Brevet FR2328884A1 — publié le 19770520

l'invention concerne un dispositif dEaccouplement entre un arbre rotatif menant, tel par exemple que l'arbre d'un moteur dlec- trique, et un arbre rotatif mené, tel par exemple que l'arbre d'un eompressseur de très forte puissance, ainsi que le procédé de démarrage et d'entraînement de cet arbre mené au moyen de ce dispositif. Le démarrage d'un arbre.-mené, qui est soumis à un couple résistant très important, comme par exemple l'arbre d'un compresseur d'une puissance supérieure à une dizaine de mégawatts, pose un certain nombre de problèmes très importants qui n'ont pu être résolus actuellement de façon entièrement satisfaisante. En effet, un tel compresseur est entravé généralement par un moteur électrique, généralement un moteur synchrone, ayant une puissance légèrement supérieure à celle du compresseur. lorsque l'arbre du compresseur est relié mécaniquement de façon positive à l'arbre du moteur électrique, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse , le démarrage du compresseur se fait simultanément avec le démarrage du moteur synchrone, qui doit #'effectuer très rapidement dans un laps de temps de 15 à 20 secondes au maximum en raison de la très forte intensité de courant dans le moteur électrique au démarrage.Si, au bout de ce laps de temps, le compresseuB n'est pas démarré, il est absolument nécessaire de couper l'excitation du moteur électrique et d'attendre plusieurs heures avant de tenter un nouveau démarrage. D'autre part, étant donné que le couple de sortie d'un moteur synchrone passe par un minimum au démarrage, il est impossible de démarrer le compresseur lorsque ce dernier est en charge. En pratique, il est nécessaire d'iso- ler camplètement le compresseur au moment du démarrage. On a tenté de résoudre ces problèmes en prévoyant un accouplement hydraulique entre l'arbre nenant du moteur électrique et l'arbre mené du compresseur, ce qui permet de démarrer de façon plus sure. Toutefois, l'utilisation d'un tel accouplement hydraulique se traduit par un glissement permanent de 3 entre l'arbre menant et l'arbre mené, qui provoque un échauffement important du fluide hydraulique utilisé5 dloù la nécessité de prévoir une installation coûteuse de refroidissement de ce fluide pendant toute la marche du compresseur. A titre d'exemple, on notera que la quantité de chaleur à évacuer en permanence est de 350 000 calories environ pour un compresseur d'une puissance de 11 mégawatts environ. La présente invention a précisément pour but d'éviter tous les inconvénients inhérents à la technique antérieur connue, au moyen d'un dispositif de démarrage simple et efficace, d'un prix de revient parfaitement compétitif. L'invention a également pour but un dispositif permettant de démarrer lentement et progressivement, à la volonté de l'opérateur, un compresseur de forte puissance entraîné par un moteur électrique. L'invention propose donc un dispositif d'accouplement entre un arbre rotatif menant, tel par exemple que l'arbre d'un moteur électrique, et un arbre rotatif mené, tel par exemple que l'arbre d'un compresseur de forte puissance, comprenant un accouplement mécanique débrayable, par exemple à engrenage, entre l'arbre menant et l'arbre mené, caractérisé en ce qu'il comprend également un accouplement hydraulique entre l'arbre menant et l'arbre mené, fonctionnant uniquement pour le démarrage de l'araire mené, et agencé en parallèle avec l'accouplement mécanique débrayable précité, ce dernier assurant une liaison positive entre l'arbre menant et l'arbre mené après le démarrage. On comprend donc que, selon l'invention, le dispositif d'accouplement hydraulique, qui permet de démarrer un compresseur sans trop de difficultés, n'est utilisé que pendant la période de démarrage, la liaison entre l'arbre menant et l'arbre mené étant ensuite assurée par un accouplement mécanique débrayable. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'accouplement hydaaulique comprend un capot tournant solidaire de l'arbre menant, traversé de façon étanche par l'arbre mené qui y est monté libre en rotation, et délimitant un espace interne sensiblement en forme de couronne cylindrique, dans lequel sont disposées une première couronne annulaire portant des aubages radiaux et/ou inclinés solidaires de l'arbre menant, et une deuxième couronne annulaire portant des aubages radiaux et/ou inclinés solidaires de l'arbre mené, et des moyens d'amenée et d'évacuation sélectives de fluide hydraulique dans ledit capot tournant pour le démarrage de l'arbre mené. En réalise ainsi de façon simple un accouplement hydraulique entre arbre menant et arbre mené, permettant le démarrage progressif en rotation de l'arbre mené. L'invention concerne également un procédé d'entraînement en rotation d'un arbre mené soumis à un couple résistant-important, tel par exemple que l'arbre d'un compresseur de forte puissance, au moyen du dispositif décrit ci-dessus, caractérisé en ce que, le capot tournant précité étant vide de tout fluide hydraulique et l'accouplement mécanique précité étant débrayé, il consiste à faire tourner l'arbre menant à sa vitesse normale, a amener progressivement du fluide hydraulique dans le capot tournant de l'accouplement hydraulique, pour ainsi faire démarrer lentement l'arbre mené jusqu'à ce que sa vitesse de rotation soit sensiblement égale à celle de l'arbre menant, à couplermécaniquement de façon positive l'arbre menant et l'arbre mené, et à vidanger ensuite le capot tournant précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à l'aide de la description explicatiVe qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels la figure unique est une vue en coupe schématique du dispositif d'accouplement selon 7'invention. Ce dispositif d'accouplement comprend un capot tournant 1, de forme généralement annulaire; qui est solidaire de l'arbre menant 2, tel que marbre d'un moteur électrique synchrone. Le capot tournant 1 définit un espace interne 3 annulaire sensiblement en forme de couronne, qui est fermé par un plateau annulaire 4 monté ou fixé sur le capot tournant 1 de façon appropriée , ce plateau 4 se prolongeant axialement à l'extérieur du capot tournant 1 par un trorl- çon de tube cylindrique 5 qui est traversé axialement de façon étanche par l'arbre mené 6, tel par exemple Que l'arbre d'un compresseur de puissance élevée, cet arbre mené 6 étant monté libre en rotation dans le prolongement cylindrique 5. A l'intérieur du capot tournant 1 sont disposées face à face deux couronnes annulaires 7 et 8 comportant des aubages radiaux et/ ou inclinés 9 et 10 respectivement qui sont solidaires des arbres menants 2 et mené 6 respectivement. On notera que les aubages 9 et 10 s'étendent à l'intérieur du capot tournant 1 depuis les xE s 2 et 6 sans remplir complètement l'espace interne 3 précité, et que le diamètre des aubages 10 est légèrement inférieur à celui des aubages 9, pour une raison qui sera expliquée ci-après. L'arbre meent 2 comprend un conduit axial 11 qui débouche dans l'espace annulaire formé entre les extrémités en regard des arbres 2 et 6 et des couronnes 7 et-8, et qui, par son autre extrémité, débouche dans un ou plusieurs canaux radiaux 12 de l'arbre menant 2, qui sont eux-memes reliés par un joint tournant 13 d'un type connu à une conduite 14 d'amenée de fluide hydraulique. te capot tournant 1 est également prévu de moyens d'évacuation du fluide hydraulique, non représentés. Le dispositif d'accouplement selon l'invention comprend encore un accouplement mécanique débrayable, constitué essentiellement par une pièce 15 montée coulissante sur le prolongement cylindrique 5 précité du plateau 4, entre une position inactive représentée en traits pleins dans le dessin, et une position active représentée en traits pointillés. La pièce 15 comporte deux couronnes dentées 16 et 17 à ses extrémités, la couronne 16 étant lonstamment en prise avec une couronne dentée 18 solidaire du plateau 4, et la couronne dentée 17 étant sélectivement amenée en prise par coulissement de la pièce 15 avec une couronne dentée 19 solidaire de l'arbre mené 6. Une bague 20 peut être prévue sur la pièce 15, entre les deux couronnes 16 et 17, pour servir d'appui à une fourchette permettant de déplacer la pièce 15 en t i ation entre ses positions active 1 et inactiveS précitées. Le fonctionnement du dispositif d'accouplement qui vient d'être décrit est le suivant on supposera que l'arbre mené 6 est immobile, et que le capot tournant 1 est vide de tout fluide hydraulique. Par excitation du moteur électrique (non représenté) dont le rotor est solidaire de l'arbre 2, on fait tourner l'arbre menant 2 à sa vitesse normale de rotation, la pièce 15 d'accouplement étant dans sa position inactive représentée en traits pleins dans le dessin. A ce moment, O4 peut dire que le moteur électrique tourne à vide, avec un couple résistant à peu près nul.On stihne alors progressivement du fluide hydraulique dans le capot tournant 1, au moyen du conduit 14, du joint tournant 13 et des canaux 12 et 1 1 de l'arbre menant 2.e fluide hydraulique qui remplit progressivement l'espace interne 3 du capot tournant 1 est mis en mouvement selon les flèches 21, 22 par les aubages 9 solidaires de l'arbre menant 2. dela se traduit pratiquement , au fur et à mesure du remplissage de l'espace interne 3 par le fluide hydraulique, par le démarrage progressif en rotation de l'arbre mené 6, le fluide hydraulique en mouvement agissant sur les aubages 10 solidaires de 1' arbre 6.La vitesse de rotation de l'arbre mené 6 crott ainsi progressivement, jusqu'à dépasser légèrement celle de l'arbre menant 2, en raison u faible glissement qui se produit à l'intérieur du capot tournant 1 et qui est provoqué par la différence de diamètre entre les aubages 9 et 10.Lorsque les vitesses de rotation des arbres 2 et 6 sont sensiblement égales, ce qui peut s'obtenir en ralentissant légèrement l'arbre 6, il suffit de déplacer la pièce 15 de sa position inactive dans sa position active, par coulissement le long du prolongement cylindrique 5, pour amener en prise la couronne dentée 17 avec la couronne dentée 19 solidaire de 1' arbre 6, la couronne dentée 16 restant constamment en prise avec la couronne dentée 18 solidaire de l'arbre menant 2 pour assurer une liaison mécanique positive entre les deux arbres 2 et 6. Cette liaison étant assurée, on évacue le fluide hydraulique se trouvant dans l'espace interne 3 du capot tournant 1, de telle sorte que les aubages 9 et 10 tournent à vide. Lorsqu'on utilise comme fluide hydraulique de l'huile, pour remplir l'espace interne 3 du capot tournant 1, il peut entre nécessaire de refroidir cette huile dans un échangeur de chaleur extérieur en raison de l'échauffement provoqué par le glissement relatif entre les aubages 9 et lO. Cet échangeur de chaleur extérieur peut oestre évité lorsque l'on emploie de l'eau comme fluide hydraulique, et que l'on prévoit un ou plusieurs tubes 23 traversant radialement le capot tournant 1 et la couronne intérieure 7 solidaire de l'arbre venant 2, quii%6ucheht par une extrémité à l'atmosphère et par lFur autre extrémité au Voisinage du fond de l'espace interne 3 : l'eau utilisée comme fluide hydraulique, et chauffée par le glisement reletif précité, se transforme alors en vapeur qui est évacuée à l'extérieur par le ou les tubes 23. On peut bien entendu utiliser à la place de l'eau tout fluide hydraulique se vaporisant et pouvant être évacué à 11 a tmosphère et/ou condensé facilement. Or comprend, à partir de la description qui précède, que les avantages du dispositif d'accouplement selon l'invention sont les suivants - Démarrage lent et progressif de l'arbre mené 6, à la volonté de l'opérateur, sans surcharge du motet électrique d'entraînement. - Possibilité de démarrer le compresseur sans vivoir l'isoler completement des installations associées. - Purge progressive du compresseur lors du démarrage. - Utilisation de l'eau comme fluide hydraulique, avec échappement de vapeur à l'extérieur, sans installation de réfrigé raton du fluide hydraulique. - Réglage aisé de la vitesse de l'arbre mené au démarrage par contrôle de l'alimentation en fluide hydraulique de l'accouplement hydraulique selon l'invention. Il est d'autre part bien entendu que l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, l'accouplement mécanique débrayable, constitué par la pièce 15 et les couronnes dentées 16, 17, 18, 19, peut être remplacé par tout système d'embrayage équivalent d'un type connu. L'invention comprend donc en particulier tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R B V s N 3 I C A T i O N S 1 - Dispositif d'accouplement entre un arbre rotatif menant, tel que l'arbre d'un moteur électrique, et un arbre rotatif mené, tel que celui d'un compresseur de forte puissance, comprenant un accouplement mécanique débrayable, par exemple à engrenage, entre arbre menant et l'arbre mené, caractérisé en ce qu'il comprend également un accouplement hydraulique entre l'arbre menant et l'arbre mené, fonctionnant uniquement pour le démarrage de l'arbre mené, et agencé en parallèle avec l'accouplement mécanique débrayable précité, ce dernier assurant une liaison positive entre l'arbre menant et arbre mené après le démarrage. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accouplement hydraulique précité comprend un capot tournant solidaire de l'arbre menant, traversé de façon étanche par l'arbre mené qui y est monté libre en rotation, et délimitant un espace interne sensiblement en forme de couronne annulaire, dans lequel sont disposées une première couronne annulaire portant des aubages radiaux et/ou inclinés solidaires de l'arbre menant, et une seconde couronne annulaire portant des aubages radiaux et/ou inclinés solidaires de l'arbre mené, et des moyens d'amenée et d'évacuation sélectives de fluide hydraulique dans ledit capot tournant pour ledémarrage de l'arbre mené. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capot tournant est fermé, du c8té de l'arbre mené, par un plateau annulaire comportant un prolongement extérieur cylindrique traversé axialement de façon étanche par l'arbre mené qui y est monté libre en rotation. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'accouplement mécanique précité comprend une pièce montée coulissante sur ledit prolongement cylindrique entre une position inactive et une position active, cette dernière correspondant au couplage mécanique de l'arbre menant et de l'arbre mené. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite pièce comprend, à ses extrémités axiales, des couronnes dentées dont l'une est constamment en prise avec une couronne dentée solidaire du capot tournant, et dont l'autre est amenée en prise avec une couronne dentée solidaire de l'arbre mené quand ladite pièce est dans sa position active. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractériséen ce qu'il comprenddes moyens pour amener automatiquement ladite pièce dans sa position active, lorsque les vitesses de rotation de l'arbre menant et de l'arbre mené sont sensiblement égales après le démarrage. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubages solidaires de l'arbre mené ont un diamètre légèrement inférieur à celui des aubages solidaires de l'arbre menant. 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide hydraulique amené dans le capot tournant pour le démarrage de l'arbre mené est de lteau ou un fluide susceptible de se vaporiser et pouvaxft castre évacué dans l'atmosphère et/ou condensé facilement, ledit capot tournant comprenant au moins une sortie de vapeur d'eau ou du fluide précité vaporisé. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux couronnes précitées logées dans le capot tournant délimitent entre elles un espace annulaire dans lequel débouche un canal axial de l'arbre menant, alimenté en fluide hydraulique par l'intermédiaire d'un joint tournant. 10 - Procédé de demarrage et d'entratnement en rotation d'un arbre mené soumis à un couple résistant important, tel que l'arbre d'un compresseur de grande puissance, au moyen du dispositif décrit dans lune des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le capot tournant étant vide de tout fluide hydraulique et l'accouplement mécanique étant débrayé, il consiste à faire tourner l'arbre menant à une vitesse normale, à amener progressivement du fluide hydraulique dans le capot tournant de l'accouplement hydraulique, pour faire ainsi démarrer lentement l'arbre mené jusqu'à ce que sa vitesse de rotation soit sensiblement égale à celle de l'arbre menant, à coupler mécaniquement de façon positive l'arbre menant et 11 arbre mené, et à vidanger ensuite le capot tournant précité.