Brevet FR2379730A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne un ensemble mécanique de freinage de déplacements, destiné à être interposé entre deux corps susceptibles de subir des déplacements -éventuellement vibratoires- l'un par rapport à l'autre, pouvant les rapprocher ou les éloigner l'un de l'autre, du type comportant deux organes coopérants du genre vis et écrou, dont l'un est solidaire d'un des deux corps et dont l'autre est solidaire axialement de l'autre corps tout en étant libre de tourner par rapport à lui, et un dispositif de freinage adapté à freiner la rotation de l'organe libre de tourner et par suite à freiner un déplacement axial relatif des deux organes coopérants et donc des deux corps, au moins lorsqu'un seuil déterminé d'accélération relative entre les deux corps est dépassé, ledit dispositf de freinage étant par ailleurs adapté à redevenir inactif lorsque l'accélération redevient inférieure audit seuil. On comprendra qu'un tel ensemble mécanique a pour objet de limiter les déplacements oscillatores entre deux corps reliés l'un à l'autre et de faire en sorte que ces déplacements restent toujours inférieurs à une amplitude déterminée pouvant devenir dangereuse pour l'un ou l'autre de ces deux corps, par exemple en le déformant, en le détériorant de façon importante, ou même en en provoquant la rupture, ceci tout en permettant cependant des déplacements relativement lents d'un des deux corps par rapport à l'autre, déplacements pouvant résulter par exemple de dilatations. Ainsi, l'un des deux corps pourra être constitué d'une structure en principe fixe et l'autre par exemple d'une conduite de fluide qui lui est reliée. Dans ce cas, les déplacements dont il est question peuvent être vibratoires et résulter par exemple de vibrations engendrées par des machines tournantes (turbines, pompes, compresseurs), de la pulsation du fluide transporté dans la conduite, ceci sous l'effet d'une détente violente ou de pertes de charge locales élevées, de battements provoqués par l'écoulement d'un mélange de liquide et de gaz, et même par l'action du vent en rafales, s'exerçant principalement sur la structure fixe, ou encore du mouvement du sol sous l'effet de séismes, etc.. Il va de soi que, plus la fréquence des vibrations est importante, et plus l'accélération relative entre les deux corps sera élevée ; des fréquences significatives du comportement des tuyauteries sont situées généralement entre 2 et 30 Hz. Un ensemble mécanique de freinage du type mentionné au préambule pourra donc être utilisé,en particulier mais non limitativement, pour relier une conduite de fluide à une structure fixe, et empêcher que la conduite puisse subir une déformation importante ou même une rupture, par suite-des phénomènes ci-dessus mentionnés, tout en étant libre de se déplacer relativement lentement par rapport à la structure fixe à laquelle elle est reliée, ceci par exemple sous l'effet de dilatations. Un tel ensemble trouvera une application particulièrement intéressante, quoique là encore non limitative, dans le cas de conduites d'un bâtiment de réacteur dans les centrales nucléaires, dans le cas notamment où une rupture des conduites pourrait entraîner un danger de radioactivité, et dans le cas aussi où cet ensemble sera disposé dans un endroit d'accès difficile ou même impossible. Les ensembles mécaniques de freinage du genre en question ne doivent donc nécessiter aucun entretien et être parfaitement fiables pendant de longues années. Outre les ensembles mécaniques de freinage du genre spécifié au préambule, on connaît aussi dans la technique les amortisseurs de type hydraulique, mais les premiers sont préférés aux seconds car le fluide hydraulique et les joints des seconds sont sensibles aux radiations, et leur fiabilité de fonctionnement est pour cette raison moins élevée. Les ensembles mécaniques de freinage déja connus évitent ces inconvénients des ensembles hydrauliques, mais ils sont relativement compliqués et en outre ils ne réagissent essentiellement qu'aux accélérations ; en général, on fixe le seuil d'accélération qui déclenche ou relâche le blocage de l'ensemble à 0,02 G au maximum. Le but de l'invention est donc d'établir un nouvel ensemble mécanique de freinage du genre spécifié plus haut mais qui, en outre,réaqisse non seulement à une accélération relative entre les deux corps qu'il relie, mais encore à une vitesse relative entre ces deux corps ; autrement dit, un tel ensemble devra en outre assurer un freinage des déplacements relatifs entre les deux corps en question lorsque leur vitesse relative dépassera un seuil déterminé, dans un sens ou dans l'autre. Pour ce faire, un ensemble mécanique de freinage conforme à l'invention, du type spécifié au début de la présente description, sera caractérisé en ce que le dispositif de freinage comprend d'une part un doigt radial monté sur ledit organe libre de tourner, et disposé dans un logement à paroi interne essentiellement cylindrique, solidaire axialement dudit organe, et d'autre part deux mâchoires de freinage ou masselottes1 arquées, montées librement dans ledit logement autour dudit organe, ces deux mâchoires ou masselottes ayant une surface extérieure cylindrique de rayon sensiblement inférieur à celui de ladite paroi interne du logement, deux extrémités en regard desdites mâchoires aboutissant de part et d'auLreetà Uumité immédiate du doigt radial, tandis que leurs deux autres extrémités sont reliées par un organe élastique adapté, par une action de rappel sur les mâchoires, à maintenir, en position de repos, un léger jeu entre leur surface extérieure et la paroi interne du logement. Le fonctionnement d'un tel ensemble mécanique de freinage sera mieux compris à la lecture d'un exemple de réalisation qui est donné plus bas, avec référence aux figures du dessin annexé, mais on peut d'ores et déjà noter que, lorsque le déplacement relatif entre les deux corps, par exemple entre une structure fixe et une conduite de fluide, aura une vitesse dépassant un seuil déterminé, cette vitesse se traduira par des forces centrifuges s'exerçant sur les deux mâchoires de freinage ou masselottes dont alors les surfaces extérieures cylindriques viendront frotter contre la paroi interne de leur logement et freiner ainsi la rotation dudit organe libre de tourner et, par suite, le déplacement axial relatif des deux corps, jusqu'à ce que leur vitesse relative redevienne inférieure au seuil déterminé, l'organe élastique précité rappelant alors, à l'encontre de la force centrifuge résiduelle, les deux mâchoires de freinage dans une position pour laquelle elles permettent une libre rotation dudit organe libre de tourner. On pourra prévoir que l'organe élastique en question est simplement constitué-d'une lame de ressort. De façon avantageuse, on pourra également prévoir que l'organe solidaire d'un des deux corps et l'organe solidaire axialement de l'autre corps tout en étant libre de tourner par rapport à lui sont constitués respectivement par un écrou et par une vis coopérants, notamment du genre à billes. De préfrence, la vis sera tedxe pardeux po2nte5 & mdies, rpctées w non, elle sera calée axialement agissant respectivement sur ses deux extréinités, et pour épater la naissance de jeux aux extrémitesde la vis, jeux qui pourraient entraîner une imprécision de fonctionnement et surtout une détérioration plus ou moins rapide des butées, ceci notamment lorsque les deux corps peuvent être soumis à des vibrations, on prévoira avantageusement que l'une au moins des deux butées est rappelée en permanence, élastiquement, contre l'extré- mité correspondante de la vis. Ceci peut être réalisé par le fait que ladite butée comporte une face arrière inclinée sur laquelle prend appui une face inclinée d'une cale guide radialement et sollicitée radialement, et vers l'axe de l'ensemble, par un ressort. Un mode de construction particulierement simple et fiable d'un ensemble mécanique de freinage conforme à l'invention pourra par exemple résulter du fait que la vis est montée axialement dans un boîtier cylindrique dans la paroi intérieure duquel est élaboré ledit logement du doigt radial et dont les extrémités sont fermées par deux bouchons -avantageusement vissés-, dont l'un porte un organe de fixation de l'ensemble sur l'un des deux corps considérés, et dont l'autre comporte des passages pour des tiges de liaison et de guidage reliant l'écrou à un organe de fixation de l'ensemble sur l'autre corps. Un tel ensemble pourra également se caractériser en ce que lesdites tiges de liaison s'étendent, autour de la vis, entre une collerette de l'écrou et une plaque d'extrémité à laquelle elles sont fixées et qui porte ledit organe de fixation de l'ensemble sur l'autre corps. En outre, afin d'adapter la longueur de l'ensemble mécanique de freinage à la distance qui sépare les deux corps qu'il relie, on pourra prévoir avantageusement que ses organes de fixation sur les deux corps sont vissés w fixés d'autre manre,respediwmet sur le bouchon correspondant dudit boîtier cylindrique et sur ladite plaque d'extrémité. Enfin, notamment dans le but d'assurer une bonne protection de l'ensemble contre l'environnement, notamment vis-à-vis des poussières, on pourra prévoir que ladite plaque d'extrémité porte un fourreau qui entoure avec un léger jeu ledit boitier cylindrique, au moins sur une partie de sa longueur, de façon téles copique. Un ensemble mécanique de freinage conforme à l'invention est décrit ci-dessous à titre d'exemple nullement 2imitatif, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un tel ensemble et - les figures 2, 3 et 4 sont des vues en coupe transversale, respectivement selon les lignes II-II, III-III et IV-IV de la figure 1. L'ensemble mécanique de freinage représenté sur les figures comprend comme organes essentiels une vis à billes centrale 1 et un écrou 2, engagé sur celle-ci, le pas dêla vis et de l'écrou étant choisi de telle manière qu'un faible déplacement axial relatif de ces deux organes coopérants entraîne une rotation relativementimportanede la vis lorsque l'écrou est empêché de tourner, et vice versa. Ce type d'écrou et de vis à billes est bien connu et n'a pas besoin d'être décrit plus en détail. La vis 1 est maintenue axialement en position à ses deux extrémités par deux butées, respectivement 3 et 4, ellesmêmes maintenues axialement par deux bouchons, respectivement 5 et 6 vissés, pour assurer sa fermeture, dans les deux extrémités d'un boîtier cylindrique 7. Tandis que la butée 3 est directement en appui sur le bouchon vissé 5, l'autre butée 4 est en appui axial sur le fond 8 d'un alésage 9 pratiqué dans le bouchon vissé 6,par l'intermédiaire d'un système de rattrapage automatique de jeu Ce système comprend essentiellement une cale 10 dont la face 11, opposée à celle qui est en appui sur le fond 8, est inclinée et est pressée, sous l'effet de l'action radiale d'un ressort 12, contre une face postérieure inclinée 13 de la butée 4. Le guidage radial de la cale de rattrapage automatique de jeu 10 est assuré par un pion de centrage 14 engagé dans un logement axial de forme correspondante prévu dans #le bouchon 6. Le réglage de la tension du ressort à action radiale 12 peut être effectué par une vis 15 sur l'extrémité de laquelle il prend appui. Sur l'une des extrémités de la vis centrale 1 est calé un noyau 16 portant un doigt radial 17 ; ce doigt radial peut tourner à l'intérieur d'un logement 18 à paroi intérieure cylindrique, prévu entre un épaulement 19 du boîtier cylindrique 7 et l'extrémité correspondante du bouchon vissé 6. Dans le logement cylindrique 18 sont prévues par ailleurs deux mâchoires de freinage ou masselottes 20 comportant chacune une surface extérieure cylindrique d e r a y o n s e n s i b l e me n t inférieur à celui de la paroi intérieure cylindrique du logement 18.Deux extrémités en regard 21 des mâchoires de freinage 20 aboutissent de part et d'autre et sont en appui sur les deux faces latérales opposées du doigt radial 17 ; par ailleurs, les deux autres extrémités 22 des mâchoires 20 sont reliées l'une à l'autre par un organe élastique en#rmede1aaederessortéventueIementcoubée23. La tension initiale de cette lame est telle qu'en position de repos de la vis 1les surfaces extérieures cylindriques des deux mâchoires soient très légèrement écartées de la paroi interne cylindrique d'une bande d'usure en bronze ou en béryllium 24 constituant garniture du logement à paroi intérieure cylindrique 18. Quant à l'écrou 2 monté sur la vis 1, il porte une collerette ou bride 25 sur laquelle sont montées trois tiges de liaison et de guidage 26, entourant la vis 1,et dont les extrémités opposées sont fixées, entre des écrous 27 et des épaulements 28 desdites tiges, sur une plaque d'extrémité 29 portant un organe de fixation à rotule vissé 30 ; cet organe 30 est, par exemple, relié à une conduitedefluide (non représentée) d'un bâtiment de réacteur nucléaire . Le guidage à frottement doux des tiges 26 dans le bouchon vissé 5 est assuré par trois manchons bagués bronze 31. L'ensemble porte à son autre extrémité un autre organe de fixation à rotule 32, vissé dans le bouchon 6,et portant un contreécrou 33 en appui sur l'extrémité de ce bouchon, ce qui permet de régler l'entraxe entre les deux organes de fixation à rotule pour l'adapter à ltespacement normal entre la conduite de fluide et le corps auquel elle est reliée a parpar exemple une struc- ture fixe schématisée en 34. Enfin, la plaque d'extrémité 29 porte un fourreau 35 qui entoure avec un léger jeu le boîtier cylindrique 7 sur une partie notable de sa longueur, de façon télescopique, de sorte que l'intérieur de l'ensemble soit protégé vis-à-vis de l'atmosphère extérieure, notamment vis-à-vis des poussières et des agents corrosifs Le fonctionnement de l'ensemble mécanique de freinage qui vient d'être décrit est le suivant Si la conduite de fluide et, par suite, l'organe de fixation 30 sont soumis à un brusque déplacement, les tiges de liaison 26 transmettent l'accélération à l'écrou 2 et, par suite, la vis 1 et le doigt radial 17 sont soumis à une brusque rotation. Le doigt 17 s'appuie alors instantanément sur l'extrémité 21 d'une des deux mâchoires de freinage 20, qui s'écarte , et dont la surface extérieure cylindrique vient alors frotter contre la bande d'usure 24, ce qui provoque le freinage de la vis. Si l'accélération diminue et passe au-dessous du seuil qui a provoqué cette ouverture d'une des deux mâchoires 20, cette mâchoire revient dans sa position initiale par suite de l'action de rappel de la lame de ressort 23, et le freinage, transmis du doigt radial 17 à la vis, puis à l'écrou et par suite aux tiges de liaison 26 et à l'organe de fixation 30, cesse. Si l'effort sur la conduite continue,toutefois, les phénomènes ci-dessus décrits se répètent de la même façon, et les processus de freinage et d'arrêt se reproduisent. Si l'accélération à laquelle est soumise la conduite, c'està-dire l'organe de fixation 30, se poursuit assez longtemps pour que la rotation de la vis 1 et du doigt radial 17 s'effectue avec une vitesse qui dépasse un certain seuil, les deux mâchoires 20 seront entraînées par le doigt 17 à une vitesse telle que la force centrifuge à laquelle elless:n#swoi##pmaela force de rappel du ressort, par suite de quoi leur surface extérieure cylindrique frotte contre la bande d'usure 24, ce qui freine le mouvement de rotation de la vis 1 et, par suite, lavitessedudéplacement axialdel'écrou 2,des tiges 26 et dudit organe de fixation 30.Lorsque la vitesse redevient inférieure au seuil déterminé, la lame élastique 23 rappelle les deux mâchoires 20 dans leur position initiale, et le mouvement de rotation de la vis 1 peut se poursuivre à vitesse lente. Ainsi, un déplacement lent de la conduite de fluide vers la structure fixe 34 ou à ltopposé de cette structure, -par exemple par suite de dilatationz peut s'effectuer librement. On constate en outre effectivement qu'un ensemble mécanique de freinage conforme à l'invention réagit non seulement aux accélérations, mais également aux vitesses, ce qui constitue un avantage très notable par rapport aux ensembles mécaniques de freinage de type connu. En outre, un tel ensemble peut assurer une excellente sécurité pendant de longues périodes et être pleinement efficace en cas de perturbations importantes (notamment en cas de séisme), et ceci en ne nécessitant aucun entretien. En effet, l'ensemble qui vient d'être décrit met en mouvement un minimum de pièces, il comporte très peu d'organes d'usure, aucun joint pouvant se détériorer, et aucun lubrifiant dont les caractéristiques pounajent se modifier E!arvieillissement ou radiation. De plus, le système de rattrapage de jeux (maintien axial de la vis t) permet à l'ensemble de résister à des conditions d'utilisation sévères, notamment lorsqu'il est utilisé pour assurer la fixation d'une conduite de fluide pouvant être soumise très fréquemment à des vibrations ; ces vibrations, qui sont transmises axialement à la vis une sont pas susceptibles de provoquer une augmentation des jeux entre les extrémités de la vis et ses butées, du fait du rappel radial permanent de la cale 10 et, par suite, du rappel axial permanent de la butée 4 contre l'extrémité correspondante de la vis. Enfin, il est à noter qu'un ensemble tel que celui qui vient d'être décrit peut être très facilement adapté à des cas d'utilisation mettant en jeu des forces, des accélérations ou des vitesses tres différentes, puisqu'il est alors très facile d'en modifier les dimensions et, notamment, de modifier de façon adéquate la force de rappel de la lame de ressort 23, la masse et les dimensions des mâchoires de freinage 20, etc. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Ensemble mécanique de freinage de déplacements, destiné à être interposé entre deux corps susceptibles de subir des déplacements -éventuellement vibratoires- l'un par rapport à l'autre, pouvant les rapprocher ou les éloigner l'un de l'autre, du type comportant deux organes coopérants du genre vis et écrou, dont l'un est solidaire d'un des deux corps et dont l'autre est solidaire axialement de l'autre corps tout en étant libre de tourner par rapport à lui, et un dispositif de freinage adapté à freiner la rotation de l'organe libre de tourner et par suite à freiner un déplacement axial relatif des deux organes coopérants et donc des deux corps, au moins lorsqu'un seuil déterminé d'accélération relative entre les deux corps est dépassé, ledit dispositif de freinage étant par ailleurs adapté à redevenir inactif lorsque l'accélération redevient inférieure audit seuil, caractérisé en ce que le dispositif de freinage comprend d'une part un doigt radial monté sur ledit organe libre de tourner et disposé dans un logement à paroi interne essentiellement cylindrique, solidaire axialement dudit organe, et d'autre part deux mâchoires de freinage ou masselottes, arquées, montées librement dans ledit logement autour dudit organe, ces deux mâchoires ou masselottes ayant une surface extérieure cylindriquederasn sensiblement inférieur à celui de ladite paroi interne du logement, deux extrémités en regard desdites mâchoires aboutissant de part et d'autre etàproxlmite'immédiateduditdoigt radial, tandis que leurs deux autres extrémités sont reliées par un organe élastique adapté, par une action de rappel sur les mâchoires, à maintenir, en position de repos, un léger jeu entre leur surface extérieure et la paroi interne du logement. 2. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe élastique est constitué d'une lame de ressort. 3. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe solidaire d'un des deux corps et 11 organe solidaire axialement de l'autre corps tout en étant libre de tourner par rapport à lui sont constitués respectivement par un écrou et par une vis coopérants, notamment du genre à billes. 4. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vis est calée axialement par deux hutrées agissant respectivement surses deux extremitésenforme de pointes arrondies. 5. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'une au moins des deux butées est rappelée en permanence, élastiquement, contre l'extrémité correspondante de la vis. 6. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite b u t é e comporte une face arrière inclinée sur laquelle prend appui une face inclinée d'une cale guidée radialement et sollicitée radialement, et vers l'axe de l'ensemble, par un ressort. 7. Ensemble mécanique de freinage selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la vis est montée axialement dans un boîtier cylindrique dans la paroi intérieure duquel est élaboré ledit logement du doigt radial et dont les extrémités sont fermées par deux bouchons -avantageusement vissés-, dont l'un porte un organe de fixation de l'ensemble sur l'un des deux corps considérés, et dont l'autre comporte des passages pour des tiges de liaison et de guidage reliant l'écrou à un organe de fixation de l'ensemble sur 17autre corps. 8. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites tiges de liaison s'étendent, autour de la vis, entre une collerette de l'écrou et une plaque d'extrémité à laquelle elles sont fixées et qui porte ledit organe de fixation de l'ensemble sur l'autre corps. 9. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 8, caractérisé en ce que ses organes de fixation sur les deux corps sont vissés ou fixés a#tre#nent, respectivement sur le bouchon correspondant dudit boîtier cylindrique et sur ladite plaque d'extrémité. 10. Ensemble mécanique de freinage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite plaque d'extrémité porte un fourreau qui entoure avec un léger jeu ledit boîtier cylindrique, au moins sur une partie de sa longueur, de façon télescopique.