CA1177357A - Dispositif regulateur de la pression d'un fluide - Google Patents
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Abstract
Dispositif permettant de réguler la pression d'un fluide produit sous pression par une source de fluide alimentant un circuit d'utilisation, comportant une canalisation de dérivation reliée en parallèle sur le circuit d'utilisation, un organe d'obturation ayant deux positions, la première permettant la circulation d'une fraction du fluide dans la canalisation de dérivation et la seconde empêchant toute circulation du fluide dans la canalisation de dérivation, et un organe de commande adapté à placer automatiquement l'organe d'obturation dans sa première position lorsque la valeur de la pression est supérieure à une valeur déterminée, cet organe de commande comportent une capsule manométrique ayant une paroi mobile et reliée à la source de fluide, une tige de commande de l'organe d'obturation solidaire de la paroi mobile de la capsule manométrique et un ressort taré destiné à maintenir l'organe d'obturation dans sa deuxième position lorsque la valeur de la pression est inférieure à la valeur déterminée. Le dispositif est caractérisé en ce que la capsule manométrique comporte d'une part un premier orifice calibre à travers lequel elle communique avec la source de fluide et, d'autre part, un élément calibré à travers lequel le fluide contenu dans la capsule manométrique peut s'échapper, et en ce que le dispositif comporte des moyens d'obturation du second orifice lorsque la pression dans la capsule manométrique atteint en croissant une valeur de consigne inférieure à ladite valeur déterminée.
Description
'7~5~
La présente invention concerne un dispositif permettant de réguler la pression d'un fluide délivré par une s~urce à un circuit d'alimentation.
Des di~spositifs régulateurs de la pression d'un fluide produit par une source sont connus de l'art antérieur.
Selon un premier mode de réalisation décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 020 925 du 13 février 1962, ayant pour inventeurs Ross D. Randall et Al~on met en oeuvre un clapet relié en série a~ec la source. Ce clapet est lQ actionné par une membrane déformable de part et d'autre de laquelle s'exercent des pressions fonction de la pression du fluide en amont et en aval du clapet. Un tel dispositif modifie donc simultanément le débit de fluide délivré par la source.
D'autres dispositifs utilisant également un organe disposé en série avec la source d'alimentation en fluide sont par exemple décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 272 227 du 13 septembre 1966, ayant pour inventeur Carter P. Williams et dans la publication REGELUNGSTECHNISCHE
PRAXIS, vol. 2 N 3 MUNICH Septembre 1960, pages 11 à 114, sous le titre '~rtliche Druckluftregelungmit Reduzierstationen"
par J. RUSCHENWEYH.
Selon un autre mode de réalisation décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 a83 998 du 28 avril 1959, ayant pour inventeur Arthur E. sroughton la régulation de pression est obtenue en manoeuvrant un organe d'obturation d'un circuit de dérivation relié à la source de fluide en parallèle avec le circuit d'utilisation du fluide.
~es dispositifs antérieurs de ce type ont un fonctionnement instable au moment de l'ouverture de l'organe d'obturation, qui se traduit, le plus souvent, par une ouver-ture prématurée de cet organe d'ohturation.
'~
' '7~7 L'invention se rapporte à un dispositif du type de ceux comportant un circuit de derivation relie à la source de fluide, et commande par un organe d'obturation dont l'ouverture limite, à une valeur predeterminee, la pression du fluide dans le circuit d'utilisation, ce dis-positif ne présentant pas les inconvenients indiques plus haut et permettant, en particulier, de realiser une ouver-ture franche de l'organe d'obturation.
Selon la presente invention, il est prevu un dispositif permettant de reguler la pression d'un fluide produit sous pression par une source de fluide alimentant un circuit d'utilisation, comportant une canalisation de derivation reliee en parallèle sur le circuit d'utilisation, un organe d'obturation ayant deux positions, la première permettant la circulation d'une fraction du fluide dans la canalisation de derivation et la seconde empêchant toute circulation du fluide dans la canalisation de derivation, et un organe de commande adapte a placer automatiquement l'or-gane d'obturation dans sa première position lorsque la valeur - 20 de la pression est superieure a une valeur determinee, cet organe de commande comportant une capsule manometrique reliee a la source de fluide et ayant une paroi mobile, une tige de commande de l'organe d'obturation solidaire de la paroi mobile de la capsule manometrique et un ressort tare destine a maintenir l'organe d'obturation dans sa deuxième position lorsque la valeur de la pression est inferieure ~ la valeur determinee, caracterise en ce que la capsule manometrique comporte d'une part un premier orifice calibre à travers lequel elle communique avec la source de fluide et, d'autre part, un element calibre a travers lequel le fluide contenu dans la capsule manometrique peut s'echapper, et en ce que le dispositif comporte des moyens d'obturation de l'element calibre lorsque la pression dans la capsule manométrique att;eint en c~oissant une valeur de consigne inferieure a laclite valeur déterminee.
L'invention pourra etre bien comprise, et tous ses avantages apparaîtront clairement ~ la lecture de la descrip-tion qui suit illustrée par les figures annexées parmi les-quelles:
- la figure 1 montre sch~matiquement un dispositif selon l'art antérieur, - la figure 2 represente un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2A est une variante de la figure 2, - la figure 3 illustre un second mode de réalisation de l'inven-tion, - la figure 4 représente l'application de l'invention a la regulation d'un turbo-compresseur equipant un moteur a com-bustion interne, - la figure 5 indique le fonctionnement de l'ensemble repré-senté sur la figure 4; la figure 5 se trouve sur la planche contenant la fig.ure 1.
Sur les différentes figures, les mêmes réferences ont éte utilis.ees pour designer les memes elements.
La figure 1 représente, schématiquement et en coupe, un dispositif de régulation selon l'art ant~rieur ré-gulant la pression du fluide délivré par une source de fluide 1. Ce fluide est, par exemple, mais non exclusivement, de l'air sous pression alimentant un circuit d'utilisation auquel la source 1 est reliee par une canalisation principale 2.
Le dispositif de regulation comporte une canalisa-tion de derivation 3 reliee a la source 1 en parallele sur la canalisation principale 2 et debouchant, par exemple, dans l'atmosphere a son extrémité libre 4. Un organe d'obturation, qui est ici un clapet 5 cooperant avec un siège de clapet 6, assure la fermeture de la canalisation 3. Un ressort taré
7 agit sur la tige 8 du clapet 5 pour le maintenir dans la pos:Ltion fermée représentée sur la figure 1. La tige 8 est sol:Ldaire de la paroi mobile 9 d'une capsule manométrique 10 reliée par une canalisation 11 a l'alimentation en fluide.
Le fonctionnement du dispositif est simple. Tant que la pression du fluide delivre par la source 1 reste infé-rieure a une valeur déterminée pour laquelle le ressort 7 a été
taré, le clapet 5 est maintenu sur son si~ge 6 par l'action du res~ort 7 sur la tige 8. La totalité du fluide delivre par la source 1 s'ecoule dans la canalisation 2, comme l'indique la fleche en trait continu.
Lorsque la valeur de la pression du fluide est supé-rieure à la valeur prédéterminée, la capsule manométrique 10 déplace le clapet 5 contre l'action du ressort 7, provoquant l'ouverture du clapet. Une fraction du fluide fourni par la source 1 est evacuee par l'orifice 4 et la pression dans la canalisation 2 s'etablit a une valeur sensiblement egale a la valeur determinée.
Il est aisé de comprendre que lorsque la valeur de la pression du fluide atteint, en croissant, la valeur prédéter-minée, l'action de la capsule manométrique 10 sur la tige 8 compense tout d'abord sensiblement l'action du ressort 7 et le clapet 5 est alors maintenu pratiquement sans effort sur son siège 6. L'experience montre que des fuites se manifestent au niveau du clapet dont l'ouverture n'est pas franche.
Cet inconvenient est supprime en utilisant le dispo-sitif selon l'invention dont un premier mode de réalisaiton est illustre par la figure 2.
Dans ce mode de realisation, la tige 8 de commande du clapet 5 est percée axialement. L'alésage, conduit ou canal ,~ ~
11 ~"~';3~'7 12 communique, par un orifice calibré 14, avec l'interieur de la capsule manometrique 10 du c6te de la membrane 9 oppose au ressort 7. A son autre extremite, l'alesage 12 debouche radiale-ment par un orifice 13. Le niveau de l'orifice 13 sur la tige 8 est tel que, dans la position de fermeture du clapet, cet or:Lfice est libre et le fluide circule dans la canalisation 11, dans la capsule manometrique 10 et dans le canal 12 avant d'être evacué par l'orifice 13 vers l'extérieur de la capsule 10 qui est munie d'orifices lOa communiquant avec l'atmosphere.
L'orifice calibré 14, le canal 12 et l'orifice radial constituent un élement calibré.
Le fonctionnement du dispositif est indiqué ci-dessous.
L'organe d'obturation étant fermé, et la preSsion du fluide délivré par la source 1 étant inférieure a une valeur prédéterminée, ce fluide s'écoule essentiellement dans la cana-lisation principale 2. Toutefois, une fraction de ce fluide circule dans la canalisation 11, pén~tre par l'orifice 15 dans la capsule manométrique 10 du coté de la membrane 9 opposé au ressort 7, puis est évacué par le canal 12. La pression Pc à
l'intérieur de la capsule manométrique 10 est alors déterminée par la formule p Pc 2 1 + s dans laquelle P représente la pression relative du fluide délivré par la source 1, s la section de l'orifice calibré 14 et S la section de l'orifice calibré 15.
Dans ces conditions, et tant que le fluide circule dans l'alésage 12, la valeur de la pression Pc reste inférieure à la valeur P.
Lorsque la pression P du fluide délivré par la source 1 augmente, la pression Pc croît jusqu'a une valeur critique pour laquelle le ressort 7 a ete tare. Le deplacement de la tige 8 de commande du clapet 5 permet l'obturation de l'orifice 13 par le palier de guidage 16 provoquant ainsi l'interruption de l'ecoulement du fluide a t:ravers le conduit 12.
La pression Pc a l'intérieur de la capsule manometrique 10 augmente alors brusquement pour devenir egale a la pression du fluide délivré par la source 1. Il en résulte un déplace-ment brusque de la tige 8 qui ouvre le clapet 5 limitant ainsi la pression du fluide alimentant la canalisation 2.
Dans ce mode de réalisation, le clapet 5 est prolongé
par une portion cylindrique 5a qui maintient l'obturation de la canalisation 3 pendant le petit déplacement de la tige 8 correspondant a l'obturation de l'orifice 13 du canal 12.
La figure 2A represente une variante de realisation dans laquelle la tige de co~Nmande du clapet 5 est composée de deux éléments 8a et 8b. L'un d'entre eux porte une boutonniere 8c coopérant avec un ergot 8d solidaire de l'autre élément.
Dans ce mode de réalisation, lorsque les actions du ressort 7 et de la pression sur la tige 8a se compensent, le clapet 5 reste appliqué fortement sur son siege jusqu'a l'obturation complete de l'orifice 13 grâce a l'action de la pression du fluide délivré par la source 1.
La figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure seuls les éléments nécessaires au déplacement de la tige 8 de commande du clapet 5 ont été
représentés.
Comme dans l'exemple de réalisation précédent, la tige de commande 8 est solidaire de la paroi mobile 9 d'une capsule manométrique, et elle est soumise à l'action du ressort 7 qui tend a appliquer le clapet contre son siege. La canalisation 11 alimente la capsule nanométrique 10 en fluide sous pression a travers l'orifice calibré 15. La capsule manométrique 10 _ ~ _ 11'7','~5'7 comporte une seconde paroi mobile 17 solidaire d'un arbre ou coulisseau 18 coullssant dans un palier de guidage 18a. Cet arbre est percé d'un al~sage axial 12 dont une extremité de-bouche par un orifice cali~ré 14 dans la capsule manométrique 10 entre les deux parois mobiles g et 17 et dont l'autre extremite communique par un orifice radial 13 avec l'extérieur de la capsule manométrique 10.
Un ressort 19 agit sur le coulisseau 18 pour le maintenir dans la position représentée, ce qui permet un écou-lement de fluide à travers l'orifice 13.
Le ressort 19 est taré à une valeur inferieure a celledu tarage du ressort 7.
Le fonctionnement est indique ci-dessous, le disposi-tif etant initialement dans la position représentée sur la figure 3 et maintenant fermé l'organe d'obturation 5. Tant que la va-leur P de la pression du fluide délivré par la source 1 reste inférieure à une valeur prédéterminée, le fluide circule dans la canalisation 11, dans la capsule 10 et dans le conduit 12 pour être évacué par l'orifice 13. La pression Pc a l'interieur de la capsule manométrique 10 s'etablit à une valeur inferieure a P, et fonction des sections calibrées S de l'orifice 15 et s de l'orifice 14. Lorsque la valeur de la pression P croît et que la valeur de la pression P atteint-une valeur critique pour la-quelle le ressort 19 a ete tare, le coulisseau 18 est déplacé
vers le haut de la figure ce qui provoque l'obturation de :: l'orifice 13 par le palier de guidage 18a et l'interruption de l'ecoulement dans la capsule manometrique 10. La valeur de la pression Pc augmente brusquement jusqu'à la valeur P. La tige de commande 8 est à son tour déplacée pour actionner l'organe d'obturation 5.
La figure 4 montre un exemple d'application de l'invention a la régulation automatique de l'alimentation d'une _ 7 _ ~f , t~
turbine entraînee par les gaz d'echappement d'ùn moteur a combustion interne, cette turbine actionnant un compresseur qui delivre l'air necessaire au fonctionnement du moteur.
Sur la figure 4, la reference 20 designe un moteur combustion interne alimente en gaz tel que de l'air ou en mélange carburé par une canalisation d'admission 21. Pour la clarte du dessin, les dispositifs permettant l'introduction du carburant n'ont pas éte représentes. Ces dispositifs peuvent être du type carburateur ou injecteur et places en amont ou en 10 aval du compresseur comme cela est bien connu du technicien.
Les gaz d'echappement sont evacues par une canalisation 22.
On rappelle que la suralimentation d'un moteur 20 peut 8tre assuree par un compresseur 24 lie en rotation à une turbine 23 qui est actionnee par les gaz d'echappement du moteur.
Il en resulte que le debit de gaz fourni par le compresseur 24 dépend de la vitesse de rotation de la turbine 23, c'est-a-dire du debit des gaz d'echappement alimentant la turbine. Autrement dit, le debit et la pression de gaz produit par le compresseur 24 sont liés au regime N de fonctionnement du moteur.
Generalement, les caracteristiques du turbo-compresseur sont choisies pour permettre d'obtenir un couple moteur maximum a une valeur determinee Nl du regime de fonctionnement du moteur.
On est donc conduit a reguler la vitesse de rotation de la turbine en contrôlant la quantit~ de gaz d'échappement qui la traverse aux regimes de fonctionnement du moteur superieurs a la valeur Nl.
Il est connu d'utiliser à cet effet un circuit de derivation des gaz d'echappement du moteur qui comporte une canalisation 27 reliant l'entree a la sortie de la turbine 23, 30 un organe 5 d'obturation du conduit de dérivation et un dis-positif de commande assurant l'ouverture de cet organe d'ob-turation aux regimes de fonctionnement eleves du moteur pour - 7a -!
,,~;.
~ '7 permettre l'evacuation directe, de la canalisation 22 à
l'échappement 26, d'une fraction déterminée des gaz d'echap-pement.
Selon les modes de réalisation, le dispositif de cornmande est actionné en fonction de la pression ~ l'entrée de la turbine ou en fonction de la pression à la sortie du compresseur pour obtenir une loi déterminée de variation de la pression à la sortie du compresseur.
Lorsqu'on utilise un dispositif de commande selon l'art antérieur tel que, par exemple, celui illustre par la figure 1, dans lequel la canalisation 11 communique avec la sortie du compresseur, l'evolution de la pression P des gaz a la sortie du compresseur en fonction du régime N de fonc-tionnement du moteur est celle représentée par la courbe I
tracée en trait mixte sur la figure 5. On peut noter qu'aux régimes inférieurs à ~1 cette courbe se différencie nettement de la courbe II tracée en trait fin et qui représente la.
fonction P = f (N) lorsque l'organe d'obturation 5 est main-tenu parfaitement ferme, c'est-a-dire le clapet 5 etant ap-plique avec force sur son siage 6. Cette difference, quiprovient d'une ouverture prematurée de l'organe d'obturation 5 comme il a déjà été indiqué plus haut, montre qu'aux bas régimes de fonctionnement du moteur on ne recupère pas le maximum d'energie des gaz d'echappement.
Pour remédier à cet inconvénient, on utilise comme organe de commande du clapet 5 le dispositif selon l'invention. Dans l'exemple schématisé sur la figure 4, le dispositif utilise correspond au mode de realisation re-presente sur la figure 3. ~a canalisation 11 relie la sortie du compresseur 24 a la capsule manométrique 10 tandis qu'une canalisation 28 permet de réintroduire à l'entree du compres-seur les gaz ayant circulé à travers le canal 12 ménagé dans le coulisseau 18.
- 7b -`' 11~7'7~3S~7 Le fonctionnement de l'ensemble est décrit ci-~essous, en se référant aux figures 3, 4 et S.
, Le rapport des sections de l'orifice calibré 15 et du conduit 12, et la pression de tarags du ressort 19 ont été choisis pour que l'obturation de l'oriiice 13 (Fig. 3) intervienne 3 la valeur N1 du régime du fonctionnement du moteur.
On considère tout dtabord que le régime du moteur croit jusqu'~ la valeur N1.
' La pression P à l'intérieur de la capsule manométrique 10 décrit la portion OA' de la courbe III'représentée en trait interrompu.
La pression P est trop faible pour comprimer les ressorts 7 et 19. Le clapet S est maintenu fermement sur son siège 6 par llaction du ressort 7 empêchant toute fuite de gaz d'échappement dans la canalisation de dérivation 27. La pression P à la sortie du compresseur varie suivant la portion OA de la courbeII.Lorsque le régime de fonctionnement du moteur atteint la valeur N1, la pression P à la sortie du compresseur atteint la valeur P1 et la pression P dans la capsule manométrique 10 atteint la valeur P2 pour laquelle le ressort 19 a été taré. Il s'ensuit un déplacement du coulisseau 18 et une interruption de l'écoulement des 2D gaz traversant le canal 12.
La pression P darla la capsule manométrique 10 augmente et devient égale à la pression P à la sortie du compresseur 24 et supé-; rieure ~ la valeur correspondant au tarage du ressort 7, ce qui pro-voque l'ouverture brusque du clapet 5.
L1expérience montre que la pression s'établit brusquement à
une valeur P3 comprise entre P1 et P2 correspondant au point B qui se trouve sensiblement sur le cnurbe I.
Une augmentation supplémentaire du régime du moteur conduit à une augmentation de la valeur des pressions P et P jusqu~à une valeur de régulation qui est ~onction du débit de gaz d~échappement d~rivé par la can~lisation 27. En conséquence, pour les valeurs supé-rieures à N1, la valeur de la pression à la sortie du cDmpresseur 24 .~ .
7~5t;~
et ~ llint~rieur de la capsuls manométrique 1û suit sensiblement la courbe I.
On voit donc qu'aux bas régimes le dispositif selon l'inven-tion permet de récupérer unc plus grande quantité d'énergie des gaz d'échappement et donc dlassurer une meilleure suralimentation du moteur.
La quantité d'énergie ainsi récupérée. est sensiblement proportionnelle 3 la surface délimitée entre les courbes I et II, c'est-à-dire à la surface OA3.
Lorsqu'en partant d'une valeur supérieure à N1 on fait décro;tre la valeur du régime de fonctionnement du moteur, on cons-taté expérimentalement que la pression à la sortie du compresseur 24 et donc dans la capsule manométrique 10, décroît en suivant la courbe I
du jusqu'à une valeur N2 du régime/moteur, c'est-à-dire jusqu'au point C
pour lequel la valeur de la pression P2 correspond au tarage du ressort 19. Le roulisseau se déplace en sens inverse, permettant l'écoulement des gaz 3 travers le conduit 12. la pression dans la capsule manomé-trique décroit brusquement jusqu'à la valeur P4 correspondant au point D'. De ce fait le clapet 5 est plaqué sur son siège 6 par le ressort 7 et la pression 3 la sortie du compresseur augmente jusqu'à la valeur P5 correspondant au point D. Lorsque le régime du mDteur décroît en dessous de la valeur N2 la pressian dans la capsule manométrique 10 décroit suivant la portion D'O de la courbe III tandis que la valeur de la pression 3 la sortie du compresseur varie suivant la portion DO de la courbe II.
La valeur N2 dépend des earactéristiques du turbo-compresseur et du rapport entre la section de l'orifice 15 et celle du conduit 12.
De façon générale, la valeur de N2 est inférieure de 1 à 2 tours/s. à
la valeur N1.
Le ~ode de réalisation illustré par la figure 4 présente l'avantage d'introduire dans la capsule manométrique des yaz à une 11'7'7~
! température inférieure à celle des ga~ dléchappe~ent ; mais on ne ¦ sortirait pas du caclre de la présente invention en reliant les cana-! lisations 11 et 28 respectivement à l~entrée et à la sortie cie la turbi e Z3, .
La présente invention concerne un dispositif permettant de réguler la pression d'un fluide délivré par une s~urce à un circuit d'alimentation.
Des di~spositifs régulateurs de la pression d'un fluide produit par une source sont connus de l'art antérieur.
Selon un premier mode de réalisation décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 020 925 du 13 février 1962, ayant pour inventeurs Ross D. Randall et Al~on met en oeuvre un clapet relié en série a~ec la source. Ce clapet est lQ actionné par une membrane déformable de part et d'autre de laquelle s'exercent des pressions fonction de la pression du fluide en amont et en aval du clapet. Un tel dispositif modifie donc simultanément le débit de fluide délivré par la source.
D'autres dispositifs utilisant également un organe disposé en série avec la source d'alimentation en fluide sont par exemple décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 272 227 du 13 septembre 1966, ayant pour inventeur Carter P. Williams et dans la publication REGELUNGSTECHNISCHE
PRAXIS, vol. 2 N 3 MUNICH Septembre 1960, pages 11 à 114, sous le titre '~rtliche Druckluftregelungmit Reduzierstationen"
par J. RUSCHENWEYH.
Selon un autre mode de réalisation décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 2 a83 998 du 28 avril 1959, ayant pour inventeur Arthur E. sroughton la régulation de pression est obtenue en manoeuvrant un organe d'obturation d'un circuit de dérivation relié à la source de fluide en parallèle avec le circuit d'utilisation du fluide.
~es dispositifs antérieurs de ce type ont un fonctionnement instable au moment de l'ouverture de l'organe d'obturation, qui se traduit, le plus souvent, par une ouver-ture prématurée de cet organe d'ohturation.
'~
' '7~7 L'invention se rapporte à un dispositif du type de ceux comportant un circuit de derivation relie à la source de fluide, et commande par un organe d'obturation dont l'ouverture limite, à une valeur predeterminee, la pression du fluide dans le circuit d'utilisation, ce dis-positif ne présentant pas les inconvenients indiques plus haut et permettant, en particulier, de realiser une ouver-ture franche de l'organe d'obturation.
Selon la presente invention, il est prevu un dispositif permettant de reguler la pression d'un fluide produit sous pression par une source de fluide alimentant un circuit d'utilisation, comportant une canalisation de derivation reliee en parallèle sur le circuit d'utilisation, un organe d'obturation ayant deux positions, la première permettant la circulation d'une fraction du fluide dans la canalisation de derivation et la seconde empêchant toute circulation du fluide dans la canalisation de derivation, et un organe de commande adapte a placer automatiquement l'or-gane d'obturation dans sa première position lorsque la valeur - 20 de la pression est superieure a une valeur determinee, cet organe de commande comportant une capsule manometrique reliee a la source de fluide et ayant une paroi mobile, une tige de commande de l'organe d'obturation solidaire de la paroi mobile de la capsule manometrique et un ressort tare destine a maintenir l'organe d'obturation dans sa deuxième position lorsque la valeur de la pression est inferieure ~ la valeur determinee, caracterise en ce que la capsule manometrique comporte d'une part un premier orifice calibre à travers lequel elle communique avec la source de fluide et, d'autre part, un element calibre a travers lequel le fluide contenu dans la capsule manometrique peut s'echapper, et en ce que le dispositif comporte des moyens d'obturation de l'element calibre lorsque la pression dans la capsule manométrique att;eint en c~oissant une valeur de consigne inferieure a laclite valeur déterminee.
L'invention pourra etre bien comprise, et tous ses avantages apparaîtront clairement ~ la lecture de la descrip-tion qui suit illustrée par les figures annexées parmi les-quelles:
- la figure 1 montre sch~matiquement un dispositif selon l'art antérieur, - la figure 2 represente un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2A est une variante de la figure 2, - la figure 3 illustre un second mode de réalisation de l'inven-tion, - la figure 4 représente l'application de l'invention a la regulation d'un turbo-compresseur equipant un moteur a com-bustion interne, - la figure 5 indique le fonctionnement de l'ensemble repré-senté sur la figure 4; la figure 5 se trouve sur la planche contenant la fig.ure 1.
Sur les différentes figures, les mêmes réferences ont éte utilis.ees pour designer les memes elements.
La figure 1 représente, schématiquement et en coupe, un dispositif de régulation selon l'art ant~rieur ré-gulant la pression du fluide délivré par une source de fluide 1. Ce fluide est, par exemple, mais non exclusivement, de l'air sous pression alimentant un circuit d'utilisation auquel la source 1 est reliee par une canalisation principale 2.
Le dispositif de regulation comporte une canalisa-tion de derivation 3 reliee a la source 1 en parallele sur la canalisation principale 2 et debouchant, par exemple, dans l'atmosphere a son extrémité libre 4. Un organe d'obturation, qui est ici un clapet 5 cooperant avec un siège de clapet 6, assure la fermeture de la canalisation 3. Un ressort taré
7 agit sur la tige 8 du clapet 5 pour le maintenir dans la pos:Ltion fermée représentée sur la figure 1. La tige 8 est sol:Ldaire de la paroi mobile 9 d'une capsule manométrique 10 reliée par une canalisation 11 a l'alimentation en fluide.
Le fonctionnement du dispositif est simple. Tant que la pression du fluide delivre par la source 1 reste infé-rieure a une valeur déterminée pour laquelle le ressort 7 a été
taré, le clapet 5 est maintenu sur son si~ge 6 par l'action du res~ort 7 sur la tige 8. La totalité du fluide delivre par la source 1 s'ecoule dans la canalisation 2, comme l'indique la fleche en trait continu.
Lorsque la valeur de la pression du fluide est supé-rieure à la valeur prédéterminée, la capsule manométrique 10 déplace le clapet 5 contre l'action du ressort 7, provoquant l'ouverture du clapet. Une fraction du fluide fourni par la source 1 est evacuee par l'orifice 4 et la pression dans la canalisation 2 s'etablit a une valeur sensiblement egale a la valeur determinée.
Il est aisé de comprendre que lorsque la valeur de la pression du fluide atteint, en croissant, la valeur prédéter-minée, l'action de la capsule manométrique 10 sur la tige 8 compense tout d'abord sensiblement l'action du ressort 7 et le clapet 5 est alors maintenu pratiquement sans effort sur son siège 6. L'experience montre que des fuites se manifestent au niveau du clapet dont l'ouverture n'est pas franche.
Cet inconvenient est supprime en utilisant le dispo-sitif selon l'invention dont un premier mode de réalisaiton est illustre par la figure 2.
Dans ce mode de realisation, la tige 8 de commande du clapet 5 est percée axialement. L'alésage, conduit ou canal ,~ ~
11 ~"~';3~'7 12 communique, par un orifice calibré 14, avec l'interieur de la capsule manometrique 10 du c6te de la membrane 9 oppose au ressort 7. A son autre extremite, l'alesage 12 debouche radiale-ment par un orifice 13. Le niveau de l'orifice 13 sur la tige 8 est tel que, dans la position de fermeture du clapet, cet or:Lfice est libre et le fluide circule dans la canalisation 11, dans la capsule manometrique 10 et dans le canal 12 avant d'être evacué par l'orifice 13 vers l'extérieur de la capsule 10 qui est munie d'orifices lOa communiquant avec l'atmosphere.
L'orifice calibré 14, le canal 12 et l'orifice radial constituent un élement calibré.
Le fonctionnement du dispositif est indiqué ci-dessous.
L'organe d'obturation étant fermé, et la preSsion du fluide délivré par la source 1 étant inférieure a une valeur prédéterminée, ce fluide s'écoule essentiellement dans la cana-lisation principale 2. Toutefois, une fraction de ce fluide circule dans la canalisation 11, pén~tre par l'orifice 15 dans la capsule manométrique 10 du coté de la membrane 9 opposé au ressort 7, puis est évacué par le canal 12. La pression Pc à
l'intérieur de la capsule manométrique 10 est alors déterminée par la formule p Pc 2 1 + s dans laquelle P représente la pression relative du fluide délivré par la source 1, s la section de l'orifice calibré 14 et S la section de l'orifice calibré 15.
Dans ces conditions, et tant que le fluide circule dans l'alésage 12, la valeur de la pression Pc reste inférieure à la valeur P.
Lorsque la pression P du fluide délivré par la source 1 augmente, la pression Pc croît jusqu'a une valeur critique pour laquelle le ressort 7 a ete tare. Le deplacement de la tige 8 de commande du clapet 5 permet l'obturation de l'orifice 13 par le palier de guidage 16 provoquant ainsi l'interruption de l'ecoulement du fluide a t:ravers le conduit 12.
La pression Pc a l'intérieur de la capsule manometrique 10 augmente alors brusquement pour devenir egale a la pression du fluide délivré par la source 1. Il en résulte un déplace-ment brusque de la tige 8 qui ouvre le clapet 5 limitant ainsi la pression du fluide alimentant la canalisation 2.
Dans ce mode de réalisation, le clapet 5 est prolongé
par une portion cylindrique 5a qui maintient l'obturation de la canalisation 3 pendant le petit déplacement de la tige 8 correspondant a l'obturation de l'orifice 13 du canal 12.
La figure 2A represente une variante de realisation dans laquelle la tige de co~Nmande du clapet 5 est composée de deux éléments 8a et 8b. L'un d'entre eux porte une boutonniere 8c coopérant avec un ergot 8d solidaire de l'autre élément.
Dans ce mode de réalisation, lorsque les actions du ressort 7 et de la pression sur la tige 8a se compensent, le clapet 5 reste appliqué fortement sur son siege jusqu'a l'obturation complete de l'orifice 13 grâce a l'action de la pression du fluide délivré par la source 1.
La figure 3 représente un second mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure seuls les éléments nécessaires au déplacement de la tige 8 de commande du clapet 5 ont été
représentés.
Comme dans l'exemple de réalisation précédent, la tige de commande 8 est solidaire de la paroi mobile 9 d'une capsule manométrique, et elle est soumise à l'action du ressort 7 qui tend a appliquer le clapet contre son siege. La canalisation 11 alimente la capsule nanométrique 10 en fluide sous pression a travers l'orifice calibré 15. La capsule manométrique 10 _ ~ _ 11'7','~5'7 comporte une seconde paroi mobile 17 solidaire d'un arbre ou coulisseau 18 coullssant dans un palier de guidage 18a. Cet arbre est percé d'un al~sage axial 12 dont une extremité de-bouche par un orifice cali~ré 14 dans la capsule manométrique 10 entre les deux parois mobiles g et 17 et dont l'autre extremite communique par un orifice radial 13 avec l'extérieur de la capsule manométrique 10.
Un ressort 19 agit sur le coulisseau 18 pour le maintenir dans la position représentée, ce qui permet un écou-lement de fluide à travers l'orifice 13.
Le ressort 19 est taré à une valeur inferieure a celledu tarage du ressort 7.
Le fonctionnement est indique ci-dessous, le disposi-tif etant initialement dans la position représentée sur la figure 3 et maintenant fermé l'organe d'obturation 5. Tant que la va-leur P de la pression du fluide délivré par la source 1 reste inférieure à une valeur prédéterminée, le fluide circule dans la canalisation 11, dans la capsule 10 et dans le conduit 12 pour être évacué par l'orifice 13. La pression Pc a l'interieur de la capsule manométrique 10 s'etablit à une valeur inferieure a P, et fonction des sections calibrées S de l'orifice 15 et s de l'orifice 14. Lorsque la valeur de la pression P croît et que la valeur de la pression P atteint-une valeur critique pour la-quelle le ressort 19 a ete tare, le coulisseau 18 est déplacé
vers le haut de la figure ce qui provoque l'obturation de :: l'orifice 13 par le palier de guidage 18a et l'interruption de l'ecoulement dans la capsule manometrique 10. La valeur de la pression Pc augmente brusquement jusqu'à la valeur P. La tige de commande 8 est à son tour déplacée pour actionner l'organe d'obturation 5.
La figure 4 montre un exemple d'application de l'invention a la régulation automatique de l'alimentation d'une _ 7 _ ~f , t~
turbine entraînee par les gaz d'echappement d'ùn moteur a combustion interne, cette turbine actionnant un compresseur qui delivre l'air necessaire au fonctionnement du moteur.
Sur la figure 4, la reference 20 designe un moteur combustion interne alimente en gaz tel que de l'air ou en mélange carburé par une canalisation d'admission 21. Pour la clarte du dessin, les dispositifs permettant l'introduction du carburant n'ont pas éte représentes. Ces dispositifs peuvent être du type carburateur ou injecteur et places en amont ou en 10 aval du compresseur comme cela est bien connu du technicien.
Les gaz d'echappement sont evacues par une canalisation 22.
On rappelle que la suralimentation d'un moteur 20 peut 8tre assuree par un compresseur 24 lie en rotation à une turbine 23 qui est actionnee par les gaz d'echappement du moteur.
Il en resulte que le debit de gaz fourni par le compresseur 24 dépend de la vitesse de rotation de la turbine 23, c'est-a-dire du debit des gaz d'echappement alimentant la turbine. Autrement dit, le debit et la pression de gaz produit par le compresseur 24 sont liés au regime N de fonctionnement du moteur.
Generalement, les caracteristiques du turbo-compresseur sont choisies pour permettre d'obtenir un couple moteur maximum a une valeur determinee Nl du regime de fonctionnement du moteur.
On est donc conduit a reguler la vitesse de rotation de la turbine en contrôlant la quantit~ de gaz d'échappement qui la traverse aux regimes de fonctionnement du moteur superieurs a la valeur Nl.
Il est connu d'utiliser à cet effet un circuit de derivation des gaz d'echappement du moteur qui comporte une canalisation 27 reliant l'entree a la sortie de la turbine 23, 30 un organe 5 d'obturation du conduit de dérivation et un dis-positif de commande assurant l'ouverture de cet organe d'ob-turation aux regimes de fonctionnement eleves du moteur pour - 7a -!
,,~;.
~ '7 permettre l'evacuation directe, de la canalisation 22 à
l'échappement 26, d'une fraction déterminée des gaz d'echap-pement.
Selon les modes de réalisation, le dispositif de cornmande est actionné en fonction de la pression ~ l'entrée de la turbine ou en fonction de la pression à la sortie du compresseur pour obtenir une loi déterminée de variation de la pression à la sortie du compresseur.
Lorsqu'on utilise un dispositif de commande selon l'art antérieur tel que, par exemple, celui illustre par la figure 1, dans lequel la canalisation 11 communique avec la sortie du compresseur, l'evolution de la pression P des gaz a la sortie du compresseur en fonction du régime N de fonc-tionnement du moteur est celle représentée par la courbe I
tracée en trait mixte sur la figure 5. On peut noter qu'aux régimes inférieurs à ~1 cette courbe se différencie nettement de la courbe II tracée en trait fin et qui représente la.
fonction P = f (N) lorsque l'organe d'obturation 5 est main-tenu parfaitement ferme, c'est-a-dire le clapet 5 etant ap-plique avec force sur son siage 6. Cette difference, quiprovient d'une ouverture prematurée de l'organe d'obturation 5 comme il a déjà été indiqué plus haut, montre qu'aux bas régimes de fonctionnement du moteur on ne recupère pas le maximum d'energie des gaz d'echappement.
Pour remédier à cet inconvénient, on utilise comme organe de commande du clapet 5 le dispositif selon l'invention. Dans l'exemple schématisé sur la figure 4, le dispositif utilise correspond au mode de realisation re-presente sur la figure 3. ~a canalisation 11 relie la sortie du compresseur 24 a la capsule manométrique 10 tandis qu'une canalisation 28 permet de réintroduire à l'entree du compres-seur les gaz ayant circulé à travers le canal 12 ménagé dans le coulisseau 18.
- 7b -`' 11~7'7~3S~7 Le fonctionnement de l'ensemble est décrit ci-~essous, en se référant aux figures 3, 4 et S.
, Le rapport des sections de l'orifice calibré 15 et du conduit 12, et la pression de tarags du ressort 19 ont été choisis pour que l'obturation de l'oriiice 13 (Fig. 3) intervienne 3 la valeur N1 du régime du fonctionnement du moteur.
On considère tout dtabord que le régime du moteur croit jusqu'~ la valeur N1.
' La pression P à l'intérieur de la capsule manométrique 10 décrit la portion OA' de la courbe III'représentée en trait interrompu.
La pression P est trop faible pour comprimer les ressorts 7 et 19. Le clapet S est maintenu fermement sur son siège 6 par llaction du ressort 7 empêchant toute fuite de gaz d'échappement dans la canalisation de dérivation 27. La pression P à la sortie du compresseur varie suivant la portion OA de la courbeII.Lorsque le régime de fonctionnement du moteur atteint la valeur N1, la pression P à la sortie du compresseur atteint la valeur P1 et la pression P dans la capsule manométrique 10 atteint la valeur P2 pour laquelle le ressort 19 a été taré. Il s'ensuit un déplacement du coulisseau 18 et une interruption de l'écoulement des 2D gaz traversant le canal 12.
La pression P darla la capsule manométrique 10 augmente et devient égale à la pression P à la sortie du compresseur 24 et supé-; rieure ~ la valeur correspondant au tarage du ressort 7, ce qui pro-voque l'ouverture brusque du clapet 5.
L1expérience montre que la pression s'établit brusquement à
une valeur P3 comprise entre P1 et P2 correspondant au point B qui se trouve sensiblement sur le cnurbe I.
Une augmentation supplémentaire du régime du moteur conduit à une augmentation de la valeur des pressions P et P jusqu~à une valeur de régulation qui est ~onction du débit de gaz d~échappement d~rivé par la can~lisation 27. En conséquence, pour les valeurs supé-rieures à N1, la valeur de la pression à la sortie du cDmpresseur 24 .~ .
7~5t;~
et ~ llint~rieur de la capsuls manométrique 1û suit sensiblement la courbe I.
On voit donc qu'aux bas régimes le dispositif selon l'inven-tion permet de récupérer unc plus grande quantité d'énergie des gaz d'échappement et donc dlassurer une meilleure suralimentation du moteur.
La quantité d'énergie ainsi récupérée. est sensiblement proportionnelle 3 la surface délimitée entre les courbes I et II, c'est-à-dire à la surface OA3.
Lorsqu'en partant d'une valeur supérieure à N1 on fait décro;tre la valeur du régime de fonctionnement du moteur, on cons-taté expérimentalement que la pression à la sortie du compresseur 24 et donc dans la capsule manométrique 10, décroît en suivant la courbe I
du jusqu'à une valeur N2 du régime/moteur, c'est-à-dire jusqu'au point C
pour lequel la valeur de la pression P2 correspond au tarage du ressort 19. Le roulisseau se déplace en sens inverse, permettant l'écoulement des gaz 3 travers le conduit 12. la pression dans la capsule manomé-trique décroit brusquement jusqu'à la valeur P4 correspondant au point D'. De ce fait le clapet 5 est plaqué sur son siège 6 par le ressort 7 et la pression 3 la sortie du compresseur augmente jusqu'à la valeur P5 correspondant au point D. Lorsque le régime du mDteur décroît en dessous de la valeur N2 la pressian dans la capsule manométrique 10 décroit suivant la portion D'O de la courbe III tandis que la valeur de la pression 3 la sortie du compresseur varie suivant la portion DO de la courbe II.
La valeur N2 dépend des earactéristiques du turbo-compresseur et du rapport entre la section de l'orifice 15 et celle du conduit 12.
De façon générale, la valeur de N2 est inférieure de 1 à 2 tours/s. à
la valeur N1.
Le ~ode de réalisation illustré par la figure 4 présente l'avantage d'introduire dans la capsule manométrique des yaz à une 11'7'7~
! température inférieure à celle des ga~ dléchappe~ent ; mais on ne ¦ sortirait pas du caclre de la présente invention en reliant les cana-! lisations 11 et 28 respectivement à l~entrée et à la sortie cie la turbi e Z3, .
Claims (12)
1. Dispositif permettant de réguler la pression d'un fluide produit sous pression par une source de fluide alimentant un circuit d'utilisation, comportant une canalisation de déri-vation reliée en parallèle sur le circuit d'utilisation, un organe d'obturation ayant deux positions, la première permettant la circulation d'une fraction du fluide dans la canalisation de dérivation et la seconde empêchant toute circulation du fluide dans la canalisation de dérivation, et un organe de commande adapté à placer automatiquement l'organe d'obturation dans sa première position lorsque la valeur de la pression est supérieure à une valeur déterminée, cet organe de commande comportant une capsule manométrique reliée à la source de fluide et ayant une paroi mobile, une tige de commande de l'organe d'obturation solidaire de la paroi mobile de la capsule manométrique et un ressort taré destiné à maintenir l'organe d'obturation dans sa deuxième position lorsque la valeur de la pression est inféreiure à la valeur déterminée, caractérisé en ce que la capsule manométrique comporte d'une part un premier orifice calibré à travers lequel elle communique avec la source de fluide et, d'autre part, un élément calibre à travers lequel le fluide contenu dans la capsule manométrique peut s'échapper, et en ce que le dispositif comporte des moyens d'obturation dudit élément calibré, lorsque la pression dans la capsule manomé-trique atteint en croissant une valeur de consigne inférieure à ladite valeur déterminée.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la tige de commande est guidé par un palier, caractérisé en ce que ledit élément calibré est constitué par un canal ménagé
dans la tige de commande et débouchant à une extrémité à
l'intérieur de la capsule manométrique par un deuxième orifice calibré et à l'autre extrémité à l'extérieur de la capsule mano-métrique par un orifice radial, les moyens d'obturation étant constitués par un palier de guidage qui masque l'orifice radial lors d'un déplacement de la tige de commande à partir de la seconde position de l'organe d'obturation.
dans la tige de commande et débouchant à une extrémité à
l'intérieur de la capsule manométrique par un deuxième orifice calibré et à l'autre extrémité à l'extérieur de la capsule mano-métrique par un orifice radial, les moyens d'obturation étant constitués par un palier de guidage qui masque l'orifice radial lors d'un déplacement de la tige de commande à partir de la seconde position de l'organe d'obturation.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la capsule manométrique comporte en outre une seconde paroi mobile, un coulisseau solidaire de cette seconde paroi mobile, un palier de guidage du coulisseau et un ressort taré
à la valeur de consigne, ledit élément calibré étant constitué
par un alésage ménagé à l'intérieur du coulisseau, cet alésage débouchant à une extrémité dans la capsule manométrique par un deuxième orifice calibré et à l'autre extrémité à l'extérieur de la capsule manométrique par un orifice radial, les moyens d'obturation étant constitués par le palier de guidage du cou-lisseau qui masque l'orifice radial lors du déplacement du coulisseau contre l'action du ressort taré.
en ce que la capsule manométrique comporte en outre une seconde paroi mobile, un coulisseau solidaire de cette seconde paroi mobile, un palier de guidage du coulisseau et un ressort taré
à la valeur de consigne, ledit élément calibré étant constitué
par un alésage ménagé à l'intérieur du coulisseau, cet alésage débouchant à une extrémité dans la capsule manométrique par un deuxième orifice calibré et à l'autre extrémité à l'extérieur de la capsule manométrique par un orifice radial, les moyens d'obturation étant constitués par le palier de guidage du cou-lisseau qui masque l'orifice radial lors du déplacement du coulisseau contre l'action du ressort taré.
4. Dispositif selon la revendication 3 destiné à
réguler le fonctionnement d'un turbo-compresseur actionne par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne surali-menté par le turbo-compresseur, une canalisation de dérivation reliant l'entrée à la sortie de la turbine lorsque l'organe d'obturation est dans sa position d'ouverture, caractérisé en ce que le premier orifice calibré est relié à la sortie du compresseur.
réguler le fonctionnement d'un turbo-compresseur actionne par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne surali-menté par le turbo-compresseur, une canalisation de dérivation reliant l'entrée à la sortie de la turbine lorsque l'organe d'obturation est dans sa position d'ouverture, caractérisé en ce que le premier orifice calibré est relié à la sortie du compresseur.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé
en ce que le second orifice calibré est relié à l'entrée du compresseur.
en ce que le second orifice calibré est relié à l'entrée du compresseur.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, carac-térisé en ce que l'organe d'obturation s'ouvre contre l'action de la pression des gaz d'échappement du moteur qui alimente la turbine.
7. Dispositif selon la revendication 2, destiné
à réguler le fonctionnement d'un turbo-compresseur actionné
par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté par le turbo-compresseur, une canalisation de dérivation reliant l'entrée à la sortie de la turbine lorsque l'organe d'obturation est dans sa position d'ouverture, carac-térisé en ce que le premier orifice calibré est relié à la sortie du compresseur.
à réguler le fonctionnement d'un turbo-compresseur actionné
par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne suralimenté par le turbo-compresseur, une canalisation de dérivation reliant l'entrée à la sortie de la turbine lorsque l'organe d'obturation est dans sa position d'ouverture, carac-térisé en ce que le premier orifice calibré est relié à la sortie du compresseur.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé
en ce que le second orifice calibré est relié à l'entrée du compresseur.
en ce que le second orifice calibré est relié à l'entrée du compresseur.
9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caracté-risé en ce que l'organe d'obturation s'ouvre contre l'action de la pression des gaz d'échappement du moteur qui alimente la turbine.
10. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la pression à l'intérieur de la capsule manométrique est donnée pa la formule dans laquelle P: représente la pression relative de fluide délivré par la source, s: la section dudit deuxième orifice calibré, S: la section dudit premier orifice calibré.
11. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé
en ce que l'organe d'obturation est un clapet prolongé par une portion cylindrique qui maintient l'obturation de la canalisa-tion de dérivation pendant un petit déplacement de la tige de commande correspondant à l'obturation de l'orifice radial du canal menagé dans la tige de commande.
en ce que l'organe d'obturation est un clapet prolongé par une portion cylindrique qui maintient l'obturation de la canalisa-tion de dérivation pendant un petit déplacement de la tige de commande correspondant à l'obturation de l'orifice radial du canal menagé dans la tige de commande.
12. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé
en ce que l'organe d'obturation est un clapet et la tige de commande dudit clapet est composée de deux éléments, l'un des ces éléments portant une boutonnière coopérant avec un ergot solidaire de l'autre élément, le clapet restant appliqué forte-ment sur un siège correspondant jusqu'à l'obturation complète dudit orifice radial grâce à l'action de la pression du fluide délivré par la source et ceci tant que les actions du ressort taré et de ladite pression du fluide sur la tige de commande se compensent.
en ce que l'organe d'obturation est un clapet et la tige de commande dudit clapet est composée de deux éléments, l'un des ces éléments portant une boutonnière coopérant avec un ergot solidaire de l'autre élément, le clapet restant appliqué forte-ment sur un siège correspondant jusqu'à l'obturation complète dudit orifice radial grâce à l'action de la pression du fluide délivré par la source et ceci tant que les actions du ressort taré et de ladite pression du fluide sur la tige de commande se compensent.
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