Brevet FR3103544A1 — publié le 20210528

L’invention concerne un dispositif permettant la circulation d’un fluide entre une première pièce fixe (22) et une deuxième pièce mobile (21) en rotation, montées sur un support fixe comprenant un échangeur thermique tout en assurant l’étanchéité entre lesdites premières et deuxièmes pièces. Application à un support d’antenne. Figure pour l’abrégé : Fig. 3 à publier Dispositif de connexion avec raccord tournant hydraulique. L’invention concerne un dispositif de connexion d’une première pièce fixe avec une deuxième pièce mobile en rotation tout en permettant la circulation d’un fluide caloporteur d’une pièce à l’autre, en utilisant un joint tournant hydraulique désigné également dans l’art antérieur raccord tournant (rotary union en anglais). L’invention est par exemple utilisée au niveau d’un positionneur d’antenne avec raccord tournant afin de permettre la circulation d’un fluide caloporteur entre deux pièces en rotation l’une par rapport à l’autre, par exemple pour contrôler la température de l’antenne en fonctionnement. Pour des dispositifs montés sur des pièces en rotation et qui demandent à être refroidies, il est parfois nécessaire d’acheminer un fluide d’une partie fixe vers une partie mobile en rotation, tout en garantissant de faibles fuites du fluide vers l’extérieur. Différentes solutions existent dans l’art antérieur pour gérer au mieux de telles fuites. Par exemple, une solution consiste à utiliser des raccords tournants. Ces raccords peuvent comporter une ou plusieurs voies. Les raccords tournants sont des composants qui présentent des interfaces de fixation compatibles avec des applications qui ne posent pas ou peu de contraintes d’accessibilité et/ou de compacité, et qui garantissent des montages isostatiques. Ces interfaces offrent ainsi une sûreté élevée de fonctionnement au niveau de l’étanchéité. L’intégration ou le démontage de raccords tournants doivent se faire avec un circuit de fluide vidangé et/ou avec apport de fonctions de clapet d’obturation en aval et en amont. L’un des inconvénients de ces raccords tournants est qu’ils sont souvent volumineux et qu’ils ne sont pas vraiment adaptés à des situations où la place disponible pour l’installation d’un dispositif est limitée, i.e., contrainte avec des faibles volumes disponibles. Pour ne pas contraindre la liaison entre le rotor et le stator d’un raccord tournant, l’art antérieur propose différents assemblages isostatiques avec bien souvent un simple arrêt en rotation qui permet de produire la rotation relative entre stator et rotor. Les exigences de montage isostatique que requièrent les raccords tournants peuvent s’opposer aux exigences de tenue aux environnements extérieurs (pluie, sable et poussière, brouillard salin,…) et de blindages CEM, qu’il convient de satisfaire pour garantir le fonctionnement des fonctions connexes du positionneur. Différentes solutions existent dans l’art antérieur pour assurer des fonctions d’herméticité et de blindage CEM. On trouve notamment la solution qui consiste à comprimer des joints élastomères et/ou métalliques entre des pièces métalliques qui coopèrent pour fermer un volume à isoler de l’environnement extérieur. Par nature, la compression d’un joint est un montage hyperstatique qui amène des contraintes dans les pièces constitutives du montage. La compression de joints par le raccord tournant conduit nécessairement à contraindre le degré de liberté en rotation. Le choix de la souplesse des joints assurant les fonctions d’herméticité et de blindage CEM est une solution pour minimiser ces sur-contraintes et ne pas compromettre les exigences de précision du mouvement de rotation du positionneur d’antenne ou de fiabilité du raccord tournant. Le raccord tournant est un composant d’usure qui, lorsqu’il s’intègre à un système de positionneur d’antenne ou tout autre système comprenant un élément fixe et un élément mobile en rotation, se doit d’être accessible et démontable facilement pour faciliter les opérations de maintenance et de rechange. Toujours dans un souci de maintenabilité simplifiée, il est opportun de doter le raccord tournant de fonction de clapet d’obturation pour ne pas avoir à vidanger le circuit du fluide lors des opérations de déconnexions. Les positions des raccords tournants sur un positionneur d’antenne, par exemple, sont directement liées aux exigences de maintenabilité. Les raccords peuvent se démonter sans démonter au préalable d’autres pièces ou structures. L’utilisation des solutions industrielles actuelles, conduit souvent à des problèmes de compacité et de masse non compatibles pour des utilisations où l’emplacement est contraint. Le dispositif selon l’invention est conçu afin de faire coopérer deux fonctions : L’utilisation de raccords tournants pour disposer d’un dispositif permettant de réaliser la connexion d’un élément fixe à un élément mobile en rotation, de sorte à assurer une étanchéité lors de la circulation d’un fluide caloporteur de l’élément fixe à l’élément mobile et réciproquement, L’utilisation du raccord tournant comme pièce de fermeture pour isoler les fonctions connexes du positionneur (moteur, capteur angulaire) de l’environnement extérieur et électromagnétique. Le dispositif selon l’invention présente une nouvelle architecture combinant un raccord tournant à un connecteur double obturation. Le dispositif selon l’invention permet notamment d’assurer plusieurs niveaux d’étanchéité, sans contraindre excessivement la liaison entre une pièce mobile, tel qu’un rotor et une pièce fixe telle qu’un stator, à travers un axe de déplacement axial au montage qui permet notamment : Côté rotor, d’ouvrir un clapet à double obturation, Côté stator, de comprimer des joints souples et conducteurs de sorte à : Ne pas avoir de jeu entre les pièces, ou un jeu extrêmement faible, pour assurer une herméticité vis-à-vis de l’environnement extérieur et un blindage CEM des fonctions connexes du positionneur, et ce, alors que l’intervalle de tolérance du jeu peut varier, Offrir un amortissement sous vibration afin de ne pas répercuter excessivement les déformations structurelles du support sur le raccord tournant. L’invention concerne un dispositif permettant la circulation d’un fluide entre une pièce fixe et une pièce mobile en rotation, montées sur un support fixe comprenant un échangeur thermique tout en assurant l’étanchéité entre lesdites premières et deuxièmes pièces caractérisé en ce qu’il comporte au moins les éléments suivants : - une structure échangeur thermique à arbre creux pour la circulation d’un fluide caloporteur, ledit échangeur thermique comportant une entrée et une sortie, ladite entrée et ladite sortie étant chacune équipée d’un clapet, - un premier raccord tournant situé à l’entrée de ladite structure échangeur thermique et un deuxième raccord tournant, lesdits raccords tournants étant composés d’une pièce tournante et d’une pièce fixe, situé à la sortie de ladite structure échangeur thermique, lesdits deux raccords tournants comprenant un clapet réalisant la connexion de ladite structure échangeur thermique à un circuit hydraulique, - un circuit de circulation du fluide caloporteur, ledit circuit de circulation comprenant une entrée et une sortie, un ou plusieurs conduits reliés à l’échangeur thermique via les clapets des raccords tournants et via le clapet de l’échangeur thermique, - un système asservi logé dans des carters solidaires de la structure fixe, la fermeture des carters étant assurée par des capots et les raccords tournants afin d’isoler ledit moteur et ledit capteur angulaire du milieu extérieur, - un joint conducteur électrique et un joint de type V-ring positionnés entre le capot et un raccord tournant. Un raccord tournant comprend par exemple un raccord pour fixer des tuyaux de circulation de fluide, ledit raccord tournant comprenant une première extrémité s’intégrant dans un taraudage dudit échangeur thermique, ledit stator est pourvu d’un pion anti-rotation afin d’assurer son blocage dans une position donnée. Le raccord tournant peut comprendre un logement adapté à recevoir un outil de positionnement du stator par rapport au rotor. Un raccord tournant est par exemple un raccord monovoie. Le dispositif comporte un ensemble de roulements à billes faisant l’interface entre la structure fixe et ledit échangeur thermique. La pièce tournante est un rotor et la pièce fixe un stator. Le support fixe est, par exemple, un support d’antenne A. L’invention concerne aussi un procédé pour permettre la circulation d’un fluide entre une première pièce fixe et une deuxième pièce mobile en rotation au sein d’un dispositif selon l’invention caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : mettre en rotation un raccord tournant afin d’indexer la pièce statique dans un capot solidaire d’un carter et de la structure fixe, induisant ainsi une rotation relative entre la pièce fixe et la pièce mobile en rotation, et un mouvement de déplacement de la pièce fixe permettant d’indexer un pion anti-rotation dans le capot, mettre en butée le clapet du côté raccord tournant et le clapet de l’échangeur thermique grâce au vissage du raccord tournant. Le procédé est utilisé pour la circulation d’un fluide caloporteur dans un échangeur thermique installé sur un positionneur d’antenne. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement : une vue en coupe du positionneur selon l’invention, une vue en perspective du positionneur de la figure 1, une vue d’un détail d’un raccord tournant monovoie, une coupe de l’entrée de l’échangeur thermique avec le clapet en position fermée, une position du stator du raccord tournant indexé dans le capot de la structure thermique, , et illustrent la position du clapet côté raccord tournant et la position du clapet côté échangeur thermique ouverts. Afin de mieux faire comprendre l’architecture du dispositif selon l’invention, l’exemple qui suit est donné à titre illustratif et nullement limitatif pour un positionneur d’antenne. La figure 1 illustre une vue du positionneur d’antenne 1 comprenant un premier raccord tournant 2 disposé du côté de l’entrée 5e d’un échangeur thermique 5, un deuxième raccord tournant 3 disposé du côté de la sortie 5s de l’échangeur thermique 5 ayant notamment pour fonction de permettre la circulation d’un fluide caloporteur pour refroidir une antenne A, par exemple, et plusieurs détecteurs de fuite 4, disposés au niveau du raccord tournant. L’échangeur thermique possède un degré de liberté en rotation par rapport à une structure fixe 10 du positionneur d’antenne. Le degré de liberté en rotation est obtenu par un ensemble de roulements à billes 8 qui font l’interface entre la structure fixe du positionneur 10 et l’échangeur thermique 5 afin d’obtenir le degré de liberté en rotation, et donc orienter l’ensemble échangeur thermique et antenne. Pour asservir le degré de liberté en rotation de l’échangeur thermique, le positionneur d’antenne comprend un moteur 7 et un capteur angulaire 6, désigné également codeur. Ce sont des composants constitués d’une partie dite « stator » 22 solidaire de la structure fixe du positionneur 10 et d’une partie dite « rotor »21 solidaire de l’échangeur thermique 5. Le moteur et le codeur sont des composants dits à « axe creux » de sorte à les faire coopérer avec l’entrée 5e et la sortie 5s de l’échangeur thermique 5 situées sur l’axe de rotation du positionneur d’antenne. Le moteur et le codeur sont à axe creux permettant ainsi le passage des conduits d’arrivée et d’évacuation de fluide caloporteur, ces conduits 11 (figure 7) étant la partie mobile 21 du raccord tournant 2. L’échangeur thermique 5 est pourvu en entrée et en sortie de clapets 9 qui, sans actions extérieures, obturent l’entrée 5e et la sortie 5s de l’échangeur thermique 5. La connexion de l’échangeur thermique à un circuit hydraulique est réalisée grâce au premier raccord tournant hydraulique 2 positionné à l’entrée 5e de l’échangeur thermique et au deuxième raccord tournant hydraulique 3 positionné en sortie 5s de cet échangeur. Un exemple détaillé de cette connexion est décrit dans les figures qui suivent. Il est possible d’utiliser le même type de raccord tournant hydraulique en entrée et en sortie, ou encore des raccords différents selon la structure de l’échangeur thermique. Le moteur 7 et le codeur 6 sont logés dans des carters 13 solidaires de la structure fixe du positionneur 10 et dont la fermeture est assurée par des capots 12 et les raccords tournants 2 et 3. Pour assurer certaines étanchéités, le système selon l’invention comporte plusieurs joints à l’interface entre le capot 12 et le raccord tournant, notamment, des joints conducteurs électriques 14 dits joints CEM qui, lorsqu’ils sont comprimés, assurent une fermeture des carters 13 selon le principe de cages de Faraday bien connu de l’homme du métier comme enceinte protégée des nuisances électriques et subsidiairement des nuisances électromagnétiques extérieures ou inversement, qui empêche un appareillage de polluer son environnement. Ces joints CEM 14 ainsi que tous les éléments internes aux carters 13 sont protégés de l’environnement extérieur (pluie, poussière, brouillard salin, …) par un joint 15, par exemple, de type V-Ring en élastomère. La figure 2 est une vue en perspective du dispositif de la figure 1, les éléments communs à la figure 1 portent les mêmes références. La figure 3 est une vue d’un détail d’un raccord tournant monovoie selon l’invention positionné en entrée et en sortie du système selon l’invention. Un raccord tournant est dans cet exemple un raccord tournant monovoie 2 composé d’un rotor 21 et d’un stator 22. Le raccord tournant monovoie 2 comprend un raccord 30 pour la fixation de conduits 11, permettant l’entrée et la sortie du fluide lorsque les deux raccords tournants hydrauliques sont connectés. Un clapet 31 est disposé à une première extrémité 2e du raccord tournant monovoie 2. Ladite première extrémité 2e est pourvue d’un filetage 32 qui s’intègre dans un taraudage 44 (figure 4) de l’échangeur thermique 5. Le stator 22 du raccord tournant monovoie 2 est pourvu d’un pion anti-rotation 33 ou de tout autre moyen équivalent, afin d’assurer son blocage dans une position donnée au niveau de la structure du dispositif. Le raccord tournant comporte aussi un logement 34 ou emplacement pour recevoir un outil de serrage (non représenté car ne faisant pas partie de l’invention) dans une position donnée, par exemple une interface munie de six pans adaptée à un outil de serrage standard. La figure 4 est une coupe de l’entrée de l’échangeur thermique 5 lorsque le clapet 9 est en position fermée. Le clapet est positionné dans un logement 41 de l’échangeur thermique. Un système asservi comprenant un codeur 6 et un actionneur 7 permet la rotation du support d’antenne, le positionnement étant assuré par le codeur 6. L’actionneur 7 est, par exemple un moteur et le codeur 6 un capteur angulaire. Les roulements à billes 8 du positionneur assurent une rotation de l’ensemble avec une friction minimale selon une technique connue de l’homme du métier. L’échangeur thermique 5 possède sur une partie un taraudage 44 qui est destiné à recevoir le filetage des raccords tournants. Les caractéristiques du taraudage sont donc choisies en fonction des caractéristiques du filetage du raccord tournant. La figure 5 représente une position du stator 22 du raccord tournant 2 indexé dans le capot 12 solidaire du carter 13 et par conséquent solidaire de la structure fixe du positionneur 10. Le mouvement de rotation qu’occasionne le vissage du filetage 32 dans le taraudage 44 coopère avec la fonction première du raccord tournant qui est d’avoir une rotation relative entre le rotor 21 et le stator 22. Ainsi, le stator 22 ne subit pas de rotation, mais subit un mouvement de déplacement qui permet dans un premier temps d’indexer le pion anti-rotation 33 dans un orifice 52 prévu à cet effet dans le capot 12. Le stator du raccord tournant avec pion anti-rotation s’indexe dans le capot 12. Dans cette position, le clapet 31 du côté du raccord tournant monovoie 2 et le clapet 9 de l’échangeur thermique sont fermés. L’action de vissage du raccord tournant dans l’échangeur thermique permet de mettre en butée les deux clapets 31 et 9 ce qui opère un changement d’état de ces derniers, avec pour conséquence d’ouvrir le passage du fluide. La coopération de ces deux clapets permet d’obtenir la fonction dite à « double obturation ». L’action de vissage est accomplie en utilisant un outil, tel qu’une clé de serrage qui vient s’insérer dans l’interface adaptée 34 du raccord tournant monovoie. Le mouvement de rotation qu’occasionne le vissage coopère avec la fonction première du raccord tournant qui est d’avoir une rotation relative entre le rotor 21 et le stator 22. Ainsi, ce dernier ne subit pas de rotation lors du vissage, mais un mouvement de déplacement (avance ou recul) qui vient comprimer les joints CEM 14 et le joint de type V-Ring 15 à l’interface entre le capot 12 et le stator 22 du raccord tournant. La compression de ces joints CEM 14 permet de satisfaire les exigences environnementales applicables à la fonction du positionneur, notamment : L’étanchéité aux fluides, par exemple, au ruissèlement de l’eau, au brouillard salin, et aux poussières, Le respect de la compatibilité électromagnétique (CEM). Le fluide ne peut passer et est bloqué par le clapet 31 du raccord tournant monovoie 2. Dans cette position, les joints CEM 14 et le joint V-ring 15 ne sont pas en contact et le joint V-Ring n’est pas en contact avec le capot 12, figure 6. La figure 7 illustre la position du clapet côté raccord tournant et la position du clapet côté échangeur thermique ouverts permettant ainsi le passage du fluide caloporteur. L’action de vissage permet de mettre en butée les deux clapets et de comprimer deux ressorts 71 et 72 des deux clapets occasionnant l’ouverture du circuit fluidique, selon une technique connue de l’homme du métier. L’action de vissage se termine lorsque le raccord tournant est en butée sur l’entrée de l’échangeur thermique. Cette mise en butée comprime un joint 70 qui assure l’étanchéité du circuit de fluide. Dans cette position, figure 8, les joints CEM 14 sont en contact et comprimés et le joint V-Ring 15 est en contact avec le capot 12. Cette connexion est fiabilisée par un joint radial 73 positionné dans une gorge (non représentée pour des raisons de simplification) de l’échangeur thermique 5 entre le taraudage 44 et le logement 41 du clapet 9. A la fin de l’opération de vissage du filetage 32 dans le taraudage 44 le rotor 21 du raccord tournant comprime le joint radial 73 ce qui permet de contenir les fuites qui se produisent lors du changement d’état des clapets, évitant ainsi des fuites par la liaison vissée constituée du filetage 32 et du taraudage 44. . L’intégration du raccord tournant par une opération de vissage conduit à un montage dit en aveugle et robuste qui évite une modification de l’état des clapets en cas de sollicitations externes (exemple : des vibrations). Le raccord tournant est en butée sur le clapet et le capot 12, l’hyperstatisme occasionné est contrebalancé par la souplesse des joints. Cette souplesse permet également d’absorber les déformations structurelles du positionneur (sous vibrations et chocs, par exemple) afin de limiter les déformations entre le stator et le rotor du raccord tournant et garantir sa fonction première qui est de faire circuler, avec un haut niveau de fiabilité, un fluide d’une partie fixe vers une partie mobile et réciproquement. Le dispositif selon l’invention présente notamment les avantages suivants : Utiliser le même raccord tournant en entrée et en sortie de la structure qui permet de faire circuler un fluide caloporteur, Un raccord enfichable qui s’intègre facilement dans une structure support d’antenne à refroidir, Une liaison rotor-stator découplée des déformations structurelles du positionneur, afin de minimiser l’impact des vibrations sur l’étanchéité dynamique, tout en assurant des fonctions d’étanchéité et de blindage CEM aux fonctions connexes du positionneur, Une compacité et une maintenance facilitée. Dispositif permettant la circulation d’un fluide entre une pièce fixe (22) et une pièce mobile (21) en rotation, montées sur un support fixe (10) comprenant un échangeur thermique (5), le dispositif comprenant un moteur (7) et un capteur angulaire (6) tout en assurant l’étanchéité entre lesdites premières et deuxièmes pièces caractérisé en ce qu’il comporte au moins les éléments suivants : - une structure échangeur thermique (5) à arbre creux pour la circulation d’un fluide caloporteur, ledit échangeur thermique (5) comportant une entrée (5e) et une sortie (5s), ladite entrée et ladite sortie étant chacune équipée d’un clapet (9), - un premier raccord tournant (2) situé à l’entrée de ladite structure échangeur thermique (5) et un deuxième raccord tournant (3) situé à la sortie de ladite structure échangeur thermique, lesdits raccords tournants étant composés d’une pièce tournante (21) et d’une pièce fixe (22), lesdits deux raccords tournants comprenant un clapet (31) réalisant la connexion de ladite structure échangeur thermique (5) à un circuit hydraulique, - un circuit de circulation du fluide caloporteur, ledit circuit de circulation comprenant une entrée (5e) et une sortie (5s), un ou plusieurs conduits (11) reliés à l’échangeur thermique (5) via les clapets (31) des raccords tournants et via le clapet (9) de l’échangeur thermique (5), - un système asservi (7, 6) logé dans des carters (13) solidaires de la structure fixe (10), la fermeture des carters étant assurée par des capots (12) et les raccords tournants (2, 3) afin d’isoler ledit moteur (7) et ledit capteur angulaire (6) du milieu extérieur, - un joint conducteur électrique (14) et un joint de type V-ring (15) positionnés entre le capot et un raccord tournant. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’un raccord tournant comprend un raccord (30) pour fixer des tuyaux de circulation de fluide, ledit raccord tournant comprenant une première extrémité (2e) s’intégrant dans un taraudage dudit échangeur thermique (5), ladite pièce fixe (22) est pourvue d’un pion anti-rotation (33) afin d’assurer son blocage dans une position donnée. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le raccord tournant comprend un logement (34) adapté à recevoir un outil de positionnement de la pièce fixe (22) par rapport à la pièce tournante (21). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu’un raccord tournant est un raccord monovoie. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble de roulements à billes (8) faisant l’interface entre la structure fixe (10) et ledit échangeur thermique (5). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la pièce tournante est un rotor et la pièce fixe un stator. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le support fixe (10) est un support d’antenne A. Procédé pour permettre la circulation d’un fluide entre une première pièce fixe (22) et une deuxième pièce mobile (21) en rotation au sein d’un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : - mettre en rotation un raccord tournant (2) afin d’indexer la pièce statique (22) dans un capot (12) solidaire d’un carter (13) et de la structure fixe (10), induisant ainsi une rotation relative entre la pièce fixe (22) et la pièce mobile en rotation (21), et un mouvement de déplacement de la pièce fixe (22) permettant d’indexer un pion anti-rotation dans le capot (12), - mettre en butée le clapet (31) du côté raccord tournant et le clapet (9) de l’échangeur thermique grâce au vissage du raccord tournant.