Brevet FR2240378A1 — publié le 19750307

La présente invention concerne un couplage hydrau lequel comprenant au moins deux rotors équipés d'aubes et montés dans un circuit de travail dans lequel, pendant le fonctionnement normal du système de couplage, un liquide de travail en forme de tourbillon annulaire transmet la force motrice de l'un des rotors à l'autre. Le brevet britannique N 1.161.762 décrit un système de couplage hydraulique du type indiqué plus haut, dans lequel au moins un conduit de remplissage et de purge débouche dans le circuit de travail du système de couplage, très près de la périphérie du profil interne de ce circuit. Des distributeurs re lient sélectivement le conduit de remplissage et de purge à une source de liquide de travail, de manière à introduire le liquide dans le circuit par ledit conduit ou de manière à relier ce dernier à une purgeafin de permettre au circuit de travail de se vider par inversion du sens d'écoulement do liquide dans le conduit lorsque le couplage fonctionne dans des conditions de vitesse et de couple qui produisent, dans ladite région du circuit de travail, une pression suffisante pour provoquer une inversion du sens d'éroulement. On s'est rendu compte maintenant que, bien qu'il soit avantageux que le circuit de travail soit purge dans ces con ditions par un conduit débouchant dans une région du circuit très rapprochée de La périphérie de son profil interne, il est souhaitable, dans certains cas, de prévoir un conduit de remplissage séparé au lieu d'utiliser un seul et même conduit pour le remplissage et la purge. Un conduit de remplissage séparé est avantageux lorsqu'il est nécessaire, par exemple, de prévoir une circulation continue à grand débit du liquide de travail dans le système de couplage.Ce système de couplage peut, par exemple, être incorporé à des machines comprenant une premiè-re machine, par exemple une génératrice électrique et une seconde machine telle qu'une tur bine à gaz, dans lesquelles la; première machine doit fonctionner, aux moins parfois, comme machine d'entraînement et la seconde comme machine entraînée. Ce couplage'hydraulique est utilisé à ce moment pour la transmission de la force motrice de la machine d' entraînement à la machine entraînée. Osait, dans des -systèmes de couplage du type indiqué plus haut, faire-circuler le-liquide dans le circuit de travail Par exemple, un type bien connu de couplage dans lequel un carter relié à la roue motrice se prolonge derrière la roue entraînée, comprend des ajutages de fuite restreints disposés dans le carter à proximité de sa périphérie extérieure afin que, pendant le fonctionnement normal de l'accouplement, le liquide soit refoulé continuellement du circuit de travail par les ajutages de fuite et passe ensuite dans un réservoir d'où il est renvoyé au circuit de travail, d'habitude par un refroidisseur et une pompe. Cependant, pour certains agencements de macliines dans lesquels un système de couplage hydraulique transmet la force motrice d'une machine d'entraînement à une machine entraînée, le système de couplage doit parfois fonctionner dans des conditions de fort glissement, par exemple lorsque la machine d'entraînement tourne à pleine vitesse et la machine entraînée à des vitesses comprises entre une vitesse nulle et, par exemple, sa demi-vitesse. Dans une install-ation de production du courant électrique comprenant une turbine à gaz et une génératrice, pendant la production du courant, la turbine à gaz peut entraîner la génératrice par l'intermédiaire d'un embrayage mécanique qui est alors en prise. Le système de couplage hydraulique est alors au repos et son circuit de travail est vide. Cependant, au moment où la génératrice fonctionnant comme un moteur doit démarrer la turbine à gaz et la faire passer de l'arrêt à sa vitesse d'autonomie, qui peut être par exemple la moitié de sa pleine vitesse, et pendant que l'embrayage n'est alors plus en prise la génératrice entraîne la turbine à gaz par l'intermédiaire du système de couplage dont le circuit de travail a été rempli. Le circuit du système de couplage est purgé lorsque la tubine à gaz a atteint sa vitesse d'autonomie et peut alors accélérer d'elle-même jusqu'à sa pleine vitesse. L'embrayage est alors mis en prise de façon que la turbine puisse entraîner la génératrice par son intermédiaire. Pendant l'accélération de la turbine à gaz de l'arrêt à sa vitesse d'autonomie, 1e glissement dans le circuit de travail de l'accouplement est initialement de 100 t. I1 correspond à la pleine vitesse de la roue motrice entraînée par la génératrice et à la vitesse nulle de l'autre roue reliée à la turbine immobile. Le glissement diminue jusqu'à 50 % lorsque la turbine à gaz a été amenée à la moitié environ de sa pleine vitesse. En conséquence, pendant la période au cours de laquelle le système de couplage transmet la force motrice de la génératrice à la turbine à gaz, le glissement est très élevé dans ce système de couplage. Il se traduit par une vitesse élevée du tourbillon et par la production de quantités importantes de chaleur dans le liquide de travail. Pour dissiper cette chaleur d'une façon satisfaisante, il faut un débit élevé du liquide circulant dans le circuit de travail et des dispositifs classiques tels que deys ajutages de fuite restreints sont desavantageux du fait du débit élevé de circulation nécessaire.De plus, lorsque le liquide est refoulé radialement par les ajutages -de fuite dans le carter qui les entoure, il en résulte une forte aération du liquide de travail qui peut entraîner des difficultés pour le recueillement du liquide refoulé et pour son renvoi par pompage dans le circuit de travail. En conséque-e, la présente invention concerne un système de couplage hydraulique, du type indiqué plus haut, dans lequel des dispositifs provoquent une circulation à grand débit du liquide dans le circuit de travail de façon à obtenir un refroidissement approprie. Le système de couplage hydraulique selon l'invention comprend au moins un conduit de remplissage débouchant dans le circuit de travail et au moins un conduit de purge séparé du conduit de remplissage et débouchant dans une région du circuit de travail située au voisinage de la périphérie du profil interne de ce dernier. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous une forme de réalisation du dispositif selon ltinvention, donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel La figure 1 est une vue en pIan schématique d'une installation de production de llélectricité. La figure 2 est une coupe longitudinale d'un ensemble comprenant un système de couplage hydraulique selon l'invention et un embrayage denté synchrone, à fonctionnement auto matique, incorporé à l'installation représentée sur la figure 1. La figure I représente une installation de production comprenant une turbine à gaz 1 et un-e génératrice électrique 2. Un ensemble 3,disposé entre la turbine à gaz 1 et la génératrice 2, comprend un système de couplage hydraulique et un embrayage denté synchrone à fonctionnement automatique. On voit, sur la figure 2, que le système de couplage hydraulique qui fait partie de l'ensemble 3 comprend un premier rotor 4 équipé d'aubes, monté entre un carter 5 à brides, solidaire d'un moyeu 9 destiné à être monté sur l'arbre conique de la génératrice et un second carter comprenant un partie 6 qui couvre l'arrière d'un second rotor 7 à aubes et qui comprend un prolongement 8 de forme sensiblement cylindrique. Le moyeu 9 est relié à l'arbre de la génératrice 2 et le second rotor 7 à un arbre manchon 25 relié lui-meme à l'arbre de la turbine à gaz 1.Un cercle d'ouvertures, dont l'une d'entre elles est représentée en 12, est formé sur une chicane annulaire 11 disposée à la périphérie radialement intérieure du rotor 4. Chaque ouverture 12 communique avec l'un des conduits de purge 13,disposés axialement,en couronnejqui communiquent avec des conduits 14 orientés axialement et reliés à un collecteur fixe 15 communiquant lui-même, par un refroidisseur 21, avec un réservoir 16 (figure 1). On voit que les conduits de purge 13 débouchent dans le circuit de travail par les ouvertures 12 dans une région située au voisinage de la périphérie du profil interne du circuit. Le carter 5 comprend également une couronne de conduits d'alimentation orientés axialement dont l-'un d'eux est représenté en 17.Chacun d'eux communique avec l'un des conduits de remplissage disposés en couronne, dont l'un d'eux est représenté en 18 et qui sont formés dans l'enveloppe du rotor 4. Les conduits d'alimentation axiaux 17 communiquent avec un collecteur fixe 19 dans lequel le liquide de travail est refoulé par une pompe 20 (figure 1) qui l'aspire dans le réservoir 16 et qui le refoule dans le collecteur 19. Le prolongement 8 du carter du système de couplage constitue un premier élément rotatif d'un embrayage synchrone à dents, à fonctionnement automatique. Ce premier élément rotatif de l'embrayage comprend une couronne de dents internes 22 et une couronne de dents d'embrayage internes 24. Un second élément rotatif de l'embrayage est constitué par l'arbre manchon 25. Le second élément rotatif25 comprend des cannelures hélicoldales externes 26 en prise avec des cannelures hélicoidales internes 27 d'un élément intermédiaire 28 qui, de ce fait, est contraint de se déplacer suivant un mouvement hélicoïdal par rapport au second élément rotatif 25 de l'embrayage. Ce mouvement hélicoidal est limité par des butées axiales 29 et 30.L'élément intermédiaire 28 porte des cliquets dont l'un d'eux est représenté en 33. I1 comprend également une couronne de dents d'embrayage externes 34. Lorsque le machines sont au repos, l'embrayage synchrone à fonctionnement automatique est débrayé, dans la position représentée sur la figure 2, dans laquelle l'élément intermédiaire 28 porte contre la butée axiale 29 et les dents d'embrayage 34 sont à la droite des dents d'embrayage 24. Pour faire fonctionner l'installation, cles-à-dire pour démarrer la- turtie à gaz 1, la génératrice 2 est démarrée, par exemple au moyen d'un moteur de démarrage, puis elle est connectée aux lignes d'alimentation électrique de façon a fonctionner comme moteur.La pompe 20 est mise en marche afin d'aspirer le liquide de travail du réservoir 16 et de le refouler vers le collecteur 19 d'où il passe, par les conduits d'alimentation 17 et les conduits de remplissage 18, dans le circuit de travail du système de couplage. Le liquide introduit dans le circuit de travail prend la forme d'un tourbillon annulaire circulant, d'une àrçon connue, radialement vers l'extérieur, à l'intérieur des aubes du rotor 4 qui fonctionne comme roue motrice car il est entraîné par la génératrice fonctionnant alors comme machine d'entraînement. Le liquide de travail circule radialement vers l'intérieur dans le rotor à aubes 7, qui fonctionne comme roue entraînée du fait qu'il est relié à la turbine à gaz 1 qui fonctionne alors comme une machin-e entraînée.La force motrice est transmise, par le systèmede couplage, de la roue motrice 4 à la roue entraînée et de ce fait la force motrice de la génératrice 2 est transmise à la turbine à gaz 1. Pendant cette période de démarrage, ltembrayage synchrone reste débrayé. Le liquide de travail que contient le circuit de travail du système de couplage passe radialement vers l'intérieur de la roue entraînée 7 puis, ce celle-ci, à travers l'intervalle qui la sépare de la roue motrice 4. Une grande partie du liquide traverse l'intervalle, penetre dans les espaces situés entre les aubes de la roue motrice 4 et y est entraîné radlalement vers l'extérieur. Cependant une quantité importante du liquide pénètre dans les ouvertures- 12 et dans les conduits de purge 13. Cette partie du liquide passe ensuite par les conduits 14 et est refoulée du circuit de travail par la pression à laquelle s'ajoute la vitesse de circulation du tourbillon. Le liquide refoulé pénètre dans le collecteur 15 et passe de ce dernier par le refroidisseur 21 dans le réservoir 16 En conséquence, pendant la période de démarrage, le liquide de travail est refoulé continuellement du circuit vers le réservoir et le circuit est réapprovisionné continuellement à partir du réservoir, par la pompe 20 qui alimente le collecteur 19 et les conduits 17, 18. Un débit suffisamment élevé du liquide de travail refroidi dans le circuit de travail du système de couplage permet de le maintenir à une température de faible valeur acceptable malgré la chaleur qui y est produite du fait du fort glissement dans l'accouplement. Lorsque la turbine à gaz 1 atteint sa vitesse d'autonomie, qui peut être par exemple une vitesse de rotation égale à 50 t de sa pleine vitesse et qui correspond à un glissement de 50 % dans le système de couplage, la pompe 20 est arrêtée, de sorte que le système de couplage cesse d'être alimenté en liquide. Le circuit de travail du système de couplage se vide alors, par les conduits 13, 14 et le collecteur 15, dans le réservoir 16. La turbine à gaz 1 accélère jusqu'à ce qu'elle atteigne la même vitesse que la génératrice 2 qui reste connectée aux lignes d'alimentation électrique. Lorsque la turbine à gaz 1 a tendance à tourner plus vite que la génératrice 2, les cliquets 33 viennent en prise avec les dents 22 et ont pour effet d'imposer à l'élé- ment intermédiaire 28 un mouvement hélicoïdal vers la gauche le long du second élément rotatif 25 de l'embrayage, de façon à établir un engrènement initial précis entre les dents 34 et les dents 24. L'interaction entre des dents 24 et 34 et l'interaction des cannelures hélicoïdales 26, 27 contraignent ensuite l'élément intermédiaire 28 à continuer à se déplacer vers la gauche le long du second élément rotatif 25, de façon à mettre les dents d'embrayage 34 complètement en prise avec les dents d'embrayage 24. Une liaison d'entraînement est établie de cette manière par l'embrayage à dents synchrone et à fonctionnement automatique, entre la turbine à gaz 1 à la génératrice Z. Des distributeurs peuvent être associés, à volonté, aux collecteurs 15, 19 afin de régler le débit du liquide de travail introduit dans le système de couplage ou sortant de ce dernier. Les systèmes de couplage selon l'invention, équipés de tels distributeurs, peuvent être utilisés avantageusement dans les transmissions,avec possibilité d'inversion de marche,pour les moteurs marins tels que ceux décrits, par exemple, dans le brevet britannique NO 1.161.762. I1 est évident que la présente inven tion peut être appliquée à des systèmes de couplage à double cir cuit, tels que ceux qui sont incorporés dans la transmission avec possibilité d'inversion de marche pour un moteur marin décrit dans le brevet britannique NO 1.161.762 précité I1 est connu qu'un système de couplage selon l'invention peut être équipé, à volonté, d'ajutages de fuite restreints, de manière qu'une partie du liquide de travail circule dans le système de couplage par ces ajutages, et de manière que, lorsque le système de couplage cesse d'être alimenté en liquide, son circuit commence à se vider principalement par les conduits de purge et, dans une plus faible mesure, par les ajutages de fuite puis éventuellement par ces deniers uniquement. REVENDICATIONS 1. Système de couplage hydraulique comprenant au moins deux rotors à aubes disposés dans un circuit de travail, dans lequel, pendant le fonctionnement normal, un liquide de travail en' forme de tourbillon annulaire transmet la force motrice d'un rotor à l'autre, au moins un conduit de purge débouchant dans une région du circuit de travail proche de la périphérie de son profil interne, caractérisé en ce que le conduit de purge (13) est séparé du conduit de remplissage (18). 2. Système- suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir (16) auquel est relié le conduit de purge (13), une pompe (20)aspirant le liquide de travail à partir du réservoir et le refoulant dans le conduit de remplissage (18) de manière à permettre une circulation continue du liquide de travail dans le système de couplage. 3. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des distributeurs règlent le débit du liquide dans le conduit de remplissage (18) et/ou dans le conduit de purge (13). 4. Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'un des rotors à aubes est relié à une première machine qui doit, au moins parfois, fonctionner comme machineld'entraînement et dans lequel l'autre rotor à aubes est relié à une seconde machine qui doit parfois fonctionner comme machine entraînée, caractérisé en ce qu'un embrayage synchrone à dents, à fonctionnement automatique, est monté en parallèle sur le système de couplage de façon telle que l'embrayage est mis en prise losque la seconde machine (2) a tendance à toürner plus vite que la première machine (1). 5. Système suivant la revendication 4, dans lequel un carter est prolongé derrière l'un des rotors à aubes, caractérisé en ce que le carter (6) est relié à un élément rotatif (8) de l'embrayage dont il peut, par exemple, faire partie intégrante.