<Desc/Clms Page number 1>
" PERFECTIONNEMENTS AUX CIRCUITS DE FLUIDE DES APPAREILS
HYDRAULIQUES ET NOTAMMENT DES DISPOSITIFS HYDRAULIQUES
DE TRANSMISSION DE MOUVEMENT"
La présente invention est relative à des perfectionnements aux circuits de fluide des appareils hydrauliques et notamment des dispositifs hydrauliques de transmission de mouvement dans lesquels le fluide, soumis à la force centrifuge au moyen d'une pompe calée sur l'arbre menant, agit sur les ailettes d'une turbine et sur les aubes ou directrices d'un récupérateur plus spécialement destiné à fermer le circuit du fluide et à absorber, pour la transmettre de préférence à la turbine, la force vive du fluide, ce récupérateur étant situé
<Desc/Clms Page number 2>
soit à la sortie, soit à l'entrée, soit simultanément à l'entrée et à la sortie des aubages de la pompe.
Un tel circuit de fluide forme par conséquent un tore creux placé à une certaine distance de l'axe de rotation de l'ensemble du système.
L'écoulement du fluide le long des aubes des pomper turbine et directrice se compose d'un écoulement méridien et d'un écoulement tangentiel et la présente invention a notamment pour but de déterminer ces écoulements de façon à obtenir le minimum de pertes.
Eooulement méridien ..
Cet écoulement se produit entre les sections radiales de deux tores co-axiaux et il doit, pour tre optima, se produire sans changements de direction ni changements de vitesse du fluide. On comprendra facilement que de telles conditions ne peuvent se trouver remplies que si la ligne d'écoulement moyenne est un cercle parcouru par le fluide à vitesse constante, ce cercle se trouvant dans l'axe des cercles constituant les sections radiales des deux tores co-axiaux. Les lignes d'écoule- ment voisines seront sensiblement des cercles légèrement excen- trés par rapport au cercle moyen et l'on n'aura pas de changements de direction du fluide.
Il existera de légères variations de vitesse mais celles-ci seront d'autant moindres que le diamètre du cercle moyen sera petit par rapport au rayon moyen du tore creux.
Ecoulement trangentiel.-
Etant donné le choix d'un écoulement méridien à potentiel de vitesse, c'est-à-dire sans mouvements tourbillonnaires, l'équilibre, des différents fileta entre eux dans l'équilibre relatif le long des aubes. qui assurera le minimum de pertes, résulte de la condition r Cu = constante, à observer le long des lignes équipotentielles de vitesse dans l'écoulement méridien Ou étant la projection de la vitesse absolue suivant une perpendiculaire à l'axe de rotation est connue en chaque point, étant donné que l'on se fixe les conditions générales optima
<Desc/Clms Page number 3>
de travail des aubes, r étant la distance à l'axe de rotation de l'ensemble du filet de fluide considéré.
Ces conditions générales optima de travail des aubes peuvent se rapporter dans le type d'appareil hydraulique envisagé plus spécialement à trois conditions, à savoir :
1) Constance automatique du couple moteur, c'est-à-dire du couple engendré par la pompe et par suite du couple du moteur d'entraînement.
2) Variation de la vitesse de la turbine inversement proportionnelle au couple exercé sur cette turbine:
3) Fonctionnement optimum dans la pompe.
Ces conditions jointes aux conditions d'écoulement déterminent la forme des aubages dans les différents organes et par suite les valeurs des angles de ces aubages qui constituent l'une des caractéristiques principales de la présente invention qui sera mieux comprise en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est un schéma d'un dispositif hydraulique de transmission de mouvement.
La figure 2 représente les triangles de vitesse du fluide à la sortie des aubes de la turbine supposées rigides;
La figure 3 représente une coupe schématique transversale développée d'ailettes directrices.
La figure 4 représente les triangles de vitesse du fluide à la sortie des aubes de la turbine supposées flexibles.
La figure 5 est semblable à la figure 4, la sortie des aubes de la turbine étant mobile.
La figure 6 représente les triangles de vitesse et la forme des ailettes à l'entrée dans la pompe.
La figure 7 représente les triangles de vitesse et la forme des ailettes à l'entrée dans la turbine et à la sortie de la pompe.
La figure 8 montre en élévation la forme des aubes de la turbine, la couronne centrale étant enlevée.
<Desc/Clms Page number 4>
La figure 9 montre en élévation la forme des aubes de la pompe, la couronne centrale étant enlevée.
La figure 10 montre en élévation la forme des aubes du récupérateur, la couronne centrale étant enlevée.
La figure 11 montre en coupe axiale l'ensemble des ailettes de la turbine de la pompe et du récupérateur.
La figure 12 montre en plan le circuit du fluide convenablement développé.
Comme représenté à la figure 1, l'ensemble du circuit méridien, pompe, turbine et récupérateur supposé placé à la sortie de la turbine, est compris entre deux tores oo-axiaux
EMI4.1
dont les sections méridiennes sont 8. bl , 9 ol , dl , 9 el# fi, 919 h1 pour le tore externe et a2 , 9 bz 9 02 9 d2 e2, t2 , g2, h2 pour le tore interne. Comme expliqué'précédemment rela- tivement aux conditions d'écoulement. la ligne d'écoulement moyenne méridienne a été choisie comme étant le cercle o- o.
De façon à éviter d'avoir une différence de vitesse trop consi- dérable entre fileta de fluide voisins, le rayon Ro du cercle o - o doit être inférieur au quart du rayon R du tore pour obtenir une perte par frottement des filets de fluide entre aux à peu près négligeable. De manière à éviter que les fileta de fluide ne s'éloignent pas sensiblement de la forme circulaire qui est celle donnant les conditions optima de bon rendement, il est nécessaire de limiter l'épaisseur e de la veine de fluide par rapport au rayon Ro du cercle méridien d'écoulement moyen.
Les meilleurs résultats sont obtenus pour un rapport o/R compris entre 0,3 et 0,55, Ro La vitesse absolue du fluide à la sortie de la turbine change considérablement de direction avec la vitesse propre de la turbine en supposant que les ailettes de celle-ci sont rigides comme montré à la figure 2. A l'arrêt de la turbine, la vitesse absolue du fluide fait un angle de sortie #'4 qui est le supplément de l'angle ss 4 des aubes.
A mesure que la vitesse
<Desc/Clms Page number 5>
de rotation de la turbiné augmente, on comprend que le débit du fluide diminue et par suite sa vitesse, donc la vitesse absolue du fluide fera un angle de sortie (tel que #"4 et #'''4 par exemple) qui ira en diminuant et se rapprochera de plus en plus de la vitesse tangentielle. On comprend que cette variation continue de l'angle que fait la vitesse absolue du fluide avec la vitesse tangentielle entraîne, pour avoir le rendement optima, à articuler la partie d'entrée des aubages du récupérateur de façon à lui donner pour chaque régime l'angle d'entrée optima.
On voit également que la rotation de la partie d'entrée mobile des ailettes du récupérateur on directrices sera d'au- tant plus petite que l'angle ss4 des ailettes sera plus grand.
Pour un angle / 4 voisin de 90 (compris entre 70 et 1100 ' par exemple), les variations de direction de la vitesse absolue du fluide seront très limitées et l'on pourra éviter d'articuler la partie d'entrée des ailettes en lui donnant une certaine épaisseur et une forme d'aile d'avion, l'angle d'entrée de l'aube donnant le meilleur rendement étant de préférence celui correspondant à la vitesse de régime du dispositif.
On pourra également rendre mobile la fin de l'aube de la turbine de manière que l'angle ss4 augmente lorsque le débit augmente et inversement. En effet, lorsque l'angle ss4 augmente* cette augmentation compense en quelque sorte la diminution de la vitesse U4 de la turbine et, de cette façon, l'angle #4 (angle de sortie de la vitesse absolue du fluide) tend à rester constante La fin des aubes de la turbine pourra être à cet effet soit flexible (figure 4), soit articulée (figure 5).
Dans tous les cas, la déformation de l'aube, correspondant à la variation de l'angle ss4, est régie soit par la valeur du débit auquel cas l'augmentation de gÉj varie comme cette valeur, soit par la vitesse U4 de la turbine (forme centrifuge) auquel cas l'augmentation de /? 4 varie en sens inverse de la vitesse U4,
<Desc/Clms Page number 6>
Les directrices étant supposées fixes, l'angle de sortie #1 de ces dernières est constant; il en est de même de la vitesse U1 de la pompe puisque celle-ci tourne sensiblement à vitesse constante correspondant à la vitesse de régime de meilleur rendement du moteur.
Par suite, l'angle de la vitesse relative d'entrée passe de l'angle aigu ss'1 pour le débit maxi- mum à l'angle obtus pour le débit minimum. L'angle d'en- trée ss1 des aubes sera donc choisi entre ces valeurs et on le choisira de préférence plus voisin de l'angle ss'1 que de ss"1 de façon à favoriser le fonctionnement de la turbine à vitesse réduite, c'est-à-dire à couple élevé et grand débit correspondant au démarrage.
En outre, l'expérience des pompes centrifuges montre qu'un angle d'entrée trop petit conduit à un rendement moins mauvais qu'un angle trop grand, Ces oonsidé- rations conduisent à prendre l'angle ss1 compris entre 45 et 90 ,
Relativement à la pompe, l'équation du couple sur cette pompe montre que, si l'on veut fonctionner dans les environs du couple maximum l'angle de sortie #1 des directrices étant constant par suite de la fixité de ces directrices,
les pertes dans les directrices seront d'autant plus faibles que l'angle #1 sera plus grand dans les limites de compatibilité avec l'angle /le 4 déterminé précédemment pour l'entrée sur ces direc- trices et aussi en considération de l'angle de sortie ss2 des aubes de la pompe qui entraîne une valeur de 1 d'autant plus grande que lui-même est plus grand, La valeur de ss2 est limitée par les dimensions maxima à donner au dispositif et en particulier par les cnd itione R voisin de 4 et e compris entre 0,3 et 0,55 déterminées précédemment. Ro
On est conduit de cette façon à choisir ss2 compris entre 80 et 110 comme montré plus spécialement à la figure 7.
L'angle d'entrée 1 3 dans la turbine se trouve déterminé directement par les considérations envisagées pour l'angle
<Desc/Clms Page number 7>
ss2 de sortie de la pompe donnant une vitesse absolue de sortie du. fluide C2.Lorsque la vitesse U3 de la turbine est la même que la vitesse U2 de la pompe, les meilleures conditions seraient que la vitesse absolue d'entrée C3 soit dans la même direction que la vitesse absolue de sortie C2, ce qui , conduirait à une valeur "3 pour l'angle d'entrée dans la turbine égale à la valeur choisie pour ss2. comme montré à la figure 7.
A faible vitesse de la turbine, l'angle de la vitesse absolue du fluide devient faible (20 à 30 ). Les considérations exposées relativement à 1'angle d'entrée dans la pompe se retrouvent et conduisent à prendre l'angle d'entrée
EMI7.1
13 dans la turbine aompris eatre 40 et 800.
L'ensemble des conditions à remplir conduisant à des dimensionnements et à des valeurs d'angles nettement définis et qui sont les seuls à fournir des rendements élevés et à remplir les conditions exposées plus haut et en particulier à permettre la marche de la pompe à vitesse et couple constants et par suite celle du moteur, ce qui permettra à celui-ci de fonctionner dans les meilleures conditions d'utilisation et de rendement, c'est-à-dire à puissance et vitesse sensiblement constants, correspondant évidemment au meilleur rendement du moteur.
L'invention ne se limite pas à la forme de réalisation étudiée plus spécialement mais s'étend en partioulier à celles dans lesquelles notamment le récupérateur est placé à la sortie des aubes de la pompe ou simultanément à l'entrée et à la sortie de ces aubes ou dans lesquelles soit les aubes de la turbine,, soit celles du récupérateur, soit les deux à la fois sont mobiles en totalité ou en partie. Les considérations qui conduisent à la détermination des valeurs des angles d'entrée et de sortie,
EMI7.2
ou des .3..1¯l'.;... i.a'C3.v 1.¯11.., C..,J 7 IJI."",(jL #t...'..L' ..2 t.......!1. t 13 gj : ...::-:'J:
<Desc/Clms Page number 8>
La présente invention s'étend également aux formes de réalisation des ambages représentées aux figures 8, 9, 10 et 11.
La figure 12 montre un plan développé du circuit du fluide avec les formes des aubes.
L'invention comprend également dans son cadre la fixation des ailettes sur les différente organes du dispositif hydraulique de transmission de mouvement, de façon à les rendre facilement démontables comme montré plus spécialement aux figures 8, 9, 10 et 11.
Les aubes 1 de chacun des organes sont comprises respectivement entre la coquille 2 de chacun de ces organes et une couronne circulaire 3 dont une coupe diamétrale présente la forme d'un segment de oouronne également circulaire.
Les profila des aubes 1 sont déterminés pour s'adapter, l'aube étant en place, sur les surfaces circulaires de la ooquille 2 et de la couronne 3. La fixation des aubes est obtenue en pratiquant sur chacune de celles-ci et sur chaque champ une oreille 4 faisant saillie qui vient se placer dans des rainures correspondantes pratiquées sur la coquille 2 et la couronne 3, la couronne 3 étant solidaire de la coquille 2 par tous moyens convenables (tiges 5 rivées, d'une part, sur la coquille 2 et, d'autre part, sur la couronne 3 et placées de distance en distance).
Il est évident que la présente invention ne se limite pas à cette forme de fixation des ailettes, c'est ainsi qu'elles pourraient être fixées soit par encastrement sur toute leur longueur, soit par rivure de tétone, solidaires des ailettes. sur la couronne 3 et la coquille 2.