Dispositif de régulation rapide. La présente invention concerne un dispo sitif de régulation rapide, applicable<B>à</B> la régulation de toute variable physique (débit, pression, température, tension, puissance, etc.). Elle s'applique plus spécialement au réglage de la puissance fournie par les groupes tuirbo-génératenrrs et au réglage des grosses centrales d'un réseau général d'inter connexion.
Le dispositif possède une rapidité de réglage bien supérieure à la rapidité des dispositifs. connus, sans que la précision en soit .diminuée. Pour obtenir une rapidité d'ac tion élevée, le matériel de régulation doit être d'autant plus perfectionné, les jeux réduits au minimum. Le dosage des assewvissements, afin de les adapter aux @caraietéristiques in ternes des appareils ou des :machines contiô- lées, devient une nécessité;
enfin, l'indépen dance .des régalages doit être obtenue dans toute la mesure possible, afin de permettre l'adaptation séparée des différente para mètres.
Tout système de régulation comporte né cessairement: un appareil de mesure qui détecbe les écarts de la grandeur à régler, un organe de manoeuvre permettant de faire varier directement ou indirectement la grandeur à régler, un mécanisme intermédiaire assurant la liaison entre l'appareil de mesure et l'organe de manoeuvre. Le dispositif, qui fait l'objet de la pré sente invention, constitue le mécanisme inter médiaire entre l'appareil :
de mesure, supposé capable de fournir une élongation angulaire ou rectiligne liée à l'écart de la grandeur à régler, et l'organe de manoeuvre que nous supposons dépendre de la position d'un pis ton dans un cylindre.
Ce dispositif est caractérisé: par un relais régulateur double et symé trique transformant l'élongation e de l'appa- rei'.1 de mesure en un déplacement d, somme de trois termes de forme:
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11, B et C étant trois constantes ajustables;
par un distributeur double et symétrique, utilisant le mouvement louvoyant et dosant l'admission d'un fluide dans le cylindre con- tenant le piston de manoeuvre à partir du déplacement d du relais régulateur. Ce dis tributeur emprunte l'énergie nécessaire à son déplacement au fluide qu'il distribue à un sorvo-moteur commandant un organe de ma-
nceuvre permettant de faire varier la gran deur à régler.
Le relais régulateurfait automatiquement la somme des trois termes fonction de l'écart et de ses deux premières dérivées, par exem ple grâce au déplacement de l'extrémité d'une membrane, -déplacement influencé par les trois termes. Les fig. 1 et 2 représentent, schématique- ment, à titre d'exemple non limitatif de l'invention,
une forme -d'exécution du relais régulateur.
Les fig. 3 et 4 représentent des variantes de certaines parties du relais régullateur.
La fig. 5 représente le distributeur. Des membranes cylindriques 1 et 2 reçoi- vent un fluide sous pression (huile ou air par exemple) par .des tubulures fixes 3 et 4. Ce fluide s'échappe pax deux buses 5 et 6 qui sont partiellement masquées par l'écran 7 commandé par l'appareil de mesure 8 (5 cor respond à 1 et 6 à 2).
Les membranes 1 et 2' sont figées, par une de leurs bases, au bâti 9, en une section in termédiaire à un cadre rigide 10' articulé autour de Vaxe horizontal 11, enfin, par leur seconde base, à l'entretoise mobile 12 en forme de cadre, sur laquelle elles s'opposent.
Cette entretoise porte un pontet 13 qui entraîne, au moyen de l'articulation 14, le levier 15 qui, pivotant autour de l'axe hori- zontail 11, entraîne, par son extrémité infé rieure, 1a fourchette mobile 16 du di8ttribu- teur 17.
Le déplacement relatif de l'entretoise 12, par rapport au cadre rigide 10, est rendu proportionnel à l'écart des pressions dans les membranes 1 et 2, au moyen de ressorts 18 et 19.
Le couple provoqué par d'allongement ou le raccourcissement des portions de mem branes comprises entre le bâti 9 et le cadre rigide 10, lors des déplacements angulaires de ce dernier autour -de l'axe 11 est rendu très faible par l'emploi de membranes à grande élasticité.
Dans son déplacement angulaire autour de l'axe 11, le :cadre 10 entraîne un secteur denté 20 et le contrepoids 21 qui permet de compenser presque complètement l'action de la pesanteur sur 1a partie mobile, le petit excès de la pesanteur permettant de compen ser à peu près totalement, poux de petits dé- placements angulaires, la réaction élastique des membranes 1 et 2.
Le secteur denté 20 entraîne un pignon 92 monté ,sur l'axe 23. Cet axe porte à une de ses extrémités un volant 2à constitué par un empilage de plusieurs disques, de façon à rendre variable son moment .d'inertie. L'axe 23 porte à son autre extrémité un disque mé tallique 24. Un aimant 26 agit sur le disque \?4 et constitue un frein â, courants de Fou cault réglable au moyen de la vis 27.
En variante, on peut rendre rectilignes tes déplacements du cadre 10 et de ,l'entre- toise 12 par l'emploi -de glis8i & re comme le représente la fig. 3.
Le déplacement,de l'écran 7 peut être rec tiligne ou circulaire. Dans ce dernier cas, l'écran 7 doit avoir un profil approprié, de façon que le déplacement rectiligne des buses 5 et 6 soit proportionnel à l'écart angulaire de l'appareil de mesure (fig. 4).
La fig. 5 représente le distributeur 17 de la. fig. 1 en détail. La partie mobile<B>31</B> du distributeur est de ,révolution et tourne autour d'un axe x-x' dans le fourreau de distribution 32' sous l'impulsion d'un jet du fluide distribué, .s'échappant des buses 49 et 50 et frappant les roues à aubes 3-5 et 36 portées par la partie mobile.
Celle-ci est percée suivant sien axe & ro tation X-X' de deux canaux 43 et 44 dont les extrémités respectives,37 et<B>38</B> sont légè rement incilinées par rapport à cet axe.
La partie mobile 31 est, en outre, percée de quatre canaux 5.1, 5:2, 58 et 54 perpendicu laires â l'a.xe X-X'. Le canal 52 met en communication la éhambTe centrale 42 du distributeur avec le canai 43; le canal 53 met en communication la chambre centrale 42 avec le canal 44; le canal 5:1 met en com- inunication la chambre d'extrémité 4;5 avec le canal 43; le canal 54 met en communica tion la chambre d'extrémité 46 avec le canal 44.
Le fluide pénètre dans la chambre cen- trale par l'intermédiaire de la tubulure 55. Le fluide :distribué pénètre dans les canaux 48 et 44 par les canaux 52 et 53 et s'échappe par les extrémités respectives 37 .et 3-8 des canaux 43 et 44.
Le deux jets du fluide viennent frapper les palettes 319 et 40 dont l'écartement est et qui sont soli daires de la fourchette mobile 16. Les extré mités des palettes. 39, pet 40 sont légèrement inclinées par rapport à la perpendiculaire: à l'axe de rotation X-X' de la partie mobile 31.
Cette dernière peur, également se,dé@pla- cer longitudinalement par suite de la .diffé rence de pression qui peut exister dans les chambres 45 et 46 sous l'effet du rapproche- ment ou de l'éloignement des palettes 39 et 40 des extrémités de ladite partie mobile.
Celle-ci sera donc animée d'un mouvement louvoyant se,composant d'une rotation autour d'un axe et d'un mouvement d'oscillation le 1 ong de cet axe.
La partie mobile 31, dans son déplace- ment longitudinal, découvre les, lumières 47 et 48. Celles-ci sont en communication avec le servo-mbteur 41 dont le piston commande l'organe de manoeuvre de la machine que d'on veut régler.
Si l'organe mobile 3,1 oie déplace par exemple vers la gauche, le fluide qui oc cupe la chambre centrale 42 pénètre sur la face gauche du piston du servo-moteur par la lumière 47, tandis que le fluide qui occupe la partie .du servomoteur à droite du piston pénètre dans la chambre intermédiaire 517 du distributeur, d'où il s'échappe à l'extérieur par l'orifice 5,9.
Si l'organe mobile<B>31</B> se déplace vers la .droite, le fluide qui occupe la chambre centrale 412 pénètre dans, Qa partie droite du servomoteur par la lumière 48, et le fluide qui occupe la partie gauche du servo-moterur pénètre par la lumière 47 dans la chambre intermédiaire 516 d'où il s'échaippe à l'extérieur par l'orifice, 5'8, Le déplacement de la fourchette 16 est assuré par le levier 15 du relais,
régulateur sur lequel -elle est fixée.
Le fonctionnement du dispositif complet est le suivant: L'organe de mesure 8 entraîne l'écran 7 et lui communique un déplacement angulaire proportionnel à l'écart de la grau4eur à ré gler. Le déplacement relatif de l'écran 7 de vant les buses 5 et 6 modifie les pressions à l'intérieur .des membranes 1 et 2. Le cadre 10 se déplace jusqu'à ce que l'équilibre ides pressions soit rétabli.
En régime stationnaire, les pressions sont égales dans les membranes 1 et 2 et le déplacement de l'écran 7 a été "recopié" par le mouvement des buses mo biles 5 et 6.
En- régime variaab'lé, le déplacement du cadre 10 est freiné par le dispositif à cou rants de Foucault 24-26 et par l'inertie -de la partie mobile (volant -2@5); -ce qui nécessite un écart de pression dans les deux mem branes, proportionnel .à la somme ,de ces deux effets, c'est-à-dire:
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B et C étant -deux constantes ajus-tables. par déplacement de l'aimant 26 et par l'adjonc; tion ou la suppression de disques dans le valant 25.
L'écaart de pression qui apparaît entre les memfbranes 1 et 2 en régime dynamique est fourni par un léger déplacement relatif des buses 5 et 6 et<I>de</I> l'écran 7,
mais les pro- priétùs de ce système sont telles que le moindre -déplacement relatif de ces organes entraîne -une variation importante de pres- sion. Il en résulte que l'écart de pression entre les-deux membranes 1 et 2 nécessaire au déplacement du cadre 10 est obtenu pour un déplacement relatif insignifiant des buses 5-6 et de l'écran 7.
Cet écart de pression se traduit par un déplacement proportionnel de l'entretoise 12 par rapport au cadre<B>10.</B>
Finalement, le déplacement angulaire du. levier 15 est la somme de trois termes de forme:
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Les jets de fluide sortant dies, buses 49 et 50 viennent frapper le.- roues à aubes 35 et 36 et communiquent à la partie mobile 31 un mouvement de rotation.
Les pressions dams les chambres 45 et 46 sont fonction des distances entre les extré mités 37 et 3$ de la partie mobile et les palettes 3'9 et 40. La partie mobile se déplace longitudinalement de telle façon que les pres sions dans les chambres 45 et 4,6 soient égales..
Les extrémités des palettes 39 et 40 sont parallèles, mais non perpendiculaires à l'axe de rotation de la partie mobile. Les jets qui sortent des, extrémités 3'7 et 3'8 de la partie mobile sont normaux aux extrémités inclinées -des palettes, de telle façon qu'en tournant, la partie mobile 31 est animée d'un mouvement louvoyant se décomposant en une rotation et un déplacement alternatif,
ce qui supprime toute prise de point pour le dépla- eemenit de la partie mobile 31 et toute insen sibilité due aux recouvrements éventuels des lumières 47 et 48 par les bossages de la partie mobile 31.
Lorsque le relais régulateur entraîne le levier 15 et lui communique un déplacement angulaire, la fourchette 16 et les palettes 3,9 et 40 sont soumises à un déplacement paral lèle à l'axe de rotation de la partie mobile 31 et d'une rotation autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation du levier 1'5. Il en résulte un déplacement de la partie mobile 31 qui se centre à nouveau de façon que les pressions dans les chambres 45 et 46 soient égales.
Ce déplacement correspond au déplacement hori zontal -de la fourchette 16.
Dans son déplacement horizontal, les bos sages de la partie mobile 31 découvrent les lumières. 47 et 48, ce qui provoque l'admis sion d'un débit de fluide lié au déplacement horizontal sur l'une des faces du piston du servomoteur 41. Ce pistou se déplace avec une vitesse proportionnelle au débit de fluide, c'est-à-dire fonction du déplacement d du levier 15.
Ce .dernier étant de la forme
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la vitesse de déplacement du piston du servo- motcur 41 est fonction de l'écart e relevé par l'appareil de mesure du relais régulateur ainsi que de ces deux premières,- dérivées
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L'organe de manoeuvre lié à ila position du piston du servomoteur 41 est ainsi dé placé avec une vitesse fonction de
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Le fluide de manoeuvre peut être quel conque, air comprimé, eau, huïl@e.
Rapid regulation device. The present invention relates to a rapid regulation device, applicable <B> to </B> the regulation of any physical variable (flow rate, pressure, temperature, voltage, power, etc.). It applies more specifically to the regulation of the power supplied by the tuirbo-generatenrrs groups and to the regulation of the large power stations of a general interconnection network.
The device has a speed of adjustment much greater than the speed of the devices. known, without the precision being reduced. To obtain a high speed of action, the control equipment must be all the more sophisticated, the clearances reduced to a minimum. The dosage of the cooling, in order to adapt them to the internal characteristics of the devices or of the: controlled machines, becomes a necessity;
finally, the independence of the adjustments must be obtained as far as possible, in order to allow the separate adaptation of the different parameters.
Any regulation system necessarily comprises: a measuring device which detects the deviations of the quantity to be regulated, an actuator allowing the variable to be directly or indirectly varied the quantity to be regulated, an intermediate mechanism ensuring the connection between the measuring device and the actuator. The device, which is the subject of the present invention, constitutes the intermediary mechanism between the device:
measuring device, assumed capable of providing an angular or rectilinear elongation linked to the deviation of the quantity to be regulated, and the actuator which we suppose to depend on the position of an udder in a cylinder.
This device is characterized: by a double symmetrical regulator relay transforming the elongation e of the measuring apparatus into a displacement of the sum of three form terms:
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11, B and C being three adjustable constants;
by a double and symmetrical distributor, using the wiggling movement and metering the admission of a fluid into the cylinder containing the operating piston from the displacement d of the regulator relay. This distributor borrows the energy necessary for its movement from the fluid which it distributes to a sorvo-motor controlling a control organ.
nceuvre allowing to vary the size to be regulated.
The regulator relay automatically makes the sum of the three terms as a function of the difference and of its first two derivatives, for example thanks to the displacement of the end of a membrane, displacement influenced by the three terms. Figs. 1 and 2 represent, diagrammatically, by way of nonlimiting example of the invention,
a form of the regulator relay.
Figs. 3 and 4 represent variants of certain parts of the regulator relay.
Fig. 5 represents the distributor. Cylindrical membranes 1 and 2 receive a pressurized fluid (oil or air for example) through fixed tubes 3 and 4. This fluid escapes by two nozzles 5 and 6 which are partially masked by the screen 7 controlled. by the measuring device 8 (5 corresponds to 1 and 6 to 2).
The membranes 1 and 2 'are fixed, by one of their bases, to the frame 9, in an intermediate section to a rigid frame 10' articulated around the horizontal axis 11, finally, by their second base, to the movable spacer 12 in the form of a frame, on which they oppose.
This spacer carries a bridge 13 which drives, by means of the articulation 14, the lever 15 which, pivoting about the horizontal axis 11, drives, through its lower end, the movable fork 16 of the distributor 17. .
The relative displacement of the spacer 12, relative to the rigid frame 10, is made proportional to the difference in the pressures in the membranes 1 and 2, by means of springs 18 and 19.
The torque caused by lengthening or shortening of the portions of membrane between the frame 9 and the rigid frame 10, during angular displacements of the latter around the axis 11 is made very low by the use of membranes with high elasticity.
In its angular displacement around the axis 11, the: frame 10 drives a toothed sector 20 and the counterweight 21 which makes it possible to almost completely compensate for the action of gravity on the moving part, the small excess of gravity making it possible to compensate The elastic reaction of membranes 1 and 2 is almost completely, lice of small angular displacements.
The toothed sector 20 drives a pinion 92 mounted on the axis 23. This axis carries at one of its ends a flywheel 2à formed by a stack of several disks, so as to make its moment of inertia variable. The axis 23 carries at its other end a metal disc 24. A magnet 26 acts on the disc \? 4 and constitutes a brake, eddy currents adjustable by means of the screw 27.
As a variant, the displacements of the frame 10 and of the spacer 12 can be made rectilinear by the use of a slide as shown in FIG. 3.
The displacement of the screen 7 can be linear or circular. In the latter case, the screen 7 must have an appropriate profile, so that the rectilinear displacement of the nozzles 5 and 6 is proportional to the angular deviation of the measuring device (fig. 4).
Fig. 5 shows the distributor 17 of the. fig. 1 in detail. The movable part <B> 31 </B> of the distributor is of revolution and turns around an axis xx 'in the distribution sleeve 32' under the impulse of a jet of the distributed fluid,. nozzles 49 and 50 and striking the paddle wheels 3-5 and 36 carried by the moving part.
The latter is pierced along its axis & rotation X-X 'by two channels 43 and 44, the respective ends of which, 37 and <B> 38 </B>, are slightly incilined with respect to this axis.
The movable part 31 is, moreover, pierced by four channels 5.1, 5: 2, 58 and 54 perpendicular to the a.xe X-X '. The channel 52 puts the central éhambTe 42 of the distributor in communication with the channel 43; the channel 53 puts the central chamber 42 in communication with the channel 44; channel 5: 1 communicates end chamber 4; 5 with channel 43; the channel 54 communicates the end chamber 46 with the channel 44.
The fluid enters the central chamber via the tubing 55. The fluid: distributed enters the channels 48 and 44 through the channels 52 and 53 and escapes through the respective ends 37 and 3-8 of the channels 43 and 44.
The two jets of fluid strike the vanes 319 and 40, the spacing of which is and which are integral with the movable fork 16. The ends of the vanes. 39, pet 40 are slightly inclined relative to the perpendicular: to the axis of rotation X-X 'of the mobile part 31.
The latter fear, also, move longitudinally as a result of the pressure difference which may exist in the chambers 45 and 46 under the effect of the approach or distance of the pallets 39 and 40 of the ends of said movable part.
This will therefore be animated by a darting movement consisting of a rotation around an axis and an oscillating movement the 1 ng of this axis.
The movable part 31, in its longitudinal movement, discovers the slots 47 and 48. These are in communication with the servo-mbteur 41, the piston of which controls the maneuvering member of the machine to be adjusted. .
If the movable member 3,1 goose for example moves to the left, the fluid which occupies the central chamber 42 penetrates on the left face of the piston of the servomotor through the light 47, while the fluid which occupies the part. of the servomotor to the right of the piston enters the intermediate chamber 517 of the distributor, from where it escapes to the outside through the orifice 5.9.
If the movable member <B> 31 </B> moves to the right, the fluid which occupies the central chamber 412 enters, Qa right part of the servomotor through the port 48, and the fluid which occupies the left part of the servo-motor enters through the light 47 into the intermediate chamber 516 from where it escapes to the outside through the orifice, 5'8, The displacement of the fork 16 is ensured by the lever 15 of the relay,
regulator to which it is fixed.
The operation of the complete device is as follows: The measuring member 8 drives the screen 7 and communicates to it an angular displacement proportional to the deviation of the grau4eur to be adjusted. The relative movement of the screen 7 before the nozzles 5 and 6 changes the pressures within the membranes 1 and 2. The frame 10 moves until the pressure balance is reestablished.
In steady state, the pressures are equal in membranes 1 and 2 and the displacement of the screen 7 has been "copied" by the movement of the mobile nozzles 5 and 6.
In variable speed, the movement of the frame 10 is slowed down by the eddy current device 24-26 and by the inertia of the moving part (flywheel -2 @ 5); - which requires a pressure difference in the two members, proportional to the sum of these two effects, that is to say:
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B and C being -two adjus-table constants. by displacement of the magnet 26 and by the adjoin; tion or deletion of disks in the worth 25.
The pressure difference which appears between membranes 1 and 2 in dynamic mode is provided by a slight relative displacement of nozzles 5 and 6 and <I> of </I> screen 7,
but the properties of this system are such that the slightest relative displacement of these organs results in a significant variation in pressure. As a result, the pressure difference between the two membranes 1 and 2 necessary for the displacement of the frame 10 is obtained for an insignificant relative displacement of the nozzles 5-6 and of the screen 7.
This pressure difference results in a proportional displacement of the spacer 12 relative to the frame <B> 10. </B>
Finally, the angular displacement of the. lever 15 is the sum of three form terms:
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The fluid jets exiting dies, nozzles 49 and 50 strike the.- paddle wheels 35 and 36 and impart a rotational movement to the movable part 31.
The pressures in the chambers 45 and 46 depend on the distances between the ends 37 and $ 3 of the movable part and the vanes 3'9 and 40. The movable part moves longitudinally so that the pressures in the chambers 45 and 4.6 are equal.
The ends of the pallets 39 and 40 are parallel, but not perpendicular to the axis of rotation of the mobile part. The jets which come out of the ends 3'7 and 3'8 of the movable part are normal to the inclined ends of the pallets, so that when rotating, the movable part 31 is given a wobbly movement breaking down into a rotation and reciprocating displacement,
this eliminates any point taking for the movement of the movable part 31 and any insensitivity due to any overlaps of the slots 47 and 48 by the bosses of the movable part 31.
When the regulator relay drives the lever 15 and communicates an angular displacement to it, the fork 16 and the pallets 3, 9 and 40 are subjected to a displacement parallel to the axis of rotation of the mobile part 31 and to a rotation around an axis parallel to the axis of rotation of the lever 1'5. This results in a movement of the movable part 31 which is again centered so that the pressures in the chambers 45 and 46 are equal.
This displacement corresponds to the hori zontal displacement of the fork 16.
In its horizontal movement, the wise bos of the mobile part 31 discover the lights. 47 and 48, which causes the admission of a fluid flow linked to the horizontal displacement on one of the faces of the piston of the booster 41. This piston moves with a speed proportional to the fluid flow, that is to say i.e. a function of the displacement d of lever 15.
This last being of the form
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the displacement speed of the servomotor piston 41 is a function of the deviation e detected by the measuring device of the regulator relay as well as of these first two, - derivatives
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The actuator linked to the position of the piston of the booster 41 is thus moved with a speed which is a function of
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The operating fluid can be any shell, compressed air, water, oil.