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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS DE REGULARISATION DES CHARGES
Cette invention se rapporte un dispositifpour régulariser les efforts résistants,utilisé. par exemple pour les embrayages de machines sujettes à des variatioad de charges présentant par intermittence des pointes élevées tels que les laminoirs, machines de levage ou au- tres, et plus particulièrement aux machines dans lesquelles on désire avoir des variations de vitesse de la machine conduite tandis que la maohine menante est 1 vitesse constante,et lorsque l'on désire avoir
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à pleine charge un couple constante ou réglable d'une façon déerminée suivant la chargera vitesse, ou j d'autres caractéristiques de la machine à coupler.
Quant la machine menée/d'un des types décrits ci-dessus doit toujours tourner dans le même sens sans changement, un volant est en général relié au moteur menant directement ou par une transmission convenable.
Dans le cas où le sens de marche peut changer, le vo- lant ne peut servir à régulariser l'effort s'il est relie à l'arbre dont le sens peut changer, dans ce cas, lorsqu'une transmission variable est placée entre le moteur et la machine menée, le volant est généralement coupe avec le moteur qui tourne sans interruption.
Dans tous ces cas excepté lorsque les caracté- ristiques charge, et vitese du moteur sont correctes/ les moyens doivent être employés pour permettre au volant de perdre de la vitesse au moment des pointes de charge de façon à rendre l'énergie emmatasinée en lui au de- sur gré voulu pour maintenir/le moteur une charge plus ou moins constante. Réciproquement la vitesse du volant doit être augmentée lorsque la charge tombe au-dessous d'une valeur déterminée de façon à emmagasiner de l'énergie qui serait utilisée à la prochaine pointe de charge.
Quand le dispositif est entraîné par un moteur à courant électrique{le moteur est habituellement un moteur à induction puisque ce type de machine est ca- pable de donner aisément des variations de vitesses né- cessaires suivant la charge, par Insertion de résistances dans le rotor, par exemple au moyen d'un régulateur à glissement. L?usage d'un moteur à induction présente néanmoins le désavantage d'un facteur de puissance relativement bas.
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Dans bien des cas il serait avantageux d'employer un moteur synchrone pour un fonctionnement continu,puis- que le réglage de l'excitation de ce moteur permet d'augmenter le facteur de puissance du réseau eu il est relié, mais un moteur synvhrone ne peut être utilisé en conjonc- tion avec un volant régulateur vu la constance carac- téristique de sa vi tesse.
Aussi conformément 1 la pratique actuelle,l'em- ploi d'un moteur à induction avec un volant permet de régulariser la charge mais non de corriger le facteur de puissance, tandis que d'autre part l'empli d'un moteur synchrone donne une correction du facteur de puissance, mais pas régularisation de la charge.
Conformément il la présente invention un systéeme de transmission de puissance comprend un moteur relié à une machine résistante aveo un voiant un accouple- ment 4 rapport de vitesse variable du genre de l'accouple. ment hydraulique du type FOTTINGER étant interposé dans la transmission principale entre le moteur et le volant.
On connaît beaucoup de formes de transmission va- riable qui peuvent être interposées entre un moteur à vitesse constante et un volant pour permettre les varia- tions de vitesses de ce dernier, mais il est important que l'emcombrement, le poids et le prix du dispositif soient minimum et son rendement maximum,, il faut que les frais d'entretien soient aussi faibles que possible, pour que l'ensemble ait une valeur économique, En oonsé- quence le la* choix d'un accouplement variable est très limité.
On a proposé pour régulariser la charge d'un moteur reliepar une transmission variable à une machine récep- trice sujette à des variations decharge, de relier la machine à un volant
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par l'intermédiaire d'un accouplement 4 rapport de vitesse variable, qui peut être un dispositif hydraulique du type Williams-JANNEy, contrôlé suivant la charge du mo- teur, par exemple au moyen d'un moteur électrique à tor- sion.
Cet arrangement présente l'inconvénient suivant: la transmission reliant le volant étant séparée de la transmission principale est sujette à des pertes indépen- dantes; d'ailleurs l'installation d'une transmission sépa- rée pour le volant accroît 4 le prix de l'installation, surtout parce que la transmission.dans l'arrangement indi- qué est une forme relativement coûteuse des accouplements à vitesse variable au moyen desquels la puissance peut être transmise dans toutes les directions,indépendament des vitesses relatives des arbres menés;
au.contraire, dans la disposition conforme à la présente invention la régularisation de la charge se fait en utilisant sur la transmission principale un dispositif de couplage bon marché avec lequel les pertes à pleine vitesse sont négli- ;sablas. on/% aussi proposé d'utiliser un moteur torsion relié à un dispositif de couplage du type FOTTINGER ap- pliqué à des machines à sens de rotation Variable/dans le but d'obtenir rapidement au début le remplissage du dispositif de couplage suivi ensuite par une diminution du liquide en$ jeu dans le but d'empêcher une surcharge du moteur.
Conformément à la présente invention un couplage hydraulique (du type FOTTINGER) est disposé entre le mo- teur et la machine menée, qui peut être pourvue d'un vo- lant, ou peut être une machine Il sens unique sans volant et un dispositif de contrôle est prévu pour régulariser. le glissement se produisant entre 1 moteur et la
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machine entraînée,
de telle manière qu'à pleine charge la soit puissance transmise / à peu près constante en grandeur @ suivant une loi prédéterminée avec la charge la vitesse ou d'autres caractéristiques de la machine cou- plée. Ainsi une variation dans la vitesse de la machine entraînée pousse ptoduire indépendamment de la vitesse caractéristique de la machine menante, de telle façon, pourra par exemple, qu'un moteur synchrone / être employé en relation avec un volant pour donner les avantages com- binés d'une régularisation de l'effort et d'une correction à noter du facteur de puissance. Il est / que dans cette description le mot moteur s'emploie pour toutes les sources de puissance motrice.
Dans un couplage hydraulique du type HYDRO-CINETIQUE on considère que la transmission de la puissance est effectuée d'abord par le moyen de l'énergie cinétique du liquide contenu, dans le cas d'accouplement FOTTINGER le glissement (ou perte de tourh entre l'élément primaire et l'élément secondaire doit être de 1 1/2 à la pleine vitesse et pleine charge normale, le rendement étant ainsi de 98 1/2Èn transmettant les charges réduites, le glis- sement diminue et le rendement augmente proportionnellement, ce rendement atteignant presque 100% pour des charges légè- res.
La réduction de la quantité de liquide en circulation q'and le couplage est sous charge, a pour effet d'augmenter le glissement et vise versa.- Par suite en réglant la quart tité de liquide suivant les besoins l'accouplement peut être amené à agir d'une façon analogue au régulateur de glissement bien connu associé au régulateur de charge mais la différence essentielle est que par ce moyen la vitesse de la machine entraînée peut varier tandis que celle du moteur reste constante
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Lorsque le moteur est du type sunchrone, utilisé pour l'amélioration du facteur de puissance,
que le volant a une masse considérable et que les variations de charge de la machine entraînée sont rapides et continuelles (ce qui est le cas avec les machines de levage et les laminoirs), il .est particulièrement important d'assurer avec rapidité et précision les 'Variations de la quantité de liquide de façon à maintenir le moteur sous charge constante.
On a trouvé par exemple que la variation de glisse- ment et par suite celle de la vitesse du volant est étroitement liée à tout instant * la variation de la quantité de liquide pour un couple donné, par suite avec un volant de grande masse, comme il est nécessaire d'en avoir pour une régularisation convenable de charge, on voit qu'un réglage incorrect de la quantité de liquide aurait pour résultat de grandes et indésirables variations de la charge du moteur, ce qui interférerait avec l'amélioration du facteur de puissance et amènerait peut être le décrochage de la machine.
Afin de faire bien comprendre la mise en oeuvre de l'invention on doit noter que dans la pratique des opéra- tions il y a certaines difficultés relatives au réglage précis de la quantité de liquide et par suite du glisse- ment.
Par exemple les presse étoupe des arbres disposés pour éviter normalement les frottements permettent des fuites considérables de liquide, de semblables Suites se produisent a travers les trous de ventilation, pour main- tenir une quantité définie de liquide en circulation,, il est nécessaire de compenser ces pertes par une alimentation
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exactement égàa eewal1pdë . 1
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Les fuites ne sont toutefois pas constantes par suite de l'usure des presse-étoupe, des variations de pression produites par les changements de quantité de li- quide et aussi par suite des variations de viscosité de liquide (par exemple de l'huile) lorsque sa température s'élève ou s'abaisse suivant les variations de l'énergie dissipée dans le glissement.
En plus de cela @ les variations (particulière- ment lorsque le fluide en jeu est de l'huile) provenant des changements de viscosité dus au changement de tempé- rature, et l'effet qui en résulte est une variation de la vitrsse de circulation du liquide et par suite du glis- sement pour une quantité donnée de liquide. On peut aussi mentionner les effets du degré d'aération du liquide ré- sultant du barattage auquel il est soumis. Par suite l'invention prévoit un dispositif régulateur établi pour compenser les variations qui se produisent dans la pratique et cela de telle façon que la quantité de liquide en cir- culation est réglée de façon à assurer précisément à tous moments le pourcentage de glissement désiré.
Dans le cas d'une installation électrique le contro- le de la quantité de liquide peut être effectua au moyen d'un moteur A torsion actionné par un transformateur con- venable placé dans le circuit du moteur et disposé pour agir sur une ou plusieurs valves qui peuvent être contro- lées par un ressorte de façon à régulariser l'entrée, la sortie, ou les deux. du liquide dans le dispositif de cou- plage.. si on le veut, la valve de réglage peut être con- trolèeautrement par exemple au moyen d'un dispositif mé- oanique.
L'effet normal du dispositif de réglage sera de ré- gler la quantité de liquide et par suite le glissement de façon que le couple transmis à pleine charge
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soit maintenu entre des limites étroites que l'on peut régler à volonté, par exemple en modifiant la dispositionde la valve ou la tension du ressort de contrôle ou la résis, tance du rotor dans le moteur à torsion.
S'il est dési- rable qu'àpleine charge le couple ou'la puissance trans- mise soit une fonction définie de la charge, vitesse, ou toute autre caractéristique de la machine entraînée, on peut prévoir des dispositifs par lesquels les varia- de la disposition tions de la valve, de la tension du ressort, de la résistance du rotor, ou des autres moyens de ré- glage, sont actionnés par un dispositif obéissant à la vitesse, à la pression ou à toute autre caractéristique
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?e ûy 11-u/ désirée (par exemple au moyen d'un r4glzeuit de eaè1uhl centrifuge par piston se mouvant dans un cylindre.
L'invention est représentée dans les dessins sui- vants dans lesquels:
La figure 1 représente schématiquement un disposi- de tif de transmission/puissance conforme à l'invention.
La figure 2 montre en détail certaines parties des appareils de la figure 1 à une plus grande échelle.
Les figures 3 à 5 sont des schémas montrant les modifications de l'invention
La figure 6 est une vue de détail.
Sur les figures 1 et 2, un moteur synchrone 1 pour- vu d'une excitatrice 2, est relié par l'intermédiaire d'un couplage hydraulique 3 à un volant 4 et à un géné- rateur WARD Léonard 5,ceci étant un exemple typique le couplage hydraulique est pourvu d'une valve de sortie 42 réglable.
Dans ce cas décrit à titre d'exemple, le contrôle est disposé sur l'entrée du dispositif de couplage et il est effectué au moyen d'un moteur à torsion 6 En cir- cuit avec un transformateur de courant 7
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intercala dans le circuit du moteur principal 1 comme représente figure 2. Le moteur à torsion 6 est reild à
8 la. valve 8 placée sur le tuyau d'adduction 9 au Troyen du bras 18 et de la. tige 10, un ressort 11 tend à ouvrir la valve 6.
Des dispositifs 12 sont prévus pour régler la tension du ressort 11, Le liquide est pompé d'un réservoir 15 au moyen d'une pompe 14 à travers un réfrigéreut 15 puis par le tuyau d'adduction 9 jusqu'au couplage tandis que le tuyau 16 ramène le liquide dans le réservoir 13, La pompe 14 est disposée pour fournir le liquide au couplage à une pression suffisante pour surpasser la contre pression due au liquide en rotation à l'intérieur du dispositif de couplage .
La capacité de cotte pompe 14 qui est de préférence une pompe centri- fuge puisque la valve 8 est du côté de l'entrée, est considérablement plus grande que celle qui serait néces- naire pour compenser simplement les fuite s puisque cette pompe doit être capable de remplir le dispositif de coup- ge d'un liquide additionnel pour compenser et surpasser L'eau de refroidissement circule dans le réfrigérent par les tuyaux 17 ce réfrigérant sert à enlever du liquide la chaleur produite dans le dispositif de couplage par suite du glissement.
La méthode représentée et dans laquelle le liquide s'échappant du dispositifde couplage est recueilli dans le carter retourne au réservoir, est particulièrement convenable lorsque le liquide en jeu est de l'huile ou tout autre d'un prix élevé. Si cela est nécessaire le dispositif de couplage peut être alimenté avec de l'eau provenant d'un réservoir surélevé ou directement des cana. lisations, dans ce cas le liquide évacué est perdu et aucun dispositif de refroidissement n'est nécessaire.
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Si cela est préférable le moteur dé torsion peut avoir deux enroulements reliés respectivement à des trans formateurs dèintensité et de voltage placés dans le cir- cuit du moteur principal et disposés de façon à ce qu'en cas d'accroissement de la charge le moteur à torsion agi& se dans la direction de la flèche de la figura ? pour ac- croitre le glissement du couplage et vise versa, de même avec un dispositif récupérateur lorsque lèénergie passe du moteur principal dans la le moteur à tor ion agit dans le sens opposé c'est-à-dire pour dimi- nuerle glissement en remplissant davantage de dispositif d'accouplement.
On peut également disposer l'appareil côté d'évacuation et le constituer par exemple d'une valve en forme de manchon entourant le dispositif de couplage près de son point de diamètre maximum et tournant avec lui.
Le manchon peut glisser longitudinalement dans la psiti@ de fermeture il couvre une série d'ouvertures d'évacua- tion de la partie tournante de l'accouplement, au contraire dans la position d'ouverture il les découvre et le liquide est rejeté par la force centrifuge. Cet arrangement n'est pas représenté sur le dessin.
Si on le désire peur avoir un réglage rapide,on pou effectuer le contrôle au moyen de valves couplées ensem- ble et arrangées sur les tuyaux d'adduotion et d'évacuation mais l'arrangement mécanique le meilleur, Il cause de sa simplicité, est le réglage par la valve du Côté entrée tel qu'il est sxt représenté.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant:
L'huile étant prise comme liquide en jeu.
Lorsque le dispositif foncitionne à vide le courant dans le moteur 1 est faible et parsuite le rotor du mo- teur à torsion est dans la position de faible charge
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(c'est-à-dire que l'axe du bras 18 est dans la position indiquée par la ligne pointillés a-a dans la figure 2) la valve d'entrée 8 est grande ouverte et le dispoiiff de couplage 3 est maintenu plein de liquide par l'action de la pompe 14, le glissement étant pratiquement nul.
Lorsque la charge de la machine menée 5 augmente, une puissance additionnelle est transmise par le couplage électrique 3 dans lequel le glissement augmente démontant négligeable (par exemple 1 1/2% à pleine charge).
Quant la charge sur le moteur principal 1 atteint sa valeur normale, pour laquelle le régulateur à glisse- ment a été disposé, le moteur à torsion 6 a tourné dans la direction de la flèche produisant une action contraire celle du ressort 11 et fermant partiellement la valve d'entrée 8, et lorsque le dispositif est bien ajusté, on atteint rapidement le point pour lequel l'ouverture de la valve 8 est suffisante pour admettre juste assez d'huile pour compenser les pertes totales (intentionnelles ou non) Le dispositif de couplage conservant alors une quantité constante de liquide c'est-à-dire restant plein.
Un nouvel accroissement de charge sur la machine entrainée 5 et sur le moteur principal 1 aura pour résul- tat une nouvelle déviation du rotor du moteur 0. torsion 6 et par suite un nouvel étranglement de la valve, de sorte que l'arrivée d'huile sera réduite et que le dispositif de couplage commencera à se vider puisque l'arri- vée d'huile reste sensiblement constante. En conséquence de ce vidage partiel du couplage, le glissement s'accoritrs avec ce résultat del la vitesse du volant 4 va diminuer restituant une partie de l'énergie emmagasinée à la ma- chine conduite 5.
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Au même moment, en conséquence de l'accroissement du glissement la charge du moteur 1 tendra à diminuer, le résultat sera que la déviation du rotor du moteur à torsion e sera réduite et que l'arrivée d'huile s'accroita momentanément de façon contrebalancer les sorties d'huile du couplage et à maintenir la charge du moteur principal 1 approximativement constante.
De nouveaux accroissements de charge produiront des déviations de moteur de torsion et des accroissements du glissement, permettant au volant de restituer encore de l'énergie accumulée en lui, tandis que le couple trans- mis par le dispositif de couplage restera plus ou moins constant suivant l'action du moteur de torsion qui con- trôle l'arrivée d'huile.
Une diminution de la charge de la machine entraînée 5 produira une accélération du volant 4 puisque le couple transmis par le dispositif de couplage est maintenu, mais un accroissement de la vi- tesse du volant c'est à dire une réduction du glissement produira moméntanément une réduction de la charge du mo- teur 1 avec ce résultat que le moteur de torsion 6 va immédiatement augmenter 3.'arrivée d'huile de façon à maintenir la charge du moteur principal 1 tandis que le glissement décroit et que le volant 4 continue à s'ac- célérer jusqu'à ce que la pleine vitesse soit atteinte et que le dispositif de couplage soit plein,
après quoi la charge du moteur principal 1 tombera et le moteur de tor'- sion 6 reviendrra à la position de faible charge
Si sous certaines conditions (par exemple quant une diminution de charge donne une récupération comme dans une machine WARD Léonard) la puissance est récupérée
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do la machine conduite Il en résulte 1"acoélération du fi volant et quant la pleine vitesse est atteinte le dis- positif de couplage est plein come dit ci-dessus
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Un nouvel accroissement de la vitesse du voyant qui produira une puissance récupérée qui pasFa à travers le couplage du moteur principal ce qui aura pour effet de le faire agir comme générateur en restituant de l'é- nergie à la ligne.
Pourvu que le moteur de torsion ait deux enroulements (intensité de voltage) comme dit ci- dessus, ou qu'il soit pourvu q'un moyen d'empêcher ses déviations dans la direction normale dardes conditions de puissance Inversée, le dispositif de couplage restera plein et la vitesse du volant ne pourra s'élever de plus de quelque pour cent au-dessus de la normale, le surplus d'énergie récupérée retournant au réseau.
Les figures 3 à 5 montrent divers arrangements da régulateur hydraulique à glissement, la figure 3 montre l'entraînement par un moteur 1 à vitesse constante d'un compresseur rotatif 19 à grande vitesse dont on veut pouvoir faire varier la vitesse à volonté pour régu- lariser le débit.'Une boite d'engrenage 20 est placée entre le dispositif de couplage hydraulique 3 et le com- presseur 19.
La figure 4 montre un arrangement convenant Il un laminoir non réversible entraîné par un moteur à vitesse constante 1, un volant 4 étant placé sur l'arbre à grande vitesse pour absorber les pointes de puissance le lami- noir étant entraîné par l'arbre à faible vitesse 21 au moyen des engrenages 22.
La figure 5 montre un arrangement dans lequel
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3eratrrxinement â, vitesse variable doit être produit en partant d'une source d'énergie à vitesse constante.
L'installation représentée est la transmission générale d'un moulin (une poulie à câble26 est entrainée par une
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tuebine 27 par l interméd1aire Í4 'une boite de réduction
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28) à laquelle est reliée par l'intermédiaire d'un cou- plage hydraulique 3 une machine tel quel'un générateur WARD Léonard 5 et un volant 4 dont on veut obtenir une variation de la vitesse.
Dans ce cas, la puissance motrice n'est pas électri. que et un moteur torsion ne peut être employé, par suit le contrôle du glissement est effectue au moyen d'un régu, lateur mécanique 29 montré plus en détail sur la figure 6
Ce régulateur de couple mécanique 29 consiste en un couplage WENNMAN-BIBBY ou tout autre couplage à res, sort donnant les caractéristiques demandées, et pour le contrôle on utilise le décalage angulaire entre la par-' tie menante 30 et la partie menée 31 du dispositif de couplage lorsque la puissance est transmise,
Comme on le voit, le carter 32 contient le ressort sinueux reliant les deux parties de l'accouplement, il est pourvu de dents d'engenage 34 à sa périphérie.
Un manchon 35 tournant avec le carter 32 (qui est fixé sur la partie menante 31 de l'accouplement), est engagé sur ces dents. Un disque 36 claveté sur l'arbre mené 37 est adjacent à la partie dentée'du carter et ce disque est pourvu de dents hélicoïdales 38 inclinées par exemple à 45 sur l'axe. Un manchon denté 39 tournant avec le dis- que 36 est engagé sur ces dents hélicoïdales. Les manchons 35 et 39 solidaires respectivement des parties menantes et menées sont boulonnés ensemble ce qui fait qu'un déca- lage angulaire entre les deux parties 30 et 31, produit un mouvement suivant l'axe des manchons 35 et 39.
Ce mou- vement axial est transmis par les leviers 40 qui ampli- fient le mouvement, à un manchon 9. gorge glissant 41, qui est relié à la valve d'entrée ou de sortie, ou aux deux par le levier 18 et la tige 10.
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Comme on le voit.le réglage de la quantité de luide et du glissement, est semblable à celui obtenu avec le meteur à torsion électrique.
Sur les figures 1, 2 et 5 le ressort Il de la valve est dans chaque cas représenté avec un dispositif de qui permet de faire varier lé réglage du régulateur de charge.
Comme on le voit une caractéristique de l'invention est la transmission d'une pleine charge constante équivalent au maintien d'une charge constante sur le moteur principal, cette charge étant ajustée au moyen du dispositif 12 pour avoir la valeur que l'on veut. Si on le dél'ajustage sire / peut être fait d'autre façon, par exemples en faisant varier la résistance du circuit du rotor du moteur à torsion ou en munissant la valve d'entrée d'un manchon mobile entourant cette valve et disposé de façon que son mouvement fasse varier l'ouverture pour toute position donnée de la valve. Cet arrangement n'est pas représnté sur le dessin.
Dans certains cas (par exemple pour l'entrainement d'un compresseur il est désirable que le couple varie avec la vitesse suivant une loi prédéterminée et on voit que cela peut être effectué en reliant le mécanisme de (vis, résistance, manchon etc...) a un élément sous le contrôle de la vitesse, de la pression ou de toute autre caractéristique désirée de la machine reliée.
Cela n'est pas représenté sur les dessins puisque tant d'arrangements différents sont possibles, mais lorsqu'on désire régler les variations du couple par rapport à la vitesse, un régulateur centrifuge peut être relié au dispositif d'ajustage. De même si l'on veut obtenir une variation du couple en fonction d'une pression cela peut être fait au moyen déun piston à ressort contenu dans
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un cylindre et relié avec des dispositifs de réglage
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ou encore en BatssssmaH reniplaoant le ressort par un ' cylindre et un. piston actionnés directement par les va- riations de pression.
L*invention est susceptible de nom- breuses modifications dans'les sens indiqués,par exemple donner un rapport prédéterminé entre le couple transmis et la vitesse, la pression ou toute autre caractéristique de la machine entraînée.
REVENDICATIONS
Ayant ainsi décrit mon invention et me réservant d'y
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apporter tous perfectionnsmants au modifications qui me ' paraîtraient nécessaires, je revendique comme ma propriété exclusive et privative:
1 - Système de transmission d'énergie comprenant un moteur relié à une machine entrainée pourvu d'un volant par un accouplement rapport de vitesse variable dans la forme de l'accouplement hydraulique du type @OTTIN.
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G:R intercalez aur .<<M princxpale entra moteury , GyR intercalé sur la '9nnciPale entre 1 , r, GBR intercalé sur la P081iOnpr1ncipale entre le moteur