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L'invention est relative à des dispositifs sensibles à une vites- se de rotation ou angulaire.
Il est communément nécessaire, pour des machines rotatives, que la vitesse angulaire soit surveillée afin que toute tendance à une survi- tesse soit rapidement détectée et qu'un effet soit déclénché pour y porter remède. Quand la vitesse de rotation normale est très élevée, par exemple de l'ordre de 20. 000 à 100.000 t/m et, plus spécialement, quand la machine est petite, il était difficile, jusqu'ici, de réaliser un dispositif qui fonctionne comme un mécanisme a déclic en cas de survitesse et qui soit à la fois simple et sûr. De plus, tout mécanisme à déclic, qui doit fonc- tionner à une vitesse prédéterminée, peut être obligé d'exercer une action puissante en donnant sa réponse. Il est difficile d'éviter que des forces déséquilibrées se manifestent.
Même si ces dernières forces n'ont qu'une durée momentanée, elles peuvent être dangereuses avec des machines fonction- nant à des vitesses élevées.
L'invention a pour but de réaliser un dispositif sensible à une vitesse de rotation, qui soit simple et sûr et dans lequel les forces déséquilibrées, qui sont produites, soient négligeables.
L'invention a pour objet un dispositif sensible à une vitesse de rotation, ce dispositif comprenant un organe flexible et des moyens pro- pres à fonctionner à une vitesse prédéterminée de manière à obliger ledit organe à passer d'un état de flexion stable à un autre.
L'organe flexible est constitué, de préférence, par une mince lame ou traverse. Deux poids, attachés à cet organe, sont de préférence disposés de manière à produire un changement de flexion par leur effet , centrifuge..
L'invention a également pour objet un dispositif sensible à une vitesse de rotation, ce dispositif comprenant un support rotatif dont des parties sont établies symétriquement autour de l'axe de rotation et s'éten- dent suivant la direction générale dudit axe de rotation ; lame ou tra- verse flexible, occupant un état de flexion stable, étant retenue à ses extrémités par lesdites parties du support alors que son point central se trouve sur ledit axe ; masses pesantes attachées symétriquement à ladite lame ou traverse, de part et d'autre dudit axe ; des moyens sensi- bles à un changement dans l'état de flexion stable de ladite lame ou traver- se, qui se produit au cours du fonctionnement à une vitesse prédéterminée et par suite de l'action centrifuge desdites masses pesantes.
Les extrémités de la lame ou traverse peuvent être retenues par des pivots dans des encoches ou par serrage et, dans l'un ou l'autre cas, un réglage précis de la flexion initiale peut être fait. Il est préférable d'incorporer dans le dispositif des moyens propres à ramener la lame ou traverse à son état initial après qu'un changement de flexion a eu lieu en obligeant ces moyens à déclencher une action extérieure en modifiant la condition d'un circuit électrique.
Le dispositif peut être avantageusement combiné avec une machine rotative, le réglage de la variation de vitesse de cette dernière se fai- sant en fonction de l'état de flexion de la lame ou traverse du dispositif par l'intermédiaire d'un circuit électrique. Dans le cas où la machine est une turbine à gaz, on propose que la variation de la vitesse ait lieu avan- tageusement en faisant varier le débit massique du fluide actif à travers la turbine.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, certains mo- des de réalisation de l'invention.
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Les fig. la à 1d montrent, schématiquement, la réaction d'une mince lame, qui pivote à ses extrémités, pour des efforts latéraux croissants. Sur la fig. la, aucune force n'intervient, mais les forces utilisées sur les f ig. 1b à 1d créent respectivement des flexions stable, instable et stable.
La fig. 2 montre un mode de réalisation pratique de l'invention, plus spécialement, un dispositif de survitesse basé sur la méthode de fonctionnement illustrée par les fig. 1a-1d.
La fig. 3 montre, en coupe, le dispositif de .'retenue de .la lame flexible du mécanisme à déclic en cas de survitesse, ce dispositif étant une variante de celui montré sur la fig. 2.
La fige 4 montre l'incorporation d'un mécanisme à déclic en cas de survitesse, analogue à celui de la fig. 2 ou 3, dans une installation avec turbine à gaz, le dispositif de réglage coopérant avec le mécanisme à'déclic étant également montré.
Les fig. 5a-5c montrent, schématiquement, un autre agencement d'une lame montée sur pivots et fléchissant par l'effet de forces au cours de la rotation.
Le fonctionnement du dispositif, montré sur les fig. 2 et 3, est basé sur les principes de l'instabilité de la position d'une mince lame ou traverse, cette instabilité étant démontrée à l'aide des fig. la et 1b.
Sur la fig. la, on montre une mince lame ACB qui est contenue, à ses extrémités, par des pivots et qui est déformée par flexion de manière que son point central C se trouve d'un côté de la droite reliant les points A et B. L'application de deux forces F1, perpendiculaires à la droite AB et appliquées en des points relativement près des pivots d'appui, est montrée sur la fig, lb. La flexion au point central C a augmenté légèrement, mais cette flexion peut être considérée comme étant un état stable car si les forces F1 cessent d'agir, la lame revient à sa position primitive, montrée sur la fig. la. Sur la fig. 1c, on montre l'effet de l'accroissement des forces depuis F1 à F2.
On voit sur ce schéma que si F2 augmente audelà d'une certaine valeur, qui dépend des caractéristiques de la lame, on obtient d'abord un état instable pour lequel le point central C occupe la position D, après quoi la lame fléchit rapidement dans le sens opposé jusqu' à ce que son point central se trouve en E, comme montre sur la fig.
1d. Une valeur critique de la force F produit ce déplacement brusque du milieu de la lame depuis le point D sur la fig. 1c jusqu'au point E de la fig. 1d et ce changement se trouve à la base de l'effet de déclic nécessaire dans le dispositif de sur@@tesse décrit ci-après en se référant aux fig. 2 et 3.
Sur la fig. 2; un organe 1, en forme de fourche, tourne dans la boîte 2 et est entraîné par un arbre creux et léger 3 depuis un corps rotatif dont la vitesse angulaire est celle à laquelle le dispositif de survitesse doit être sensible. Dans la fourche 1 est logée une lame 4, légère et flexible, constituée par une bande en acier à ressort, ladite lame étant engagée dans deux fentes de pivotement a et b@ La lame porte deux petits poids légers 5 à proximité de son extrémité et elle est initialement courbée vers la base de la fourche 1. A l'extrémité du dispositif, opposée, à celle où se trouve l'arbre 3, est établie une tige 6 qui est ajustée dans un trou de la paroi de la boite 2 de manière à pouvoir coulisser dans ce trou.
La tige 6 est sollicitée par un ressort 7 de manière telle que son extrémité 8 avec rebord bute contre la face externe de la boite 2. Dans cette position, un circuit électrique peut être établi par les fils 9, les plots contacteurs 10 et le collet conducteur 11 logé dans la surface cylin-
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drique de la tige 6.
Une comparaison de ce dispositif avec le mode de fonctionnement illustré par les figures schématiques la à 1d permet de se rendre compte de quelle manière le dispositif peut fonctionner. Un accroissement de la vitesse de l'arbre augmente les couples exercés sur la lame 4 par les poids
5 quand ceux-ci sont soumis à un effet croissant de la force centrifuge.
Finalement, la lame 4 vient occuper brusquement la position stable montrée en traits interrompus, cette position étant comparable à celle de la fig.
1d. Quand elle occupe cette position, le centre de la lame vient en con- tact avec la tête de la tige 6 et parvient à vaincre la résistance du res- sort 7. La tige coulisse dans la boite et le collet conducteur 11 n'est plus en contact avec les plots contacteurs 10. La nouvelle position de la lame est stable et la tige 6 est maintenue dans sa nouvelle position. Par conséquent, dès que la lame a passé de la position de la fig. la à la posi- tion de la fig. ld, aucun circuit électrique ne passe plus par les fils 9 et les plots 10. Quand l'arbre 3 est arrêté ou quand sa vitesse a été ré- duite, tout au moins, en dessous de la valeur critiquer, la lame 4 peut être ramenée à sa position initiale en exerçant une poussée sur une deuxième tige 12 qui peut coulisser dans le passage axial de la tige 6.
Quand la lame 4 est ramenée à son état de flexion initial, le ressort 7 ramène la tige 6 à sa position primitive. Des organes propres à provoquer un retour automatique à la position initiale peuvent être adjoints au dispositif, si on le désire .
Une modification de la vitesse critique à laquelle l'effet de déclic a lieu peut se faire en faisant varier la flexion initiale et stationnaire de la lame 4. Ceci est obtenu à l'aide de vis sans tête 13 établies aux points de pivotement et auxquelles on peut avoir accès par des trous ménagés dans la paroi de la boite 2. Des réglages égaux sont faits aux deux extrémités de manière à réduire au minimum le risque d'un déséquilibrage du dispositif. La relation entre les forces latérales et le point d'instabilité est ainsi modifiée et on a constaté que cette relation peut être prévue à l'avance d'une manière régulière. Une variation étendue des vitesses critiques peut être obtenue en agissant de cette manière à un réglage par les vis.
On peut obtenir des vitesses de fonctionnement dans des zones différentes non seulement en modifiant la flexion/initiale d'une seule lame mais également en remplaçant la lame par d'autres ayant des caractéristiques de stabilité diff érentes. La nature de la matière, l'épaisseur, la longueur et l'emplacement des poids 5 sont tous des facteurs qui affectent ces caractéristiques. On a découvert que des courbes régulières peuvent être établies en ce qui concerne le moment nécesaire pour provoquer le changement de flexion voulu à partir d'une courbure initiale pour des épaisseurs et des matières différentes adoptées pour les lames élastiques.
En général, il est préférable d'établir les poids 5 entre un sixième et un tiers de la longueur de la lame, à partir de chaque extrémité de celle-ci. Le mode de montage de la lame à ses extrémités affecte également sa caractéristique de stabilité et on a découvert que, toutes les conditions étant identiques excepté que l'on adopte des extrémités maintenues par serrage comme montré sur la fig. 3 à la place des extrémités pivotantes comme sur la fig. 2, le couple nécessaire pour produire le changement de courbu- re est diminué. Egalement dans ce cas, on peut prévoir à l'avance le couple nécessaire et, par conséquent, la vitesse de rotation critique. Dans certains cas, on peut préférer le dispositif de la fig. 3 en raison du montage plus positif de la lame.
Sur la fig. 3, la lame 4 est maintenue entre deux organes de ser-
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rage 14 logés dans la pièce 1 en forme de fourche. Les pièces de serrage ont une section transversale semi-circulaire à leurs extrémités externes et comportent des rebords rectangulaires à leurs extrémités internes 15.
Elles sont maintenues ensemble. et leur position est réglable à l'aide d'une bague filetée 16. Un tourne-vis à deux ergots peut être engagé dans l'extrémité externe de cette bague en vue d'obtenir un réglage précis de l'état de courbure initiale de la lame 4.
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La fig. 4 montre l'inoorporatiea.d'un mk6aiiime'à,,déblic.analogue à celui décrit plus haut à l'aide de la fig. 2 ou de la fig. 3, dans une installation avec turbine à gaz 17. Celle-ci est du genre centripète et le gaz est introduit dans la turbine par le conduit 18 et la volute 19.
Les gaz d'échappement, sortant de la turbine, s'écoulent par le conduit 20.
Dans le conduit tronconique intérieur 21, qui se trouve immédiatement en aval du rotor de la turbine, est établi un mécanisme à déclic 22, intervenant en cas de survitesse, du genre de celui décrit plus haut. Une tige de commande 23 est prévue pour ramener le mécanisme à déclic à son état initial quand un changement de courbure a eu lieu. Cette tige de commando peut être manoeuvrée depuis l'extérieur de l' installation. Les fils électriques 9 sortent par des entretoises ou supports creux profilés et sont reliés à un circuit électrique comportant un interrupteur, des bornes d'alimentation et un solénoïde 24.
Dans des conditions normales, dans lesquelles le mécanisme à déclic 22 n'a pas fonctionné et dans lesquelles le circuit électrique est fermé, le solénoïde 24 est excité. Dans ces conditions, le solénoïde 24 est agencé de manière à être en contact avec un bras 25 fixé sur l'axe d'un organe d'étranglement (papillon) 26 établi dans le conduit 18. Le solénoïde 24 retient le bras 25 contre l'action d'un ressort 27 qui tend,, à fermer le papillon 26. Si la turbine 17 dépasse une vitesse prédéterminée, le mécanisme à déclic 22 fonctionne, la courbure de la lame, logée dans ce mécanisme,change et'le circuit électrique est interrompu.
Le solé- noïde 24 cesse de retenir le bras 25 contre l'action du ressort 27 et l'are ainsi que le papillon 26 font un quart de tour de manière à obturer le cor.- duit 18. Quand le papillon 26 est fermé, le bras 25 est er contact avec une butée 28. Le débit du fluide actif vers la turbine ayant été interrom- pu, la vitesse du rotor diminue et on peut permettre à celui-ci, si on le désire, d'arrêter.
Quand on a découvert la cause de la survitesse, le papillon 26 peut être ouvert à la main en déplaçant le bras 25 et, quand la tige de commande 23 a ramené le mécanisme de déclic 22 à sa position initiale, le circuit électrique est fermé à nouveau, le solénoïde 24 maintient le bras 25 à sa position de @Gouverture Dans certains cas, il peut ne pas être désirable d'arrêter complètement l'installation et dans cette éventualité le papillon 26 doit seulement être fermé en partie en donnant à la butée 28 un emplacement approprié. Une survitesse dangereuse peut donc être évitée sans que l'on ait à arrêter complètement l'installation.
Le même principe d'une lame instable soumise à des forces latérales peut être appliqué de différentes manières. Une variante est montrée schématiquement sur les fig. 5a, 5b, et 5c. La lame est, dans ce cas, courbée initialement sous la forme d'un S et les poids 5 sont montés à proximité du centre de la lame. Sur la fig. 5a, la lame occupe sa première position stable et les fig. 5b et 5c montrent respectivement la même lame successivement dans sa position instable et dans son autre position stable. Entre les positions des fig. 5a. et 5c, il se produit u:, déplacement angulaire [alpha] du point central de la lame. Ce déplacement angulaire peut être utilisé pour ouvrir ou fermer un circuit électrique.
Un mécanis-
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me à déclic, fonctionnant en cas de survitesse et comprenant C--Tta li.rte ers forme de S comme élément de base pour son fonctionnement, -cent nécessiter'
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l'intervention d'une paire de bagues coulissantes, établies sur un arbre et à l'aide desquelles on obtient une indication de l'effet déclencheur existant ailleurs.
Dans une autre variante de l'invention, qui n'est pas montrée, deux poids peuvent être articulés aux extrémités des branches de la four- che, la lame courbée étant établie entre les poids et attachée à ceux-ci.
Pendant le fonctionnement, les poids se déplacent vers l'extérieur en s'é - cartant de l'axe de rotation et l'état de flexion de la lame peut être ren- du tel qu'il subisse un changement stable à une vitesse de rotation prédéter- minée.
On sait que les lames élastiques ont déjà été incorporées dans des régulateurs de vitesse, la courbure de ces lames suivant le même état de flexion, par l'action de masses pesantes, agissant sur une commande par l'intermédiaire de contacts électriques. Ces régulateurs n'ont aucune effet déclencheur et les mécanismes à déclic qui procurent un tel effet ont jusqu'ici présenté divers inconvénients. Ceux-ci sont écartés,ou tout au moins considérablement diminués, par l'objet de l'invention.