Brevet FR2086149A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne d'une manière générale Tin dispositif destiné à indiquer si un arbre est arrêté ou s'il tourne à une vitesse très faible. lorsqu'une turbine à vapeur de grandes dimen-5 sions est amenée à s'arrêter pendant une période de durée relativement faible à la suite de son fonctionnement sous charge, des gradients thermiques irréguliers provoquent très rapidement un cintrage de son rotor. En général, un "pignon d'entraînement" continue à faire tourner l'arbre lorsqu'il a atteint une vitesse 10 minimale prédéterminée ou bien, si l'arbre s'arrête, le pignon d'entraînement est mis en prise de manière que l'arbre commence à tourner à faible vitesse. Du fait de la période de durée prolongée Rendait laquelle le rotor de la turbine continue à tourner par inertie entre le moment où la turbine a cesse' de recevoir de la 35 vapeur et l'arrêt de son arbre, il est peu commode qu'un opérateur surveille constamment la turbine et, en conséquence, on a proposé des dispositifs électriques, fluidiques ou hydrauliques très fiables, destinés à détecter le moment où la vitesse de l'arbre a diminué jusqu'à une valeur inférieure à la vitesse de 20 rotation du pignon d'entraînement ou à une valeur inférieure à une vitesse pour laquelle un signal d'alarme est actionné. Ces dispositifs sont appelés parfois des indicateurs de "vitesse nulle", et ils sont souvent conçus de manière à mettre automatiquement en prise le "pignon d'entraînement". De tels dispositifs 25 ont comporté des détecteurs à réluctance magnétique variable ou des jets hydrauliques interrompus par intermittence, montés à proximité d'une roue dentée. les dispositifs de ce type général de la technique antérieure sont basés sur la détection d'un fonctionnement 30 à une vitesse inférieure à une vitesse voulue, effectuée par le chronométrage de l'intervalle séparant le passage de dents en regard d'un détecteur. Chaque intervalle de temps débute au moment où le signal provenant du détecteur cesse et il se termine au moment de l'arrivée du signal suivant. Deux détecteurs 35 au moins étaient toujours nécessaires afin d'éviter le risque que l'arbre ne s'arrête à une position provoquant l'émission d'un signal continu par le détecteur et empêchant par suite la détermination du- début de l'intervalle de temps. Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 40 n° 3 365 614. Dans la présente invention, il ne faut qu'un seul vR-y/r"* ■tr** 71 13460 2 2086149 détecteur, car un circuit "monostable" transforme chaque signal émis pair le détecteur en une impulsion unique de durée déterminée qui est indépendante de la vitesse ou de la position de l'arbre. Bien entendu, l'utilisation de deux détecteurs 5 introduit un facteur de diminution de la fiabilité. Au cas où l'un ou l'autre des détecteurs d'un dispositif de la technique antérieure fonctionne mal, l'indicateur de faible vitesse ne peut fonctionner et les conséquences d'un tel mauvais fonctionnement d'un indicateur de faible vitesse peuvent provoquer des 30 avaries sérieuses au rotor de la turbine. On voit ainsi l'avantage qu'il y a à utiliser un indicateur de vitesse faible qui ne nécessite qu'un seul détecteur pour émettre le signal approprié correspondant à la vitesse de l'arbre. Dans un tel dispositif, des détecteurs supplémentaires augmenteraient sa fiabilité, 15 car il ne pourrait y avoir de mauvais fonctionnement du dispositif à moins que tous les détecteurs ne soient défaillants. En conséquence, la présente invention concerne un indicateur de vitesse faible perfectionné, simple et de fiabilité accrue. 20 Elle concerne également un indicateur de vitesse faible qui ne comporte qu'un seul détecteur. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif selon l'invention. 25 la figure 1 est un schéma simplifié de la présente invention. la figure 2 représente schématiquement la constitution du compteur. En bref, suivant un aspect de la présente invention, des impulsions émises (à une fréquence préréglée) par une horloge logique sont amenées à être accumulées dans une série de bascules montées de manière à fonctionner comme un compteur binaire, jusqu'à ce qu'un compte prédéterminé ait été atteint. A ce moment, le compteur présente un "1" logique à sa sortie ainsi que son complément, un "0" logique qui bloque la continuation du comptage par le blocage des impulsions d'horloge sur une porte ET disposées entre l'horloge et le compteur. Cela empêche le compteur de continuer à compter et il se remet de lui-même à zéro. Les impulsions provenant d'un détecteur unique déclenchent un circuit "monostable" dont, la sortie remet 30 35 40 71 13460 3 2086149 le compteur à zéro parla remise à zéro "de chacuâe ae ses bascules. Lorsque l'arbre tourne à une vitesse supérieure à la vitesse minimale voulue, l'intervalle de temps qui sépare les impulsions du circuit "monostable" est suffisamment court pour empêcher le compteur 5 de compter et d'émettre le "1" logique qui met en marche le pignon d'entraînement. Lorsque l'arbre est arrêté ou lorsqu'il tovirne à une vitesse inférieure à la vitesse minimale voulue, le compteur a le temps de compter avant qu'il puisse être remis * à zéro par une impulsion provenant du circuit "monostable" et 3D il émet un "1" logique qui met en prise le pignon d'entraînement et fait accélérer l'arbre jusqu'à une vitesse supérieure à la vitesse minimale voulue. Le dessin représente les éléments classiques d'une installation qui comprend une turbine à vapeur 1 comportant 15 un jeu de pignons d'entraînement 2 pouvant être mis en prise, un moteur 3 d'entraînement et un dispositif de commande ou commutateur 4 de mise en prise des pignons, tous ces éléments étant représentés d'une manière symbolique. C'est l'arbre 5 de la turbine qui peut être cintré par des gradients de température 20 excessifs si la turbine à vapeur 1 est amenée à rester au repos. On comprendra bien entendu, qu'en fonctionnement normal et pour des vitesses de l'arbre supérieures à la vitesse normale du pignon d'entraînement, le pignon 2 est dégagé. Lorsqu'un signal approprié émis par le circuit indicateur de la présente inven-25 tion le commande, les pignons d'entraînement 2 sont mis en prise et le moteur 3 continue à faire tourner l'arbre 5 afin de lui permettre de se refroidir d'une manière appropriée. La disposition des pignons est telle que si la vitesse de la turbine est supérieure à la vitesse des pignons d'entraînement lorsque ceux-30 ci ont été mis en prise, ils se séparent immédiatement. Une roue dentée 6 qui comprend des dents 7 alternant avec des encoches espacées 8, est montée sur l'arbre 5 de la turbine de manière à tourner à la même vitesse que celui-ci. Un détecteur unique 9 est monté à proximité immédiate de la 35 roue dentée 6. Le détecteur 9 est un dispositif qu'on trouve dans le commerce et qui, dans le cas d'un dispositif électrique, émet un signal lorsque sa réluctance magnétique varie par suite de la présence ou de l'absence d'une matière magnétique. Les spécialistes savent, bien entendu, que lorsque la roue dentée 40 6 tourne, les dents 7 et les encoches 8, du fait de leur 71 13460 4 2086149 configuration, font émettre par le détecteur 9 des impulsions dont la fréquence dépend directement de la vitesse de rotation de la roue 6 et du nombre de ses dents. C'est-à-dire qu'un plus grand nombre d'impulsions est émis en une période de temps 5 donnée lorsque la vitesse de la roue 6 est plus élevée. On se rend compte qu'une impulsion peut être émise lorsque le détecteur 9 se trouve à proximité soit d'une dent 7, soit d'une encoche 8, suivant la convention utilisée pour les signaux. On suppose dans le présent mémoire qu'une impulsion est émise lorsqu'une dent 30 7 passe en regard du détecteur 9. En ce qui concerne le circuit logique de l'indicateur, il comprend une horloge logique ou bascule astable représentée en 10 et qui émet une série continue d'impulsions vers une porte logique 12 du type ET par une ligne 11. l'horloge 15 10 peut être trouvée dans le commerce auprès de la Digital Equipment Corporation sous la référence R401. L'horloge 10 peut être réglée de manière que le nombre d'impulsions par unité de temps puisse varier suivant la vitesse minimale prédéterminée voulue, en dessous de laquelle la fermeture du commutateur 4 met 20 en prise les pignons d'entraînement 2. On le comprendra mieux au cours de la description du fonctionnement de l'invention. Lorsque l'arbre 5 de la turbine tourne à line vitesse supérieure à la vitesse minimale réglée, par exemple à une vitesse Lorsque l'arbre 5 tourne, le détecteur 9 émet des impulsions qui, par une ligne 16, commandent le circuit "monostable" 15 qu'on peut également se procurer auprès de la Digital Equipment Corporation, Le détecteur 9 émet des impulsions 40 qui correspondent à la vitesse de rotation de la roue 6 et ces 71 13460 5 2086149 impulsions commandent le circuit 'inonostable" 15 de manière à produire sur une ligne 17, une sortie qui est une impulsion rectangulaire de durée constante quelle que soit la forme de son impulsion d'entrée et indique ainsi qu'il existe un signal 5 de sortie numérique provenant du circuit "monostable" 15. le nombre d'impulsions de sortie du circuit "monostable" 15 est égal au nombre de signaux émis par le détecteur 9. Le détecteur 9 et le circuit "monostable" 15 seront appelés ci-après le dispositif de détectinn de la vitesse. 10 lorsque l'arbre 5 de la turbine et la roue 6 tournent à une vitesse supérieure à la vitesse minimale prédéterminée, le compteur 14 n'accumule jamais suffisamment d'impulsions provenant de l'horloge 10 pour produire un "1" logique, car il est continuellement remis * à mesure 15 que les impulsions qui passent par la ligne 17 apparaissent à son entrée. Les lettres "T" et "R" représentées au-dessus et au-dessous du compteur 14 sur le dessin indiquent que les impulsions provenant de l'horloge 10 qui apparaissent à l'entrée du compteur 14 le mettent en fonctionnement et que les impulsions 20 qui proviennent du circuit "monostable" 15 le remettent à zéro, respectivement. En conséquence, lorsque la vitesse de rotation de la roue 6 est inférieure à la vitesse minimale de réglage, le compteur 14 accumule suffisamment d'impulsions de l'horloge 10 pour atteindre un compte prédéterminé sans être remis à zéro. 25 Le signal de la ligne 19 passe d'un "0" logique à un "1" logique, et le signal de la ligne 18 passe d'un "1" logique à un "0" logique. La suppression du "1" logique sur la ligne 18, à l'entrée de la porte ET 12, bloque les impulsions de l'horloge qui ne peuvent continuer à être accumulées dans le compteur 14. Le 30 "1" logique de sortie sur la ligne 19 commande un commutateur qui fait fonctionner un dispositif d'alarme ou qui met en prise les pignons d'entraînement 2 par l'intermédiaire du moteur 3. Il convient de noter que la sortie de ce dispositif, comme dans des dispositifs s'emblables de la techni-35 que antérieure, serait intermittente si l'arbre continuait à tourner d'une manière indéfinie en dessous du réglage de vitesse du dispositif, c'est-à-dire que la sortie oscillerait entre un "1" logique et un "0" logique. En pratique, cette situation n'arrive jamais car l'arbre s'arrête brusquement après avoir 40 tourné du fait de l'inertie à une vitesse inférieure à la vitesœ 71 13460 2086149 minimale pour laquelle s'effectue la lubrification hydrodynamique des paliers. Après avoir tourné à vide ou par inertie à une vitesse inférieure à la vitesse pour laquelle le commutateur de faible vitesse fonctionne, l'arbre s'arrête rapidement ou 5 est accéléré par les pignons d'entraînement jusqu'à une vitesse supérieure au réglage de vitesse du commutateur et jusqu'à la vitesse de rotation des pignons d'entraînement. Avant de décrire le fonctionnement du dispositif, il convient également de mentionner que la présente 10 invention peut comporter des éléments numériques fluidiques et que chaque élément numérique électronique indiqué peut également être trouvé dans le commerce sous une forme fluidique. Bien que le fonctionnement général de l'invention ait été décrit au cours de la description de ses élé-15 ments, on décrira ci-après le détail de son fonctionnement. Pour que l'invention fonctionne d'une manière appropriée, il faut que la largeur de la bande de fréquence de réponse du détecteur et du circuit "monostable" soit supérieure à la fréquence de récurrence maximale des impulsions du détecteur pour une 20 vitesse de la turbine égale à 120% de sa vitesse de régime. Ce résultat peut être obtenu par un choix approprié du nombre de dents de la roue. On voit sur le dessin que la roue comporte douze dents qui donnent douze impulsions par tour ou 864 cycles par seconde à une vitesse égale à 120 pour cent de la vitesse 25 de régime d'une turbine à 3600 tours/minute et on se rend compte qu'une telle fréquence rentre dans la gamme de fréquences des dispositifs aussi bien électroniques que fluidiques. Bien entendu, ce nombre de dents particulier ne doit pas être considéré comme limitant la présente invention, mais uniquement 30 comme un exemple. Gomme autre exemple, on suppose qu'on désire que les pignons d'entraînement soient mis en prise lorsque la vitesse de l'arbre de la turbine tombe à une valeur de l'ordre de 1 tour/minute. A cette vitesse, le détecteur émet une 35 impulsion toutes les cinq secondes qui, à son tour, apparaît sous la forme d'une impulsion numérique toutes les cinq secondes au compteur. L'horloge a été préréglée de manière à émettre des impulsions à une fréquence de six par seconde, vers le compteur. Un compteur binaire comprenant six étages de bascules 40 produit un "1" logique de sortie sur la ligne 19 pour toute 71 13460 2086149 vitesse de l'arbre inférieure à 1 tour/minute envix^on. Cette sortie cownande le commutateur qui, à son tour, met en prise * - les pignons d'entraînement ou fait fonctionner un dispositif d'alarme. De plus, lorsque la même condition se présente, un 5 "O" logique est dirigé vers la porte ET qui empêche toute poursuite de l'accumulation des impuls'ions dans le compteur. On se rend compte, bien entendu, qu'il est possible de régler n'importé quelle vitesse minimale sur l'horloge. C'est ainsi que l'indicateur de vitesse faible de 10 l'invention peut être réglé de manière que les pignons d'entraînement soient mis en prise pour n'importe quelle faible vitesse, choisie au préalable, de l'arbre de la turbine. On se rend compte, de plus, que l'indicateur de vitesse faible suivant l'invention ne comporte qu'un seul 15 détecteur qui permet d'obtenir les résultats recherchés. la fiabilité d'un dispositif qui ne comporte qu'un seul détecteur est de ce fait considérablement accrue en comparaison d'un dispositif de la technique antérieure qui nécessite deux détecteurs. Au cas où l'on désire une certaine redondance dans l'ins-20 tallation, il suffit de prévoir' des détecteurs et des circuits "monostables" supplémentaires. Bien entendu, on augmente ainsi la fiabilité de 1'indicateur de vitesse faible. Il convient d'indiquer, de plus, qu'un mauvais fonctionnement d'un dispositif quelconque qui, par exemple, 25 met en prise les pignons d'entraînement à une vitesse de l'arbre qui serait supérieure à la vitesse de rotation normale des pignons est plus grave en ce qui concerne les avaries à la turbine ou aux pignons d'entraînement qu'un mauvais fonctionnement qui se traduit par le fait que les pignons d'entraînement ne sont 30 pas en prise alors qu'ils devraient l'être. Un mauvais fonctionnement de tous les dispositifs de l'invention à l'exception du détecteur et du circuit "monostable" présente une sécurité intrinsèque en cas d'incident, car l'effet d'un tel défaut de fonctionnement est l'impossibilité de donner l'indication 35 voulue de faible vitesse. En conséquence, il est possible de donner au dispositif la fiabilité voulue par des détecteurs et des circuits "monostables" redondants. 71 13460 8 2086149 - RSTEIDICAÏIOlfS - 1. Indicateur de ritesse faible pour un arbre rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de détection de la vitesse agencé de manière à émettre des premières impulsions de sortie qui dépendent de la vitesse de l'arbre rotatif, des moyens de production d'impulsions destinés et agencés pour émettre des secondes impulsions de sortie d'une fréquence choisie au préalable, un organe de comptage recevant à ses entrées les premières et secondes impulsions de sortie et destiné et agencé pour accumuler les secondes impulsions de sortie afin de produire un "l" logique de sortie de manière à indiquer la faible vitesse, le compteur comportant des moyens de remise à zéro destinés à remettre continuellement le dispositif de comptage à un "0" logique de sortie si la fréquence des premières impulsions de sortie est supérieure à une valeur choisie au préalable. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une porte ET logique montée en circuit avec les moyens produisant les impulsions et le dispositif de comptage, la porte recevant à ses entrées les secondes impulsions de sortie et une impulsion de sortie du dispositif de comptage et étant agencée de manière à empêcher toute continuation de 1*accumulation des impulsions par le dispositif de comptage lorsque ce dernier produit à sa sortie un "1" logique. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens montés en circuit avec le dispositif de comptage et qui protègent l'arbre rotatif lorsque la sortie du dispositif de comptage est un nl" logique. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un engrenage d'entraînement qui fait tourner l'arbre à la vitesse de cet engrenage. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de comptage numérique comprend plusieurs bascules connectées les unes aux autres. 6. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection de la vitesse comprennent un dispositif Kmonostable" qui émet une impulsion de dimension constante, quelle que soit la forme de son impulsion 71 13460 9 2086149 d'entrée. i