Brevet FR2523680A1 — publié le 19830923

La présente invention se rapporte à un dispositif à en- grenages à lubrification sous pression, avec réservoir refroidi d'huile, pompe à huile, filtre à huile et conduits d'alimen- tation. Dans les dispositifs à engrenages de grande puissance, en particulier lorsqu'ils sont prévus pour des grandes vites- ses de rotation, la lubrification sous pression est nécessaire pour l'alimentation en huile des paliers et des dentures Pour cela, on prévoit au moins une pompe à huile de lubrification. Cette pompe est, soit entratnée mécaniquement par le dispositif à engrenages lui-même, soit, par exemple, également, par son moteur électrique propre Etant donné que, dans la plupart des cas, une quantité de chaleur relativement grande doit être éva- cuée par l'huile de lubrification, l'huile est refroidie après la sortie de la pompe dans un refroidisseur d'huile séparé Dans les dispositifs à engrenages connus, l'huile est collectée dans un réservoir d'huile formé séparément du carter du dispositif et réuni, avec la pompe à huile et le refroidisseur d'huile, en un groupe de lubrification distinct. Cet agencement habituel du groupe de lubrification as- sure dans la lubrification par l'huile sous pression les carac- téristiques et inconvénients suivants Déjà lors de la mise en marche et pendant la période de haut régime, une lubrification est nécessaire pour préserver le mécanisme des détériorations Ceci est particulièrement impor- tant dans les mécanismes qui sont montés dans des installations de secours et qui, de ce fait, ne sont en marche que très rare- ment Pendant les longs temps de repos, les portées se dessè- chent de sorte que, en l'absence de prélubrification, ces méca- nismes sont menacés lors de la mise en marche Il est donc né- cessaire de prévoir, par exemple, une pompe entraînée électri- quement puisqu'une pompe entraînée mécaniquement par le mécanisme ne refoule pas encore Cette pompe entraînée électriquement n'est toutefois mise en marche que pour le démarrage et elle ne l'est pas en service Le montage additionnel d'une pompe à huile auxi- Maire entraînée électriquement se traduit par un accroissement de la dépense de construction. En outre, pendant la période de ralentissement jusqu'à l'arrêt d'un dispositif à engrenages, les points de lubrifica- tion du dispositif doivent être alimentés avec une quantité d'huile suffisante Les temps de ralentissement à l'arrêt peu- vent être très longs Dans les mécanismes comportant des pompes entra 1 nées par voie mécanique, on doit prévoir un supplément pour le ralentissement jusqu'à l'arrêt des pompes entrainées par des moteurs électriques puisque, dans le cas des pompes à entraînement mécanique, le courant de refoulement tombe avec la chute de la vitesse de rotation. Dans les mécanismes comportant des mompes entra nées par un moteur électrique, ces pompes doivent rester en marche dans la période de ralentissement jusqu'à l'arrêt Du reste, on constate que, dans les dispositifs à engrenages de la tech- nique antérieure, qui comprennent une lubrification par huile sous pression, dans tous les cas de panne de pompe possibles et en cas de panne du réseau électrique, les dispositifs à en- grenages sont sans alimentation d'huile et par conséquent su- jets à détérioration. Le but de la présente invention est de créer un disposi- tif à engrenages compact évitant la marche à sec lors de la mi- se en marche et de la mise à l'arrêt du mécanisme ainsi qu'en cas de disparition de la capacité de refoulement de la pompe à huile. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le réservoir d'huile, la pompe à huile, les filtres à huile et les conduits d'alimentation et d'écoulement sont agencés à l'intérieur du carter du mécanisme, que le carter du mécanisme présente dans la région supérieure un deuxième réservoir d'hui- le qui est relié au mécanisme à lubrifier par deux conduits si- tués à des niveaux différents et reliés entre eux et en ce que l'un des conduits peut être obturé On obtient de cette façon l'avantage d'une construction compacte, fermée, comme dans les mécanismes à lubrification à bain d'huile, et la suppression des risques résultant d'une marche à sec lors de la mise en marche et de la mise à l'arrêt du dispositif à engrenages. L'ensemble du dispositif à engrenages est donc simplifié par la suppression des dispositifs supplémentaires et des appareils de surveillance. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le deuxième réservoir d'huile peut être relié à la pompe à huile par un conduit d'alimentation de sorte que la pompe à huile alimente toujours le deuxième réservoir d'huile suffisamment en huile à partir du premier réservoir. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le deuxième réservoir d'huile peut présenter dans sa région supé- rieure un conduit de trop plein qui mène au mécanisme à lubri- fier Par ailleurs, le conduit qui se trouve dans la région in- férieure peut être obturé par un dispositif. Ce dispositif peut être un obturateur dont la commande de mise en action et hors d'action est provoquée, par exemple par l'intermédiaire d'un électro-aimant La commande de mise en action du mécanisme ouvre tout d'abord l'obturateur, par exemple au moyen d'un électro-aimant et, ensuite, met en marche, avantageusement avec temporisation par un relais temporisé, le moteur d'entraînement ou une autre machine d'entraînement Lors- que l'obturateur est ouvert, de l'huile s'écoule donc avant et pendant le processus de démarrage, vers les paliers correspon- dants et le mécanisme peut être mis en marche En service, l'ob- turateur reste ouvert. L'invention peut être appliquée à des mécanismes à roues cylindriques à axe horizontal, vertical ou incliné d'un angle quelconque On peut également utiliser d'autres dentures, par exemple des dentures de roues coniques. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans un dispositif à engrenages à train planétaire comprenant des porte-satellites tournants, le porte-satellites peut présenter des conduits d'alimentation en huile qui sont reliés aux deux conduits provenant du deuxième réservoir d'huile De la même façon, l'invention peût également être appliquée dans le cas de trains planétaires comportant un porte-satellites fixe. Par ailleurs, il existe la possibilité que, dans un mécanisme planétaire à porte-satellites tournant, ce dernier soit constitué de telle manière que les conduits d'alimenta- tion en huile du porte-satellites soient reliés au deuxième réservoir d'huile, l'entrée d'huile dans le porte-satellites tournant se trouvant à plus petite distance radiale de l'axe du mécanisme que l'ouverture de sortie débouchant dans les pa- liers des roues satellites On obtient de cette façon l'avan- tage que les paliers des roues satellites peuvent être alimen- tés suffisamment en huile par l'utilisation de la force cen- trifuge. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le bottier du mécanisme peut être muni sur la face externe d'élé- ments de refroidissement qui permettent d'adapter facilement la surface de refroidissement à la puissance perdue à évacuer. Ces éléments de refroidissement peuvent être constitués, soit par des ailettes boulonnées, soit par des ailettes de refroi- dissement venues de fonderie sur le carter du mécanisme Dans le cas d'ailettes de refroidissement venues de fonderie, la puissance de refroidissement peut être réduite, par exemple par des tôles de recouvrement En outre, à l'aide d'amorces de rup- ture, on peut adapter la surface de refroidissement en enle- vant des ailettes Par ailleurs, les éléments de refroidisse- ment peuvent être constitués par un ventilateur de refroidisse- ment monté extérieurement au carter et un capot de guidage de l'air Dans ce cas, la puissance de refroidissement peut être adaptée à la puissance perdue du mécanisme, par exemple par des modifications apportées au ventilateur et/ou par modifi- cations des ouvertures d'entrée d'air et de sortie d'air De cette façon, on obtient d'une façon simple un refroidissement réglable et efficace de lthuile qui se trouve dans le carter du mécanisme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig 1 est une vue de côté schématique et en cou- pe d'un dispositif à engrenages; la Fig 2 montre une autre forme de réalisation de l'invention dans le cas d'un mécanisme à roues satellites épi- cycloidal; la Fig 3 montre une autre possibilité de réalisa- tion d'un mécanisme dans le cas d'un train planétaire; la Fig 4 représente un dispositif à engrenages avec un train planétaire dans une autre forme de réalisation; la Fig 5 est une représentation graphique de l'ac- tion de l'alimentation en huile du dispositif suivant la Fig 4. Le dispositif à engrenages à lubrification sous pres- sion qui est représenté sur la Fig 1 est agencé à l'intérieur d'un carter 1, des jeux de roues 2 ainsi que des arbres de mé- canisme 3 et 4 tourillonnant à l'intérieur de ce carter 1 Dans ce cas, les paliers 5 des arbres du mécanisme, ainsi que les jeux de roues 2 doivent être alimentés en huile dans une mesu- re suffisante Pour cette raison, on a prévu dans le carter du mécanisme une pompe à huile 6 qui refoule l'huile prise dans un réservoir d'huile 7 par un conduit 11 par l'intermédiaire d'un filtre 8, et du conduit 9, dans un deuxième réservoir d'huile 10 disposé au-dessus des jeux de roues 2. Ce réservoir d'huile 10 est relié par trois conduits 12, 13 et 14 à la chambre dans laquelle les jeux de roues 2 ainsi que les paliers 5 et les arbres 3 et 4 du mécanisme sont agencés L'orifice de sortie débouchant dans le conduit 13 se trouve ici au-dessus du niveau de l'orifice de sortie débou- chant dans le conduit 14 Les deux conduits 13 et 14 sont re- liés entre eux par un conduit 17 qui mène, par l'intermédiaire d'un conduit 18, aux différents paliers et aux points de lubri- fication 5 prévus-pour les jeux de roues 2 Le conduit 14 peut être obturé par un obturateur 15 ainsi que par l'intermédiaire d'un élément tel que, par exemple, un électro-aimant 16. Dans l'état de fonctionnement du mécanisme, l'obtura- teur 15 est ouvert, le deuxi,ème réservoir d'huile 10 étant rem- pli d'huile La lubrification des divers paliers 5 ainsi que des jeux de roues 2 est assurée par l'intermédiaire des con- duits 13 et 14. Si le mécanisme est ralenti jusqu'à l'arrêt, ou mis à l'arrêt, la pompe 6 refoule de l'huile de lubrification pen- dant cette période de mise à l'arrêt Lors de l'arrêt de la machine d'entraînement, par exemple du moteur électrique ou de la turbine, l'obturateur 15 est fermé par l'électro-aimant 16 Cependant, en raison du Volume I, de l'huile est acheminée aux jeux de roues 2 et aux points de lubrification 5 correspon- dants par le conduit 13, jusqu'à ce que le niveau de l'huile dans le réservoir d'huile 10 se trouve à la hauteur de llori- fice de sortie du conduit 13 Cette hauteur est calculée de telle manière qu'il reste une quantité disponible d'huile de lubrification suffisante pour la mise à l'arrêt du mécanisme, même en cas de panne de la pompe. Pour la remise en marche du mécanisme, on dispose d'un reste exactement déterminé par la hauteur du niveau de liquide II dans le réservoir d'huile 10 Lors de la mise en marche du mécanisme, l'obturateur 15 s'ouvre et l'huile s'écoule vers les paliers en passant par le conduit 14 Lorsque l'obturateur dans le conduit 14 a été ouvert à l'aide de l'électro-aimant 16, le mécanisme peut être mis en marche, la mise en marche é- tant retardée, par exemple, au moyen d'un relais temporisé non représenté en détail Le conduit 12 permet l'écoulement de l'huile, c'est-à-dire qu'il sert à l'équilibrage Au fur et à mesure que la vitesse de rotation s'accroit, la pompe 6 prend en charge la lubrification En fonctionnement, lorsque le deu- xième réservoir d'huile est entièrement rempli, le conduit 12 sert de trop plein Dans ce cas, il se perd une petite quanti- té d'huile qui, toutefois, peut être utilisée, par exemple, pour la lubrification des roues dentées. L'huile qui reflue dans le réservoir d'huile principal 7 situé en position basse dans le carter à engrenages 1 est à nouveau refroidie par les éléments de refroidissement varia- bles 19 Les mécanismes sont de préférence mis en oeuvre, par exemple pour des installations de pompage qui travaillent avec une puissance constante Dans ce cas, il est souhaitable qu'il s'établisse dans le fonctionnement une température d'équilibre appropriée pour le fonctionnement A cet effet, la surface de refroidissement doit être déterminée en conséquence Cette sur- face de refroidissement dépend des conditions de montage, de la puissance du mécanisme, etc Dans les mécanismes de série, il est possible d'effectuer des essais au banc pour trouver la conformation optimale des surfaces de refroidissement Toute- fois, si les mécanismes sont fabriqués individuellement, pour des applications diverses, l'adaptation ne peut être réalisée dans la plupart des cas que sur le lieu d'utilisation et dans l'installation déjà montée A cet effet, les éléments de re- froidissement 19 sont réalisés sous la forme d'ailettes pouvant être boulonnées, la dimension des ailettes pouvant être déter- minée en conséquence dans chaque cas. Une autre forme de réalisation non représentée en dé- tail consiste en ce que le carter 1 du mécanisme présente des ailettes de refroidissement venues de fonderie, qui permettent un ajustage à l'aide d'amorces de rupture. Le dispositif à engrenages représenté sur la Fig 2 est constitué par un mécanisme épicycloldal à axe vertical compre- nant une couronne extérieure 21, une roue planétaire intérieu- re 22, un porte satellites 20, ainsi que des roues satellites 23 montées sur ce dernier Le porte-satellites 20 présente ici des conduits d'alimentation en huile qui sont reliés aux con- duits 13 et 14 qui proviennent du deuxième réservoir d'huile. Le deuxième réservoir d'huile 10 est réalisé avec une forme annulaire dans la région supérieure du carter 1 du dis- positif Ici également, l'orifice de sortie débouchant dans le con- duit 14 est placé, en hauteur, au-dessous de l'orifice de sortie débouchant dans le conduit 13 de sorte qu'on obtient, conme dans le cas de la Fig 1, les deux réserves d'huile identiques I et II, la réser- ve d'huile I servant pour la mise à l'arrêt du mécanisme tandis que le réservoir d'huile II sert pour le processus de démarrage. L'huile s'écoule vers tous les points de lubrification 5 du mé- canisme par l'intermédiaire des conduits 13 et 14, de la façon qui a déjà été décrite plus haut La pompe à huile 6 est en- traînée ici, par l'arbre 4, par l'intermédiaire d'un jeu d'en- grenane 30, 31 Il est nécessaire de prévoir un conduit de trop plein et d'équilibrage 12. Dans le dispositif à engrenages représenté sur la Fig 3, comprenant un mécanisme épicycloldal à axe vertical, le deu- xième réservoir d'huile 10 est réalisé également avec une for- me annulaire dans la région supérieure du carter 1 du mécanis- me et il alimente les paliers correspondants par l'intermédiai- re des conduits 13 et 14 La constitution du deuxième réservoir d'huile 10 correspond essentiellement avec tous ses accessoires, a celle représentée sur la Fig 2, les conduits 13 et 14 mè- nent, par l'intermédiaire des conduites 32 et 33, aux paliers 5 du portesatellites Par ailleurs, les paliers des roues satellites 23 sont alimentés par l'intermédiaire des conduits 32 et 24. Dans cette construction, il est prévu, en dehors du carter du mécanisme, dans la région supérieure, un ventilateur de refroidissement 25 qui est entouré par un capot de guidage de l'air 26 Ici également, il est prévu des ailettes de re- froidissement 19 de sorte que, également avec cette construc- tion, l'obtention d'un refroidissement suffisant de l'huile qui se trouve à l'intérieur du carter 1 est garantie. L'adaptation de la puissance de refroidissement peut s'effectuer dans cette variante par des modifications du venti- lateur 25 et/ou du capot 26 de guidage de l'air. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig 4, est également prévu le conduit 14 qui alimente les portées correspondantes en huile dans une mesure suffisante Le conduit 14 mène ici aux conduits 24 d'alimentation en huile du porte- satellites 20 Le conduit 12 sert ici également de trop plein et d'équilibrage. Cette construction est constituée de telle manière que l'orifice d'entrée 28 dans le porte-satellites soit situé à une distance radiale Ru par rapport à l'axe central du mécanis- me tandis que l'orifice de sortie 29 placé dans la région de la portée des roues satellites 23 est prévu à une distance ra- diale RB de l'axe central du mécanisme Sous l'effet de cette différence entre R et Rui il s'établit pendant le fonctionne- ment du mécanisme une différence de pression 4 h, qui est in- diquée sur la Fig 5 On utilise donc ici la force centrifuge pour alimenter les paliers des roues satellites 23 en huile de façon appropriée. Grâce à une configuration correspondante des ouvertu- res 28 et 29 et du conduit 24, ceci a pour effet qu'au point RB, l'huile sort avec une pression élevée tandis que l'huile est aspirée au niveau du rayon Ru Cet effet peut conduire à ce que l'huile soit aspirée en provenance des réservoirs d'hui- le De cette façon, même dans le cas d'une période de ralentis- sement et d'arrêt de grande longueur, l'alimentation en huile des paliers des roues satellites 23 est assurée Dans cette construction, il est possible de supprimer l'obturateur 15. Dans ce cas, la période de mise en marche n'est certes pas pro- tégée Si des temps d'arrêt sont prévus dans cette forme de réalisation, on devrait alors à nouveau intercaler l'obtura- teur de commande 15 dans le conduit 14 comme dans la forme de réalisation selon les Fig 1 à 3. L'invention permet de réaliser un dispositif à engre- nages de forme ramassée dans lequel tous les dispositifs auxi- liaires nécessaires pour la lubrification sous pression sont logés dans le carter 1 du mécanisme Le deuxième réservoir d'hui- le 10 garantit que le démarrage et la mise à l'arrêt du méca- nisme logé dans le carter 1 peuvent s'effectuer sans détério- ration Le refoulement de l'huile est assuré d'une façon simple, de même que le réglane de la température de fonctionnement. On peut appliquer le dispositif à engrenages selon l'invention dans les cas dans lesquels les spécifications de sécurité sont très sévères moyennant un minimum d'équipements en appareils de sécurité et un faible volume d'encombrement. Ces domaines d'application sont, par exemple, l'industrie chi- mique et la technique nucléaire. Par ailleurs, l'invention peut également être appli- quée aux paliers en général, par exemple aux paliers de monta- ge des arbres dans des supports 1 l R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif à engrenage à lubrification sous pres- sion, comprenant un réservoir refroidi d'huile, une pompe à huile, un filtre à huile et des conduits d'alimentation et d'é- coulement, caractérisé en ce que le réservoir d'huile ( 7), la pompe à huile ( 6), le filtre à huile ( 8), et les conduits d'a- limentation et d'écoulement ( 9, 11) sont agencés à l'intérieur du carter ( 1) du mécanisme, le carter ( 1) du mécanisme ( 1) pré- sentant dans sa région supérieure un deuxième réservoir cl'hui- le ( 10) qui est relié au mécanisme à lubrifier ( 2, 3, 4, 5) par l'intermédiaire de deux conduits ( 13, 14) situés à des ni- veaux différents et qui sont en communication entre eux et en ce que l'un de ces conduits ( 14) est réalisé de façon à pouvoir être obturé. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième réservoir d'huile ( 10) est relié à la pompe à huile ( 6) par l'intermédiaire d'un conduit d'alimenta- tion ( 9). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le deuxième réservoir d'huile ( 10) pré- sente dans sa région supérieure un conduit de trop plein ( 12) qui mène au mécanisme à lubrifier. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit ( 14) qui est situé dans la région infé- rieure, est réalisé sous une forme obturable. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le conduit ( 14) peut être obturé au moyen d'un obtu- rateur et d'un électro-aimant ( 16) qui est relié à une comman- de de mise en marche et d'arrêt. 6 Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la commande de mise en marche du disposi- tif est reliée à l'électro-aimant ( 16) par l'intermédiaire d'un relais temporisé. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, comportant un mécanisme épicyclo Tdal qui comprend lui-même des porte-satellites tournants ou fixes, caractérisé en ce que les porte-satellites( 20) présentent des conduits d'a- limentation en huile ( 24) qui sont reliés aux deux conduits ( 13, 14) qui mènent au deuxième réservoir d'huile ( 10). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, comprenant un mécanisme épicycloidal comportant lui-même des porte-satellites rotatifs, caractérisé en ce que le porte-satellites ( 20) présente des conduits d'alimentation en huile ( 24) qui sont reliés aux conduits ( 14) menant au deu- xième réservoir ( 10) et en ce que l'orifice d'entrée ( 28) de chaque conduit d'alimentation en huile ( 24) est espacé de l'axe central vertical du mécanisme d'une distance radiale inférieure à celle qui correspond à l'orifice de sortie ( 29). 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que le carter ( 1) du mécanisme est muni d'éléments de refroidissement ( 19) sur sa face externe. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments de refroidissement sont des ailettes pouvant être fixées par des vis. 11 Dispositif selon la revendication en ce que les éléments de refroidissement sont refroidissement ( 19) venues de fonderie sur le sitif. 12 Dispositif selon la revendication en ce que les ailettes de refroidissement ( 19) amorces de rupture. 13 Dispositif selon la revendication en ce que les ailettes de refroidissement ( 19) recouvertes par des tôles de recouvrement. 14 Dispositif selon la revendication en ce que les éléments de refroidissement sont un ventilateur de refroidissement ( 25) monté à constitués par 9, caractérisé des ailettes de carter du dispo- 11, caractérisé présentent des 11, caractérisé peuvent être 9, caractérisé constitués par l'extérieur du carter et par un capot ( 26) de guidage de l'air. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la puissance de refroidissement peut être réglée par une modification du ventilateur de refroidissement ( 23) et/ou du capot ( 26) du guidage de l'air.