Dispositif de commande comprenant une pompe électromagnétique à fluide La présente invention a pour objet un dispositif de commande comprenant une pompe électromagné tique à fluide, par exemple à métal liquide, et une première chambre remplie dudit fluide et susceptible de changer de volume sous l'action du fluide sous pression de manière à provoquer le déplacement d'un organe de commande.
Ce dispositif est caractérisé en ce que le fluide est électriquement conducteur, et en ce qu'il comprend un circuit pour le fluide, fermé de manière à éviter l'entrée et la sortie du fluide pendant le fonctionnement et comportant une se conde chambre communiquant avec la première chambre à travers un conduit de connexion, une partie de ce conduit étant formée par un passage d'écoulement de la pompe, le tout étant agencé de manière que le fluide soit transféré d'une chambre à l'autre pendant le fonctionnement de la pompe et en sens inverse quand la pompe n'est plus excitée.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif de commande destiné, par exemple, à actionner une soupape d'écoulement d'un fluide et susceptible de fonctionner en réponse à un signal de commande électrique très faible.
La pompe électromagnétique du dispositif selon l'invention, connue aussi sous le nom de pompe de Faraday , permet d'obtenir la réponse désirée à un tel signal.
Une telle pompe est connue depuis longtemps, mais a été considérée principalement comme une curiosité de laboratoire. Toutefois, cette pompe dé veloppe une pression relativement élevée compara tivement avec la puissance électrique d'entrée et sa réponse varie proportionnellement à cette puissance d'entrée. On peut donc appliquer directement un si gnal de commande à la pompe sans l'intermédiaire d'une amplification qui est nécessaire avec d'autres types de pompes.
La pompe électromagnétique du dispositif selon l'invention peut fonctionner, par exemple, avec un métal liquide comme fluide de travail. Un tel métal étant fortement corrosif, l'ensemble du circuit du fluide, comprenant le passage d'écoulement de la pompe et les deux chambres du dispositif, doit être parfaitement fermé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution et une variante du dispositif selon l'invention et deux diagrammes explicatifs.
La fig. 1 est une coupe de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe selon II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe, à plus grande échelle, selon III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe par la ligne IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 est un diagramme explicatif.
La fig. 6 est un autre diagramme explicatif. La fig. 7 montre une variante d'un détail repré senté à la fig. 1.
La fig. 8 est une coupe de la seconde forme d'exécution. Dans la première forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 4, un corps 30 est monté sur une soupape 10 d'un type connu, présentant une entrée 11 et une sortie 12, séparées par une paroi 13 présentant une ouverture constituant un siège de soupape 14. Un courant de fluide, passant de l'en trée 11 à travers le siège de soupape 14 vers la sor tie 12, est commandé par une tête de soupape 15. La tête 15 est connectée à une tige 16, qui s'étend dans le corps 30 contenant un métal liquide con ducteur.
La soupape 10 présente une ouverture laté rale 17 coaxiale à la tige 16, et comprend un raccord extérieur au niveau de cette ouverture, qui porte un filet 18 et une bride 20. Un anneau 21, en matière tendre, est monté sur le filet 18 et serré contre la bride 20 quand la soupape 10 est serrée contre le fond du corps 30. Une rondelle de centrage 22 ferme presque complètement l'ouverture 17, sauf en une région constituant un petit trou 23 qui assure le centrage de la tige de soupape 16. Un plateau 24 de retenue d'un ressort 25 est monté à la partie supérieure de la tige 16 et maintient le ressort 25 comprimé entre lui et la rondelle de cen trage 22.
Le corps 30 comprend un lourd anneau de base métallique 31, présentant un filet interne 32 qui est vissé sur le filet 18 de la soupape 10. L'anneau 31 présente aussi un trou 33, correspondant à la rondelle de centrage 22, de sorte que la tige de soupape 16 est exactement alignée avec l'axe cen tral du corps. Un soufflet 34 est fixé à l'anneau de base 31. Ces deux pièces sont jointes en 35, par exemple par soudure.
On forme ainsi une chambre 36, qui communique avec l'entrée 11 de la soupape 10 par l'espace de fuite autour de la tige de soupape 16, à l'endroit où celle-ci traverse la rondelle de centrage 22. Comme la chambre 36 est scellée en 35, on peut voir que la tige de soupape 16 est libre d'agir sans tampons d'étanchéité et de retenue au niveau du trou 23.
Le corps 30 comprend une pièce cylindrique de métal 37 qui est jointe à l'anneau de base 31 en 38, par exemple par soudure. La pièce 37 est fermée par un plateau métallique circulaire 40, qui est soudé sur la circonférence de la pièce 37. Il faut noter que le plateau 40, la pièce cylindrique 37, l'anneau de base 31 et le soufflet 34 forment une chambre fermée 41. La chambre 41 communique avec une pompe 60à métal liquide conducteur à travers un petit canal d'alimentation 42 et un canal 62 de la pompe 60 (fig. 3).
La partie supérieure du corps 30 comprend un soufflet 43, fixé à la partie supérieure du plateau 40 en 44, par exemple par soudure. Le soufflet 43 forme, avec le plateau 40, une chambre fermée 45 au-dessus du plateau 40. Cette chambre est mise en communication par un canal d'alimentation 46 (fig. 2) avec un canal 61 de la pompe 60. Pour protéger le soufflet 43, un couvercle 47 est placé sur le soufflet et fixé à la partie supérieure de la pièce 37. L'espace compris entre le soufflet 43 et la pièce 37 communique avec l'atmosphère au moyen de trous 48, percés dans la pièce 37.
Un métal liquide conducteur remplit les chambres 45 et 41 et quand ce métal est expulsé de la chambre 45 par le canal d'alimentation 46 et pompé par la pompe 60 dans la chambre 41 par le canal d'alimentation 42, le soufflet 34 s'écrase sous la pression de la pompe. Le soufflet 43 s'écrase, à son tour, sous l'action de la pression atmosphé rique agissant par les trous 48. Le pompage du métal liquide conducteur dans la chambre 41 par le ca nal 42 et l'écrasement du soufflet 34 ont pour ré sultat de forcer le plateau 24 vers le bas contre l'action de son ressort 25, Ce dernier est comprimé et la tête de soupape 15 vient s'appuyer sur son siège 14. L'action inverse peut être obtenue simple ment en cessant le pompage, en mettant la pompe 60 hors circuit.
Le ressort 25 se détend et force le plateau 24 contre le plateau circulaire 40, ce qui force le métal liquide de la chambre 41 dans la chambre 45. La commande du fluide passant à tra vers l'entrée 11, le siège de soupape 14 et la sortie 12 peut être une commande complète de tout à rien, ou elle peut être modulée en enclenchant et déclenchant périodiquement la pompe ou en modu lant l'excitation de la pompe.
La pompe 60 est montée sur le côté du corps 30, de manière que les canaux d'alimentation 61 et 62, percés dans une électrode 63, soient alignés avec les canaux correspondants 42 et 46 dans le corps 30. Des pièces isolantes 66 et 66a séparent l'électrode 63 d'un circuit magnétique composé d'une pièce 67 en forme de U et de deux pièces 68 et 69 en forme de L. Les pièces magnétiques 67, 68 et 69 sont maintenues ensemble par deux vis 70 et 71 pour former un circuit magnétique en forme de C. Les faces 72 et 73 (fig. 3) des pièces 68 et 69 sont ali gnées avec les bords extérieurs des canaux 61 et 62. Les pièces magnétiques 68 et 69 sont jointes, à leur tour, à des pièces isolantes 74 et 74a et sont sou tenues par deux électrodes 64 et 65.
Les pièces iso lantes 66, 66a, 74 et 74a peuvent être constituées par un vernis ou un isolant lié à chaud. Une troisième pièce isolante 75 sépare les électrodes 64 et 65 et passe dans l'entrefer formé par les faces magnétiques 72 et 73 des pièces 68 et 69. La pièce isolante 75 est noyée dans l'électrode 63 entre les canaux d'alimentation 61 et 62. Quand la pièce 75 est en place, l'entrefer entre les faces magnétiques 72 et 73 comprend un canal supérieur 79, de section rec tangulaire et un canal inférieur 76 également de section rectangulaire (fig. 4). Les deux extrémités des canaux 76 et 79 sont scellées par des pièces isolantes 77 et 78, qui sont maintenues en place par des plateaux 80 et 81 à l'aide de vis 82.
Les canaux d'alimentation 61 et 62 sont placés l'un sur l'autre et proches l'un de l'autre à une extré mité de l'électrode 63. La pièce isolante 75 présente une ouverture faisant communiquer les canaux 76 et 79 à l'extrémité opposée des canaux d'alimentation 61 et 62, de sorte qu'un canal continu est formé, comprenant le canal 61, le canal 79 situé au-dessus de la pièce isolante 75, puis, vers l'extrémité éloignée des canaux d'alimentation, l'ouverture de commu nication dans la pièce 75, le canal 76 au-dessous de la pièce 75 et le canal d'alimentation 62.
Quand la pompe est connectée au corps 30, le liquide s'écoule de la chambre 41 à travers le canal 62, le canal 76, vers l'extrémité de la pièce isolante 75, dans le canal de retour 79 au-dessus de la pièce 75 pour alimenter le canal 61 et, de là, dans la chambre 45 du corps 30.
La pompe 60 est excitée par des conducteurs 90 et 91. Le courant est envoyé dans un enroule ment 92, qui est bobiné sur une bobine isolante 89 et forme le primaire d'un transformateur 93. Ce dernier présente, comme à l'ordinaire, un noyau feuilleté 94. Le secondaire du transformateur, formé d'une seule spire, est contitué par une barre de cuivre 95, dont les extrémités 96 et 97 sont fixées respectivement aux électrodes 64 et 65. Avec une disposition de ce type, la tension de sortie du trans formateur 93 est excessivement basse, mais le cou rant fourni par le transformateur est très important. La barre 95 est isolée des autres parties par l'air.
Avec une alimentation à 115 volts à l'entrée du transformateur, la sortie se -fait approximativement sous VO de volt et donne 250 ampères environ. Comme les extrémités 96 et 97 de la barre 95 sont connectées directement aux électrodes 64 et 65, lorsqu'on place une matière conductrice dans les canaux 76 et 79, le courant passe dans le secondaire du transformateur 93.
Le courant nécessaire à la pompe est fourni par une source 100 à travers des conducteurs 102 et 103 et commandé par un interrupteur 101, monté en série. Cet interrupteur pourrait être remplacé par tout dispositif ordinaire connu d'enclenchement et de déclenchement ou permettant de moduler la ten sion de sortie de la source 100. Le transformateur 93, la source<B>100,</B> les conducteurs 102 et 103 et l'interrupteur<B>101</B> pourraient être remplacés par une source à courant continu connectée directement aux électrodes 64 et 65.
Le fonctionnement de la pompe électromagné tique à métal liquide conducteur se comprend bien si l'on se reporte au diagramme explicatif de la fig. 5, qui montre un circuit magnétique 120 en forme de C. Dans une ouverture 121 de ce circuit est placée une pièce isolante 122. Une électrode 123 ferme un côté de l'ouverture 121 du circuit magnétique 120. Une extrémité de la pièce isolante 122 est noyée dans cette électrode 123. Deux électrodes 124 et 125 sont placées à l'intérieur du circuit ma gnétique 120. L'électrode 124 est placée au-dessus de la pièce isolante 122 et l'électrode 125 est placée au-dessous.
Avec cette disposition, le circuit magné tique isolé 120 en forme de C, les électrodes 123, 124, 125 et la pièce isolante 122, forment un en- trefer supérieur 126 et un entrefer inférieur 127. Un conducteur 131 est connecté à l'extrémité 130 de l'électrode 124, amenant le courant d'une source 132. Le retour à la source est assuré par un con ducteur 133, connecté à l'extrémité 134 de l'élec trode 125.
Si les entrefers 126 et 127 sont remplis d'un métal liquide conducteur, le courant passe depuis la source 132 dans le conducteur 131 vers l'extré mité 130 de l'électrode 124 et se distribue lui-même d'une certaine façon dans l'électrode 124. Le cou rant passe ensuite à travers l'entrefer supérieur 126 par suite de la présence du métal liquide conduc teur, atteint l'électrode 123 et revient 'par le canal 127 et le métal liquide conducteur vers l'électrode inférieure 125. Le courant s'écoule dans cette élec trode et la quitte, à son extrémité 134, par le con ducteur 133, pour retourner à la source 132.
Quand le courant circule dans un conducteur, il crée un champ magnétique autour de ce conduc teur. Le courant circulant dans l'électrode supérieure 124 et dans l'entrefer 126 vers l'électrode 123 crée un champ magnétique dans le circuit magnétique 120, mais comme le courant s'écoule à une extré mité du dispositif, la distribution du flux n'est pas linéaire dans le circuit magnétique 120. Le flux tend à se concentrer à l'extrémité entrée et peut être représenté par la courbe A (fig. 6), qui donne le flux en ordonnées en fonction de la longueur de l'entrefer, portée en abscisses. Cette courbe A n'est pas rectiligne, mais s'approche étroitement d'une droite en pratique.
Si le courant s'écoulant dans l'entrefer supérieur 126 est le seul courant existant, le circuit magnétique 120 tend à être saturé à l'extrémité correspondant à la valeur élevée du flux, soit à l'extrémité d'entrée 130 du courant dans l'électrode 124. Afin d'obtenir un fonctionne ment efficace d'un dispositif de ce type, il est néces saire de disposer d'un circuit magnétique 120 extrê mement grand. Cependant, si l'on dispose d'une pompe telle que la pompe 60, le courant de retour crée un champ magnétique, de sorte qu'on obtient une seconde composante du flux.
Le courant s'écou lant de l'électrode 123, à travers l'entrefer 127 dans l'électrode 125 et hors de celle-ci à son extrémité 134, crée une composante de flux qui est représentée par la courbe B de la fig. 6. Ces deux composantes du flux se combinent pour produire une distribution pratiquement uniforme du flux magnétique repré sentée par la courbe C, dans le circuit magnétique 120. Cette disposition assure une pleine utilisation du flux magnétique du courant s'écoulant dans l'en- trefer de la pompe électromagnétique à métal liquide.
Dans les dispositifs connus, ce flux produit dans le circuit magnétique par le courant s'écoulant à tra vers les électrodes de la pompe n'est pas utilisé, mais il est dominé par un flux plus fort produit par un enroulement d'excitation séparé excité par une source de courant différente. Souvent, le flux créé par le courant des électrodes a été considéré comme étant d'une nature perturbatrice et des essais ont été faits pour l'annuler complètement avant de procéder à l'excitation séparée du circuit magnétique. Dans la pompe envisagée ici, aucune excitation séparée n'est nécessaire.
La variante représentée à la fig. 7 montre une partie du corps 30, qui comprend les mêmes organes que précédemment au-dessous du plateau de sépa ration 40. Dans cette variante cependant, le soufflet 43 (fia. 1) est remplacé par une chambre 150 com plètement fermée. Un couvercle 151 est complè tement scellé à la pièce 37 et un métal liquide conducteur<B>152</B> est placé dans la chambre 150, son volume étant approximativement le quart du volume total de cette chambre. Lors du fonctionnement, le liquide 152 est éliminé de la chambre 150, créant un léger vide sous le couvercle 151.
Les principes de fonctionnement exposés en ré férence à la fig. 5 peuvent être appliqués à la se conde forme d'exécution, représentée à la fig. 8, qui comprend une pompe 160, formée en disposant en semble deux circuits magnétiques 161, 162 isolés, en forme de cuvettes, de manière à former un en- trefer annulaire 163. Les circuits 161 et 162 pré sentent des ouvertures 164 et 165, respectivement. Deux électrodes 166 et 167, en cuivre par exemple, sont placées à l'intérieur des circuits 161 et 162. L'électrode 166 comprend un prolongement 168, qui remplit l'ouverture<B>165</B> du circuit magnétique 162 et passe à l'extérieur de ce dernier.
Ce prolonge ment<B>168</B> présente un canal d'entrée 170, qui s'étend vers le bas à travers le prolongement 168 et commu nique avec la partie supérieure de l'entrefer annu laire 163. L'électrode<B>167</B> présente un prolongement <B>171</B> diamétralement opposé au prolongement 168. Le prolongement 171 est plein. Un canal de sortie <B>172,</B> constitué par un tube, traverse le circuit ma gnétique 162 directement au-dessus du prolonge ment 171 et communique avec la partie supérieure de l'entrefer 163.
Les électrodes 166 et 167 sont séparées par une pièce isolante 173. Cette pièce divise l'entrefer 163 en un canal supérieur 174 à liquide conducteur et en un anneau métallique inférieur 175 qui est, en fait, une partie de l'électrode 167. Il est entendu que l'anneau 175 pourrait être remplacé par un autre canal à métal liquide. Cette modification né cessiterait aussi d'autres légères modifications : le canal de sortie 172 devrait être disposé dans le prolongement 171 de l'électrode 167. L'anneau 175 constitue la paroi extérieure du canal 174. Une pièce isolante 176 est placée entre les électrodes 166 et 167 dans l'ouverture 165 du circuit magné tique 162. Il faut noter, en outre, que l'électrode 166 forme la paroi intérieure 177 du canal 174.
La pompe<B>160,</B> ainsi construite, présente un canal d'en trée 170 et deux canaux 174, l'un s'étendant dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre et l'autre en sens inverse, et conduisant au canal de sortie 172. Quand une source de courant est connectée entre les prolongements 168 et 171 des électrodes, le courant s'écoule dans l'électrode supérieure 166 et se distribue de lui-même également autour de la paroi intérieure 177 du canal 174. Le courant passe alors à travers ce canal vers l'anneau 175, et re vient à la source par l'électrode 167 et le pro longement 171. En chaque point, le long du canal 174, contenant un métal liquide, un courant s'écoule hors d'une électrode et revient dans l'autre électrode exactement au même endroit.
Ces courants établis sent des champs magnétiques à deux composantes dans les circuits 161 et 162 et les flux peuvent être, à nouveau, représentés par les courbes A, B et C de la fig. 6. Le flux utilisé pour créer l'action de pom page est fourni par le courant s'écoulant à travers les électrodes et ne nécessite pas d'enroulements supplémentaires, comme c'est le cas dans d'autres pompes à métal liquide.