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Perfectionnement aux accouplements hydrauliques
La présente invention concerne les accouplements @ hydrauliques ou dispositifs du type cinétique dans lesquels un circuit annulaire du liquide actif est compris entre un élément tournant moteur et un élément tournant entraîné ayant un même axe, chacun de ces deux éléments comportant une co- quille incurvée limitant le circuit hydraulique; l'invention est relative en particulier au type d'accouplement destiné à travailler avec un circuit hydraulique partiellement rempli de liquide.
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Pour que de tels accouplements soient capables de transmettre la puissance avec un haut rendement, c'est-à-dire avec un glissement faible, il est nécessaire de réduire les pertes dues à l'agitation du liquide moteur et la formation des remous pendant sa circulation turbulente entre l'élément moteur et l'élément entraîné de l'accouplement. En consé- quence, dans les accouplements à hautrendement, les diffé- rents éléments formant le circuit hydraulique ont une forme telle que le circuit hydraulique est limité par des lignes à écoulement libre, de sorte que le courant du liquide moteur circulant entre l'élément moteur et l'élément entraîné n'est pas soumis à des déviations brusques pendant son passage à travers les éléments formant le circuit hydraulique.
Lorsqu'on utilise des accouplements à haut rendement du genre décrit dans des dispositifs de transmission de puissance, on a trouvé que, dans certaines conditions, il peut se produire des variations violentes de la valeur du couple transmis par l'accouplement, variations dues à l'instabilité du courant du liquide circulant entre les éléments moteur et entraîné de l'accouplement. Par exemple, dans un système connu de transmission de puissance, l'accouplement pourvu de moyens pour faire varier, pendant la marche, la quantité du liquide dans son circuit hydraulique, est intercalé entre une machine motrice et une machine entraînée nécessitant un couple de démarrage très élevé.
Dans cette disposition pendant que la machine motrice tourne la machine entraînée peut être mise en marche par admission du liquide dans le circuit hydraulique et on peut la ramener au repos en vidant le circuit hydraulique ou en réduisant la quantité du liquide admis. On a également trouvé que lorsque l'on
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accélère ouralentit, dans ces conditions, la machine entraînée, le glissement devient considérable, des variations du coupl.e peuvent se produire, de sorte qu'il est impossible de maintenir stables les conditions de vitesse de l'élément entraîné. Ces variations peuvent également provoquer une forte surcharge de la machine motrice, en particulier lorsque l'inertie de la machine entraînée est grande.
Dans un autre dispositif dans lequel la chambre motrice de l'accouplement est en partie remplie d'une quantité constante de liquide, on emploie l'accouplement pour relier une source d'énergie à vitesse variable à une charge exigeant un couple de démarrage élevé. Dans ce dispositif on a trouvé que les variations du couple peuvent avoir lieu lorsque la vitesse de la source d'énergie est relativement petite et lorsque le glissement de l'accouplement est grand.
On sait également que des oscillations du couple ont lieu lorsqu'on emploie un accouplement du type à remplissage variable appliqué à une source d'énergie à vitesse va- riable.
On pense que les oscillations du couple, mentionnées plus haut, sont provoquées de la façon suivante : lorsqu'un accouplement fonctionne avec un circuit hydraulique partiellement rempli et que son glissement est important, la. circulation du liquide moteur est irrégulière et indéterminée. Si toutefois le glissement diminue, la circulation prend une forme définie, par exemple celle d'un anneau de tourbillon superficiel à mouvement très rapide. Ce changement de la circulation se fait promptement et provoque une accélération plus ou moins accentuée de l'élément entraîné ou, autrement dit, une variation de puissance plus ou moins violente.
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Le courant du liquide devient ensuite moins violent sous l'influence accrue de la force centrifuge en passant dans les canalisations de l'élément entraîné, et finalement la circulation devient moins intense, de sorte que la valeur du couple baisse et le glissement augmente; le cycle peut alors recommencer.
L'invention a donc pour objet un accouplement perfectionné à haut rendement du type décrit dans lequel on a supprimé ou réduit à une valeur négligeable l'instabilité propre de l'appareil.
Conformément à l'une des formes de l'invention, dans un accouplement hydraulique ou dispositif du type décrit plus haut, dans lequel les parois limites du circuit hydraulique moteur ont une forme lisse, la continuité de la paroi libre est interrompue, et cette discontinuité est disposée de manière à empêcher la circulation tourbillonnaire superficielle très rapide du liquide, cette interruption n'opposant cependant une résistance relativement faible à la circulation normale du liquide, lors du fonctionnement avec faible glissement.
Dans une va,riante du dispositif faisant l'objet de l'invention, variante relative à un accouplement ou un dispositif du type décrit plus haut, dans lequel les parois limites du circuit moteur ont une forme lisse et dans lequel la quantité de liquide contenu dans la chambre motrice, comprenant ce circuit moteur est susceptible de varier pendant la marche de l'accouplement, on a prévu des moyens destinés à créer des solutions de continuité de la paroi lisse ce qui a pour but d'empêcher une circulation tourbillonnante du liquide.
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Conformément à. une autre forme de l'invention on a prévu des moyens dans l'accouplement hydraulique du dispositif du type décrit plus haut, dans lequel les parois limites du circuit moteur sont lisses, destinées à créer automatiquement - des solutions de continuité de la paroi lisse à la suite des variations du glissement se produisant dans l'accouplement et ce dans le but d'empêcher la circulation tourbillonnante du li- quide.
Lorsque l'accouplement perfectionné travaille avec un circuit hydraulique rempli partiellement et avec un glissement relativement élevé et lorsque corrélativement la vitesse de circulation du liquide moteur est grande la solution de continuité crée, conformément à l'invention, pour le liquide en circulation, une résistance suffisamment élevée pour supprimer l'instabilité de l'écoulement ou pour limiter le degré de l'instabilité à une valeur négligeable. Cette résistance est disposée de telle façon que lorsque l'accouplement fonctionne avec un glissement peu important et lorsque corrélativement la vitesse de la circulation est relativement peu élevée, elle se trouve sensiblement en dehors du circuit du courant liquide.
La, résistance peut encore être disposée de telle façon que même si elle est placée sur le trajet du courant circulant lentement, elle est de dimensions et de forme telles qu'elle n'empêche pas d'atindre le maximum de rendement de la transmission. Dans d'autres cas, la résistance peut être mise hors du circuit hy- draulique lorsque le glissement est peu important.
A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et repré- senté au dessin annexé qui montre schématiquement différentes formes d'accouplement du type "Vulcan" (ou du type dit "Fbttin- ger").
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Dans ce dessin :
La figure 1 est une vue en élévation et en coupe par. tielle, suivant la,ligne 1-1 de la figure 2 d'une des formes de l'accouplement.
La figure 2 montre une vue en élévation et en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, d'une partie de cet accouple,ment.
La. figure 3 est une vue en élévation et en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 4 d'une partie d'une variante de l'accouplement.
La figure 4 est une vue en élévation et en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3 d'une partie de cet accouplement.
La figure 5 est une vue en élévation et en coupe d'une partie d'une autre variante de l'accouplement.
La figure 6 est une vue en élévation et en coupe d'une autre variante de l'accouplement.
La. figure 7 est une vue en élévation et en coupe d'une partie d'une autre variante.
La figure 8 est une vue de front d'un détail du dispositif représenté figure 7, la coupe étant effectuée suivant la ligne 8-8 de cette figure.
La figure 9 est une vue en élévation et en coupe, suivant la ligne 9-9 de la figure 10, d'une autre variante de l'accouplement et
La figure 10 est une vue en élévation et en coupe suivant la ligne 10-10 de la figure 9 d'une partie de l'accouplement de cette figure 9.
Dans les différents exemples cités, l'élément moteur 3 est solidaire de l'arbre moteur 1, tandis que l'élément entraîné 4 est fixé sur l'arbre entraîné 2.
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Une partie de l'enveloppe 5 qui entoure la coquille de l'élément entraîné 4 est raccordée à la périphérie de l'élément moteur 3 et forme avec ce dernier une chambre de travail pour le liquide de l'accouplement. L'élément moteur est muni d'aubages 7 et 6 alternativement longs et courts, solidaires de la coquille, qui supportent le noyau guide 10.
D'une façon semblable l'élément entraîné' 4 est muni également d'aubages 9 et 8 alterna.tivement courts et longs supportant le noyau guide 11. Les canalisations d'entrée 12 du liquide sont pratiquées dans la masse du noyau de l'élément moteur 3 ou de l'élément entraîné 4, les orifices de sortie 13 servant à évacuer le liquide actif de la chambre de travail. Un robinet 14 de la conduite d'alimentation du liquide moteur sous pression convenable, règle l'admission de celui-ci dans la chambre de travail.
Dans le dispositif représenté figures 1 et 2, un manchon fixe 15 entourant l'arbre entraîné 2 est muni d'un conduit d'admission 16 et d'un conduit d'échappement 17 du liquide moteur. Le manchon est fixé par des boulons non représentés à une tubulure de distribution à cloisons 18 et 19 comportant un conduit d'admission 26 et un conduit d'échappement 25 du liquide moteur. Un tube d'évacuation 20 qui communique par le conduit 17 avec celui d'échappement 25 est fixé sur le manchon 15 et il est logé dans la cavité 27 se trouvant entre une enveloppe 5 et une autre enveloppe extérieure 21 fixée à la périphérie de la chambre 6 et convena- blement raccordée au distributeur 18, 19.
L'extrémité libre du tube 2D est orientée dans le sens contraire à celui du mouvement normal des parties voisines de l'accouplement. Les orifices de décharge 13 ont une section réduite et ils établissent la communication entre la chambre de travail et la cavité d'évacuation 27,
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Une pièce en forme d'étoile 22 comportant des dents radiales 23 est fixée par des vis 24 au moyeu de l'élément entrainé 4, la disposition étant telle que deux dents 23 soient placées dans chacun des intervalles compris entre deux aubages longs 9 successifs.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : le liquide pénètre dans l'accouplement par le robinet 14, le passage 26 et les conduits 16 et 12 et entre dans le circuit de travail par un espace de raccordement entre les éléments de l'accouplement. Aussi longtemps qu'il y a du liquide dans la chambre de travail, il est évacué en quantité limitée par les orifices 13 et il est ensuite éloigné de la cavité d'éva" cuation 27 par le tube 20, d'où il pénètre dans le conduit 17 et dans le passage d'échappement 25. Il en résulte qu'on peut faire varier à volonté la quantité du liquide de la chambre de travail en agissant sur le robinet 14.
L'anneau tourbillonnant superficiel à grande vitesse, tel qu'il se forme lorsque la quantité du liquide est relativement petite et lorsque le glissement est grand, rencontre les dents 23 et est partiellement détruit, ce qui empêche l'établissement d'un régime d'écoulement instable. Lorsque la quantité de liquide dans le circuit de travail augmente, la vitesse de la circulation baisse et le glissement diminue ; l'effet produit par les dents 23 devient moins accentué, et, lorsque l'accouplement travaille dans les conditions de glissement moindre, ces dents n'opposent qu'une résistance insignifiante au flux hydraulique. L'action de ces dents peut être rapidement modifiée en les inclinant plus ou moins par rapport au plan dans lequel se trouve la jonction hydraulique entre les éléments de l'accouplement.
Un accouplement de ce type peut travailler avec un rendement maximum d'environ 98,5 %, en l'absence
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de la pièce en forme d'étoile, tandis que l'adjonction de cette pièce dont la forme serait d'ailleurs susceptible de rendre négligeable l'effet des variations brusques de puissance, aba.isse le rendement de moins de 1 %.
En se référant au dispositif des figures 3 et 4, le liquide est évacué de la chambre de travail par un orifice 13a pratiqué dans l'enveloppe 5a, qui peut être contrôlé d'une façon continue par une bague obturatrice 33. L'admission du liquide se fait par un manchon fixe 30 entourant l'arbre 2 et muni d'un conduit annulaire 31 qui communique au moyen de canaux radiaux percés dans l'arbre 2 avec un conduit axial 32 pratiqué dans cet arbre et communiquant à son tour avec les canaux 12a conduisant à la chambre de travail de l'accouplement. Dans ce dispositif les aubages longs 9 de l'élément entraîné sont pourvus de languettes 34 placées sur leur côté d'écoulement et disposées de façon à masquer une partie du passage du liquide du côté du bord de fuite des aubages pris par rapport au sens de la rotation normale de l'accouplement.
Dans la variante représentée figure 5, les passages d'évacuation sont constitués par des tubes 13b partant du canal annulaire 40, qui se trouve à l'intérieur du noyau guide 10a et disposés dans l'élément moteur 3a, tandis que les conduits d'admission 12b sont pratiqués dans le moyeu de l'élément entraîné 4a. Le circuit hydraulique présente à sa partie la plus avancée radialement vers l'intérieur une sorte de gradin 41 orienté contre le sens normal de la circulation du liquide actif et comprenant une surface supérieure 42 et une surface inférieure 43, toutes les deux noyées dans la paroi limite lisse du circuit hydraulique. Le contour correspondant du circuit dans un accouplement de forme normale est indiqué en pointillé en 44.
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Dans cette variante le gradin sert à détruire le courant superficiel très rapide, mais il se trouve rempli par un matelas d'un liquide plus ou moins inerte, lorsqu'un courant moins rapide et plus profond passe au-dessus de lui; il en résulte donc que le gradin offre une résistance très faible à.la circulation lorsque l'accouplement fonctionne en pleine vitesse, avec le circuit hydraulique plein et, par conséquent, avec un faible glissement.
Dans le dispositif figure 6 la partie du circuit hydraulique la plus rapprochée de l'axe de rotation de l'accouple-.ment a également une section élarg'is, la partie la plus rapprochée de l'axe étant formée de courbes 50 et 51 disposées de façonna former une poche ou une dépression annulaire.
Une pièce annulaire 52 est fixée à un des éléments 3b ou 4b de l'accouplement, soit par exemple à l'élément entraîné 4b.
Cette pièce est fixée à l'aide de vis 53 et son diamètre est tel qu'elle s'engage dans le circuit hydraulique. Des canaux 12c servent pour l'admission du liquide dans le circuit hydraulique. La surface de la section transversale du circuit hydraulique mesurée entre la périphérie de la pièce 52 et la partie la plus rapprochée de l'axe de rotation des éléments 10 et 11 du noyau guide correspond à la surface de la section en cet endroit dans un accouplement de forme ordinaire dont le contour est indiqué en 54 en pointillé. Dans une variante de ce dispositif on pourrait supprimer la poche de dépression annulaire; la pièce annulaire 52 pourrait alors s'engager légèrement dans le circuit hydraulique en produisant une légère diminution locale de la section.
Dans les types des accouplements figures 1 à 6, qu'on vient de décrire, les solutions de continuité des parois lisses du circuit hydraulique avaient une valeur fixe, con-
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trairement aux variantes qu'on va décrire plus bas, où on a prévu des moyens pour provoquer la discontinuité dans la paroi lisse suivant le besoin.
Dans le dispositif représenté figures 7 et 8, le manchon fixe 34a d'alimentation en liquide entoure l'arbre mo. teur 1, le liquide étant admis par le robinet d'admission 14, le passage annulaire 3Ia, un conduit axial 32a et des conduits d'entrée 12d pratiqués dans l'élément moteur 3c. Le moyeu 60 de l'élément entraîné 4c présente une partie annulaire cylindrique comportant une partie 67 mobile dans le sens axial.
Cette partie mobile est constituée par une coquille 62 et des ailettes 63 disposées en regard des ailettes 8a de l'élément entraîné. La partie centrale de l'élément moteur 3c est découpée pour former un espace 61 permettant à la pièce 67 de se déplacer axialement. Plusieurs, par exemple trois, tiges à filetage allongées 64 sont logées dans les alésages taraudés pratiqués dans la pièce 67 et sont maintenus en 65 dans l'élément entraîné. Des lames 66 relativement longues sont clavetées sur les tiges 64 et elles sont placées dans l'espace compris entre la coquille de l'élément entraîné 4c et l'enveloppe 5b.
Le fonctionnement de cet accouplement est le suivant :
Lorsque l'accouplement fonctionne avec un glissement faible, et, par conséquent, lorsque l'élément entraîné 4c tourne à une vitesse relativement élevée, la force centrifuge provoquée par la rotation de cet élément relève les lames 66 et les oriente radialement comme le montre la figure 8 en A, le passage du liquide à travers l'élément entraîné présente donc des surfaces lisses. Lorsque la quantité du liquide dans la chambre de travail est diminuée et le glissement est plus grand, le liquide circulant dans la chambre 5b rencontre les
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lames 66 et les fait tourner ainsi que les tiges 64 dans la position indiquée en B.
La rotation des tiges filetées 64 déplace la pièce 6? axialement et engage l'espace 61 découpé dans l'élément menant 3c, de sorte que la coquille, 62 fait saillie dans les passages dé l'élément entraîné et produit ainsi une solution de continuité du contour de cet élément.
Dans le dispositif des figures 9 et 10 la solution de continuité est réalisée à l'aide de lames 90 dont chacune est supportée par deux tiges pouvant glisser dans des bagues 92 solidaires du noyau guide llb, la disposition en étant telle qu'elles peuvent s'engager dans le circuit actif, ou bien elles peuvent en être complètement retirées et se loger alors dans un évidement 96 que présente la partie la plus éloignée de l'axe de l'élément entraîné .4e. Les tiges 91 sont repoussées vers l'axe de rotation de l'accouplement au moyen de ressorts 93 comprimés entre la partie extérieure du noyau guide llb et les rondelles 94 maintenues par des goupilles 95 sur les tiges 91.
Dans cette disposition, lorsque le glissement est important et la vitesse de l'élément entraîné est peu élevée, l'action du ressort 93 l'emporte sur celle de la force centrifuge due à la rotation de cet élément et les lames 90 sont obligées de s'engager partiellement dans les extrémités du passage du liquide de l'élément entraîné. Lorsque le glissement décroît avec l'augmentation de la quantité du liquide dans la chambre de travail, la force centrifuge surpasse la pression des ressorts et les lames 90 sont repoussées dans l'évidement 96 en dégageant le passage du liquide s'écoulant entre l'élément moteur et l'élément entraîné.
Bien que dans les formes de réalisation décrites la. résistance est réalisée au moyen de solutions de continuité
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tout au moins partielles des parois limites incurvées du circuit moteur hydraulique, elle pourrait être réalisée uniquement et sans sortir des limites de l'invention par la discontinuité de la surface des aubages.
L'invention peut s'appliquer bien entendu aux dispositifs hydrauliques, c'est-à-dire à des dispositifs de transmission hydro-cinétique où le circuit hydraulique comprend une pièce à réaction fixe et qui fait varier le couple comme dans le cas d ?un moteur et d'un arbre entraîné.