Brevet FR2489427A1 — publié le 19820305

L'invention se rapporte aux machines hydrauliques à aubes orientables, telles que les turbines et les pompes. Plus particulièrement, l'objet de la présente invention est un moteur hydraulique & piston, destiné à faire pivoter les aubes du rotor d'une machine hydraulique. L'invention peut être avantageusement utilisée dans des machines de puissance élevée, dans lesquelles un débit et une pression du fluide hydraulique importants sont nécessaires pour l'orientation des aubes du rotor. On connaît un moteur hydraulique à piston pour faire pivoter les aubes du rotor d'une turbine hydraulique, comportant un piston pouvant se déplacer dans une cavité cylindrique du corps du rotor et une chambre de distribution coaxiale et fixée au piston, cette chambre comportant des compartiments isolés pour la communication séparée des cavités opposees du moteur avec les canaux d'un conduit de refoulement coaxial, relié & l'une des parois d'extrémité de la chambre de distribution, à l'autre côté de laquelle est adjacent par l'une de ses extrémités un conduit central, passant par la chambre de distribution et sortant, par son extrémité ouverte, à travers l'autre paroi d'extrémité de cette chambre pour assurer la communication de la cavité intérieure du rotor avec l'intérieur du conduit central, ce dernier pouvant en outre communiquer avec un conduit de décharge prévu autour du conduit de refoulement coaxial (comme décrit dans le certificat d'auteur URSS NO 378 652). Dans ce moteur, les compartiments isolés pour la communication séparée des cavitées opposées du moteur avec les canaux du conduit de refoulement coaxial sont disposés concentriquement par rapport au conduit central. Dans la paroi d'extrémité de la chambre de distribution, à laquelle est relié le conduit de refoulement coaxial, sont percés des passages rectilignes pour la communication desdits compartiments isolés avec les canaux du conduit de refoulement coaxial, et des passages incurvés avec une partie radiale pour la communication de l'intérieur du conduit central de la chambre de distribution avec le conduit de décharge. Lesdites parties radiales des passages pour la communication de l'intérieur de conduit central de la chambre de distribution avec le conduit de décharge sont disposées entre lesdits passages rectilignes pour la communication des compartiments isolés de la chambre de distribution avec les canaux du conduit de refoulement coaxial. Avec une telle disposition des passages dans la paroi d'extrémité de la chambre de distribution il est difficile de donner les dimensions nécessaires aux sections de ces passages. On ne peut pas éviter cette difficulté par une augmente tation -des dimensions de la section transversale de la chambre de distribution, car cela mene à une réduction de la surface du piston, exposée & la pression du fluide hydraulique, ce qui pose le problème, encore plus compliqués de la production d'un effort suffisant, qui ne peut être obtenu qu'au moyen d'une augmentation du diamètre du piston et, par conséquent, des dimensions du rotor, ou bien, en faisant appel à une commande hydraulique avec une pression plus élevée du fluide.En même temps, la section réduite des passages dans ladite paroi d'extrémité de la chambre de distribution est la cause d'une résistance hydraulique accrue, qui provoque, à son touxa une perte considérable de puissance de la commande hydraulique et la formation de pointes de pression du fluide hydraulique au moment du changement de sens de son alimentation. En outre, l'accroissement de la résistance hydraulique dans le circuit de décharge du fluide à partir de la cavité intérieure du rotor produit une augmentation de la pression du fluide hydraulique dans cette cavité, pression qui est transmise aux joints d'étanchéité des aubes du rotor, ce qui est la cause de fuites de fluide hydraulique à travers ces joints et d'une contamination de l'environ- nement.Ces conséquences indésirables de l'augmentation de la résistance hydraulique contraignent a réduire la vitesse avec laquelle s'effectue la commande de 1orientation des aubes du rotor de la machine hydraulique, ce qui nuit au centrale de son fonctionnement. Le but de l'invention est de fournir un moteur hydraulique à piston pour assurer l'orientation des aubes du rotor d'une machine hydraulique, dans lequel la chambre de distribution soit construite de telle façon que les passages pour le fluide hydraulique puissent avoir une section suffisamment grande sans réduction de la surface du piston exposée à la pression du fluide hydraulique. L'invention a pour objet à cet effet un moteur hydraulique à piston pour assurer l'orientation des aubes du rotor d'une machine hydraulique, du type comportant un piston pouvant se déplacer dans une cavité cylindrique du corps du rot or et une chambre de distribution coaxiale et fixée audit piston, cette chambre comprenant des compartiments isolés pour la communication séparée des cavités opposées du moteur avec les canaux d'un conduit de refoulement coaxial relié à l'une des parois d'extrémité de la chambre de distribution, à l'autre cSté de laquelle est adjacent par l'une de ses extrémités un conduit central passant par la chambre de distribution et sortant, par son extrémité ouverte, à travers l'autre paroi d'extrémité de cette chambre pour assurer la communication de la cavité intérieure du rotor avec l'intérieur du conduit central, ce dernier pouvant en outre communiquer avec un conduit de décharge prévu autour du conduit de refoulement coaxial, moteur dans lequel, selon l'invention, la chambre de distribution comporte des cloisons longitudinales s'étendant à partir du conduit central vers la paroi latérale de cette chambre et formant, conjointement avec les parois de cette dernière et celle du conduit central, des compartiments séparés dont l'un desquels communique avec l'intérieur du conduit central par un orifice prévu dans sa paroi et peut communiquer par un autre orifice, prévu dans la paroi de la chambre de distribution, avec le conduit de décharge hors des limites de la surface en section transversale du conduit de refoulement coaxial. Avec cet agencement, la paroi d'extrémité de la chambre de distribution, à laquelle est fixé le conduit de refoulement coaxial, ne doit être percée d'orifices, dans les limites de la surface en section transversale dudit conduit, que pour ceux des compartiments, qui doivent communiquer avec les chambres formées au dessus et au dessous du piston. L'existence du troisième compartiment s'étendant depuis le conduit central à la paroi de la chambre de distribution, permet d'assurer la communication entre l'intérieur du conduit central et le oonduit de décharge par le passage prévu dans la paroi de la chambre de distribution ou par le passage prévu dans sa paroi d'extrémité situé hors des limites de la surface en section transversale du conduit de refoulement coaxial.Grâce à ce fait, les passages pour la communication de la chambre de distribution avec les canaux du conduit de refoulement coaxial et celui pour la communication de la chambre de distribution avec le conduit de décharge n'exercent aucune influence l'un sur l'autre et, par conséquent, on peut les réaliser avec les dimensions nécessaires en sections sans pour autant devoir augmenter les dimensions de la section transversale de la chambre de distribution, grâce à quoi la surface du piston exposée à la pression du fluide hydraulique n'est pas diminuée. Etant donné l'augmentation des sections des passages dans la chambre de distribution, leur résistance hydraulique diminue, d'où une diminution des pertes de puissance de la commande hydraulique, la suppression des pointes de pression du fluide dans la commande hydraulique et une diminution de sa pression dans la cavité intérieure du rotor. Ceci permet d'augmenter la vitesse avec laquelle s'effectue la commande du pivotement des aubes du rotor de la machine hydraulique. Ces avantages n'impliquent aucune complication pour la fabrication du moteur hydraulique, ni aucun changement des éléments de la commande hydraulique, sauf la chambre de distribution, ou des éléments du rotor de la turbine hydraulique. I1 est avantageux que dans le moteur selon l'invention, le conduit central de la chambre de distribution comporte une cloison transversale, d'un côté de laquelle, orienté vers l'extrémité ouverte du conduit central, est formé ledit passage pour la communication de l'intérieur conduit avec le compartiment pouvant communiquer avec le conduit de décharge, et de l'autre coté de laquelle est percé dans la paroi d'extrémité de la chambre de distribution, le passage pour la communication du canal intérieur du conduit de refoulement coaxial avec l'intérieur du conduit central, qui communique par un autre passage ménagé dans la paroi de ce conduit avec l'un des compartiments communiquant avec l'une des cavités du moteur. Dans ce cas, on augmente la surface de la paroi d'extrémité de la chambre de distribution, dans les limites de laquelle peuvent être situés les passages pour la communication des compartiments de la chambre de distribution avec les canaux du conduit de refoulement coaxial. I1 est aussi avantageux que lachambre de distribution comporte un nombre de cloisons tel qu'il soit formé, pour chaque circuit de distribution du fluide hydraulique, une paire de compartiments, disposés dans chaque paire symétriquement par rapport a' l'axe du conduit central de la chambre de distribution. Dans ce cas, on assure une distribution optimale des efforts dans le corps de la chambre de distribution ce qui permet de diminuer l'épaisseur des éléments du corps et le poids de la chambre. Les exemples suivants illustrent des modes particuliers d'exécution de la présente invention avec références aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale du rotor d'une turbine hydraulique avec un moteur hydraulique à piston selon l'invention pour ltorientation des aubes du rotor. - la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II (Fig.l) de la chambre de distribution, du côté du conduit de refoulement coaxial - la Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III (Fig.l) de la chambre de distribution, du côté opposé au conduit de refoulement coaxial - la Fig. 4 est une vue en coupe longitudinale du rotor d'une turbine hydraulique avec un moteur hydraulique & piston selon l'invention, pour l'orientation des aubes du rotor selon un autre mode d'exécution - la Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne V-V (Fig.4) de la chambre de distribution, du côté opposé au conduit de refoulement coaxial. Le moteur hydraulique à piston pour orienter les aubes du rotor d'une turbine hydraulique représenté sur la Fig.l comporte un piston 1 avec un orifice central 2 entouré par un bossage saillant 3 et une chambre de distribution cylindrique 4, disposée coaxialement avec le piston 1 et fixée au bossage 3. Le piston 1 est monté dans une cavité cylindrique 5 du corps 6 du rotor de la turbine hydraulique, cette cavité étant divisée par le piston 1 en deux chambres, l'une en dessus et l'autre en dessous du piston. Le piston lest relié, par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission comportant un cylindre 7, une tête 8 à oeil et un levier 9, aux tourillons 10 des aubes 11 du rotor de la turbine hydraulique. Les mécanismes de transmission sont situés dans la cavité intérieure 12 du corps 6 du rotor de la turbine hydraulique. Pour éviter les fuites de fluide hydraulique de la cavité intérieure 12 dans l'environnement, les axes des aubes ll comportent des joints-labyrinthes 13 d'étanchéité. Un tube 14 est monté le long de l'axe du rotor, une extrémité de ce tube étant disposée dans la cavité intérieure 12. La chambre de distribution 4 est délimitée par une paroi latérale 15 et deux parois d'extrémité 16 et 17. La pa roi d'extrémité 16 est immédiatement adjacente au bossage 3 du piston 1, tandis qu'a' la paroi 17 est fixé un conduit de refoulement 18 disposé coaxialement à la chambre de distribution 4. Le conduit de refoulement coaxial 18 comporte deux canaux, l'un intérieur 19 et l'autre extérieur-20, par lesquels le fluide hydraulique s'écoule à partir du système de contrôle non représenté de la commande hydraulique.Le conduit de refoulement coaxial 18 est disposé à l'intérieur d'un arbre creux 21, un conduit de décharge 22 pour l'évacuation du fluide hydraulique de la cavité intérieure 12 du corps de la turbine hydraulique étant prévu entre la surface intérieure dudit arbre 21 et la surface extérieure du conduit de refoulement coaxial 18. Une bague d'étanchéité 23 entourant la paroi îaté- rale 15 de la chambre de distribution 4 est montée dans l'arbre creux 21 pour séparer la cavité 5 de l'espace intérieur du conduit de décharge 22 Le long de l'axe de la chambre de distribution 4 est monté un conduit central 24, dont l'une des extrémités est hermétiquement reliée à la paroi d'extrémité 17, et dont l'autre extrémité ouverte, passe à travers une bague d'étanchéité dans le conduit 14 du corps 6 du rotor de la turbine hydraulique. Selon l'invention, la cavité de la chambre de distribution 4 est divisée par des cloisons longitudinales 25 s'étendant du conduit central 24 vers la paroi latérale 15 de la chambre de distribution 4 et la divisant en six compartiments radiaux isolés 26, 27 et 28 (Fig.2). Ces compartiments forment, par paires, trois circuits séparés de distribution du fluide hydraulique. Des passages correspondants sont percés dans les parois 15, 16 et 17 de la chambre de distribution 4 et dans la paroi de son conduit central 24. Dans la paroi latérale 15 et dans la paroi d'extrémité 17, sont pratiqués des passages 29 et 30, respectivement, pour assurer la communication des compartiments 26 avec la chambre au dessus du piston et avec le passage extérieur 20 du conduit de refoulement coaxial 18 (Rig.l). Dans les parois d'extrémité 17 et 16 sont prévus des passages respectifs 31 (Fig.2) et 32 (Fig.3) pour la communication des compartiments 27 avec l'espace situé au dessous du piston du moteur et avec le canal intérieur 19 (Fig.l) du conduit de refoulement coaxial 18. Dans la paroi d'extrémité 17, hors des limites de la surface du conduit de refoulement coaxial 18, et dans la paroi du conduit central 24, sont percés des passages respectifs 33 (Fig.2) et 34 pour la communication du compartiment 28 avec le conduit de décharge 22 et la cavité intérieure 12 du rotor de la turbine hydraulique. Comme on le voit au dessin (Fig.2), les compartiments de chaque paire sont disposés symétriquement par rapport à l'axe du conduit central 24. La Fig. 4 montre un autre exemple de réalisation du moteur hydraulique à piston pour l'orientation des aubes de rotor d'une machine. hydraulique selon l'invention. Cet exemple est caractérisé en ce que le mode de réalisation de la chambre de distribution 4 est différent. Les éléments analogues à ceux représentés sur les Fig. 1 à 3 sont désignés par les mêmes ré férences. Le volume intérieur du conduit central 24 de la chambre de distribution 4, comme on le voit sur la Fig.4, communique, par l'intermédiaire d'un passage central 35 prévu dans la paroi d'extrémité 17, avec le canal intérieur 19 du conduit de refoulement coaxial 18. Le conduit central 24 comporte une cloison transversale 36. Du c8té de cette cloison 35, orienté vers le conduit de refoulement coaxial 18, dans la paroi du conduit central 24 est ménagé un passage 37 communiquant avec le compartiment 27 (Fig.5) tandis que de l'autre côté de cette cloison est ménagé le passage 34 précité, reliant le compartiment 28 à la cavité intérieure 12 du rotor de la turbine hydraulique. Dans cet exemple de réalisation le passage 33 pour la communication du compartiment 28 avec le conduit de décharge 22 est percé dans la paroi latérale 15 de la chambre de distribution 4 (Fig.4). Le fonctionnement du moteur hydraulique à piston pour orienter les aubes du rotor d'une turbine hydraulique, est tout à fait analogue dans ses deux modes de réalisation. Quand on applique un fluide hydraulique sous pression par lsun des canaux 19 ou 20 du conduit de refoulement coaxial 18, il passe par l'un des compartiments 26 ou 27 dans la cavité correspondante du moteur de l'un des côtés du piston 1. Sous l'action de la pression du fluide hydraulique, le piston 1 se déplace, en faisant pivoter les aubes du rotor de la turbine hydraulique. De l'autre côté du piston 1, le fluide hydraulique est évacué à travers l'autre compartiment 26 ou 27 dans la cavité correspondante 19 ou 20 du conduit de refoulement coaxial 18. Par suite de l'écoulement du fluide hydraulique sous l'action de sa pression dans l'espace au dessous du piston, ainsi que pendant le déplacement des cylindres 7 vers la cavité intérieure 12 du-rotor, la pression du fluide hydraulique dans cette cavité augmente. Le fluide hydraulique s'écoule alors par le tube 14, le conduit central 24 de la chambre de distribution 4 et le compartiment 24 dans le conduit de décharge 22. I1 ressort de l'exposé ci-dessus et des dessins, que les passages 30, 31 et 33 pour la communication de la cavité de la chambre de distribution 4 avec les canaux 19 et 20 du conduit de refoulement coaxial 18 et avec le conduit de décharge 22 sont disposés à des distances différentes de l'axe de la chambre de distribution, les passages 33 étant disposés hors des limites de la surface en section transversale du conduit de refoulement coaxial 18.Une telle disposition des passages est plus avantageuse par comparaison avec celle des orifices analogues des moteurs connus, ce qui permet de donner les dimensions nécessaires aux sections de ces passages sans augmenter le diamètre de la chambre de distribution 4, et par conséquent sans diminuer la surface du piston 1 exposée à la pression du fluide hydraulique, grâce à quoi la résistance hydraulique des passages 30, 31 et 33 diminue. En conséquence, les pertes de puissance de la commande hydraulique dues à la résistance hydraulique diminuent elles aussi.En outre, les pointes de pression du fluide hydraulique dans la commande hydraulique au moment du changement de sens de son arrivée sont évités et la pression dans la cavité intérieure 12 du rotor de la machine hydraulique diminue, ce qui permet d'augmenter la vitesse de commande de l'orientation des aubes ll et d'éviter les fuites du fluide hydraulique par les joints-labyrinthes 13 à l'extérieur. Les exemples de réalisation de la présente invention décrits ci-dessus montrent qu'elle n'exige aucun changements de construction des éléments de la commande hydraulique, excepté la chambre de distribution 4, ni du rotor de la machine hydraulique luimeAme. La fabrication de la chambre de distribution n'est pas plus compliquée par comparaison avec celle des moteurs connus. Ltemploi d'une paire de compartiments par chaque circuit de distribution du fluide hydraulique assure la rigidité du corps de la chambre de distribution. L'épaisseur de ses éléments et son poids étant relativement petits. D'autre part, l'invention permets lorsque cela est souhaitable, de diminuer les dimensions transversales du moteur, du conduit de refoulement coaxial 18 et de l'arbre creux 21. En outre, comme les compartiments 26 et 27 de la chambre de distribution 4 s'étendent jusqutà sa paroi latérale 15, chacun dceux peut être relié à n'importe quelle cavité du moteur. Dans les moteurs connus avec la disposition coaxiale des compartiments de la chambre de distribution le compartiment intérieur ne peut communiquer, sans nécessiter une complication considérable de sa fabrication, qu'avec une seule cavité du moteur par le passage prévu dans la paroi d'extrémité de la chambre de distribution.Cependant, dans diverses machines hydrauliques, il est nécessaire de prévoir une communication différente des cavités au dessus et au dessous du piston avec les canaux du conduit de refoulement coaxial en fonction du sens de la fermeture ou de l'ouverture des aubes du rotor, ce qui se traduit par la nécessité de fabriquer deux types différents des mécanismes de commande de l'écoulement du fluide hydraulique. Grtce à la présente invention, un seul type de mécanisme de commande de l'écoulement du fluide hydraulique est nécessaire. Les exemples décrits de réalisation de la présente invention ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. En particulier, il est possible d'utiliser une autre disposition pour la chambre de distribution par rapport au piston et une autre disposition du conduit central dans la chambre de distribution, ainsi qu'unie autre forme pour celle-ci. Il est aussi évident que d'autres modes de liaison du moteur avec les aubes du rotor de la machine hydraulique sont possibles, qui ne font pas partie de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Moteur hydraulique à piston pour orienter les aubes du rotor d'une machine hydraulique, comportant un piston (1) pouvant se déplacer dans une cavité cylindrique (5) du corps du rotor et une chambre de distribution coaxiale (4) fixée audit piston, cette chambre comprenant des compartiments isolés pour la communication séparée des cavités opposées du moteur avec les canaux d'un conduit de refoulement coaxial (18) relié à l'une des parois d'extrémité (17) de la chambre de distribution, à l'autre caté de laquelle est adjacent par l'une de ses extrémités un conduit central (24) passant par la chambre de distribution (4) et sortant, par son extrémité ouverte, à travers l'autre paroi d'extrémité (16) de cette chambre pour assurer la communication de la cavité intérieure (12) du rotor avec l'intérieur du conduit central (24), ce dernier pouvant en outre communiquer avec un conduit de décharge (22) prévu autour du conduit de refoulement coaxial (18), caractérisé en ce que la chambre de distribution (4) comporte des cloisons longitudinales (25) s'étendant à partir du conduit central (24) jus qu'à la paroi latérale (15) de cette chambre et formant, ensemble avec les parois de cette dernière et celle du conduit central, des compartiments (26, 27, 28) séparés dont l'un desquels communique avec l'intérieur du conduit central (24) par un passage prévu dans sa paroi et peut communiquer par un autre passage, prévu dans la paroi de la chambre de distribution (4), avec un conduit de décharge (22) situé à l'extérieur des limites de la surface en section transversale du conduit de refoulement coaxial (18). 2 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit central (24) de la chambre de distribution (4) comporte une cloison transversale (36) du caté de laquelle, qui est orienté vers l'extrémité ouverte du conduit central (24), est percé ledit passage (34) pour la communication de l'intérieur de ce conduit avec le compartiment pouvant communi quer avec le conduit de décharge (22), et de l'autre côte de laquelle, dans la paroi d'extrémité de la chambre de distribution, est percé le passage (34) pour la communication du canal intérieur (19) du conduit de refoulement coaxial (18) avec l'intérieur du conduit central, communiquant par un autre passage dans la paroi de ce conduit avec l'un des compartiments (26, 27, 28) communiquant avec l'une des cavités du moteur. 3 - Moteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre de distribution (4) comporte un nombre de cloisons longitudinales (25) tel qu'il se forme, pour chaque circuit de distribution du fluide hydraulique, une paire de compartiments (26, 27, 28) disposés dans chaque paire symétriquement par rapport à l'axe du conduit central de la chambre de distribution (4).