Brevet FR2122550A1 — publié le 19720901

La présente invention est relative à un disjoncteur à jet de gaz et concerne plus particulièrement un joint d'arbre rotatif à torsion pour l'arbre de manoeuvre 'du disjoncteur. Il est connu d'incorporer dans les disjoncteurs un joint rotatif à torsion 5 pour l'arbre de manoeuvre. Lorsqu'un tel arbre tourne constamment dans le même sens on peut utiliser sur le dit arbre des joints à chevron conjointement avec des rondelles Belleville. Les joints à chevron consistent en des bagues de "Teflon" en forme de V, comprimées radialement entre l'arbre et la partie du carter qui est parallèle à l'axe de l'arbre. Ces bagues en "Teflon" sont égale-10 ment comprimées axialement par des rondelles Belleville contre la partie du carter qui est perpendiculaire à l'axe de l'arbre. Ces joints à chevron ne sont pas considérés comme étant hermétiques. Quand, au lieu de tourner constamment dans le même sens, l'arbre ne fait qu'une rotation correspondant à un faible déplacement angulaire, de par exemple 15 90°, on a déjà utilisé des manchons en élastomère fixés à la fois sur le boîtier et sur l'arbre. L'utilisation d'un manchon en élastomère fixé à la fois sur l'arbre et le carter dans des constructions de joints est décrite dans les brevets US. 2 889 W, 2 769 063, 3 077 526 et 2 855 581t. Le problème de trouver un joint adéquat est particulièrement aigu dans le 20 cas des disjoncteurs utilisant un gaz sous pression. Par exemple, dans un type particulier de disjoncteur utilisant de l'hexafluorure de soufre (SFg) comme gaz sous pression, il est nécessaire de transmettre, par l'intermédiaire d'un arbre, un déplacement mécanique à partir d'un point situé à l'extérieur du carter contenant le gaz, à un mécanisme qui- actionne le contact mobile, logé dans 25 le boîtier rempli de gaz. Dans certains cas, le gaz peut être à une pression de 2 • ^ par exemple 5 kg/cm et il est nécessaire de maintenir et de préserver ce gaz pour des déclenchements corrects. Le disjoncteur doit pouvoir fonctionner pendant une durée de 15 à 20 ans sans perte appréciable de pression de gaz. Il est donc de première importance de maintenir une étanchéité convenable à l'arbre de 30 transmission. Suivant la présente invention, un disjoncteur a jet de gaz possède un montage de joint comprenant des moyens assurant le mouvement rotatif d'un arbre du disjoncteur, un carter percé d'une ouverture à travers laquelle passe le dit arbre, un joint formé d'un matériau élastomère et fixé à la fois à l'arbre et au 35 dit carter, le dit joint ayant une partie en forme de collerette s'étendant radialement vers l'extérieur, le dit carter ayant une partie de paroi appliquée contre la partie en forme de collerette du joint en élastomère et une plaque anti-friction disposée entre la dite partie de paroi et la dite partie en forme de collerette du joint en élastomère de manière à réduire le frottement et évi-1*0 ter le grippage entre ces deux parties. 72 01892 2122550 L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés. Sur ces dessins: - La figure 1 est une vue en perspective d'un disjoncteur tripolaire. 5 - La figure 2 représente la structure de contact mobile en position complètement ouverte, disposée à_1'intérieur du boîtier du disjoncteur. - La figure 3 est une coupe pratiquée suivant la ligne III-III de la figure 2-. - La figure 11 est une vue à grande échelle du joint d'arbre rotatif à torsi- 10 on. - La figure 5 est une vue détaillée du joint. - La figure 6 est une vue détaillée de la plaque anti-friction utilisée dans le montage du joint d'arbre rotatif perfectionné. - La figure J représente une modification apportée au joint d'arbre rotatif 15 à torsion suivant laquelle celui-ci possède une ou plusieurs'circonvolutions. La figure 1, représente un disjoncteur tripolaire à hexafluorure de soufre comprenant trois ensembles polaires distincts A, B et C. Chaque ensemble polaire comprend une plaque d'extrémité supérieure 2, un boîtier cylindrique vertical 3 et une plaque d'extrémité inférieure, ainsi qu'un carter U. A l'extérieur 20 du carter h se trouve une manivelle d'entraînement 5 fixée sur un arbre de manoeuvre 6. Une tringle de manoeuvre 7, en matière isolante, pouvant se déplacer horizontalement dans un sens et dans l'autre, est, d'un côté, articulé en 8 sur la manivelle d'entraînement 5 et, de l'autre, en 10, sur une manivelle d'entraînement 9- Les trois manivelles d'entraînement 9, dont une seule est représentée, 25 sont solidarisées et pivotent avec un arbre de manoeuvre II qui est raccordé à un mécanisme 12. On utilise une armature de montage 1U mise à la terre, qui comprend des montants 15 en U et des cornières 16 et 16a en acier formant entretoises. Des attaches 16b sont fixées sur les cornières 16 et servent à supporter les ensem-30 bles polaires. En plus, on peut prévoir des supports isolants inférieurs 17, disposés horizontalement entre le carter U et un élément en U 16c fixé sur le montant 15• Les figures 2 et 3 montrent plus clairement la construction interne de chacun des ensembles polaires. Comme indiqué à la figure 2, il faut noter que 35 le boîtier cylindrique 3, qui est réalisé en matériau isolant, porte à une extrémité la plaque de fermeture 2 possédant une borne de raccordement 2a faisant partie de celle-ci. A l'autre extrémité du boîtier cylindrique 3 se trouve le carter k qui est traversé par l'arbre de manoeuvre 6 sur lequel est fixé, par exemple à l'aide d'une goupille 18, une manivelle 19, cette dernière étant ar-U0 ticulée en 20 sur une paire de tringles métalliques 21. Les extrémités 72 01892 2122550 supérieures des tringles 21, comme montré aux figures 2 et 3, sont articulées sur une broche 22, cette dernière passant par des ouvertures 23 pratiquées dans un croisillon 2k qui est fixé sur l'extrémité 26a d'un cylindre d'actionnement 26 muni d'une plaque d'extrémité de fermeture 26b. 5 Un écran d'arc 28, en matière isolante, est pourvu d'une collerette 28a qui est placée à l'intérieur d'un logement 30 de contact fixe en forme de coupe renversée qui se prolonge par un tube allongé 30a, pour servir de support de guidage pour la plaque d'extrémité 26b du cylindre mobile de l'ensemble de soufflage 32. Le logement 30 e^t un élément de support 30b constituent le piston fixe qui 10 est supporté par le tube de guidage 30a. Le piston fixe est percé d'une multitude d'ouvertures pour l'admission de gaz dans la chambre d'extinction d'arc 3^. Pendant la manoeuvre d'ouverture du disjoncteur, les tringles 21, articulées sur le croisillon 2h de l'ensemble de soufflage 32, déterminent une compression de gaz par le déplacement vers le bas de la plaque d'extrémité 26b du 15 cylindre mobile le long du tube de guidage 30a et cette manoeuvre oblige le gaz à circuler dans la chambre d'extinction d'arc 3^- Il faut remarquer que le contact mobile 35 est percé sur toute sa longueur d'un évent 35a et qu'il coopère avec les doigts flexibles 36 de contact fixe qui constituent une pièce tubulaire 36a munie de fentes, insérées dans le tube 20 de guidage 30a. Pendant la première partie de la manoeuvre d'ouverture, l'arc naissant est donc confiné par l'écran 28 et est protégé contre l'effet de soufflage latéral de gaz relativement froid déterminé par le déplacement de la plaque d'extrémité 26b, ce qui fait qu'il faut dépenser une énergie plus faible à l'arc que s'il n' 25 était pas protégé de cette façon. Il faut noter que le gaz comprimé, dirigé latéralement dans le trajet d'arc, circule dans des directions opposées à travers le tube de guidage 30a, le contact mobile creux 35 et vers l'intérieur de la chambre d'évacuation if-3- Comme indiqué à la figure lt, l'arbre 6 passe par une ouverture 13 pratiquée 30 dans le carter 1; ainsi que par une ouverture 25 pratiquée dans une cloison 31 du carter U. L'extrémité de l'arbre se trouvant à l'intérieur du carter U est engagée dans un palier. Comme montré sur cette figure un joint 37 est fixé à la fois sur le carter U et sur l'arbre 6 et est sollicité lorsque le mouvement des mani-35 velles 5 fait tourner l'arbre 6. Comme i.1 y a du gaz à haute pression en "D" et de l'air à la pression atmosphérique en "E", le joint 37 est soumis à une grande différence de pression qui conduit à une usure par frottement qui doit être réduite. On y arrive en incorporant une bague 39 réalisée en matériau adéquat résistant au frottement, par exemple, du "Teflon". De plus, on prévoit une ron-1*0 delle 1*1 en matériau anti-friction qui peut également être réalisée en Téflon 72 Q1892 2122550 ou en tout autre matériau adéquat résistant au frottement. La bague 39 en Teflon est montée en 1+2 sur l'arbre 6 de manière à éviter qu'une partie du joint vienne se coincer entre l'arbre 6 et la cloison du carter 1* du fait de la haute pression qui règne en D. Si cela arrivait, il y au-5 rait une usure importante du joint 37- Lorsque l'arbre 6 pivote, la bague 39 en Teflon à tendance à tourner avec lui. La présence de la rondelle 1+1 en Teflon protège la bague 39 contre une usure par frottement sur la paroi du carter 1+, et permet un certain mouvement entre les surfaces glissantes des pièces en Téflon lorsque l'arbre 6 tourne. 10 L'arbre 6 est monté dans le carter 1* avec du jeu du côté basse pression du joint. Les diamètres D1 et D2 (figure 5) du joint 37 sont respectivement inférieurs au diamètre de l'arbre et au diamètre de l'épaulement prévu à la cloison intérieure du carter U, ce qui fait qu'on obtient un ajustage à frottement dur aux deux endroits où le joint prend appui. 15 Le joint 37 est soudé sur l'arbre 6 et sur l'épaulement de la cloison in térieure du carter à l'aide d'une matière adhésive. Les bords des brides 1+1+ et 1+5, utilisées pour renforcer les assemblages qui sont en contact avec le joint, doivent être arrondis. Ces arrondis doivent être prévus afin que les brides n' entaillent pas le joint si un pli venait à se former dans le matériau constitu-20 ant le joint 37 pendant son mouvement de torsion. La figure 5 représente en détail le joint 37 prévu pour être placé sur 1' . arbre 6. Par exemple, un disjoncteur à hexafluorure de soufre, contient ce gaz v 2 v à une pression de 5 kg/cm , à une température ambiante de 20°C. De préférence, le matériau qui constitue le joint est du néoprène, qui fut utilisé avec succès 25 pour des joints toriques destinés à des disjoncteurs à hexafluorure de soufre. Le néoprène est capable de résister aux températures extrêmes auxquelles est soumis le disjoncteur, c'est-à-dire de U0°C à 150°C ainsi qu'à des pointes de température de 250°C. Le néoprène ne se fendille pas ou ne casse pas à -1+5°C. Le déplacement angulaire total de l'arbre 6 pendant la manoeuvre du dis-30 joncteur est de 72°, ce qui correspond au déplacement maximum du contact mobile. Le joint 37 doit être monté de manière qu'il soit dans un état de non-sollicitation au milieu de la course du contact, c'est-à-dire quand l'arbre 6 a tourné de 36° à partir soit de sa position d'ouverture, soit de sa position de fermeture. Par conséquent, lorsque le disjoncteur est ouvert ou fermé, le joint 37 est dans 35 une position de sollicitation. La matière adhésive 1+7 utilisée pour souder le joint sur l'arbre 6 en acier laminé à chaud est la "Carboline F.I.", qui est une colle à base de néoprène, tandis que la matière adhésive utilisée pour souder le dit joint sur la cloison en aluminium du carter 1+ est un mélange de deux parties de résine époxy et de 1+0 "Chemlock 305". 72 01892 2122550 Des points de concentration de sollicitations peuvent se manifester dans le néoprène où il y a des angles droits ou autres arêtes vives. Ces points peuvent être évités en augmentant sensiblement le rayon de courbure aux endroits où ils se manifestent. Cela s'applique particulièrement aux points de jonction 5 des parties horizontales et de la partie verticale du joint. Il est donc nécessaire d'utiliser un joint 37 dont tous les angles sont arrondis et qu'il soit placé de force sur l'arbre 6. Une autre modification relative à l'invention consiste à fabriquer un joint 37A en formant, comme indiqué à la figure 7, des circonvolutions 50 avec 10 le matériau élastique utilisé pour sa fabrication. Il est nécessaire d'utiliser, avec cette disposition, des bagues en Téflon ainsi que des rondelles en Teflon en contact avec l'arbre. De la description qui précède, il apparaît qu'on a réalisé un joint à torsion 37 pour arbre rotatif qui est apte à s'opposer aux fuites et qui dure long-15 temps. Le joint 37 possède une partie verticale 37a qui est contigue à un ensemble résistant au frottement, comprenant une bague 39 et une rondelle U1, qui réduit le frottement entre la dite partie verticale en néoprène et la cloison intérieure du carter 1*. Les circonvolutions 50 de la variante illustrée à la figure 7 fournissent des moyens supplémentaires pour réduire le frottement aux 20 parties verticales 37a du joint. 72 01892 2122550 REVENDICATIONS. 1. Disjoncteur à soufflage de gaz muni d'un montage de joint d'arbre rotatif caractérisé en ce qu'il comprend un moyen fournissant un mouvement de rotation à un arbre du disjoncteur, un carter percé d'une ouverture à travers laquelle 5 passe l'arbre, un joint réalisé dans un matériau élastomère et fixé à la fois sur l'arbre et sur le dit carter, le dit joint ayant une collerette s'étendant radialement vers l'extérieur, le dit carter ayant une cloison située à proximité de la dite collerette du dit joint en matériau élastomère, et une plaque destinée à réduire le frottement placée entre la dite cloison et la dite colle-10 rette du dit joint élastique dans le but d'éviter le frottement et le grippage entre ces éléments. 2. Disjoncteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de réduction de frottement comprend une bague fixée sur l'arbre. 3. Disjoncteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la bague est 15 réalisée en matériau comprenant un polymère d'éthylène fluoré choisi dans un groupe formé par le polytétrafluoroéthylène et le polychloroéthylène. Disjoncteur suivant l'une des revendications 2 ou 3j caractérisé en ce qu' une rondelle en matériau résistant au frottement est placée entre la bague et la cloison du carter. 20 5* Disjoncteur - suivant la revendication h, caractérisé en ce que la rondelle est réalisée en matériau comprenant un polymère d'éthylène fluoré choisi dans le groupe formé par le polytétrafluoroéthylène et par le polychlorotrifluoro-éthylène. 6. Disjoncteur suivant l'une des revendications de 1 à 5) caractérisé en ce 25 que la dite collerette s'étendant radialement vers l'extérieur du joint élastique comprend un ou plusieurs replis. 7. Disjoncteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une rondelle en matériau résistant au frottement est située dans un repli. 8. Disjoncteur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en 30 ce que le joint est réalisé en matériau élastique et est soudé chimiquement à l'arbre et à la cloison du carter par une matière adhésive.