Brevet FR2639703A1 — publié le 19900601

La présente invention se réfère de manière généra Le à l'alimentation radiale de canaux d'alimentation ménagés longitudinalement dans un arbre tournant et elle vise plus particulièrement, car c'est dans cette application que l'invention paraît présenter le plus d'interet, l'alimentation de servo-moteurs destinés plus particulièrement à la manoeuvre des pales de turbines axiales. On sait qu'une telle aLimentation est généraLement réalisée à partir de l'extrémité de l'arbre en question, de telle sorte qu'il est aisé de concevoir un système d'étanchéité de faible encombrement et qui donne satisfaction de manière générale. Lorsque l'on a affaire par exem ple à un groupe bulbe comportant une turbine dont l'arbre porte également un alternateur, on peut très bien utiliser le système d'étanchéité en bout d'arbre. Par contre, si le groupe bulbe est livré indépendamment de l'alternateur et que L'arbre de ce dernier doit être lié au moyen d'un manchon d'accouplement à l'arbre de la turbine, ou si La turbine est livrée à l'état isolé, sans alternateur, il est indispensable de prévoir l'alimentation du servo-moteur de commande de l'orientation des pales de la turbine de manière radiale. On a déjà réalisé des systèmes d'alimentation radiale de ce genre en entourant l'arbre au moyen d'une bague dont le diamètre de l'alésage est supérieur à celui de l'arbre, de manière qu'il existe un jeu important entre ces deux éléments. La bague comporte Les raccords pour Les tuyauteries du fluide sous pression constitué préférablement par de l'huile, ces raccords pouvant être assujettis à la paroi d'un carter entourant la bague considérée. L'étanchéité du carter est réalisée soit par des joints d'étanchéité flottants, soit par des joints rigides avec ou sans chicanes, soit encore avec des garnitures molles, déflecteurs.... Un tel système comporte des inconvénients importants qui résident principalement dans Le fait que d'une première part l'encombrement est important, que de seconde part il existe une fuite notable entre la ba gue et l'arbre, ce qui nécessite un accumulateur de pression très volumineux sur le circuit hydraulique. De troisième part on utilise directement le fluide d'alimentation du servo-moteur de#s pales pour centrer la bague qui, bien entendu, de par son propre poids, se trouve excentrée par rapport à l'arbre et repose sur lui hors des périodes de fonctionnement.De quatrième part, ce repos de ta bague sur l'arbre, s'il n'y a pas d'injection d'huile entraîne au début de La rotation de ce dernier un frottement créant des contacts accidentels durant Le fonctionnement, ce qui entraîne des usures sur la bague et sur l'arbre, entraînant des fuites plus importantes. Ces usures sont difficiles à réparer du fait que pour remettre l'arbre en état, il faut démonter toute la turbine. Les perfectionnements qui font l'objet de la présente invention visent à remédier à ces inconvénients et à permettre La réalisation d'un système d'étanchéité radiale qui évite absolument toute usure de l'arbre. A cet effet, L'ensemble suivant l'invention comprend - Deux anneaux distants l'un de l'autre et solidaires de l'arbre ; - Une bague entourant avec jeu important l'arbre et ses anneaux et comportant deux chambres annulaires dans chacune desquelles est dispose un anneau ; - Des passages ménagés dans Les anneaux pour amener le fluide des chambres annulaires dans les conduits de L'arbre ; - Deux couronnes situées chacune contre la face latérale extérieure de chaque anneau, le jeu entre les couronnes et les anneaux étant environ deux fois plus faible que celui existant entre les faces latérales intérieures des anneaux et Les parois en vis-à-vis de la cloison annulaire séparant les chambres ;; - Des moyens d'appliquer, pendant La période d'alimentation du servo-moteur de pales à L'arrêt ou en rotation, dans une première série de zones de chaque couronne un gradient de pression variant de la pression régnant dans la chambre annulaire correspondante à la pression atmosphérique ; - des moyens d'appliquer de manière quasi permanente dans une seconde série de zones de chaque couronne un gradient de pression variant d'une valeur déterminée à la pression atmosphérique ; - et des moyens de relier à la pression atmosphérique la zone comprise entre les deux anneaux. Ainsi, le fait de créer une portance hydrostatique entre chaque couronne et l'anneau correspondant évite tout frottement entre les pièces fixes et en mouvement de manière à éliminer complètement Les usures. En outre, la portance hydrodynamique, créée lors de la rotation de l'arbre par le fluide servant à alimenter le servo-moteur se trouvant dans les chambres annulaires, permet en fonctionnement d'améliorer l'absence de contact entre les parties mobiles et celles fixes, c 'est-a-dire entre les anneaux et la bague montée sur un support souple. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avan tages qu'elLe est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe transversale d'un dispositif d'étanchéité établi conformément à l'invention, mais représenté à petite échelle. Fig. 2 est en est une vue partielle illustrant les détails de fabrication. Fig. 3 est une vue en perspective partielle d'une couronne utilisée dans le dispositif suivant l'invention et dont les reliefs ont été nettement exagérés pour faciliter la compréhension. L'ensemble destiné à assurer l'étanchéité de l'alimentation en fluide sous pression de deux conduits longitudinaux ménagés dans un arbre 1 est illustré en fig. 1 et 2. Les canaux considérés sont réalisés, par un forage 10 dans lequel est engagé un tube 2 de telle sorte que deux circuits sont ainsi réalisés l'un intérieur au tube 2 et l'autre constitué par un espace tubulaire 3 déterminé par l'extérieur du tube 2 et le forage 10. On note que ce dernier est étagé, de telle sorte que le tube 2 est emmanché à force dans sa partie à plus petit diamètre 11 dans Laquelle débouche au moins une perforation radiale 12. Une seconde perforation radiale 13 fait communiquer l'extérieur de l'arbre 1 et l'espa- ce 3.Bien entendu, le tube 2 et l'espace 3 aboutissent à d'autres perforations ménagées dans l'arbre 1 en vue d'alimenter au moins un servomoteur comme cela est bien connu dans la technique. Conformément à l'invention, on a ménagé dans la périphérie de l'arbre 1 disposé au niveau de L'emplacement de l'ensemble suivant l'inven- tion, un chambrage 14 dans lequel sont placés tout d'abord deux anneaux 4, 5 réalisés en deux pièces de manière que leur alésage puisse venir coopérer avec le fond du chambrage 14. Entre les deux anneaux est placée une entretoise 6 qui éventuellement peut être réalisée d'une pièce permettant de Lier les déplacements axiaux de chacun des deux anneaux 4 et 5. Bien entendu, Les anneaux 4 et 5 sont solidarisés angulairement par rapport à l'arbre 1 par tous moyens appropriés. Ces anneaux 4 et 5 et l'entretoise 6 pourraient être réalisés par usinage de L'arbre 1. On observe que chaque anneau 4 et 5 est pourvu d'au moins un trou radial 41, 51 correspondant respectivement avec les perforations 12 et 13 de L'arbre pour faire communiquer l'extérieur desdits anneaux avec l'inté- rieur du tube 2 et l'espace 3. La périphérie des anneaux présente une gorge 42, 52 de telle sorte qu'ils affectent en gros la forme d'un diabolo. Une bague 7 de forme générale cylindrique est engagée autour de l'ensemble formé par l'arbre 1, les anneaux 4 et 5 et l'entretoise 6. l'alésage étagé de la bague 7 présente un diamètre nettement supérieur à celui de l'arbre 1 et de l'entretoise 6, de telle sorte outil existe un jeu important à ce niveau. Les deux anneaux 4 et 5 sont engagés dans deux chambres annulaires 71, 72 de diamètre supérieur au leur, lesdites chambres débouchant à l'extérieur de la bague 7 par deux conduits radiaux 73, 74. Les faces intérieures 43 et 53 des anneaux sont séparées par une cloison annulaire 75 de la bague 7, de manière qu'entre les parois en vis-à-vis se trouve un jeu J2 (fig. 2). Dans la cloison annu laire 75 est ménagé un trou 76 destiné à mettre en communication l'exté- rieur de La bague 7 et le volume annulaire situe entre La périphérie de l'entretoise 6 et l'alésage de la cloison annulaire 75. Deux couronnes 8 et 9 sont Logées dans la bague 7 de manière à ce qu'une de leurs faces se trouve en vis-à-vis de la face extérieure 40-50 de l'anneau respectif 4-5. Chaque couronne illustrée en fig. 3 comporte une série de secteurs 80-90 en relief séparés par des zones 81-91 en retrait. Chaque secteur 80-90 est pourvu d'une gorge circulaire 82-92 qui est séquent sur une zone 82a-92#a avec l'alésage 83-93 de ladite couronne. Au centre de la gorge se trouve une dépression 84-94 dans laquelle débouche un trou 85-95 qui est en reLation avec un alésage 77, 78 ménagé dans la bague 7. Les couronnes 8 et 9 sont réalisées en un métal plus tendre que celui dans lequel sont fabriqués les anneaux 4 et 5, par exemple du bronze alors que les anneaux sont en acier. Le jeu entre les faces en vis-à-vis de la couronne 8 et de l'anneau 4 ainsi que celui entre la couronne 9 et l'anneau 5 qui a été référencé J1 est avantageusement égal à la moitié de celui J2. Par les alésages 77 et 78, on envoie une pression continuelle dans les trous 85 et 95 des secteurs des couronnes 8 et 9, de telle sorte que même si aucune pression ne règne dans les conduits 73 et 74 il existe une portance hydrostatique entre les anneaux et les couronnes correspondantes. La pression est maximale dans les zones 84 et 94 et elle devient quasi nulle au droit de la gorge 82, 92 puisqu'elle est en communication avec l'alésage de chaque couronne qui se trouve à la pression atmosphérique. Dans ces conditions, lors du début de la rotation de L'arbre 1, on est assure qu'aucun contact n'existe entre les anneaux 4 et 5 et les couronnes 8 et 9. De plus, lorsque du fluide est envoyé dans Les chambres annulaires 71, 72 une portance hydrodynamique s'établit sur Les secteurs 80 et 90 entre leurs limites extérieures et La gorge correspondante 82, 92. Cette portance hydrodynamique passe d'une valeur maximale sur la périphérie de chaque secteur pour décroître jusqu'à la valeur de l'effort relatif à l'action de la pression atmosphérique au niveau de la gorge correspondante. On a donc ainsi réalisé un ensemble d'alimentation radiale qui ne comporte absolument aucun contact entre les faces des éléments fixes et mobiles, de telle sorte qu'on est assuré de ne pas endommager l'un ou l'autre. Bien entendu, il existe des fuites entre l'arbre et la bague 7, mais on les récupère dans un carter non représenté mis à L'air libre. Les efforts mécaniques ou hydrauliques appliqués sur l'arbre 1 vont le déformer et créer des déplacements - du fait de la conception de la bague 7, les déplacements radiaux n'ont que peu d'influence sur les débits de fuite ; - tout déplacement axial de L'arbre dans un sens va créer d'un côté une diminution de jeu qui entraînera une augmentation de la pression dans les chambres annulaires grâce à La présence d'une résistance hydraulique sur le circuit d'alimentation de chacun des alésages 77, 78 donc une augmentation d'une part de la portance hydrostatique et d'autre part de la portance hydrodynamique. Tout déplacement axial de L'arbre dans l'autre sens augmente le jeu et, suivant le même principe, entraîne une diminution de la portance. La bague 7 étant montée dans un support souple, elle va donc bouger pour se recentrer et ré-équilibrer l'effort dans un mouvement axial. Si l'arbre se courbe sous l'effet des efforts statiques et dynamiques lors de sa rotation, on assiste à un déplacement axial périodique des anneaux 2 et 3 qui sera compensé de la même manière que celle décrite ci-dessus. La présence de pression d'huile annexe sur les secteurs permet de garantir l'absence de contact entre les pièces mobiles et fixes, de limiter au minimum les jeux fonctionnels, donc les débits de fuite. Compte tenu du fait que l'on associe les portances hydrostatique et hydrodynamique, tout défaut d'alimentation d'une ou plusieurs des zones 84 ou 94, à L'exclusion des autres n'entralne pas la détérioration des surfaces en vis-à-vis. En effet, l'absence de pression à ce niveau modifie la portance hydrostatique, si bien que la bague 7 se positionne pour compenser ce défaut. Cela se traduit seulement par la diminution du jeu d'un côté. Un tel défaut entrain une augmentation de La température du fluide et des surfaces 80-90 ; la détection de cette augmentation peut être enre gistrée et permettre ainsi des vérifications. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'a titre d'exemple et qu'elle ne Limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Ensemble destiné à assurer l'étanchéité de l'alimentation en fluide sous pression de deux conduits ménagés longitudinalement dans un arbre tournant (1), caractérisé en ce qu'il comprend - Deux anneaux (4-5) distants l'un de L'autre et solidaires de l'arbre - Une bague (7) entourant avec jeu important l'arbre (1) et ses anneaux (4-5) et comportant deux chambres annulaires (71, 72) dans chacune desquelles est disposé un anneau (4, 5) ; - Des passages (41, 51) ménagés dans les anneaux (4, 5) pour amener le fluide des chambres annulaires (71, 72) dans les conduits (12, 13, 2, 3) de L'arbre (1) ;; - Deux couronnes (8, 9) situées chacune contre la face latérale extérieure (40, 50)de chaque anneau (4, S), le jeu (J1) entre les couronnes et les anneaux étant environ deux fois plus faible que celui (J2) existant entre les faces Latérales intérieures (43, 53) des anneaux (4, 5) et les parois en vis-à-vis de La cloison annulaire (75) séparant les chambres (71, 72) ; - Des moyens d'appliquer, pendant l'alimentation du servomoteur de pales, dans une première série de zones de chaque couronne (8, 9) un gradient de pression variant de la pression régnant dans la chambre annulaire (71, 72) à la pression atmosphérique ; - des moyens d'appliquer de manière quasi-permanente dans une seconde série de zones de chaque couronne (8, 9) un gradient de pression variant d'une valeur déterminée à la pression atmosphérique ;; - et des moyens de relier à La pression atmosphérique la zone comprise entre les deux anneaux (4, 5). 2. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la face de chaque couronne (8, 9) qui coopère avec l'anneau correspondant (4, 5) est formée d'une série de secteurs en relief (80, 90) pourvus chacun d'une gorge circulaire (82, 92) sécante avec l'alésage (83, 93) de ladite couronne (8, 9) et qui détermine une zone (84, 94) dans laquelle débouche un trou (85, 95) amenant en permanence un fluide sous pression au centre de Ladite zone (84, 94) qui permet un autocentrage de la bague. 3. Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les anneaux (4, 5) sont calés angulairement dans un chambrage (14) ménagé à la périphérie de l'arbre (1) et que ces anneaux son reliés par une entretoise (6). 4. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce ce que l'alésage de la bague (7) est supérieur de plusieurs mm au diamètre de l'arbre (1). 5. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fuites entre l'arbre (1) et la bague (7) sont récupérées dans des réservoirs mis à l'air libre.