Brevet FR2527849A1 — publié le 19831202

I Liaison tournante pour intensité élevée. La présente invention se rapporte à une liaison tournante pour intensité élevée, pour l'exécution de conducteurs électriques d'amenée à des éléments mobiles dans des volumes clos, constituée d'une disposition coaxiale d'un tube intérieur, électriquement conduc- teur, et d'un tube extérieur, électriquement conducteur, dont les volumes creux servent à transporter le fluide de refroidissement et qui sont équipés, à leurs extrémités en liaison avec un conducteur fixe d'amenée du courant, chacun, d'un fiasque métallique d'ois tin faisceau de torons métalliques va rejoindre respectivement un contru- f lasque métallique correspondant du conducteur fixe d'amenée du courant, les contre-flasques du conducteur fixe d'amenée du courant étant munis de dispositif de refroidissement. Des liaisons pour intensité élevée du type mentionnée ci- dessus sont par exemple nécessaires pour introduire dans des volumes clos des intensités d'exploitation-élevées si l'on doit pouvoir exécuter à l'intérieur et à l'extérieur des parois qui limitent ces volumes, des mouvements limités de rotation et de pivotement entre les appareils. Cette nécessité se présente par exemple dans le cas des installations alimentées en courant électrique, comme des installations de fusion et de moulage, dans lesquelles la fonte est versée par basculement d'un creuset, ce creuset formant un ensemble avec le dispositif de chauffage. Il est ici particulièrement important que la liaison pour intensité élevée doive également servir pour amener,et évacuer un fluide de refroidissement qui protège de la surchauffe des pièces de four, par exemple une bobine d'induction. Dans le cas du dispositif avec différence de pression des deux côtés des parois qui limitent le volume clos, comme par exemple dans le cas des fours sous vide, on pose encore des exigences particuliè- res en ce qui concerne l'étanchéité des liaisons pour intensité élevée. Toutefois les liaisons pour intensité élevée du type mentionnée au début ne sont pas limitées à l'utilisation dans le cas des fours de fusion et de moulage. Un point faible très net des liaisons pour intensité élevée de ce type réside en les pièces flexibles ayant la forme de torons et constituées de fils de cuivre minces. On connaît depuis plusieurs années une liaison pour intensité élevée et du type mentionné au début par une utilisation publique. Cette liaison se compose de quatre flasques annulaires métalliques disposés concentriquement l'un dans l'autre par paire et reliés l'un à l'autre par des torons courbés en forme de U, de telle sorte qu'un flasque annulaire intérieur et un flasque annulaire extérieur sont res- pectivement au même potentiel Les flasques annulaires, placés dos à dos, de polarlté différentesont électriquement séparés l'un de l'autre par des anneaux isolants, mais constituent un ensemble au point de vue mécanique, les flasques annulaires intérieurs pouvant exécuter un mouvement limité de pivotement par rapport aux flasques annulaires extérieurs Ici les torons sont fixés aux flasques par leurs extrémités au moyen de vis de serrage Les faisceaux de torons de l'un des poten- tiels courent à peu près symétriquement par rapport aux faisceaux de toron de l'autre potentiel, le plan de symétrie étant à peu près situé entre les flasques à l'intérieur des anneaux isolants Une longueur de boucle correcte des torons permet de s'assurer que l'angle de pivote- ment est suffisant Les flasques annulaires tournant à l'intérieur pré- sentent différents diamètres intérieurs et sont installés sur les surfaces extérieures des tubes coaxiaux, qui transportent le courant et le fluide de refroidissement, à travers la paroi de séparation du volume clos, jusqu'aux éléments mobiles de ce volume clos. Alors que l'on peut donner aux tubes coaxiaux rigides des dimensions suffisantes et qu'on peut les refroidir suffisamment au moven de l'eau de refroidissement, les torons étaient régulièrement endommagés par une surchauffe Ceci était dû d'une part aux résis- tances de passage aux endroits de bridage et d'autre part à la résis- tance ohmique des torons, que l'on ne pouvait pas choisir suffisamment faible du fait de la souplesse nécessaire de ces torons Pour des motifs d'encombrement il n'était pas possible d'agrandir le diamètre moyen de l'ensemble du système de toron On ne changeait rien à la surchauffe des torons en soudant une boucle de refroidissement sur les surfaces extérieures des flasques extérieurs La solution connue ne convenait donc, pour une dimension donnée, que pour une intensité totale relati- vement faible, de sorte que la possibilité de mise en oeuvre de la liaison connue pour intensité élevée comportait des limites étroites. On a donc recherché la possibilité de refroidir les torons plus efficacement Ceci a été obtenu par le moyen que l'on a placé les torons d'une polarité dans le volume creux du tube intérieur et les torons de l'autre polarité dans le volume annulaire situé entre le tube intérieur et le tube extérieur coaxial, les tubes eux-mêmes étant en matériau isolant Une disposition de ce type est connue par le brevet DE-PS 23 18 690 et a largement fait ses preuves en pratique par une capacité de charge électrique élevée. Il est toutefois apparu en pratique que les torons étaient exposés à une forte corrosion en liaison avec les dépôts de calcaire du fait de l'eau de refroidissement qui les entoure, de sorte qu'il faut changer de temps à autre les liaisons pour intensité élevée corres- pondantes Aussi longtemps que l'eau de refroidissement correspondait à des conditions déterminées de pureté, la durée de vie des liaisons pour intensité élevée connues était suffisante Mais comme il faut éventuellement s'accommoder d'impuretés incontrôlables de l'eau, le souhait existait de sortir à nouveau les torons en dehors de l'eau. Mais ceci aurait conduit à un recul drastique de la charge spécifique admissible. L'invention a donc pour objet d'apporter une liaison tournante pour intensité élevée du type décrit au début, qui en supposant les mêmes dimensions présente essentiellement la même charge spécifique admissible que la liaison pour intensité élevée, décrite ci-dessus, dont les torons sont directement refroidis par l'eau, mais qui ne présente pas de risque de corrosion et présente donc une durée de vie sensiblement élevée. La solution du problème posé, pour la liaison pour intensité élevée décrite au début, résulte, selon l'invention de la combinaison des caractéristiques suivantes: a) le flasque lié, fixe en rotation, au tube extérieur vient jusque dans le volume intermédiaire existant entre le tube extérieur et le tube intérieur, de sorte qu'il peut venir au contact immédiat du fluide de refroidissement, b) le flasque lié, fixe en rotation, au tube intérieur comporte un canal pour le fluide de refroidissement, c) les deux contre-flasques appartenant au conducteur fixe d'amenée du courant comportent également des canaux pour le fluide de refroidissement disposés à leur intérieur, et, d) les torons sont encastrés dans les flasques correspondants avec une liaison par soudure métallique. Grâce à la combinaison des différentes caractéristiques, on obtient, en ce qui concerne les torons et leurs soudures, un refroidis- sement sensiblement plus fort en plusieurs endroits, la combinaison des différentes influences en faveur du refroidissement ayant pour résultat un refroidissement global efficace du niveau de température. Le flasque lié au tube extérieur, qui, dans la solution connue, était simplement posé sur sa surface extérieure et n'était pas immédia- tement au contact de l'eau de refroidissement, vient maintenant, par un prolongement dirigé radialement vers l'intérieur, éventuellement avec un accroissement de surface, jusque dans le volume intermédiaire situé entre le tube extérieur et le tube intérieur, o il est directement refroidi par l'eau de refroidissement lorsque le dispositif est en service, d'o résulte déjà ici un abaissement de termip-rature. Un principe semblable de construction avait été également choisi dans la solution connue en ce -qui concerne le flasque annulaire qui était posé sur la surface extérieure du tube intérieur Ici aussi le refroidissement ne se faisait qu'indirectement Du fait de la dispo- sition d'un canal pour le fluide de refroidissement dans ce flasque et, de façon plus précise, au voisinage immédiat des soudures des torons, l'emplacement de bridage des torons est ici aussi efficacement refroidi. Enfin, du fait de la disposition des canaux pour le fluide de refroidissement à l'intérieur des flasques annulaires extérieurs appartenant au conducteur fixe d'amenée, on obtient au voisinage immédiat des soudures un refroidissement largement plus efficace que dans le cas d'un anneau de refroidissement simplement rapporté à l'extérieur par soudure et dont les trois-quarts de la surface sont en échange thermique avec l'atmosphère et non pas avec le flasque annulaire. Par ailleurs, du fait de l'encastrement, avec soudure, les extrémités des torons dans les flasques annulaires en question, les résistances de passage qui, à défaut existeraient à cet endroit, sont largement réduites, ce qui a pour conséquence un développement thermique largement plus faible. Comme déjà indiqué, la combinaison de toutes les caracté- ristiques individuelles donne un abaissement drastique de température de sorte que la charge spécifique de l'ensemble de la liaison pour intensité élevée peut être notablement augmentée, sans que soient dépassées les températures limites autorisées du fait des matériaux. Une corrosion des torons par l'eau de refroidissement est exclue, ce qui donne donc une durée de vie notablement plus longue de la liaison pour intensité élevée, même s'il faut faire des concessions notables en ce qui concerne la pureté de l'eau de refroidissement. La solution connue comportant des tubes plastiques mobiles l'un par rapport à l'autre, nécessitait un couple d'entraînement rela- tivement élevé pour la rotation de la liaison pour intensité élevée, du fait des coefficients de frottement élevés entre les pièces en plas- tique L'objet de l'invention permet de résoudre également ce problème étant donné qu'il est possible d'utiliser des composants métalliques, en particulier par le fait que les flasques du tube intérieur et du tube extérieur viennent, avec liberté de rotation, à l'intérieur du conducteur fixe d'amenée du courant Comme à cet endroit on ne dépend pas d'une étanchéité, on peut faire en sorte d'avoir un jeu de dimension suffisante pour permettre un mouvement largement sans frottement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une coupe axiale de la partie de la liaison pour intensité élevée à laquelle les flasques annulaires fixes sont reliés par l'intermédiaire de torons aux flasques annulaires mobiles, et, la figure 2 représente une coupe axiale de l'extrémité opposée, entièrement tournante, de la liaison pour intensité élevée, comportant les éléments de raccordement pour le récepteur pivotant. Sur les figures i et 2 les deux extrémités de la liaison tournante pour intensité élevée sont repérées par un l A et I B Entre ces deux extrémités se trouve la paroi qui limite le volume clos dans lequel se trouve l'extrémité l B La cloison en question n'est pas repré- sentée, de même que la traversée tournante existant au point de péné- tration, ces dispositifs faisant partie de l'état de la technique. La liaison pour intensité élevée comporte un tube intérieur 2, électriquement conducteur, ainsi qu'un tube extérieur 3, également conducteur, qui du reste présente une longueur plus faible et qui est disposé concentriquement par rapport au tube intérieur 2 Dans le tube intérieur 2 se trouve un volume creux 4 pour le transport d'un fluide de refroidissement; entre le tube intérieur 2 et le tube extérieur 3 existe un volume creux annulaire 5 qui sert également au transport du fluide de refroidissement Le volume intérieur creux 4 est relié au moyen d'un raccord tubulaire coudé 6 comportant un manchon taraudé 7, à un flexible, non représenté, pour le liquide de refroidis- sement Le volume creux extérieur 5 est également relié à un flexible pour l'eau de refroidissement par l'intermédiaire d'une tubulure latérale de raccordement 8. La face frontale, visible sur la figure 1, du tube extérieur 3 est rendue solidaire d'un flasque métallique 9, qui pénètre dans le volume creux 5 au moyen d'un prolongement 10 et, de cette façon, se trouve, en exploitation, directement au contact du fluide de refroi- dissement qui se trouve dans le volume creux 5 Pour obtenir un bon centrage, le flasque 9 a en coupe la forme d'un L et il comporte deux rainures radiales, non représentées, plus en détail, dans lesquelles sont disposées des garnitures d'étanchéité, non représentées, pour assurer l'étanchéité d'une part à l'égard du tube extérieur 3 et d'autre part à l'égard du tube intérieur 2 Il n'y a pas de mouvement de rotation entre le tube intérieur et le tube extérieur, les deux tubes formant un ensemble rigide qui se déplace en bloc. Sur le tube intérieur 2, au-delà de la face frontale du tube extérieur 3, est également disposé, fixe en rotation, un flasque 11 2527-849 qui, en coupe, a également la forme d'un L Au voisinage de la section de l'aile, dirigée radialement vers l'extérieur, le flasque Il comporte un canal 12 pour le fluide de refroidissement dans lequel on peut amener de l'eau de refroidissement au moyen d'une conduite de raccor- dement 13 On n'a pas représenté, pour motif de simplicité, une deuxiè- me conduite de raccordement pour le retour de l'eau de refroidissement. Entre les deux flasques 9 et Il se trouve une bague d'écarte- ment 14, constituée d'un matériau isolant et qui présente une rainure axiale 15 pour recevoir les vis qui relient le flasque 9 au tube extérieur 3 Le tube intérieur 2 comporte, sur une partie de sa longueur, un revêtement isolant 16 qui pénètre jusque dans la bague d'écartement 14, ce qui permet de respecter la différence de potentiel existant entre le flasque 9 et le tube intérieur 2 Les flasques 9 et Il ainsi que la bague d'écartement 14, également, ne peuvent pas tourner l'un par rapport à l'autre et forment un ensemble rigide en soi, qui ne peut exécuter que des mouvements de pivotement en commun et en liaison avec le système tubulaire. Dans les ailes 9 a et lia, respectivement dirigées radialement vers l'extérieur des flasques 9 et Il se trouvent, selon une répartition équidistante, un certain nombre d'alésages alignés axialement et dans lesquels sont encastrés et soudés les torons 17 et 18 en forme de U Les torons de l'un des polarités forment un faisceau, les axes des torons, lorsqu'ils sont dans la position médiane de la plage de pivotement, étant situés dans des plans radiaux par rapport à l'axe AA du système. Les extrémités, situées de l'autre côté, des torons 17 et 18 sont soudées e Lencastrées dans des contre-flasques 19 et 20 qui, dans ce but, comportent le même nombre d'alésages alignés axialement que des flasques 9 et Il Chacun des deux contre-flasques 19 et 20 comporte un canal périphérique 21 et 22 pour le fluide de refroidisse- ment avec chaque fois étanchéité par un anneau d'obturation 23 ou 24 Entre les contre-flasques 19 et 20 se trouve une bague d'écartement constituée d'un matériau isolant et à laquelle les contre-flasques 19 et 20 sont soudés pour former un ensemble rigide. Aux contre-flasques 19 et 20 arrivent les conducteurs d'amenée de courant 26 et 27, conçus en même temps comme conducteurs de -8 fluide de refroidissement et équipés d'extrémités de raccordement 28 et 29 pour flexibles. La disposition d'ensemble est largement en symétrie de rotation par rapport à l'axe A-A du système, à l'exception respective- ment des raccords dirigés vers le bas pour le courant et pour l'eau de refroidissement Les pièces sous tension des différentes polarités sont entourées d'un capot 30 pour les protéger d'un contact. Sur la figure 2 les pièces qui sont les mêmes que sur la figure 1 ont le même numéro de repère; ici aussi on a représenté l'autre extrémité de l'axe du système A-A A cette extrémité de la liaison pour intensité élevée, le volume creux extérieur 5 est fermé par une pièce isolante 31 munie de deux paires de rainures radiales, non représentées plus en détail, dans lesquelles sont logées des bagues d'étanchéité La pièce en matériau isolant 31 est bridée au tube exté- rieur 3 par des vis 32 travaillant à la traction De ce tube extérieur une tubulure de raccordement radiale 33 entourée d'un tube isolant 34, conduit à une bride de raccordement 35 fermée ici par une bride pleine 36 La tubulure de raccordement 33 ne sert pas seulement pour transmettre le courant mais aussi pour conduire le fluide de refroidissement et dans ce but elle comporte un alésage 37. A la pièce en matériau isolant 31, qui a une forme en symé- trie de rotation, est vissée une autre bride de raccordement 38 électri- quement reliée au tube intérieur 2 au moyen d'un prolongement cylin- drique 39 Ici aussi la bride de raccordement 38 sert à transporter aussi bien le courant électrique que le fluide de refroidissement Dans ce but le prolongement 39 comporte un alésage 40 aligné avec le volume creux intérieur 4 La bride de raccordement 38 est fermée par une bride pleine 41. Lors du montage du récepteur mobile, par exemple d'une installation de fusion par induction, qu'il faut alimenter en moyenne fréquence, on enlève les brides pleines 36 et 41 et on les remplace par des contre- brides correspondantes reliées au récepteur De cette façon le récepteur représente la continuation de la liaison pour inten- sité élevée, c'est-à-dire que le récepteur ne ferme pas seulement le circuit électrique mais également le circuit du fluide de refroidisse- ment On peut par exemple imaginer que les brides pleines 36 et 41 sont remplacées par les brides de raccordement d'une bobine d'induc- tion creuse dans laquelle se trouve un creuset de fusion Ce creuset de fusion possède généralement ce que l'on appelle une embouchure de fusion, par o on peut vider dans un moule le contenu du creuset en basculant ce creuset Le mouvement de pivotement nécessaire dans ce but s'opère par l'intermédiaire de la liaison pour intensité élevée décrite L'extrémité, représentée sur la figure 2, de la liaison pour intensité élevée est protégée par un capot isolant 42. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits unique- ment à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Liaison tournante pour intensité élevée, pour l'exécution de conducteurs électriques d'amenée à des éléments mobiles dans des volumes clos, constituée d'une disposition coaxiale d'un tube inté- rieur, électriquement conducteur, et d'un tube extérieur, électriquement conducteur, dont les volumes creux servent à transporter le fluide de refroidissement et qui sont équipés, à leurs extrémités en liaison avec un conducteur fixe d'amenée du courant, chacun, d'un flasque métallique d'o un faisceau de torons métalliques va rejoindre respec- tivement un contre-flasque métallique correspondant du conducteur fixe d'amenée du courant, les contre-flasques du conducteur fixe d'ame- née du courant étant munis de dispositif de refroidissement, caractérisée en ce que: a) le flasque ( 9) lié, fixe en rotation, au tube extérieur ( 3) vient jusque dans le volume creux ( 5) existant entre le tube exté- rieur et le tube intérieur ( 2), de sorte qu'il peut venir au contact immédiat du fluide de refroidissement. b) le flasque ( 11) lié, fixé en rotation au tube intérieur ( 2) comporte un canal ( 12) pour le fluide de refroidissement c) les deux contreflasques ( 19, 20) appartenant au conducteur fixe d'amenée du courant ( 26, 27) comportent également des canaux ( 21, 22) pour le fluide de refroidissement disposés à leur intérieur, et, d) les torons ( 17, 18) sont encastrés dans les flasques corres- pondants ( 9, 19 et 11, 20) avec une liaison par soudure métallique. 2 Liaison tournante pour intensité élevée, selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que les flasques ( 9, 11) du tube intérieur ( 2) et du tube extérieur ( 3) sont guidés pour pouvoir tourner librement à l'intérieur des conducteurs fixes d'amenée du courant ( 26, 27).