Brevet FR2921487A1 — publié le 20090327

B 08-2821FR Au nom de : GENERAL ELECTRIC COMPANY Systèmes et procédés pour contrôler la stabilité d'un dynamomètre à frein hydraulique Invention de : SYKES Carey Lorne SAGEHORN Kearney Hiatt Priorité d'une demande de brevet déposée aux États-Unis d'Amérique le 21 septembre 2007 sous le n° 11/859.202 -2- Systèmes et procédés pour contrôler la stabilité d'un dynamomètre à frein hydraulique Cette invention concerne des dynamomètres à frein hydraulique et elle concerne plus particulièrement le contrôle de la stabilité d'un dynamomètre à frein hydraulique. Les dynamomètres à frein hydraulique (appelés ci-après � freins hydrauliques �) sont couramment utilisés en tant que dispositifs d'essai pour appliquer une charge à une diversité d'appareils rotatifs. Le frein hydraulique comporte couramment des disques de rotor que le dispositif rotatif peut faire tourner. On injecte typiquement de l'eau dans le frein hydraulique pour communiquer une charge aux disques de rotor, qui finit par communiquer une charge à l'appareil rotatif à essayer. L'eau dans le frein hydraulique peut produire des pulsations de haute fréquence provoquant des vibrations et déstabilisant le frein hydraulique, ayant pour conséquence des effets incluant, mais sans y être limité, un blocage de rotation, des oscillations de vitesse et/ou de couple et des vibrations du frein hydraulique, du train de rotor et du support structurel. Il existe en conséquence un besoin dans la technique pour des systèmes et des procédés pour stabiliser le frein hydraulique en amortissant les pulsations de haute fréquence apparaissant dans les freins hydrauliques. Un exemple de mode de réalisation de l'application comporte un système pour stabiliser un frein hydraulique incluant au moins deux disques de rotor, une chambre du frein hydraulique destinée à contenir de l'eau, positionnée entre les au moins deux disques de rotor, un dispositif de mesure de pression dynamique pour mesurer la pression partielle dans la chambre et un dispositif d'injection d'air pour injecter de l'air dans la chambre pour augmenter la pression partielle dans la chambre. Un autre exemple de mode de réalisation de l'application comporte un procédé pour stabiliser un frein hydraulique incluant l'injection d'eau dans un certain nombre de chambres du frein hydraulique pour créer une charge sur un certain nombre de disques de rotor du frein hydraulique, mesurer la pression partielle dans les chambres et injecter de l'air dans au moins l'une des chambres pour augmenter la pression partielle dans l'au moins une des chambres. La figure 1 est une section transversale d'un frein hydraulique selon un exemple de mode de réalisation de l'application. La figure 2 est une section transversale d'un disque de stator de chambre d'admission selon un exemple de mode de réalisation de l'application. -3-La figure 3 illustre un système mettant en oeuvre un contrôleur logique programmable selon un exemple de mode de réalisation de l'application. La figure 4 est une section transversale d'un frein hydraulique incluant un certain nombre de pipes d'échappement d'eau selon un exemple de mode de réalisation de l'application. La présente application concerne des systèmes et des procédés pour stabiliser un frein hydraulique durant le fonctionnement. Un frein hydraulique comporte généralement un carter, un rotor, un certain nombre de disques de rotor et un certain nombre de disques de stator de chambre d'admission positionnés à l'intérieur du carter. La configuration générale d'un frein hydraulique est connue par les hommes de l'art et elle n'est pas détaillée dans cette application. Durant le fonctionnement d'un frein hydraulique, de l'eau ou d'autres fluides sont injectés dans des chambres situées entre les disques de stator de chambre d'admission et les disques de rotor pour créer une charge constante sur le rotor. Les disques de rotor peuvent être d'une configuration quelconque incluant sans y être limité des disques lisses, des disques à coupelles/à aubes et des disques perforés. Pour des charges encore plus faibles, des pulsations de haute fréquence peuvent se produire, qui déstabilisent le frein hydraulique. La déstabilisation provoque souvent des vibrations dans le frein hydraulique, faisant vibrer la totalité du frein hydraulique, le train de rotor et les structures support et produisant également des oscillations de couple et de vitesse. On peut injecter de l'air ou un gaz quelconque suralimenté dans les chambres pour augmenter la pression partielle dans les chambres pour empêcher l'amortissement ou pour éliminer les pulsations de haute fréquence et/ou le blocage de rotation associé et pour stabiliser le frein hydraulique. La pression partielle reste de façon optimale une mesure de pression positive. La pression partielle positive joue le rôle d'amortisseur dans le frein hydraulique et amortit ou supprime les pulsations. Dans un exemple de mode de réalisation, l'air est injecté à un emplacement d'admission de l'eau dans les chambres. Généralement, lorsque la charge augmente sur le rotor par une augmentation de l'écoulement d'eau, le débit de l'air est accru, maintenant la pression partielle positive à l'intérieur du frein hydraulique. On peut mettre en oeuvre un système de contrôle pour contrôler la stabilité du frein hydraulique par une modification du débit de l'air injecté. Le système de contrôle peut surveiller la pression à l'intérieur des chambres et régler en conséquence le débit de l'air injecté pour maintenir une pression partielle positive. -4- Dans un mode de réalisation, on peut mesurer la pression dans chaque chambre et on peut modifier le débit de l'air injecté par rapport à chaque chambre. La présente application va maintenant être décrite plus complètement ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels des exemples de modes de réalisation de l'application sont présentés. Toutefois, on peut réaliser cette application sous un grand nombre de formes différentes et on ne doit pas la considérer comme étant limitée aux modes de réalisation ici présentés ; ces modes de réalisation sont plutôt fournis pour que cette description soit intégrale et complète et communique aux hommes de l'art la portée de l'application. La figure 1 est une section transversale d'un frein hydraulique selon un exemple de mode de réalisation de l'application. Comme représenté sur la figure 1, le frein hydraulique peut inclure le rotor 12, un certain nombre de disques de rotor 14, un certain nombre de disques de stator de chambre d'admission 16, un certain nombre de chambres 18, et un carter 20. Les chambres 18 sont formées entre les disques de rotor 14. Les disques de stator de la chambre d'admission 16 peuvent être disposés à l'intérieur des chambres 18. On peut introduire de l'eau dans les chambres 18 par l'intermédiaire du disque de stator de chambre d'admission 16. La figure 2 est une section transversale du disque de stator de chambre d'admission 16 selon un exemple de mode de réalisation du frein hydraulique. Le disque de stator de chambre d'admission 16 peut inclure une entrée d'eau 22 et des trous d'échappement d'eau 24. On peut injecter de l'eau dans l'entrée d'eau 22 où elle chemine à travers les trous d'échappement d'eau 24. Les trous d'échappement d'eau 24 délivrent l'eau en sortie dans la chambre 18 du frein hydraulique. Le disque de stator de chambre d'admission 16 comporte également un canal d'admission d'air 26 pour injecter de l'air pressurisé dans les chambres du frein hydraulique. L'air pressurisé est forcé dans les canaux d'admission d'air 26 et chemine jusqu'à l'orifice 28. L'orifice 28 comporte un espace par rapport à la chambre 18 et au rotor 12 pour permettre à l'air pressurisé de cheminer dans la chambre 18. En conséquence, la chambre 18 peut inclure de l'eau et de l'air pressurisé introduits à travers le disque de stator de chambre d'admission 16. On comprendra que le disque de stator de chambre d'admission 16 ici décrit n'est qu'un exemple de mode de réalisation et cette application n'est en aucune manière limitée à cette configuration. On envisage ici un quelconque système permettant d'injecter de l'air dans les chambres pour augmenter la pression partielle dans les chambres pour empêcher ou amortir les pulsations de haute fréquence. -5- On peut mettre en oeuvre un système de contrôle par contrôleur logique programmable (PLC) 30 pour contrôler la quantité d'eau et l'écoulement de l'air suralimenté injecté dans le frein hydraulique. La figure 3 illustre un exemple de mode de réalisation du système de contrôle par PLC pour un frein hydraulique 31 comportant une pipe d'admission d'eau 32, six pipes d'échappement d'eau 34 et sept pipes d'injecteur d'air suralimenté 36. On comprendra que cette application n'est pas limitée au nombre de pipes d'admission d'eau, de pipes d'échappement d'eau et de pipes d'injecteur d'air suralimenté décrites dans cet exemple de mode de réalisation. Comme représenté sur la figure 3, l'eau est injectée dans le frein hydraulique par la pipe d'admission d'eau 32 depuis la source d'eau 38. On peut injecter l'eau en utilisant une pompe à eau 40 ou un quelconque autre moyen convenable. On peut utiliser une soupape d'admission d'eau 42 pour contrôler l'écoulement d'admission d'eau. L'eau est délivrée en sortie à travers les pipes d'échappement d'eau 34. On peut utiliser des soupapes de contrôle d'évacuation d'eau 46 pour contrôler la quantité d'eau évacuée du frein hydraulique 39. Comme représenté, on peut positionner une soupape de contrôle d'évacuation d'eau 46 sur chaque pipe d'échappement d'eau respective 34. On peut injecter l'air suralimenté dans le frein hydraulique à travers les pipes d'admission d'air 36. On peut injecter l'air en utilisant une pompe, un compresseur ou un quelconque autre moyen convenable. Dans le mode de réalisation utilisant une pompe d'injecteur d'air 47, l'écoulement de l'air peut être contrôlé par la pompe. On peut utiliser des soupapes de contrôle d'admission d'air 48 pour un contrôle supplémentaire de l'écoulement de l'air dans le frein hydraulique. On peut positionner les soupapes de contrôle d'admission d'air 48 sur chaque orifice de contrôle d'injection d'air respectif 36 vers le frein hydraulique 31. Comme expliqué précédemment, et en ce qui concerne les modes de réalisation des figures 1 et 2, on injecte l'air suralimenté et l'eau dans les chambres 18 autour des disques de rotor 14. On peut surveiller la pression dynamique à l'intérieur des chambres 18 au niveau de la pipe d'échappement d'eau 34. La figure 4 est une vue en section transversale du frein hydraulique 31 incluant des pipes d'échappement d'eau 34 selon un exemple de mode de réalisation. On peut configurer les pipes d'échappement d'eau 34 pour être associées à une chambre correspondante 18 du frein hydraulique 31. On peut utiliser un quelconque dispositif de mesure de pression convenable pour surveiller la pression dynamique. On peut positionner un dispositif de mesure de pression autour de chaque pipe d'échappement d'eau respective 34 pour mesurer ou estimer la pression dynamique dans la chambre correspondante 18 du frein hydraulique 31. Une mesure de la pression dynamique permet de renvoyer une -6- stabilité ou une instabilité relative par rapport à chaque chambre 18. On peut mettre en oeuvre un algorithme de contrôle pour réinjecter l'information dans le contrôleur par PLC pour régler la soupape de contrôle d'admission d'air respective 48 pour régler la stabilité optimale de chaque chambre 18, quelles que soient les variations de charge du frein, de l'écoulement d'eau ou d'une quelconque autre variable. En se basant sur la pression dans les chambres respectives, on peut injecter de façon sélective l'air suralimenté dans les chambres respectives pour augmenter la pression partielle et pour empêcher ou amortir de quelconques pulsations de haute fréquence. Le débit de l'air injecté dans les chambres peut varier avec la charge du frein hydraulique, la puissance du frein hydraulique, les dimensions du frein hydraulique incluant les espaces des disques de rotor, la taille des disques de rotor, la forme et la configuration des disques de rotor, la taille de la chambre et d'autres paramètres. On peut régler la logique pour déterminer le débit d'air optimum pour diverses configurations de frein hydraulique. Après avoir déterminé un modèle convenable qui décrit le fonctionnement du frein hydraulique, on peut utiliser un système de contrôle en boucle fermée pour contrôler automatiquement l'entrée d'eau et l'entrée d'air en se basant sur la pression partielle dans chaque chambre du frein hydraulique. Un grand nombre de modifications et d'autres modes de réalisation de l'application viendront à l'esprit d'un homme de l'art associé à cette application, procurant l'avantage des enseignements présentés dans les descriptions précédentes et les dessins associés. On comprendra en conséquence que l'application n'est pas destinée à être limitée aux modes de réalisation spécifiques décrits et que des modifications et d'autres modes de réalisation sont destinés à être inclus dans la portée des revendications annexées. Bien que l'on utilise ici des termes spécifiques, ils sont utilisés dans un sens générique et descriptif seulement et non à des fins de limitation. -7- Liste des éléments rotor 12 disques de rotor 14 disques de stator de chambre d'admission 16 chambre 18 carter 20 entrée d'eau 22 trous d'échappement d'eau 24 canal d'admission d'air 26 orifice 28 système de contrôle par plc 30 frein hydraulique 31 pipe d'admission d'eau 32 pipe d'échappement d'eau 34 pipe d'injecteur d'air 36 source d'eau 38 pompe à eau 40 soupape d'admission d'eau 42 soupape de contrôle d'évacuation 46 pompe d'injecteur d'air 47 soupape de contrôle d'admission d'air 48 REVENDICATIONS 1. Système pour stabiliser un frein hydraulique (31) comportant un disque de rotor (14) et une chambre (18) contenant de l'eau positionnée autour du disque de rotor (14), ledit système comprenant : un dispositif de mesure de pression pour mesurer la pression dynamique dans la chambre (18) ; et un dispositif d'injection d'air pour injecter de l'air dans la chambre (18) pour augmenter la pression partielle dans la chambre (18). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel le frein hydraulique (31) comprend une pluralité de chambres (18). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel le dispositif d'injection d'air injecte de l'air dans chaque chambre de la pluralité de chambres (18). 4. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un disque de stator de chambre d'admission (16) disposé à l'intérieur de la chambre (18) dans lequel on peut injecter de l'eau dans la chambre (18) par l'intermédiaire du disque de stator de chambre d'admission (16). 5. Système selon la revendication 4, dans lequel le disque de stator de chambre d'admission (16) comprend un canal d'admission d'air (26) pour injecter de l'air dans la chambre (18). 6. Système selon la revendication 5, dans lequel le disque de stator de chambre d'admission (16) comprend un orifice (28) pour recevoir l'air, de sorte que l'air chemine jusqu'à la chambre (18) à travers un espace situé entre le disque de stator de chambre d'admission (16), le rotor (12) et la chambre (18). 7. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un contrôleur logique programmable pour contrôler la quantité d'eau et la quantité d'air injectés dans le frein hydraulique (31). 8. Système selon la revendication 2, comprenant en outre une pluralité de pipes d'échappement (34) correspondant à la pluralité de chambres (18). 9. Système selon la revendication 8, comprenant en outre une pluralité de dispositifs de mesure de pression positionnés dans la pluralité de pipes d'échappement d'eau (34) tels que la pluralité de dispositifs de mesure de pression mesurent la pression dynamique dans la pluralité respective de chambres (18). 10. Système selon la revendication 9, comprenant en outre une pluralité de pipes d'injecteur d'air (36) positionnées dans la pluralité de chambres (18) etcontrôlées par le contrôleur logique programmable pour injecter de l'air de façon sélective dans la pluralité de chambres (18) sur la base de la pression dynamique mesurée dans la pluralité de pipes d'échappement d'eau (34). 11. Système selon la revendication 10, dans lequel l'air est injecté de façon sélective dans la pluralité de chambres (18) en utilisant une pluralité de soupapes de contrôle d'admission d'air (48). 12. Système selon la revendication 1, dans lequel le dispositif d'injection d'air comprend une pompe. 13. Procédé pour stabiliser un frein hydraulique (31), comprenant : l'injection d'eau dans une pluralité de chambres (18) du frein hydraulique (31) pour créer une charge sur une pluralité de disques de rotor (14) du frein hydraulique (31) ; la mesure de la pression dynamique dans la pluralité de chambres (18) ; et l'injection d'air dans au moins une chambre de la pluralité de chambres (18) pour augmenter la pression partielle dans l'au moins une chambre de la pluralité de chambres (18). 14. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre la fourniture d'un contrôle logique programmable pour contrôler la quantité d'eau et d'air injectés dans la pluralité de chambres (18). 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'air est injecté de façon sélective dans la pluralité de chambres (18) sur la base de la pression dynamique de chaque chambre de la pluralité respective de chambres (18). 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel l'air est injecté de façon sélective dans la pluralité de chambres (18) par une pompe et une pluralité de soupapes de contrôle d'admission d'air (48). 17. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la pression dynamique de chacune des chambres (18) est mesurée au niveau de la pipe d'échappement d'eau (34).