Brevet FR2614660A1 — publié le 19881104

Dispositif hydrostatique de passage tournant, à élément compensateur intégré La présente invention se rapporte à un dispositif hydrostatique de passage tournant à réglage d'interstices' inversé, en vue de la sortie ou de l'afflux de fluidessous pression d'une partie de machine fixe à une partie de ma- chine rotative, présentant au moins une bague de glisse- ment et une bague complémentaire pouvant coulisser mutue.J- lement dans-le sens axial. Dans un dispositif de passage tournant tel que connu, par exemple, d'après J. Thoma, "EinfUhrung in die Olhydraulik und die hydraulische Systemtechnik", Girardet Taschenbuch 18 (1973), il est à craindre, dans des condi- tions de service déterminees, que les parties accomplis- sant un mouvement relatif entrent mutuellement en contact mécanique, du fait que la condition d'équilibre est pertur- bée entre la pression principale et la pression intermé- diaire. De rapides variations de pression, notamment des baisses de pression dans la plage de pressions principales se sont avérées particulièrement critiques pour ce -phéno- mène. Il en résulte que la pression intermédiaire, respon- sable du maintien de hauteurs d'interstices constantes, c'est-a-dire d'un frottement à viscosité entre les parties en mouvement, ne peut s'adapter que de manière temporisée à la basse pression principale par suite des hauteurs d'in- terstices géométriquement limitées. En fonction de l'allure dans le temps et de l'ampleur de la variation de pression principale, cela se traduit, d'une part, par une perturba- tion notable de l'équilibre du système et, d'autre part, par un contact mécanique des parties constitutives. Un contact mécanique signifie toutefois un frottement, un échauffement et une usure intolérables ayant pour consequen- ces des fuites accrues et, dans certaines circonstances, une défaillance du système. L'invention a par conséquent pour objet un dispo- sitif de passage tournant à réglage d'interstices inversé, amélioré de manière à garantir la fiabilité fonctionnelle du système, même en cas de variations de la pression prin- cipale à occurrence périodique ou stochastique. La solution de cet objet se caractérise par une influence secondaire, respectivement par une détente de la pression intermédiaire en fonction. du rapport existant entre la pression principale et cette pression intermédiai- re, un élément compensateur étant respectivement installé ou intégré entre la chambre de pression principale et la chambre de pression intermédiaire.,Cette mesure simple per- met, d'une manière efficace, au réglage d'interstices inver- sé de s'adapter avec une dynamique conséquemment grande aux nouveaux rapports de pressions lors d'une variation de pression-rapide; en d'autres termes, en cas de réduction respectivement rapide ou momentanée de la pression princi- pale, telle que celle se produisant par exemple, de manière habituelle, lors de processus de commutation dans des ins- tallations hydrauliques, l'a pression intermédiaire s'ajus- te, avec une rapidité et une sûreté correspondantes, aux rapports entre les pressions principale et intermédiaire qui sont nécessaires au maintien de l'équilibre des forces. L'on évite de la sorte efficacement,, dans de telles condi- tions de service, un contact mécanique des parties constitu- tives avec ses conséquences néfastes d'un accroissement du couple de frottement et d'une usure. Conformément à l'invention, il est prévu qu'une soupape réagissant à la pression soit activée, dans un con- duit de jonction, de telle sorte qu'un écoulement puisse s'opérer seulement à partir de la chambre de pression inter- médiaire, en direction de la chambre de vidange ou de la chambre de pression principale, en fonction du rapport existant entre l'a pression principale et la.pression inter- médiaire, cet écoulement étant alors bloqué dans le sens inverse. La soupape est de préférence intégrée dans la par- tie constitutive fixe, c'est-à-dire dans la bague complémen- taire. L'invention va à présent être décrite plus en Z614660 détail à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure i est un schéma équivalent du réglage d'interstices selon l'état de la technique; la figure la est un diagramme résultant du régla- ge d'interstices selon la figure i; la figure 2 est un schéma équivalent du réglage d'interstices conforme à l'invention; la figure 2a illustre un ensemble obturateur ave: écoulement en direction de la chambre de pression principale la figure 2b représente un ensemble obturateur avec écoulement en direction de la chambre de vidange; la figure 2c est un diagramme résultant du régla- ge d'interstices selon la figure 2; et la figure 3 montre un dispositif de passage tour- nant à réglage d'interstices inversé, dans lequel l'élé- ment compensateur est agencé conformément à l'invention. Le schéma équivalent selon la figure 1 matérialu se un demi-pont comprenant deux résistances actives varia- bles dans des sens opposés, de sorte qu'il constitue l'une des moitiés d'un pont intégral comptant quatre résistances actives. Ce mode de branchement s'est révélé utilisable dans des dispositifs de passage tournant accusant de faibles pertes, dans lesquels les résistances précitées sont deux interstices et représentent un mécanisme régulateur à ajus- tement automatique. Ainsi, la figure i illustre le schéma équivalent d'un réglage d'interstices tel qu'utilisé dans les dispositifs connus de passage tournant. Considérés par rapport à un dispositif de passage tournant, un piston 1 et un cylindre 2 correspondent respectivement à une bague de glissement 10 et à une bague complémentaire 9 (voir la figure 3), un côté 3 du piston 1 étant sollicité par la pression principale Pa et son autre côté 4 étant soumis à l'action de la pression intermédiaire Pc. Comme le révèle par ailleurs le schéma de la figure 1, des interstices ou étranglements S, S1 et S2 (interstices d'étranglement 16 16 et 17 sur la figure 3) sont disposés de manière qu'une fermeture de l'interstice S2 s'accompagne simultanément d'une ouverture des interstices S1 et S, ou inversement. De la sorte, les interstices ou étranglements S, S1 et S2 scindent la pression principale Pa de façon telle que, par l'intermédiaire de la force de pression principale Fa et de la force de pression Fc engendrée' par la pression inter- médiaire Pc, le piston 1 ou la bague de glissement 10 soit respectivement maintenu dans une position stable entre les positions extrêmes considérées du cylindre 2, respective- ment de la bague complémentaire 9 constituée par des par- ties 11, 12 et 13. Transposées à un dispositif de passage tournant, les considérations qui précèdent signifient qu'aucun contact mécanique n'est possible, eh service nor- mal, entre les parties dont l'une effectue une révolution par rapport à l'autre et que, par conséquent, il s'opère exclusivement un frottement à viscosité. Cependant, dans des conditions de service déter- minées (figure la) - plus précisément lors d'une dispari- tion rapide de la pression principale Pa (ligne A) -, la pression intermédiaire Pc (ligne C) ne disparait pas de manière suffisamment rapide, dans les systèmes connus jusqu'à présent, par suite de la caractéristique d'ouverture des étranglements. De ce fait, la force résiduelle qui subsis- te de la force de pression intermédiaire Fc pousse respec- tivement le piston 1 ou la bague de glissement 10 à sa posi- tion extrême (respectivement matérialisée, sur la figure 1, par un piston 1' ou 10'). L'équilibre hydrostatique est ainsi durablement perturbé et les parties constitutives à mouve- ment relatif viennent s'appliquer mécaniquement l'une contre l'autre, ce qui, dans le cas extrême, provoque des grippages. Comme le montre une ligne B sur la figure la, la perturba- tion de l'équilibre hydrostatique provoque instantanément un fort accroissement non négligeable du couple de rotation MR avec tous les inconvénients qui en découlent, comme par exemple un dégagement de chaleur accru par frottement, une usure et des fuites consécutives plus importantes. Le remède apporté aux inconvénients susmentionnés est représenté sur le schéma équivalent selon la figure 2. Comme le révèle cette illustration, un conduit de jonction est prévu entre la pression principale Pa et la pression intermédiaire Pc, l'écoulement. direct, de la pression prin- cipale Pa à la pression intermédiaire Pc, étant toutefois bloqué par l'intermédiaire d'une soupape 6. Dès que la pres- sion intermédiaire Pc excède la pression principale Pa, un clapet anti-retour 6a (figure 2a) ouvre le conduit de jonc- tion 5 de la pression intermédiaire Pc vers la pression prin- cipale Pa, respectivement vers la chambre de pression prin- cipale ou un canal 21 de pression principale (figure 3), ce qui entraîne une disparition immédiate de la pression inter- médiaire Pc. Cela signifie que la pression régnant dans une chambre 18, 19 de pression intermédiaire (figure 3) est -au moins adaptée à la nouvelle pression principale, et est totalement supprimée dans le cas extrême. En considérant le diagramme selon la figure 2c, cela revient à dire que, à l'instant auquel la pression principale Pa (ligne A) chute rapidement, le clapet anti-retour 6a s'ouvre aussitôt que la pression principale Pa a respectivement atteint ou dépas- sé négativement le niveau de la pression intermédiaire Pc (ligne C). Du fait que, de la sorte, la pression intermé- diaire Pc suit avec une rapidité correspondante l'allure de la pression principale, il ne se produit également aucun accroissement du couple de rotation MR (ligne B). La figure 3 illustre un dispositif de passage tournant présentant un conduit de jonction 5, dans lequel est incorporée une soupape 6 correspondant à l'illustration schématique de la figure 2, comme par exemple un clapet anti-retour 6a selon la figure 2a. Ce dispositif se compose, pour l'essentiel, de la bague complémentaire 9 en trois par- ties et de la bague de glissement 10 en une seule partie. La réalisation en trois parties de la bague 9 est choisie seulement à titre d'exemple, et pour des raisons techniques de fabrication. Bien entendu, dans le cas d'un procédé de fabrication approprié garantissant le nécessaire parallé- lisme entre les plans, la bague complémentaire 9 peut égale- ment être en deux parties. Cette bague 9 comprend les par- ties 11, 12 et une bague d'espacement 13. La bague de glis- sement 10 monobloc et la bague complémentaire 9 sont respec- 261466O. tivement reliées à un carter 8 et à un arbre 7, avec étan- chéité et répercussion du couple de rotation, par l'inter- médiaire de garnitures élastiques d'étanchement respectives 14 et 15. La cohésion de la bague 9 est assurée seulement par une unique couronne de boulonnage 27 (ou par d'autres moyens équivalents). Les garnitures élastiques d'étanchement 14, 15 autorisent un faible jeu axial et une faible nutation de la bague 10 entre les parties respectives 11 et 12 de la bague complémentaire. Dans le sens axial, la bague 9 est verrouillée à demeure par l'intermédiaire de butées, respec- tivement d'anneaux de retenue 29, 30 de type Seeger. Un élément élastique 31 est interposé entre l'anneau de retenue 29 et la partie 12 de la bague 9. Cet agencement impose une légère précharge à la bague 9, et lui confère un faible jeu axial. Comme le montre par ailleurs la figure 3, un inter- stice d'étranglement respectif 16 (côté pression) et 17 (côté vidange) est prévu entre la bague de glissement 10 et les parties 11 et 12 de la bague complémentaire. Les inter- stices d'étranglement 16 et 17 axialement opposés sont reliés l'un à l'autre par l'entremise des chambres 18, 19 de pression intermédiaire, c'est-à-dire d'un interstice annulaire 18 et d'une gorge 19 de pression intermédiaire. Le dispositif de passage tournant selon la figure 3 fonctionne comme suit: le fluide sous pression provenant d'une source de pression 33 parvient radialement, en emprun- tant un canal 20 (arrivée du flux de fluide principal), dans le canal 21 de pression principale ménagé dans la partie 11 de la bague complémentaire; il afflue ensuite axialement dans la gorge annulaire 22 à partir de laquelle, par l'inter- médiaire d'un conduit de jonction 23, il gagne un perçage borgne 24 de la bague de glissement 10; dans l'enchaîne- ment, il parcourt un canal radial 25 de l'arbre 7 et débou- che dans un canal axial 26 de cet arbre, pour gagner l'appa- reil consommateur. Dès que le dispositif de passage tour- nant est soumis à l'action du fluide, les interstices d'étran- glement 16 et 17 forment un répartiteur de pression qui pro- voque le développement d'une pression intermédiaire Pc dans l'interstice annulaire 18 et dans la gorge 19 de pression intermédiaire. Le conduit de jonction 5 déjà mentionné en regard de la figure 2, ménagé dans la bague d'espacement 13 ainsi que dans la partie 11 de la bague complémentaire 9, éta- blit la communication entre le canal 21 de pression princi- pale et, respectivement,l'interstice annulaire 18 ou la gor- ge 19 de pression intermédiaire. L'élément compensateur, illustré sous la forme du clapet anti-retour 6a, se trouve également dans la bague d'espacement 13. Lors d'une solli- citation par le fluide sous pression, les interstices d'étran- glement 16 et 17 (S1 et S2 sur les schémas équivalents) forment le répartiteur de pression susmentionné, c'est-à- dire que la pression principale Pa est scindée de façon qu'il règne un équilibre des forces dans les zones de pression se développant de part et d'autre de la bague de glissement 10. Dans des conditions de service déterminées, par exemple lors d'une disparition rapide de la pression principale Pa, la pression intermédiaire Pc, subsistant entre les deux interstices 16 et 17, disparait elle aussi immédiatement: dans ce cas en effet, cette pression i.ntermédiaire Pc est supérieure à la pression principale Pa ayant décliné, et cela implique une ouverture du clapet anti-retour 6a, le conduit de joAction 5 étant ouvert de la pression intermé- diaire Pc vers la pression principale Pa et la chambre de pression intermédiaire, formée par l'interstice annulaire 18 et par la gorge 19, étant alors intégralement détendue. En variante de la forme de réalisation d'après la figure 3, munie d'un clapet anti-retour 6a, une détente de la pression intermédiaire Pc est également possible par l'intermédiaire d'une soupape 6b à pression proportionnelle (figure 2b), qui s'ouvre en direction d'une chambre de vi- dange L. Le mode de fonctionnement et d'action sont simi- laires à ceux décrits ci-avant, c'est-à-dire qu'une baisse de la pression principale Pa s'assortit d'une chute conco- mitante de la pression intermédiaire Pc. Comme l'indique une flèche 28 à double tête, le flux de fluide principal soumis à la pression de travail, circulant par le canal 20, peut également changer de direc- tion d'écoulement; en effet, le fluide peut également être dirigé, à partir de l'arbre rotatif 7, vers un appareil consommateur situé dans le carter fixe. Cela ne nuit nulle- ment à l'étanchéité ni à la répercussion du couple de rota- tion, pas plus qu'au mode opératoire du dispositif de pas- sage tournant. L'ensemble obturateur est disposé, de préférence, dans la partie constitutive fixe. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. -R E V E N D I CAT ION S - 1. Dispositif hydrostatique de passage tournant à réglage d'interstices inversé, en vue de la sortie ou de l'afflux de fluides sous pression d'une partie de machine fixe à une partie de machine rotative, présentant au moins une bague de glissement et une bague complémentaire pou- vant coulisser mutuellement dans le-sens axial, dispositif caractérisé par une influence secondaire exercée sur la pression intermédiaire (Pc) en fonction du rapport existant entre la pression principale (Pa) et cette pression inter- médiaire (Pc), un élément compensateur (6) étant respecti- vement installé ou intégré entre la chambre (21) de pression principale et la chambre (18, 19) de pression intermédiaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que l'élément compensateur est constitué 'par une soupape (6, 6a) disposée dans un conduit de jonction (5), de telle sorte que l'écoulement, de la chambre (18, L de pression intermédiaire en direction de la chambre (21) de pression principale, soit libéré lorsque, par suite ces conditions de service, la pression principale (Pa) est plus faible que la pression intermédiaire (Pc). -3. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que la soupape (6b) logée dans le conduit de jonction est activée de telle sorte qu'un écoulement, de la chambre de pression intermédiaire en direction de la chambre de vidange (L), puisse s'opérer en fonction du rap- port existant entre la pression principale et la pression intermédiaire.