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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX DISPOSITIFS DE CONTROLE DE MACHINES
ROTATIVES.
L'invention est relative à des dispositifs de contrôle de machi- nes rotatives.
II est courant d'assurer la lubrification des machines rotatives par de l'huile sous pression et on a déjà proposé d'incorporer dans ces machi- nes un frein hydraulique formé par une roue à ailettes dans laquelle un fluide hydraulique est obligé de passer. Pour toute machine il est nécessaire que la pression de l'huile lubrifiante ait une valeur satisfaisante avant que la machine soit mise en marche et quand on fait ontervenir un frein hydraulique, du genre spécifiée il est nécessaire que ce frein continue à être alimenté pendant toute la période de fonctionnement de la machine.
L'invention a pour objet un dispositif de contrôle d'une machine rotative, ce dispositif comprenant des moyens propres à produire une pression d'un fluide qui est sensiblement proportionnelle à la vitesse angulaire de la machine et un mécanisme d'arrêt en cas de survitesse qui est sensible à la dite pression du fluide et qui intervient quand une pression prédéterminée- 'est atteinte afin d'éviter l'emballement de la turbine.
Le contrôle,obtenu par la pression du fluide, peut servir éga- lement au réglage de la vitesse, On préfère utiliser l'huile de lubrification comme fluide dont on se sert pour produire, par exemple par une pompe centri- fuge, la pression qui règle la vitesse. Le dispositif peut également empêcher le fonctionnement de la machine jusqu'à ce que la pression d'alimentation de l'huile de lubrification ait atteint une valeur voulue et jusqu'à ce que Ia pompe soit alimentée.
L'invention a également pour objet un dispositif pour contrôler le débit fluide dans une machine rotative, ce dispositif comprenant un conduit pour amener le fluide à la machine, un étrangleur établi dans ce conduit, une
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pompe centrifuge entraînée par la machine, des moyens pour amener de l'huile à Ia dite pompe après qu'elle a lubrifié la machine, une soupape d'arrêt soiIicitée par un ressort et reliée à la sortie de la pompe pour fonctionner quand la pression de L'huile débitée par la pompe atteint une valeur prédéterminée et une liaison établie entre la dite soupape et le dit étrangleur pour fermer ce dernier quand la dite soupape fonctionne.
Le dispositif peut être appliqué avantageusement à une turbine radiale avec écoulement vers l'intérieur en logeant un papillon dans le conduit d'alimentation de la turbine,ce conduit débouchant dans le carter à volute de celle-ci.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple seulement, un mode de réalisation de l'invention appliqué à une turbine à écoulement radial,
La fige I montre, schématiquement (parties en coupe), une roue de turbine dont l'arbre porte la roue à ailettes d'une pompe, assurant la cir- culation d'huile, et un dispositif combiné pour la lubrification et le freinage par l'huile.
La Fig. 2 montre, en coupe, un mécanisme pour empêcher le fonctionnement de Ia turbine quand la pression d'alimentation de l'huile lubrifiante est trop faible ou quand la pression de sortie de la pompe à huile est tmp élevée.
La machine rotative, montrée sur la Fige I, comporte une turbine 10 montée sur un arbre II dont l'extrémité opposée porte une roue à ailettes 12 par laquelle l'huile est mise en circulation, cette roue agissant comme une pompe ou comme un frein. L'arbre II de la turbine est tourillonné dans un palier intérieur 13 et dans un palier extérieur 14. L'huile de lubrification est fournie par un conduit 15 au palier intérieur 13 et l'huile sortant de ce palier est recueillie dans les cavités 16 et 17 qui entourent l'arbre II. Un conduit 18 ramène l'huile depuis ce palier 13 au réservoir 19. L'huile est fournie par le conduit 20 au palier extérieur 14 et une partie de cette huile., provenant de ce palier, est ramenée, par la cavité 17 et le conduit 18, au réservoir 19.
Une cavité 22 est prévue pour recueillir l'huile provenant de la face d'appui du palier 14. L'huile, provenant de Ia cavité 22, s'écoule par le conduit 23 et la chambre d'admission 24, établis en série, vers la roue 12 du frein hydraulique. L'huile, débitée par cette roue, est admise sous pression dans une chambre de sortie 25, et est ramenée, en passant par un orifice à pointeau 26 et par le conduit 27, au réservoir 19. L'orifice à pointeau 26 peut servir au réglage du débit de l'huile et, par conséquent, en modifiant la pression de sortie de Ia roue du frein, au réglage de la vitesse de la machine. Un refroidisseur d'huile 28 peut avantageusement être établi sur le trajet de retour de l'huile.
Le débit de la pompe 29 pour l'alimentation en huile lubrifiante peut être choisi de manière telle qu'il corresponde à la moitié du débit de la roue 12 du frein hydraulique. Une proportion réduite du débit de la pompe d'alimentation est dirigée, par un mécanisme de réglage 30 ; aux conduits 15 et 20 qui alimentent.. en huile, les paliers 13 et 14. La partie restante de l'huile, est dirigée, par un conduit 21., vers la face d'appui du palier 14 et ensuite vers Ia roue 12 du frein comme expliqué plus haut. Cette alimentation en série permet de balayer continuellement la cavité 22 par de l'huile froide, En plus des conduits d'huile mentionnés plus haut on a recours à un conduit 31 qui ramène l'huile, fournie à la face d'appui du palier extérieur 14, au réservoir 19.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant en admettant que tout le circuit pour l'huile soit vide.
P ar la mise en marche de la pompe à huile 29, les deux paliers 13 et 14 sont-immédiatement lubrifiés sous pression et la cavité 22 est traversée par l'huile en excès qui provient de la pompe 29. A mesure que cette cavité se remplit, l'huile refoule devant elle l'air, qui se trouve au-dessus d'elle, dans le conduit 230 L'huile remplit ensuite la chambre d'admission 24 et la chambre de sortie 25 après quoi elle atteint l'orifice à pointeau 26.
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L'huile en excès, débitée par la pompe à huile 29, est ramenée au réservoir
19 par le conduit 31.
Le circuit d'huile étant ainsi alimenté, on peut faire démarrer la turbine en-toute sécurité. On voit que le conduit 31 peut intervenir pour l'aspiration ou pour le retour d'huile suivant le sens de l'écoulement de 1, huile à partir du frein, Si le débit de ce courant est supérieur à celui qui est débité en by-pass par le conduit 21 depuis la pompe, la différence de ces débits est aspirée hors du réservoir 19 par le conduit 31. Dans le cas con- traire, la différence des débits retourne au réservoir 19, par le conduit 31.
Comme la pression de l'huile débitée par le frein est à peu près une fonction de la vitesse angulaire de la machine, il est possible d'utiliser un mécanisme simple pour l'arrêt en cas de survitesse, ce mécanisme étant sen- sible à la pression de l'huile à la sortie du frein.
Le fonctionnement de ce mécanisme d'arrêt en cas de survitesse est expliqué ci-dessous en se référant à la fois aux Figs. 1 et 2. On a également recours à un dispositif pour empêcher le fonctionnement de la machine avant que la pression de l'huile de lubrification n'ait atteint une valeur suffisamment élavée, Ce dispositif et le mécanisme d'arrêt en cas de survitesse sont combinés avec le dispositif de mise en marche de la turbine sous :La forme d'un ensemble désigné par 30 sur la fige 1 et montré en détail sur la Fig. 20 Le conduit 56, qui alimente la turbine, contient un papillon 57 qui, lorsqu'il est fermé, empêche le passage du fluide moteur de sorte que la turbine ne peut pas fonctionner.
L'arbre, qui commande le papillon 57 du conduit 56, est désigné par 32, Sur cet arbre 32 est calée une came 33 (Fig. 2) qui coopère avec un levier 34 muni d'une saillie 35 et d'un bec 36 qui coopèrent respectivement avec des parties profilées correspondantes de la came 33. Une extrémité du levier 34 est en contact avec un collet 37 prévu sur la partie supérieure de la tige 38 d'une valve à piston dont le piston 45 est sollicité par un ressort 53. L'autre extrémité du levier 34 coopère avec l'extrémité d' une tige 39 qui est sollicitée par un ressort 4 0 et qui est commandée par un pointeau différentiel 41.
L'huile fournie par la pompe à huile 29 ( Fig. I) est admise dans :Le mécanisme 30, montré sur la Fig. 2, par le ressord 42. Cette huile pénètre par le fond de la chambre 43 dans laquelle est logé le piston 45 de la valve et s'écoule vers la machine rotative par le raccord 44. La pression de cette huile agit sur la face inférieure du piston 45 sollicité par le ressort 53 et quand cette pression augmente le piston monte en découvrant un orifice 46 par lequel l'huile en excès retourne, par le conduit 21., vers.le frein. L'huile, qui fuit le long du piston 45, s'écoule par le raccord de sortie 47.
L'huile sous pression, débitée par la roue 12 du frein-, arrive au mécanisme montré sur la Fig. 2 par le raccord 48 et elle traverse la chambre 49 prévue à l'extrémité inférieure de la soupape avec pointeau différentiel 41. Cette soupape se trouve dans le commerce et son pointeau 41 est normalement appliqué sur son siège de sorte qu'une quantité très petite d'huile peut s'écouler par le raccord 50. A une certaine pression, qui dépend de la tension du ressort 40, le pointeau 41 s'écarte de son siège et une plus grande surface de ce pointeau s'offre à la pression d'huile de sorte que la tige 39 monte brusquement. La tension du ressort 40 est réglée de manière telle que ce mouvement soit facilité.
Les raccords 47 et 50 sont reliés à un conduit commun 58 aboutissant au réservoir 19.
Le fonctionnement du mécanisme 30 est le suivant, en supposant que la machine ne contienne, au début, pour ainsi dire pas d'huile.
Comme aucune pression d'huile n'agit sur la face inférieure du piston 45 celui-ci ainsi que la tige 38 sont à leur position la plus basse.
De même le pointeau différentiel 4L est Inactif. Quand le papillon 57, établi dans le conduit d'alimentation 56 de la turbine, est fermé, la saillie 35 du levier 34 est en contact avec le creux 51 de la came 33. Le collet 37, qui repose sur l'extrémité 52 du levier 34, maintient la saillie 35 dans le creux
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51. II est donc impossible d'ouvrir le papillon 57 et de mettre la turbine en marche aussi longtemps que le collet 37 est en contact avec le levier 34. La seule opération que l'on puisse faire est de mettre la pompe d'alimentation d' huile 29 en marche. L'huile commence alors à circuler dans le mécanisme 30 par les raccords 42 et 44, la pression augmentant graduellement dans la chambre 43.
Le piston 45 monte contre Inaction du ressort 53 et à mesure que la tige 38 monte, le collet 37 s'écarte du levier 34. Le papillon 57 peut alors être ouvert à l'aide du volant 59 et la came 33 vient occuper la position montrée sur la Figo 2. Un ressort de commande 54 fait pivoter Ie levier 34 autour de son axe de sorte que le bossage de la came 33 vient se placer devant le bec 36 du levier 34. Ce contact maintient le papillon ouvert contre l'action exercée sur l'arbre 32 par le ressort 60. Il est à noter que, dans le cas où la pression d'aIimentation d'huile fait défaut, le ressort 53 refoule le piston 45 vers le bas et le collet 37, en agissant sur l'extrémité 52 du levier 34, écarte le bec 36 de Ia came 33 ce qui libère celle-ci et provoque la fermeture du papillon 57 et l'arrêt de la machine.
Le bec 36 est également écarté du bossage de la came 33 quand :la pression d'huile du frein dépasse une limite prédéterminée qui dépend de la tension du ressort 40. Dans ce cas, le pointeau différentiel 41 monte et oblige le levier 34 à s'écarter de la came 33 ce qui ferme également le papillon 57. Comme indiqué plus haut, la pression d'huile à la sortie du frein est, approximativement, une fonction de la vitesse de la machine de sorte que le pointeau différentiel 41 fonctionne comme une commande d'arrêt en cas de survitesse pour empêcher l'emballement de la turbine 10 (Figo I).
On voit que le mécanisme de mise en marche de la machine montré sur la Fig. 2, comprend, dans un ensemble unique 30, le dispositif qui empêche le fonctionnement de la machine au-delà d'une viyesse angulaire prédéterminée ainsi qu'un dispositif par lequel on obtient que la pression de l'huile de lubrification soit maintenue à la valeur convenable et que l'alimentation du frein hydraulique soit complète. Les spécialistes se rendent compte que, bien que la pression d'huile fournie par la roue à ailettes 12 serve dans ce cas uniquement à empêcher un excès de vitesse, elle peut également être utilisée pour le réglage continu de la vitesse.
Pour l'exemple particulier, expliqué plus haut, l'alimentation en fluide moteur de la turbine pourrait 9tre réglée avec précision en modifiant, par l'effet de la pression d'huile produite par la pompe 12 entraînée par la machine, la position du papillon 57.
II se peut qu'il ne convienne pas toujours de se servir de l'huile lubrifiante comme fluide par lequel on obtient le contrôle et on peut concevoir aisément une pompe à air, par exemple, à la base d'une variante pour la mise en oeuvre de I,invention.