Brevet FR2526911A1 — publié le 19831118

Dispositif hydrodynamique de transmission de force motrice La présente invention concerne un dispositif hydrodynamique de transmission de force motrice, avantageusement un coupleur hydrodynamique, comportant une roue de pompe fixée à l'arbre d'une machine d'entraînement, une roue de turbine fixée à l'arbre de la machine de travail et une chambre de travail fermée accueillant ces deux roues ainsi que le fluide de travail, la douille d'arbre fixée à la roue de turbine étant supportée par des roulements munis d'un joint de protection et le volume compris entre la chambre de travail et le joint de protection du roulement étant relié à un volume tampon, atmosphérique ou autre, dont la pression en chaque état de fonctionnement est inférieure ou égale à celle qui provoque la chute de pression ayant lieu à travers le roulement, cependant que, pour des températures anormales survenant éventuellement pendant le fonctionnement, il est aussi tenu compte des modifications résultantes des caractéristiques physiques du fluide de travail, le dispositif comportant au moins une unité de sécurité. Le fluide liquide de transmission de ce dispositif, ou coupleur, hydrodynamique peut être un liquide de emplis sage à base d'eau, par exemple de l'eau même, une huile ou un liquide synthétique. On entend par un coupleur hydrodynamique un dispositif dont les parties essentielles sont constituées par lesdites roues de pompe et de turbine fixées aux arbres respectifs d'une machine d'entraînement et d'une machine de travail ainsi que par un demi-carter qui entoure, au moins partiellement, la roue de turbine, qui est en général relié rigidement à la roue de pompe et fixé, dans certains cas spéciaux, à la roue de turbine.On exposera l'invention d'après l'exemple d'un coupleur hydrodynamique, mais de la description il ressortira clairement pour un spécialiste que ce que l'on dit la s'applique également à des dispositifs de transmission de force motrice utilisant les fluides liquides précités qui, au lieu de se ranger nettement parmi les dispositifs de ce genre caractère de coupleurs, réalisent l'apport d'énergie 'a la machine de travail par une transmission de force motrice dans des conditions fonctionnelles analogues à celles de ladite description. Le coupleur hydrodynamique peut comporter une chambre de retenue ou une pré-chambre, ou bien être réalisé aussi d'une façon différente. Dans les coupleurs hydrodynamiques utilisant comme liquide de remplissage de l'huile, c'est-à-dire un liquide à base d'hydrocarbure ou synthétique, ledit liquide assure aussi la lubrification des roulements, si bien que la chambre de travail et la chambre des roulements forment alors une seule et même chambre. Une vis à insertion fusible apporte une sécurité contre les surcharges, cela en particulier dans les coupleurs hydrodynamiques à remplissage constant.Le fonctionnement est essentiellement le suivant : une vis percée emplie d1un métal fondant à une température déterminée est placée sur le carter du coupleur hydrodynamique ; à la température, ou zone de température, nominale, l'insertion fusible fond et livre passage au liquide de remplissage afin qu'il puisse sortir de la chambre de travail ; la baisse de remplissage due à la sortie du liquide agit sur la grandeur du couple transmissible ou provoque une séparation entre la machine d'entraînement et la machine de travail. Outre les coupleurs hydrodynamiques emplis d'huile, on trouve de plus en plus répandus dans la technique pratique des coupleurs hydrodynamiques emplis de liquide ininflammable, par exemple d'une émulsion ou d'eau. L'utilisation deau se recommande par une amélioration des caractéristiques de puissance spécifiques, une économie de porteur d'énergie et surtout le prix relativement bas du liquide de remplis sage0 Avec un remplissage d'eau, il faut, lors du fonctionnement du coupleur, prendre en considération un écart essentiel des caractéristiques physiques du liquide par rapport à une variation des caractéristiques de liquides de travail à base d'hydrocarbure ou synthétiques. La température de sécurité des coupleurs dépasse en général la valeur de 3730K (1000C). Le bas point d'ébullition du liquide de remplissage nécessite aussi l'insertion d'une sécurité de pression appropriée0 Il faut en outre veiller à une protection efficace contre la corrosion, notamment dans les roulements. Une isolation et une protection appropriées des roulements par rapport au liquide de travail corrosif représentaient dans les coupleurs hydrodynamiques à remplissage d'eau un problème particulièrement important, compte tenu du fait que, jusqu'au niveau de sécurité, toute situation de fonctionnement est possible en service avec ses conséquences telles par exemple que des pressions de saturation0 On a bien proposé de faire tourner le roulement dans une émulsion ou dans de l'eau, mais cette méthode n'est pas utilisable en fonctionnement par suite de la corrosion intense. La variante de protection des roulements la plus fréquente consiste à insérer entre la chambre de travail et le roulement des joints spéciaux ou ordinaires qui séparent l'eau, ou l'émulsion, des roulements.Mais si la chute de pression à partir de la chambre de travail intérieure passe par les roulements, le fonctionnement du coupleur est normal ou s'écarte de la normale, mais est encore admissible ou bien il se produit irrévocablement par suite de l'usure des éléments d'étan chéité un suintement, c'est-à-dire que les roulements ne peuvent plus être protégés du liquide de travail causant la corrosion et cela conduit à des destructions prématurées desdits roulements. Dans les coupleurs hydrodynamiques à remplissage d'eau, la protection contre la corrosion des roulements dérive généralement de cette considération qu'5 partir de la chambre de travail intérieure, le parcours de la chute de pression contourne les roulements au lieu de passer par eux. Un autre problème de base dans les coupleurs hydrodynamiques à remplissage d'eau est une sécurité appropriée contre la pression. On connaît une sécurité de pression en laquelle le carter du coupleur est rendu moins résistant et éclate lorsqu'on atteint la pression maximale admissible. I1 est clair que cette solution est vraiment coûteuse et qu'une remise en fonction est très compliiuée. Dans une autre solution connue, on utilise, à 11 exemple de la vis à insertion fusible placée sur le pourtour extérieur du carter, une sécurité à disque éclatable également placée sur le pourtour extérieur. L'inconv-nient réside dans le fait que, notamment Tar suite de la rotation variable et de la différence appraisant dans le niveau de remplissage intérieur, la pression venant de la chambre de force centrifuge rend difficiles une détermination exacte et une régulation de la valeur de pression. Pour éliminer cet inconvénient, on a mis au point, faisant l'objet du brevet hongrois 177 894, une extension de la sécurité à disque éclatable. Cette solution offre, meme sous des conditions de fonctionnement extrêmes, une protection fiable et peu coflteuse contre la corrosion des roulements et comporte un organe de sécurité de pression facilement échangeable qui entre en action en cas de surcharge effective. La sécurité de pression est créée, de l'enveloppe extérieure du coupleur aérodynamique, par la tête à disque éclatable qui se trouve à l'extrémité du tuyau atteignant la partie inférieure de la chambre de travail.Ladite tête à disque éclatable, qui s'exerce en fonctionnement au-delà d'une couche liquide annulaire, palpè 'a chaque lois la pression de saturation à partir de cette condition que la corrélation fonctionnelle entre la pression de saturation et la température peut marquer dans le cas de l'eau une zone d'opération précise. h l'usage il s'est avéré que, face à ses avantages, l'inconvnient de cette solution réside dans le fait que le tuyau allant au-delà de l'anneau liquide et relié à ltat.nos- phère extérieure provoque une perte supplémentaire dans le coupleur hydrodynamique. C'est pourquoi on a recherché la solution de l'utilisation du principe exact d'une autre façon qui, outre l'économie de matériau et d'énergie, permet une amélioration supplémentaire de la Sécurité du fonctionnement. L'invention repose sur cet enseignement qu'à l'état de remplissage nominal du coupleur, la sécurité à attendre de la tête à disque éclatable placée sur le tuyau pénétrant à l'intérieur peut s'obtenir aussi de façon plus simple, à savoir d'une façon plus complète, car elle permet aussi, avec une structure plus simple, l'utilisation intégrale des avantages précités dans les coupleurs emplis d'eau et synthétise pour ainsi dire les solutions avec différents dispositifs simples, des tâches plus simples pouvant être facilement accomplies conformément à la fonction commune et à l'exigence concrète de chaque cas. Tout en conservant les caractéristiques communes de l'invention antérieure de la demanderesse, le dispositif hydrodynamique de transmission de force motrice selon l'invention est caractérisé par le fait que son unité de sécurité est un bouchon avantageusement fileté, éventuellement une vis creuse, logé dans une chambre reliée à l'atmosphère extérieure, lequel atteint les environs de l'axe de rotation et dans lequel se trouve un disque éclatable agencé de façon connue en soi. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comporte aussi, dans une disposition connue en soi, une ou plusieurs vis à insertion fusible, l'ensemble ainsi formé pouvant aussi être utilisé avantageusement dans des dispositifs oléo-hydrauliques de transmission de force motrice. Tout en conservant de nombreuses particularités avantageuses, la nouvelle solution diffère de celle antérieure de la demanderesse par le fait que le mécanisme de la sécurité à disque éclatable est réalisé par une unité de construction de forme et de disposition très différentes de la précédente, cette unité de construction ne pénétrant pas dans la chambre du fluide de travail, n'étant relié à celle-ci que par un canal de circulation et ne modifiant donc pas directement les conditions de rotation, c'est-à-dire la loi du rqouvement régnant dans la chambre de rotation ; la structure de ladite unité est d'autant plus simple et sa technologie de montage plus avantageuse.Dans les dispositifs de transmission de force motrice fonctionnant avec un fluide de travail à base d'eau, cette unité de sécurité est suffisante, mais l'avantage particulier de la solution selon l'invention réside dans sa possibilité d'application universelle : dans les systèmes oléo-hydrauliques, il faut seulement la complé-ter par la vis à insertion fusible connue. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un coupleur hydrodynamique fonctionnant sur la base d'eau ininflammable dans une forme de réalisation avantageuse de ladite invention qui, dans une-construction pratiquement inchangée, et éventuellement avec un faible complément consistant dans l'addition d'une vis à insertion fusible, se prête aussi au fonctionnement avec de l'huile ou un liquide synthétique ; la figure 2 représente a une échelle agrandie le bouchon à disque éclatable, constitué dans cet exemple par une vis creuse. Ledit coupleur hydrodynamique est essentiellement constitué par une roue de pompe 1 entraînée par un moteur particulier et un accouplement flexible intermédiaire, d'une roue de turbine 2 tournant avec l'arbre de la machine de travail et d'un demi-carter 3 qui entoure la roue de turbine 2 mais est relié rigidement à la roue de pompe 1. Dans la chambre de travail fermée 4 ainsi formée, le couple du moteur d'entratnement est transmis par le liquide de travail ininflammable, avantageusement de l'eau, à la machine de travail, dont l'arbre est relié à une douille d'arbre 14 fixée à la roue de turbine 2 et supportée par des roulements. La douille d'arbre 14 renferme du coté du moteur une cavité 12 dans laquelle l'extrémité de l'arbre du moteur d'entraînement pénètre le cas échéant librement. De l'autre coté de la douille d'arbre 14, vers la machine de travail, se trouve une cavité 13 dans laquelle l'arbre de cette dernière pénètre en étant cependant éventuellement fixé à la douille d'arbre 14 par la vis conduite à travers le trou d'alésage reliant les deux cavités 12 et 13 et enfoncée dans l'arbre de la machine de travail. La douille d'arbre 14 tourne autour des roulements 6, qui sont protégés de la pénétration de liquide de travail par les joints 5, constitués par exemple par des bagues élastiques. En même temps, la chambre de travail 4 est fermée par des joints 10 semblables aux précédents 5, mais on peut aussi renoncer le cas échéant à ces joints 10. Le volume compris entre les joints 10, ou en cas de suppression de ces deuers!esjoints 5 de protection des roulements, et la chambre de travail 4 est relié, par le canal 7 menant à l'air libre ou à une chambre tampon neutre, à un volume dont la pression est inférieure ou égale à celle qui provoque la chute de pression à travers les roulements 6.Le chemin de la chute de pression à partir de la chambre de travail 4 passe donc non pas par les roulements 6 mais par les canaux 7, c'est dire que le courant de fluide engendré en fonction de l'état variable de pression de la chambre de travail 4 et de l'état des joints ne touche pas les roulements 6. Seul est donc pratiquement soumis à Ime pression élevée le joint 10, de fermeture de la chambre de travail 4, tandis que la sollicitation de l'autre joint 5, de protection directe du roulement 6, est insignifiante ou, si elle peut prendre aussi quelque importance, ne peut pratiquement faire intervenir ici aucun suintement ni, par la suite, aucune corrosion. La solution du problème d'étanchéité tient en effet compte de la modification en fonction de la température des caractéristiques physiques de l'eau en tant que liquide de remplissage. De façon correspondante, elle convient aussi à ltétanchéification face au liquide de travail partiellement ou totalement converti en vapeur qui traverse éventuellement le joint 10 de limitation de la chambre de travail 4. Le coupleur hydrodynamique selon l'invention est une partie très importante de l'unité de sécurité de ()pression c.Xis -a structure et sa disposition nouvelles. La pression de saturation engendrée dans le coupleur, en dépendant aussi de la sécurité de température, et la te:npérature de saturation sont étroitement liées en ce qui concerne le remplissage d'eau. peut en conséquence indiquer avec une surjeté suffisante la valeur de pression qui est déterminante quant à la rigidité mécanique du coupleur hydrodynamique et à d'autres conditions thermotechniques. Dans les autres solutions antérieures, la sécurité de pression à disque éclatable se trouve sur le pourtour du coupleur hydrodynamique, où, par suite de la pression venant de la chambre motrice centrifuge, la détermination et la régulation de la valeur réelle de pression de saturation se heurtent à de sérieuses difficultés.Au contraire, dans la solution selon l'invention, le bouchon à disque éclatable 8 qui tourne avec le carter 3 atteint l'intérieur du volume~9 de la chambre de travail 4, celui-ci pratiquement exempt de liquide pendant la rotation par suite de la trajectoire annulaire de fonctionnement du liquide de travail. Ce bouchon 8 est iciune vis creuse munie d1un disque éclatable 15. Le matériau de ce disque éclatable 15 est avantageusement une feuille de plomb que l'on insère dans la vis. Au lieu de la feuille de plomb, on peut utiliser aussi, dans des conditions déterminées, d'autres matériaux. Lorsqu'on atteint la pression dangereuse, le disque éclatable 15 se déchire et la chute de pression peut s'établir sur la fente ainsi créée après que la vis se trouve dans une ambiance .sous pression atmosphérique. Sous la chute de pression, le liquide de travail abandonne à l'état vaporisé ou liquide la chambre de travail 4, ce qui a pour effet de séparer le côté du moteur et le coté de I'entraînement. L'utilisation du bouchon à disque éclatable 8 selon l'invention, c'est-à-dire de la vis creuse de l'exemple cidessus, est basée sur cet enseignement que le remplissage de fonctionnement des coupleurs hydrodynamiques n'est jamais identique au volume total initial du- ccupleur mais est toujours plus faible, ctest-S-dire que, dans les conditions de fonctionnenent anormales, il s'tablait un volume cylindrique sans liquide autour de l'axe de rotation dans la chambre de travail.L'unité de sécurité de pression placée dans ce volume ou dans son entourage direct palpe à chaque fois la pression de saturation, qui cause un changement insignifiant par rapport à la pression de saturation correspondant à une zone de température de 413-4230K (140-1500C). Ce changement tend à augmenter la sécurité. En cas ue fonctionnement de la sécurité de pression, la remise en fonction est extrêmement simple : il suffit de remplacer la tête à disque éclatable, ce qui, étant donné son caractère, équivaut par exemple à un échange de vis à insertion fusible. Il est à remarquer que l'on peut insérer simultanément aussi, en sécurité de pression, plusieurs bouchons à disque éclatable -8 dans un dispositif hydrodynamique de transmission de force motrice donné a tee aussi une disposition telle qu'une rotation simultanée avec le carter ne a.it pas possible, par exemple dans des convertisseurs de couple de rotation. Outre la sécurité de pression, on peut aussi concevoir d-'utiliser simultanément la vis à insertion fusible connue comme sécurité contre les surcharges. Bien que, dans exemple ci-dessus, on n'ait fait voir l'application de l'invention que dans les coupleurs hydrodynamiques, on peut aussi l'utiliser, avec les transpositions nécessaires, dans d'autres dispositifs hydrodynamiquesde transmission tels que, par exemple, des convertisseurs de couple. Le coupleur hydrodynamique selon l'invention convient comme suit au fonctionnement avec un liquide de remplissage ininflammable, de préférence l'eau, ou avec un liquide à base d'hydrocarbure ou synthétique. Les conditions du fonctionnement avec les différents liquides de remplissage s'obtiennent selon besoin par la formation d'un groupe d'éléments de construction pris parmi les variantes suivantes A) Sécurité A.a. Vis à insertion fusible (11) A.b. Bouchon à disque éclatable (8) B) Joint B.a. entre la chambre de travail et le volume sous ; ;pression atmosphérique (10) B.b. entre le roulement et le volume sous pression atmosphérique (5) C) Canal (7) conduisant, entre les deux bagues élastiques placées entre le roulement et la chambre de travail, au volume ambiant Type du liquide Remplissage in- utile à base Huile de travail inflammable d'eau d'hydrocarbure synthétique Sécurité (A) h.b. (A.a.) A.aO A.b. (A.a.) Joint (B) B.a. (B,b.) aucun selon besoin Canal d'évacuation (C) existant débouché selon besoin ?NDIC;1TTONS 1. Dispositif hydrodynamique de transmission de force motrice comportant une roue de pompe fixée a l'arbre d'une machine d'entralnementS ome roue de turbine fixée à l'arbre de la machine de travail et une chambre de travail fermée accueillant ces deux roues ainsi que le fluide de travail, la douille d'arbre fixée à la roue de turbine étant supportée par des roulements munis d'un joint de protection et le volume compris entre la chambre de travail et le joint de protection du roulement étant relié à un volume tampon, atmosphérique ou autre, dont la pression en chaque état de fonctionnement est inférieure ou égale à celle qui provoque la chute de tension ayant lieu à travers le roulement, cependant que, pour des températures anormales survenant éventuellement pendant le fonctionnement, il est aussi tenu compte des modifications résultantes des caractéristiques physiques du fluide de travail, le dispositif comportant au moins une unité de sécurité, dispositif caractérisé par le fait que l'unité de sécurité est un bouchon (8) avantageusement fileté, éventuellement une vis creuse, logé dans une chambre reliée à l'atmosphère extérieure, lequel atteint les environs de l'axe de rotation et renferme un disque éclatable agencé de façon connue en soi. 2. Dispositif de transmission de force motrice selon la revendication 1 caractérisé par le fait qutil comporte aussi, disposées de façon connue en soi, une ou plusieurs vis (11) à insertion fusible.