aube et dudit servo-moteur et le moyen d'injecter un dépla- cement programmé dans ledit moyen de manoeuvre pendant l'inter- valle de temps au cours duquel la vitesse se modifie.
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L'invention sera plus clairement expliquée dans la description suivante, accompagnée de dessins*
La figure 1 est un graphique montrant les courbes typ@- ques du volume de gaz,traité par un ventilateur, ayant un méca- nisme de réglage des aubes d'entrée, d'un type généralement connu de l'homme de métier, lorsque le moteur tourne à des vites- ses fixes en vainquant une résistance fixe.
La figure 2 est un graphique montrant les courbes du volume modifié des gaz, ces courbes ayant des formes convenant aux caractéristiques de certains dispositifs automatiques de commande, communément employés.
La figure 3 est une vue schématique, illustrant une forme du moyen de commande, conforme à l'invention et les figures 4 et 5 sont des vues schématiques, illustrant les formes modifiées du moyen de commande, conforme à l'invention*
Dans la figure 1, l'ordonnée X représente 3e déplacement d'un dispositif qui règle la position des aubes réglant le débit d'un ventilateur, lequel dispositif peut être un élément glissant linéairement ou un anneau qui se déplace angulairement autour de l'axe du ventilateur et l'abscisse V représente le volume de gaz traité par le ventilateur.
La courbe 11 est caractéristique de la vitesse de rota- tion N1 du ventilateur tandis que la courbe 12 est caractéristi- que d'une vitesse N2, les deux vitesses étant obtenues en opérant contre la môme résistance au flux que celle prescrite.
On verra que, lorsque le ventilateur fonctionne à la vitesse N1, le flux maximum de gaz qu'on peut obtenir est égal à V1. Si n'importe quel flux de gaz plus élevé est nécessaire, la vitesse doit être augmentée jusque N2. On voit aussi que pour maintenir le débit du gaz à la valeur V1, lorsque la vitesse passe de N1 à N2 ou vice-versa, le moyen de régulation doit se déplacer d'une manière considérable sur une distance égale à X1,
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En outre, les pentes des courbes 11 et 12 en V1 sont fort diffé- rentes. Il s'ensuit donc que les réponses du flux de gaz à un faible déplacement du dispositif de manoeuvre sont tout-à-fait différentes aux deux vitesses N1 et N2.
Dans beaucoup de cas, il y aura un élément de régulation proportionnelle dans le système, par exemple un signal propor- tionnel en valeur à une autre variable, disons le flux de combus- tible, et cet élément sera envoyé à un servo-mécanisme de posi- tionnement commandant le déplacement du dispositif de régulation et les deux réponses entièrement différentes aux deux vitesses peuvent se traduire par une insensibilité à une vitesse et une instabilité à l'autre. L'instabilité en particulier sera encou- ragée si l'effet du changement dans la vitesse doit être détecté sous la forme d'un changement dans le flux de gaz et renvoyé à travers le servo d'amplification pour que le moyen de réglage effectue la correction désirée.
C'est pourquoi il est désirable de modifier la forme du flux de gaz en fonction des courbes du déplacement de commande, pour pouvoir engendrer une forme convenant mieux aux caractéris- tiques de certains dispositifs automatiques de commandecommuné- ment employés. La figure 2 montre les courbes de la forme idéale à réaliser à cette fin, qui ont une forme exponentielle exprimée par la relation dV/dX=KV dans laquelle K est une constante.
L'avantage des formes des courbes, représentées à la figure 2, est particulièrement apparent lorsqu'un ventilateur doit fonctionner à des vitesses N1 et N2 fort différentes puis- quo les pentes 13 et 14 des deux courbes sont les mêmes au point d'intersection avec l'ordonnée, au volume V1.
Des appareils de genres divers peuvent être utilisés pour modifier les formes des courbes caractéristiques de telle
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manière que les courbes représentées à la figure 1 deviennent pratiquement celles représentées à la figure 2. Une forme d'appa- reil est montrée schématiquement à la figure 3. Une série d'aubes 15 de réglage de débit sont placées sur des arbres se trouvant dans des plans radiaux passant par l'axe 16 du ventilateur, de la manière connue. Pour la simplicité du dessin, le ventilateur n'est pas dessiné. On n'a indiqué que deux aubes 15 dont les axes 17 sont parallèles l'un à l'autre et perpendiculaires au plan du papier.
Les manivelles 18 sont solidement attachées aux axes 17 des aubes reliées par des bielles 19 à un élément 20 forcé, par des guides 21, à glisser dans des directions à angle droit par rapport à l'axe 16 du ventilateur. Comme variante à l'élément glissant 20, il peut se trouver et il se trouvera habi- tuellement un anneau susceptible de tourner autour de l'axe 16 du ventilateur. Une bielle 22 est reliée à une extrémité par un ergot 23 à l'élément glissant 20 et, à sdn autre extrémité, à un pivot 24 forcé de glisser dans un guide 25, dans des direc- tions généralement parallèles aux directions de déplacement de l'élément glissant 20.
Le pivot glissant 24 est logé à un angle du dispositif en losange 26, composé de 4 bras d'égale longueur, reliés librement ensemble aux articulations 24, 27, 28 et 29 tandis que l'articulation 27, diagonalement opposée au pivot glissant 24, est ancré par un ergot 30 à un élément 31 fixé à la carcasse du ventilateur.
Un mécanisme de commande 32, représenté sous la forme d'un piston plongeur 33 pneumatique ou hydraulique, déplaçabe dans un cylindre 34 mais qui peut être un dispositif manoeuvré électriquement et est ,commandé par un dispositif au- tomatique (non montré) qui peut être ur "controller" à point réglé (par exemple température) ou un "controller" de rapport (par exemple rapport combustible/air), est relié par une extré- mité (du cylindre 34) à l'articulation 29 et par l'autre extré- mité (du piston plongeur 33) à l'articulation 28 tandis que la
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diagonale du losange entre les articulations 28 et 29 peut être augmentée ou diminuée suivant la diminution ou l'augmentation consécutive de la diagonale, reliant les articulations 24 et 31.
L'effet du mécanisme de commande 31 en relation avec le disposi- tif en losange 26, l'élément mobile 20 et le tringlage 22,19 et 18, est de réduire le taux de déplacement angulaire des aubes 15 par rapport au déplacement du mécanisme de commande, lorsque les aubes sont proches de la position entièrement fermée et d'augmenter le taux précité de déplacement lorsqu'elles approchent de la position entièrement ouverte.
En plus du rapport variable de vitesse du dispositif en losange 26, la bielle 19 et la manivelle 18 sont disposées de manière à former un mécanisme à leviers articulés, donnant un faible rapport de vitesse à une extrémité de sa course.
La version de l'invention, montrée à la figure 4-, four- nit un moyen d'améliorer le réglage du débit de gaz lorsque la vitesse se modifie de N1 à N2 ou vice-versa.
L'ensemble du mécanisme de commande, inséré dans la dia- gonale reliant les articulations 28 et 29 dans le dispositif en losange 26, prend la forme d'un servo de puissance à dispositif "feed-back", tel que ce mécanisme occupe une position bien défi- nie dans les limites de sa course pour chaque valeur du signal variable Y qui peut être la pression d'un fluide ou un poten- tiel électrique. Le serve de'type "feed-back" peut avoir une caractéristique non linéaire telle qu'en combinaison avec les caractéristiques modifiées des aubes de commande du ventilateur, la courbe du débit de gaz en fonction de la valeur Y du signal de commande ayant approximativement la forme exponentielle, mon- trée à la figure 2.
Une telle caractéristique peut être réalisée dans un mécanisme de commande pneumatique au moyen d'un élément en forme de came, commandant un circuit "feed-back". De tels dispositifs sont parfaitement connus. Si le "controller" de la
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variable Y est un "controller" à point réglé, étudié pour main- tenir le flux de gaz à une valeur Va donnée, aucun changement dans Va pour quelque raison que ce soit n'obligera le signal Y de commande à se régler de telle manière que le flux de gaz re- vienne à la valeur réglée Va. Le point réglé Va peut lui-même être réglable, par exemple pour suivre le flux de combustible de manière à maintenir un rapport constant combustible/gaz (air).
Un tel "controller" peut régler le flux de gaz à un vo- lume Va dans un système comportant un ventilateur à deux vites- ses, la vitesse du ventilateur passant en un temps court mais fini de N1 à N2. Les aubes doivent être fermées dans une mesure assez forte spécialement parce que le déplacement de l'aube, com- me le montre la figure 1, doit être grand pour avoir quelque effet appréciable. Si les aubes ne peuvent commencer à se dépla- cer que lorsqu'un changement appréciable de flux de gaz a été détecté, il y aura un retard considérable avant que le déplacement. des aubes ne rattrape le flux de gaz et réduise celui-ci au ni- veau de commande. Les aubes auront aussi,dans leur déplacement, tendance à dépasser le flux de gaz et donc à franchir le point de réglage. Il se produira ainsi du "pompage".
En vue de vaincre cette difficulté, un dispositif peut être utilisé pour programmer le déplacement, préalablement réglé, des aubes, indépendamment du "controller" à point réglé, cela de telle manière que le "con- troller" n'ait à corriger qu'une erreur relativement fajble, par une"boucle" de commande.
La figure 4 montre une disposition schématique d'une forme simple de mécanisme de commande à fonction divisée. A la figure 4, l'ensemble du mécanisme de commande comprend un pre- mier mécanisme 35 dont le cylindre 36 est relié à l'articulation
28 du dispositif en losange 26, et un second mécanisme 38 dont le cylindre 39 est relié à l'articulation 29 du dispositif en losange. Le piston plongeur 37 du mécanisme de commande 35 est
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relié, par une bielle 41, au piston plongeur 40 du mécanisme de commande 38. Le premier mécanisme de commande 35 est commandé par un positionneur 42 qui répond à un signal variable d'entrée, transmis par le fil 43.
Le positionneur 42 est constitué par un mécanisme à valve pilote d'un type bien connu, comprenant une valve pilote (non montrée sur le dessin), une alimentation en fluide de puis- sance 47, une valve *feed-back" (non montrée), manoeuvrée avec la bielle 41 par l'intermédiaire de l'élément désaxé 41a et une bielle 41b. Le second mécanisme de commande 38 est commandé par un "controller" 44 fonctionnant à deux voies par tout ou rien.
Le "controller" 44 est relié par une tringle mécanique 45 à un interrupteur à deux positions 46, *vitesse faible-vitesse élevée".
La puissance hydraulique est fournie au positionneur 42 par une conduite flexible 47 et au "controller" 44, par une conduite fle- xible 48.
En pratique la disposition, montrée à la figure 4, peut ne pas satisfaire aux conditions de commande optimale, y compris les formes semblabes des courbes montrées à la figure 2, dans le cas des vitesses N1 et N2. Toutefois la figure 4 montre le prin- cipe. Une forme d'exécution de l'invention, qui vainc cette der- nière difficulté, est montrée schématiquement à la figure 5.
Les figures 4 et 5 montrent seulement le dispositif en losange, l'ensemble du mécanisme de commande et une partie de la bielle de liaison au tringlage de l'aube, cela pour la simplici- té du dessin.
A la figure 5 il est utilisé un mécanisme pneumatique de commande 51 et ce mécanisme est d'un type connu comportant une disposition mécanique "feed-back" directe, ainsiqtune came
52 en forme de plaque, attachée à la bielle 53 du piston plongeur
54 du mécanisme de commande et se déplaçant avec cette bielle 53.
La came 52 actionne une valve 55 qui, à son tour, modifie l'effet @
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d'un signal d'entrée transmis par le fil 56, lorsqu'il est four- ni un fluide de servo au cylindre 57 du mécanisme de commande, alimenté par l'intermédiaire des conduites flexibles 58,59 et 60, de manière à amener le piston plongeur 54 à reposer dans le cylindre 57 en un point déterminé par ledit signal d'entrée.
Le corps de la valve 55 peut se déplacer sur une distance fixe en étant attaché à une extrémité d'un bras 61, d'un levier 62, pivo- table en 63 vers un élément 64 qui relie le cylindre 57 du méca- nisme de commande 51 à l'articulation 29 du dispositif en losan.. @ ge.
Un second mécanisme de commande 65 est également relié à l'élément 64 et à l'autre bras 66 du levier 62. Tandis que'le second mécanisme de commande 65 peut être d'un type convenable de dispositif manoeuvré hydrauliquement ou électriquement et susceptible de positionner le levier 62 à l'une ou à l'autre \. extrémité de sa course limitée, ledit mécanisme de commande appa- rait sur la figure comme un dispositif actionné hydrauliquement, son cylindre 67 étant monté sur l'élément 64, son piston hydrau- lique 68, relié au bras 66 du levier 62 étant du type à soufflet, à simple effet et rappelé par ressorts, type alimenté par un flui- de au moyen d'une conduite flexible 69 à une allure limitée ap- proximativement par le taux de modification de la vitesse entre N1 et N2.
A la figure 5, le dépècement du corps de la valve 55 est exagéré pour permettre de montrer le pivot 63 du levier, ri- gidement relié au cylindre'57 du mécanisme de commande 51 par l'élément 64. En pratique les proportions du levier 62 seraient différentes de celles montrées.
E n fonctionnement un déplacen nt de la valve 55 créé par un changement dans la vitesse du moteur de commande du ven- tilateur perturbera l'équilibre du mécanisme de commande 57 et le piston plongeur 54 occupera une nouvelle position 54a, les deux positions du piston plongeur 54 étant en relation l'une
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avec l'autre parce que la valve 55 peut seulement être dans une des deux positions d'extrémité. Il y aura un déplacement de l'articulation 24 du dispositif en losange 26 et de la biel- le de liaison 22 avec tout l'assemblage fixé au cylindre 57 du mécanisme de commande, de manière à correspondre au dépla- cement programmé du piston plongeur 54.
Le taux de modifica- tion du mécanisme de commande 57 par le signal d'entrée 56 est une fonction de la pente de la came 52 et ladite pente est telle que les courbes du débit du ventilateur, en fonction du signal d'entrée, ont approximativement la forme exponentielle montrée à la figure 2.
Le dispositif conforme à l'invention est étudié pour fonctionner parfaitement, uniquement lorsqu'il se produit une modification de la vitesse à ou près de l'afflux maximum de fluide qu'il est possible d'obtenir à la vitesse plus faible.
Toutefois, ceci sera en général exactement ce qui sera exigé.
Le dispositif, conforme à l'invention, peut être aisément réglé pour fonctionner au moyen d'un moteur à 3 ou
4 vitesses en disposant le piston plongeur 68 du second mécanisme de commande 65 (figure 5) de manière à avoir 3 ou
4 positions fixes, correspondant aux vitesses dudit moteur.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.