Brevet FR2529976A1 — publié le 19840113

DISPOSITIF DE DESACCOUPLAGE DE DEUX MACHINES TOURNANTES La présente invention concerne un dispositif de désac- couplage de deux machines tournantes Comme il est connu, suivant les phases de fonctionnement des deux machines tournantes, dans certaines applications, la propagation du mouvement peut se faire soit dans un premier sens, soit dans un sens inverse du premier qui sera dénommé second sens de propagation du mouvement Un niveau de couple sensiblement différent peut dans ce cas s'exercer dans chaque sens On supposera par la suite que le premier sens choisi de propagation du mouvement correspond à un niveau de couple plus élevé et le second sens à un niveau de couple plus faible Ces conditions de fonctionnement, par exemple, se trouvqnt notamment dans le cas o l'une des machines tournantes est un démarreur de turbomachine et o l'autre machine tournante est le boîtier de prise de mou- vement de ladite turbomachine utilisée pour l'entraînement de divers équipements à partir de plusieurs chaînes de transfert du mouvement Lors du démarrage de la turboma- chine, le démarreur entraîne en rotation au moins un corps tournant de la turbomachine par l'intermédiaire du bottier de prise de mouvement et dans cette première phase, un couple important est transmis par la ligne d'arbres de transmission Après mise en route, la turbomachine en- traîne en rotation les parties tournantes du boîtier de prise de mouvement et un arbre du démarreur reste entraîné en rotation par sa liaison avec le boîtier de prise de mouvement Il ne s'exerce dans cette seconde phase qu'un couple nettement plus faible que durant la première phase et seulement nécessaire a l'entraînement de l'arbre du dé- marreur sans effort antagoniste, dans les conditions nor- males de fonctionnement. Ces résultats sont obtenus de manière connue grâce à des moyens de transmission de puissance entre les deux ma- chines tournantes qui sont différents suivant le sens de propagation du mouvement Par exemple, dans le premier sens de propagation du mouvement o le niveau du couple exercé est plus élevé, cette transmission s'effectue par une liaison à crabots entre un premier et un second arbre. Dans le second sens de propagation du mouvement inverse du premier sens cette transmission s'effectue grâce à un arbre intermédiaire dont chaque extrémité respectivement placée à l'intérieur d'un alésage du premier arbre et d'un alésage du second arbre est solidarisée respective- ment avec chacun des premier et second arbre, par exemple, par une goupille d'entraînement Dans les deux phases de fonctionnement qui se présentent suivant le sens de pro- pagation du mouvement correspondant à des niveaux de couple d'un ordre de grandeur différent, il est néces- saire afin d'éviter des endommagements importants ou des détériorations successives de pièces en cascade de pro- téger les machines tournantes dans l'éventualité de l'ap- parition accidentelle dans la ligne de transmission de puissance d'un surcouple qui peut être dû à des -causes d'origines diverses qu'il n'est pas possible de maîtriser entièrement par suite des conditions de fonctionnement imposées aux machines. Le brevet français 1 521 603 décrit plusieurs modes de réalisation de dispositifs limiteurs de couple utilisés dans une chaîne cinématique de moteur comportant plu- sieurs transferts de mouvements Un limiteur de couple différent constitué par une éprouvette creuse présentant une section calibrée de moindre résistance est intégré dans chaque chaîne de transfert de mouvement Cette dis- position connue permet de protéger plusieurs équipements différents auxquels le mouvement est transmis par une chaîne différente avec limitation du couple à un niveau différent suivant chaque chaîne Toutefois, la solution proposée ne permet pas de protéger deux machines tour- nantes entre lesquelles la propagation du mouvement peut se faire dans les deux sens avec un niveau de couple très différent dans chaque sens. Le brevet français 2 094 274 concerne un limiteur de couple bi- directionnel dans lequel une liaison préchargée par un ressort est établie entre les éléments menant et mené et dans lequel un organe participant à la transmis- sion est adapté pour se déplacer à l'encontre de l'action du ressort en cas de surcouple pour venir en prise avec un élément fixe Le mode de réalisation décrit fait appel a deux systèmes à billes pour la transmission et cette solution se révèle inadaptée pour certaines utilisations et des niveaux de couple visés par l'invention et il en est de même pour le réglage à des valeurs de couple dif- férentes qui est proposé par le brevet cité en donnant une forme appropriée aux logements des billes. L'invention, par contre, évite ces inconvénients des so- lutions antérieurement connues et donne en outre des pos- sibilités d'applications intéressantes notamment dans-le domaine aéronautique, comme cela a été noté ci-dessus et o les machines tournantes atteignent de très grandes vi- tesses de rotation, par exemple de l'ordre de 20 000 tours par minute. Un dispositif de désaccouplage de deux machines tournantes du type précité conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'un premier limiteur de couple plus élevé actif dans le premier sens de propagation du mouvement est constitué par une première section calibrée de moindre résistance dite gorge fusible placée sur le premier arbre et en ce qu'un second limiteur du couple plus faible actif dans le 2529976- sens inverse du premier de propagation du mouvement est- constitué par une seconde section calibrée de moindre ré- sistance de même type gorge fusible placée sur l'arbre intermédiaire. Une application avantageuse de l'invention est obtenue lorsque les valeurs mesurant les grandeurs du couple différent suivant le sens de propagation du mouvement sont dans un rapport compris entre 1 à 5 et 1 à 500. Avantageusement, des moyens complémentaires sont associés au dispositif conforme à l'invention lorsque intervient la limitation du couple plus faible c'est-à-dire après rupture de la gorge placée sur l'arbre intermédiaire Ces moyens sont propres à éviter tout contact entre le premier et le second arbre et entre les deux parties rompues de l'arbre intermédiaire. Suivant un mode avantageux de réalisation de l'invention, les faces inclinées des crabots présentent un jeu de telle sorte que en cas de rupture de la seconde gorge fusible de l'arbre intermédiaire, le second arbre ainsi que la partie de l'arbre intermédiaire qui reste solidaire du second ar- bre sont déplacés suivant une direction axiale dans le sens d'un écartement du premier-arbre ainsi que de la par- tie de l'arbre intermédiaire qui reste solidaire du pre- mier arbre En outre, les moyens propres à éviter tout contact entre le second arbre menant et le premier arbre mené consistent en des moyens de blocage en translation axiale du second arbre dans une position o ce second ar- bre est maintenu axialement écarté du premier arbre sans engagement mutuel des crabots du premier et du second arbre. Ces moyens de blocage, dans un mode avantageux de réali- sation, consistent en une gorge située dans l'alésage d'une seconde partie du second arbre liée par des canne- lures à la première partie du second arbre qui coopère avec le premier arbre et des billes placées à l'extrémité de la première partie du second arbre voisine de ladite gorge, un ressort radial monté à -l'intérieur de ladite extrémité par l'intermédiaire d'un bouchon cylindrique et exerçant sur lesdites billes un effort centrifuge de telle sorte que en cas de déplacement axial de la première par- tie du second arbre, les billes viennent se placer dans ladite gorge et sont maintenues dans le fond de cette gorge à la fois par l'action du ressort radial et par l'action de la force centrifuge créée par la rotation du second arbre, bloquant ainsi en translation axiale la pre- mière partie du second arbre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de désaccouplage de deux machines tournantes selon l'invention, représenté dans le cas d'un fonctionnement normal, la figure 2 est une vue partielle développée mon- trant un détail repéré par un cerle II sur la fi- gure 1, concernant le moyen de transmission de puissance entre les deux machines tournantes par une liaison à crabots, la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 montrant le dispositif de désaccouplage selon l'invention, représenté après action d'un premier limiteur de couple dans le cas dè fonctionnement dans un premier sens de propagation du mouvement, la figure 4 est une vue analogue aux figures 1 et 3 montrant le dispositif de désaccouplage selon l'invention, représenté après action d'un second limiteur de couple dans le cas de fonctionnement dans un second sens de propagation du mouvement inverse du premier, la figure 5 est une vue analogue à la figure 2 et est une vue partielle développée montrant un dé- tail repéré par un cercle V sur la figure 4, con- cernant la liaison à crabots. A la figure 1 on a représenté en coupe longitudinale un dispositif de désaccouplage conforme à l'invention Les deux machines tournantes entre lesquelles ce dispositif forme la liaison n'ont pas été représentées aux dessins et ne seront pas décrites plus en détail Un premier arbre rotatif 1 fait partie de l'une de ces machines tournantes et est monte sur un palier-à roulement non représenté aux dessins convenablement choisi et dimensionné Un second arbre rotatif 2 coaxial au premier arbre 1 forme la liai- son entre le premier arbre 1 de l'une-des machines tour- nantes et l'autre machine tournante Ce second arbre 2 comporte deux parties 2 a et 2 b La première partie 2 a comporte sur son diamètre externe 3 une série annulaire de cannelures longitudinales 4 qui sont en prise avec une autre série annulaire de cannelures longitudinales 5 dis- posées dans l'alésage 6 de la seconde partie 2 b du second arbre 2, cette première partie 2 a étant placée à l'inté- rieur de l'alésage 6 de cette seconde partie 2 b L'extré- mité la du premier arbre 1 vient également se placer à l'extrémité de l'alésage 6 de la seconde partie 2 b du second arbre 2, à l'intérieur de cet alésage-6 Entre les faces en regard des deux parties du second arbre 2 est placé dans une zone ne comportant pas les cannelures 4 et un joint torique d'étanchéité 7, de type connu De ma- nière analogue à ce qui est réalisé pour le premier arbre 1, le second arbre 2 et plus précisément la seconde partie 2 b du second arbre 2 est montée sur un palier à roulement non représenté aux dessins convenablement choisi et di- mensionné Le premier arbre 1 est entraîné en rotation avec le mouvement de l'une des machines tournantes et le second arbre 2 est entraîné en rotation avec le mouvement de l'autre des machines tournantes La face radiale 8 de l'extrémité la du premier arbre 1 comporte une série de crabots 9 De manière similaire, la face radiale 10 de l'extrémité de la première partie 2 a du second arbre 2 qui se trouve en regard de l'extrémité la du premier arbre 1 comporte une série de crabots 11 dont la forme et les di- mensions sont déterminées de manière à les rendre suscep- tibles de coopérer avec les crabots du premier arbre-1, comme cela est plus clairement représenté à la-figure 2 - Les crabots 9 ont une face inclinée 9 a et les crabots 1 i ont une face inclinée lla L'extrémité la du premier arbre 1 comporte un'alésage 12 et l'extrémité en regard de la première partie 2 a du second arbre 2 comporte également un alésage 13 de même diamètre que l'alésage 12 Dans ces alésages 12 et 13 et pour moitié de sa longueur dans cha- cun est placé un arbre intermédiaire 14 coaxial aux pre- mier et second arbre 1 et 2 comportant dans chaque moitié au moins un trou 15 traversant l'arbre intermédiaire 14 et dont l'axe 16 est perpendiculaire a l'axe commun aux trois arbres 1, 2 et 14 En regard des trous 15, un trou coaxial et de même diamètre est également percé dans le premier arbre l 'et dans la première partie 2 a du second arbre 2 Des goupilles 17 de liaison et d'entraînement sont placées dans les trous 15 et elles sont de longueur légèrement inférieure au diamètre externe de l'extrémité la du premier arbre 1 et à celui de l'extrémité de la première partie 2 a du second arbre 2 Entre l'extrémité la du premier arbre 1 et le reste de l'arbre 1 est placée une section de moindre résistance obtenue par une gorge 18 pratiquée sur le diamètre externe de l'arbre 1, dite gorge fusible De manière similaire, entre les deux moitiés de l'arbre intermédiaire 14 placées respectivement à l'inté- rieur du premier arbre 1 et du second arbre 2 est placée une section de moindre résistance obtenue par une gorge 19 pratiquée sur le diamètre externe de l'arbre intermédiaire 14 et dite gorge fusible L'extrémité de la première par- tie 2 a du second arbre 2 opposée à celle qui comporte les crabots Il comporte un alésage 2 c de diamètre supérieur à celui de l'alésage 13 du reste de cette partie 2 a de ma- nière à créer un épaulement 2 e -Cet alésage 2 c comporte un trou diamétral 2 f débouchant de chaque côté sur le diamètre extérieur de la partie 2 a de l'arbre 2 et for- mant ainsi deux logements en coopération avec le diamètre interne de l'alésage 2 g de la seconde partie 2 b du second arbre 2 Dans la même zone, cet alésage 2 g comporte égale- ment une gorge annulaire 2 h A cette extrémité de la pre- mière partie 2 a du second arbre 2 est monté dans l'alésage 2 c un élément de blocage 20 coaxial aux arbres 1, 2 et 14 Cet élément 20 comporte un ressort radial 21 placé dans un trou diamétral 22 d'un bouchon cylindrique 24 qui vient en appui sur l'épaulement 2 e à l'intérieur de l'alé- sage 2 c de l'extrémité de la partie d'arbre 2 a L'élément est complété par deux billes 23 qui sont en appui sur le ressort 21 dans le trou 22 et viennent se loger, cha- cune à une extrémité du trou 2 f de la partie d'arbre 2 a. On va décrire brièvement le fonctionnement du dispositif dont la structure vient d'être décrite afin de mieux faire ressortir certains avantages de l'invention Le fonction- nement normal est représenté aux figures 1 et 2 Deux phases de fonctionnement sont possibles Dans une première phase, le premier arbre 1 est menant et le second arbre 2 est mené La transmission de puissance dans ce premier sens de propagation du mouvement s'effectue par la liaison à crabots 9 et 11 entre l'arbre menant 1 et l'arbre mené 2 Dans une application o le premier arbre 1 est l'arbre du démarreur d'une turbomachine et o le second arbre 2 constitue l'arbre de liaison au bottier de prise de mou- vement de la turbomachine, cette première phase qui vient d'être décrite intervient lors du démarrage de la turbo- machine et durant cette première phase un couple impor- tant est transmis par la ligne d'arbres de transmission. Dans une seconde phase, le premier arbre 1 est mené et le second arbre 2 est menant Par suite d'un jeu j prévu entre les faces inclinées 9 a et lla des crabots 9 et 11, la transmission de puissance dans ce second sens de pro- pagation du mouvement inverse du premier s'effectue par la liaison entre l'arbre menant 2 et l'arbre mené 1 par l'arbre intermédiaire 14 et les goupilles 17 Dans l'ap- -plication envisagée ci-dessus cette seconde phase qui vient d'être décrite intervient après l'arrêt du démar- reur en phase de fonctionnement de la turbomachine et durant cette seconde phase un couple nettement plus fai- ble que durant la première phase et seulement dû à l'ef fort d'entraînement de l'arbre du démarreur tournant à vide sans effort antagoniste est transmis par la ligne d'arbres de transmission. Des incidents de fonctionnement dus à des causes d'ori- gines diverses qu'il n'est pas toujours possible de mai- triser entièrement peuvent apparaître dans l'une comme dans l'autre phase Ces incidents peuvent ainsi apparaître dans l'application envisagée cidessus lors du démarrage de la turbomachine et conduire en particulier au dévelop- pement d'un surcouple accidentel dans la ligne d'arbres de transmission Il est important de limiter la transmission de puissance a une valeur déterminée du couple maximal au- torisé dans cette première phase de fonctionnement Cette valeur limite du couple pourra par exemple dans certains cas être de l'ordre de 100 m da N Si cette valeur était dépassée, la gorge fusible 18 du premier arbre 1 est ci- saillée et on obtient la configuration représentée à la figure 3 Tous les éléments du dispositif selon l'inven- tion demeurent inchangés à l'exception du premier arbre 1 sur lequel la gorge fusible 18 est cisaillée La panne ap- parait immédiatement car en cours de phase de démarrage, l'arrêt total de la turbomachine se produit Toute dété- rioration ou dommage plus important est ainsi évité. Dans la seconde phase de fonctionnement d'autres incidents de nature et d'origine différentes peuvent également sur- venir Ainsi des incidents survenant sur le démarreur peu- vent engendrer des forces de balourd ou provoquer des effets de choc par suite de frottements, par exemple Ces effets tout en développant des efforts antagonistes et en sollicitant un couple dans la ligne d'arbres plus fort que durant une seconde phase de fonctionnement dans des condi- tions normales seraient susceptibles d'induire des réac- tions dommageables en direction de la turbomachine et en particulier dans le boîtier de prise de mouvement Il est donc important aussi de les éviter Dans cette seconde phase de fonctionnement une valeur limite de couple admis- sible de 3 m da N pourra par exemple être retenue dans cer- tains cas Lorsque cette valeur est dépassée, la gorge fu- sible 19 est cisaillée et on obtient la configuration il représentée aux figures 4 et 5 Si des efforts de flexion développés dans la ligne d'arbres de transmission par suite d'incidents survenant au démarreur durant cette seconde phase de fonctionnement dépassent également une valeur limite déterminée, la gorge fusible 19 est rompue et on obtient de la même manière la configuration repré- sentée aux figures 4 et 5 Après rupture de la gorge fu- sible 19, les faces inclinées 9 a et lla des crabots 9 et 11 permettent le dégagement des faces radiales d'extrémité des arbres 1 et 2 a, comme cela est représenté aux figures 4 et 5 De plus, il est important après rupture de la gorge fusible 19 d'éviter des contacts entre les arbres 1 et 2 a Entre la position en fonctionnement normal repré- sentée à la figure 1 et la position après rupture de la gorge fusible 19 représentée à la figure 4, la première partie 2 a du second arbre s'est écartée suivant une di- rection axiale du premier arbre i De cette façon, les billes 23 viennent se placer dans la gorge 2 h de l'alésage de la seconde partie 2 b du second arbre 2 Les billes 23 sont maintenues dans le fond de cette gorge 2 h à la fois par l'action du ressort radial 21 et par l'effet des forces centrifuges Après rupture de la gorge fusible 19, dans cette seconde phase de fonctionnement, le premier arbre 1 cesse d'être entraîné en rotation et le second arbre 2 continue à être entraîné en rotation par sa liai- son au boîtier de prise de mouvement de la turbomachine. L'arrêt en rotation du premier arbre 1 peut également être utilisé dans ce cas pour une détection faisant appel-à des moyens appropriés connus Cette disposition complémentaire permet d'éviter une tentative ultérieure de remise en marche du démarreur sans avoir remédié au préalable aux défauts qui ont entraîné la rupture de la gorge fusible 19, ce qui évite des endommagements supplémentaires. Dans l'application envisagée, un incident sur le démar- reur dans cette seconde phase de fonctionnement ne doit pas ainsi avoir d'autre répercussion sur le fonctionne- ment de la turbomachine ni occasionner de détérioration de pièces ou autre dommage Le dispositif selon l'inven- tion permet d'obtenir ces résultats et la première partie 2 a du second arbre 2 ainsi que la partie de l'arbre in- termédiaire 14 qui lui reste lié après rupture de la gorge fusible 19 sont maintenues axialement dans l'alé- sage de la seconde partie 2 b du second arbre 2 et les contacts sont évités entre le premier arbre 1 et en par- tie 2 a du second arbre 2. REVENDICATIONS 1 Dispositifde désaccouplage de deux machines tournantes entre lesquelles la transmission de puissance s'effectue, d'une part, dans un premier sens de propagation du mouve- ment, par une liaison à crabots ( 9, 11) entre un premier ( 1) et un second arbre ( 2) et, d'autre part, dans le sens inverse du premier dit second sens grâce à un arbre inter- médiaire ( 14) dont chaque extrémité respectivement placée à l'intérieur d'un alésage ( 12) du premier arbre ( 1) et d'un alésage ( 13) du second arbre ( 2) est solidarisée respectivement avec chacun des premier ( 1) et second arbre ( 2), par exemple, par une goupille d'entraînement ( 17), un niveau de couple plus élevé s'exerçant dans le premier sens caractérisé en ce qu'un premier limiteur du couple plus élevé actif dans le premier sens de propagation du mouve- ment est constitué par une première section calibrée ( 18) de moindre résistance dite gorge fusible placée sur le premier arbre ( 1) et en ce qu'un second limiteur du couple plus faible actif dans le sens inverse du premier de pro- pagation du mouvement est constitué par une seconde sec- tion calibrée ( 19) de moindre résistance de même type gorge fusible placée sur l'arbre intermédiaire ( 14). 2 Dispositif de désaccouplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs mesurant les grandeurs du couple différent suivant le sens de propagation du mouvement sont dans un rapport compris entre 1 à 5 et 1 à 500. 3 Dispositif de désaccouplage de deux machines tournantes selon l'une quelconque desrevendications 1 et 2 caracté- risé en ce que en cas de limitation du couple plus faible dans le second sens de propagation du mouvement c'est-à-dire après rupture de la gorge ( 19) placée sur l'arbre intermé- diaire ( 14), le dispositif comporte des moyens ( 20) pro- pres à éviter tout contact entre le premier ( 1) et le se- cond arbre ( 2) et entre les deux parties rompues de l'ar- bre intermédiaire ( 14). 4 Dispositif de désaccouplage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces in- clinées ( 9 a, lla) des crabots ( 9, 11) présentent un jeu de telle sorte que en cas de rupture de la seconde gorge fusible ( 19) de l'arbre intermédiaire ( 14) le second ( 2) ainsi que la partie de l'arbre intermédiaire ( 14) qui reste solidaire du second arbre ( 2) sont déplacés suivant une direction axiale dans le sens d'un écartement du pre- mier arbre ( 1) ainsi que de la partie de l'arbre inter- médiaire ( 14) qui reste solidaire du premier arbre ( 1) et en ce que les moyens propres à éviter tout contact entre le second arbre ( 2) menant et le premier arbre ( 1) mené ccnsistant en des moyens de blocage ( 20) en translation axiale du second arbre ( 2) dans une position o ce second arbre ( 2) est maintenu axialement écarté du premier arbre ( 1) sans engagement mutuel des crabots ( 9, 11) du premier arbre ( 1) et du second arbre ( 2). 5 Dispositif de désaccouplage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de blocage ( 20) en trans lation axiale du second arbre ( 2) consistent en une gorge ( 2 h) située dans l'alésage d'une seconde partie ( 2 b) du second arbre ( 2) liée par des cannelures ( 4, 5) à la pre- mière partie ( 2 a) du second arbre ( 2) qui coopère avec le premier arbre ( 1) et des billes ( 23) placées à l'extré- mité de la première partie ( 2 a) du second arbre ( 2) voi- sine de ladite gorge ( 2 h), un ressort radial ( 21) monté à l'intérieur de ladite extrémité par l'intermédiaire d'un bouchon cylindrique ( 24) et exerçant sur lesdites billes ( 23) un effort centrifuge de telle sorte que en cas de déplacement axial de la première partie ( 2 a) du second arbre ( 2), les billes ( 23) viennent se placer dans ladite gorge ( 2 h) et sont maintenues dans le fond de cette gorge ( 2 h) à la fois par l'action du ressort radial ( 21) et par l'action de la force centrifuge créée par la rotation du second arbre ( 2), bloquant ainsi en transla- tion axiale la première partie ( 2 a) du second arbre ( 2).