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La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation de secours en huile d'un ou de plusieurs paliers d'un arbre en rotation et, plus particulièrement, à un système d'alimentation de secours en huile des paliers lorsque l'ali- mentation normale en huila du palier est interrompue alors que l'arbre est en déclaration.
Bien que des dispositif de lubrification des paliers aient été réalises pour de grande machines rotatives, tellen que les générateurs à turbine, , il arrive que leo systèmes normaux de lubrification viennent à faire défaut et entraînent de grands endommagements de ces muchines. des défaillances se produisent souvent dans des cite d'urgence lorsque les machinas sont arr- tées pour doo raisons n'ayant aucun rapport avec les systèmes de lubrification.
Dos effets annexas tels qu'une porte de puissance auxiliaire, ou une erreur humaine au cours de ces cas d'urgence ont entraîné des interruptions de l'alimentation normale en huile avant que les arbres aient ralenti jusqu'à l'arrêt complète Le défaut d'alimentation en huile entraîne un éohauffement rapide du métal du palier et étant donne que ces métaux ont des températures de fusion basses,les paliera peuvent subir de grande dégâts* Il est, par conséquent, sou- haitable de disposer d'un moyen d'alimentation de secours en huile des paliers alors que l'arbre ralentit dans le cas où l'alimentation normale d'huile est interrompue.
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Des solutions antérieures d'alimentation de eeoours en huile en cas de perte de pression d'huile des paliers d'une
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turbine à vapeur, ont proposé des réservoirs de 4rd' gravite pour fournir l'huile au débit d'écoulement normal, ou du pompes à engrenage qui débitent l'huile à un débit d'écoulement propo tionnel h la vitesse de l'arbre en cours de ralentissement,
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La quatit6 d'huile requise dans un réservoir gravite, oalou-
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lée pour des vitesses d'dooul.erent normales de l'huile de palier., est très importante.
Un réservoir supplémentaire
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de capacité comparable doit ttre prdvu nous le niveau de rdtd- renoe pour recevoir l'huile s'écoulant du réservoir à gravite.
La taille requise par un réservoir d'alimentation de coure à gravité a fait que la solution de la pompe à engrenage a
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été prW3rée bien qu'elle soit moine sûre
Par conséquent, la présente invention a pour objet un dispositif de secours d'alimentation en huile, sûr et peu
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ootoux, d'un arbre en dJoJlJrt1on lorsque l'alittentation n01'lIlulc en huile est interrompu..
La présente invention a pour autre objettun 8ysUm. de secours d'alimentation en huile utilisant un ou plusieurs
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réservoirs de dimension la plus réduite possible ndoornaire fi protéger leu palier$ au couru de la dlodlJrnUon d'un #tbrl ou d'un rotor, par exemple.
d'un rotor de gdtadrateur ou de turbine h vapeur*
La présente invention a encore pour autre objet,un
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systbmo dv poooura l' 'n.l1n.entation en huile d'un rotor en d4o<!l<!rationt qui soit Or et qui, en outre, utilise la quan- tinté Minimum d'h ne ntoe8tjaire pour protéger les paliers avec adourit4, L'invention peut 8tre mieux comprise en se référant à la description suivante, conjointement aux dessins annexés dans lesquels t
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- la figure 1 est une vue schématique en élévation de la forme d'exécution préférée du système d'alimentation en huile de secours ;
- la figure 2 est un diagramme établissant le débit d'écoulement de l'huile de secours en fonction du temps de ralentissement - la figure 2a est un diagramme donnant la quantité totale d'huile de secours en fonction du temps de ralentis- sement ; - la figure 3 est une vue schématique en élévation d'une forme d'exécution modifiée suivant la présente invention ; - la figure 4 est une vue schématique en élévation illustrant une troisième variante de la présente invention, et - la figure 5 est un dessin de oontour illustrant des formes de réservoirs donnant lieu à un écoulement d'huile contrôlé avec plue de précision que dans la forme d'exécution pratique préféré* de la figure 1.
En résuméla présente invention consista à obtenir une courbe d'écoulement d'huile en fonction du temps pour un arbre en décélération, d'allure connue, qui donne lieu à une température de palier sensiblement constante au cours de la décélération* La quantité d'huile minimum requise est calculée par intégration de cette courbe par rapport au temps, Oette quantité minimum est contenue dans un réservoir ou dans des réservoirs ainsi que dans un dispositif de régulation de l'ali- mentation d'huile de secours des paliers au cours de la décéléra ! tion de l'arbre suivant une loi connue,
de façon à fournir le débit d'écoulement d'huile instantané requis tel que la tempe rature du métal du palier soit maintenuoà une valeur proche de la veleur limite de sécurité sans dépasser cette dernière.
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Ainsi qu'on peut le voir & la figure 1 des dessins* un palier 1 supporta un arbre 2. Le palier 1 et l'arbre 2
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août r"prJ".ntuUt'1J d'un nombre quelconque de tourillons ou de Poliere h Pouduée supportant un nombre quelconque doarbres de .rotor.. Le palier 1 est u1114t1111.,J & travers la conduite > depuis une souruy aeratit d'huile ..ou. pression (non reprdientô'o) In source d'huile normale nous pression petit Otre de tout type aonnu, approprié aux 4;ràindtio machine 1'0,."1v", telle qu'une pompe centrifuge ersbra'lnhe depuis un des arbres en rotation.
Un orifice 4 relativement tjrand règle le ddbit doalimentation d'huile e'<"ooulhnt de la o.nduito 3 vers le palier 1. Une valve d'arrêt 5 empêche l'écoulement un retour de l'huile en direction do lu oouroe d'o.ll'Jbl.1.ation normale si la prasnion
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d'huile normale vient & faire défaut*
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La défaut de prousiont indiquant l'inaptitude de l'a.1il11t1ntaUon normale à lubrifier convenablement le palier lot d3teat6s par un dûolonoheur 1 huile 6 do base* pression* Le dispositif 6 paut, par exemple# être un transducteur ..n81- bîe ? la prufolon capable d f 5aettre des signaux hydrauliqueA élootr1'1utl.\, ou pneumatique lOL'8clIJO la pression d'huile tombe daarra la conduite 3 en deniigue d'un minimum de adourit4 prdd4ter- rai.nd.
Las dtaila du ddoloncheur à pression d'huile 6 ne font pas partie de la présente Invention* II est de pratique coran- te, dans les g6ndxateurn à turbine par excepte, d'utiliser des dispositifs de protection tels que le déalanaheur â près sion d'huile 6 pour émettre des signaux 5a, 6b en direction du briseur de vide du condenseur 61 et du syntbme déclencheur de secours 62, respevtivezent. Le briseur de ride du condenseur qui est un appareillage normril 4"8 générateurs à turbine z vapeur, admet de l'air duno le condenseur et a tendance à
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ralentir la turbine avec une vitesse supérieure. Le système
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déclencheur du soooure ferme les vulvua de la turbine et ddoon- riuute le é1\rtitt}\.1%' du la 11n..
Aprbe uotionnement de 01. dispositifs, 1 rotor ralentit uuivant une loi v6ri'iuble.
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L'alimentation de secours eh huile du palier cet
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contenue dilua une puiro de nfuurvoin 7< 8 relire par une conduite de réunion 94 Leu rdâwrvoire 1 et à mont relative* ment hauts par rapport a leur diMetre pour fournir la tête de ,pru8CJion appropriée et le réservoir ? a une capacité1 plus grande et et, de pr6.t6rerraet plue haut que le réservoir et Le rdourvoir 7 a unu valve d'arrêt 10 du type' flotteur, au sommet conduisant à la oonduite d'adration Il* Les rdsorvoire sont rerzxpli.r partir du bas au moyen de conduites d'alimen- tation 3t 12 Jusqu'à ce que la valve d'arrêt 10 empêche tout nouveau rompliul\l1t';
" La valve 10 permet alors à l'huile de s 'écouler librement du fond des réservoirs chaque fois que ouest l'alimoutution de l'huile à travers la conduite 3.
Une ouverture ménagée dane le fond du rdervoir 7 est reliée à la conduite 39 entre l'orifice 4 et la valve d'arrêt 5, par l'intermddisire d'une large conduite d'alimen- tation d'huile de secours 12. Une ouverture ménagée dans le !'
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fond du réservoir 8 est reliée au moyen d'une seconde conduite
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d'alitnentatinn en huile de secours 13, plue petite# à travers un orifice 14, au palier 1. Cet orifice a une aire d'écoulement
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beaucoup plus petite que l'orifice 4. À titre d'indication
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des tailles comparées des orifices 4, 14, l'orifice 4 peut constituer de l'ordre de z6 de la seotion totale d'écoulement
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de l'ensemble des deux orifices tandis que l'orifice 14 peut
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ne OOllh1 tuer que de l'ordre de 5 % de la station totale
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d'écoulement.
En d'autres mots, l'orifice 4 peut avoir une
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section d'écoulement de l'ordre de 20 fois celle de l'orifice 14.
Il a été constaté que le débit d'huile nécessaire à empêcher le palier d'un arbre de turbina,en coure de ralentis- sement, de subir un surchauffas est beaucoup plus faible qu'on ne le pensait antérieurement et décroît fortement lorsque
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l'arbre ralentit* ton teuaie montrent que sur un arbre raltn- tissant au1vfmt une loi connue, o',st.A-d1r., ayant une vitesse connu@ z tout moment donné la débit d 3ooutemert propre de l'huile pour une vitesse donnée de l'arbre (par suit# eh un moment donné), peut être déterminé pour donner une certaine température de palier de sécurité* Si l'arbre ralentit sui- vant une loi connue,
une courbe peut être tracée qui donne le débit d'écoulement d'huile appropria à tout moment au cours de la décélération pour maintenir la température du palier à une valeur sensiblement constante* La température constante choisie
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peut ttre celle qui conserve le métal du palier à un tep .
ture de sécuritde
La figure 2 illustre une telle courbe 15 qui est la "courbe de température constante du palier* de l'arbre et du palier de la figure 1, En d'autres mots, la température du
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palier à l'instant t pour un débit d'écoulement d'huile Q1' est la même que la température du palier à l'instant t2' pour un débit d'dôoulemerit d'huile Q2' Il est à noter que la courbe 15 a pour caractéristique que, dans une première partie 15a, le débit d'écoulement à température constante décroît très
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rapidoindjit par rapport au tfnpa dans une seconde partie 1 âb le débit d' l<ooulrlJn décroît trén lentement par rapport au temps.
Suivant la présente invention, la forme, la taille
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et la disposition des réservoirs 7 et 8, ainsi que celles des orifices 4 et 14, sont telles qu'elles donnent une approxima- tion fidèle de la courbe à température constante 15 du palier
Cette courbe approchée, illustrée à la figure 2, est désignée dans son ensemble par la notation de référence 16, et comprend une première partie linéaire 16a à débit d'écoulement d'huile rapidement décroissant et une seconde partie linéaire 16b, à débit d'huile faiblement décroissant La partie 16a oorreapond au temps et au débit d'écoulement de l'huile provenant du réservoir 7 à travers le grand orifice 4,
la contriqution relative du réservoir 8 au cours de cette période étant négli- geable. La partie 16b du diagramme représente le débit d'écou- lement très faible du réservoir plus petit 8, à travers l'orifi- ce étroit 14, après que le réservoir 7 ait été vidé
La taille minimum des réservoirs 7 et 8, c'est-à-dire, la quantité totale minimum d'huile requise pour maintenir le palier à température constante au cours du ralentissement, est obtenne par intégration de la courbe 15 ( ou de la courbe par rapport au temps.
Le résultat est illustré à la figure
2a dans laquelle la courbe 17 représentant la quantité totale débitée V (en litre) requise en fonction de la durée t du processus de décélération, se rapproche, ainsi qu'on peut le voir, d'une ordonnée limité 18 exprimant la quantité ou le nombre de litres d'huile requis* Par conséquent, la dimension minimum des réservoirs 7 et 8 peut être trouvée pour une tempé- rature maximum de palier donnée.
Le diamètre des réservoirs est déterminé de façon que la quantité d'huile rustante (R à la figure 2a) à un moment quelconque t1soit emmagasinée dans les réservoirs aveo une hauteur qui produise une charge stati- que aux orifices 4 et 14 qui, à son tour, donne lieu à un débit
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d'écoulement d'huile (Q, i 1 la figure 2) à lf1n.tant t., z travers les orifices.
Le fonctionnement de la forme d'exécution de la
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figure 1 ont décrit ci-aprèn, la pression normale d'alimenta- tion en huile rompit t les réservoir 7 et 8 par l'intermédiaire do la conduite 12 depuis une conduite d'aliisentatioa 3. Une défaillance ultérieure de l'alimentation normale en huile traversant la conduite 3 Actionne le déclencheur basse pression
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d'huile 6 juli h son tour, actionne le système déclencheur de 7 secours et le déclencheur A vide (non raprdserstéj 1. out entendu qui ces dispositifs sont mentionnés étant donné l'effet
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qu'ils ont en ta1almt ralentir le rotor suivant une toi connue.
Lorsque la pression de la conduite 3 tombe en dessous de la valeur pour laquelle le dispositif 6 ddolonoho# elle cesse de maintenir le niveau d'huile dans les réservoirs 7 et 8,
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et la contra-pre89ion de *on rsaervoirs terme la valve d'arrêt 5. L'huile 8'6ooul maintenant du réservoir 7 avec un débit très élevé maie rapidement doro1ueant ( ligue 16a a la figure 2) à travers l'orifice 4, au coure de la période initiale de
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rotation libre du rotor* Pendant et après la vidange du réser-* voir 7o l'huile s'écoule à un dbit beaucoup moindre et beaucoup moins rapidement déorois8ant 1 du réservoir 8 à travers l'orifice 14* Son effet n'est toutefois évident qu'au cours de la der- nière partie de la période de rotation en roue libre (ligne
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16b à la figure 2)
.la courbe composite 16 représentant l'écou- lement combiné à travers les orifice. 4 et 14, constitue une approximation de la courbe à température .constante 15 du palier, par suite, 'une quantité minimum d'huile est utilisée pour maintenir à une valeur sensiblement constante la température
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du palier alose que le rotor ralentit suivant la loi connue de la vitesse du rotor en fonction du temps,
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Une forme d'exécution modifiée suivant la présente invention est illustrée à la figura 3, dans laquelle le palier, l'arbre, les orifices, la valve d'arrêtet les conduites ali- mentant Ion orifices, sont désignés par les marnes notations de référence que précédemment.
Les détails oonoernant le déclencheur à basse pression d'huile 6 ne sont pas d'application Toutefois, au lieu d'utiliser deux réservoirs distincte, les conduites 12 et 13 sont reliées aux orifices ménagés dans le fond d'un grand réservoir 20. Des dispositif@ sont prévus pour maintenir un gaz inerte, tel que de l'anhydride carboni- que ou de l'acote, soue pression au sommet du réservoir 20.
Par suite,le réservoir ne doit pas Atre aussi important que les réservoirs d'alimentation par gravité décrits précédemment pour fournir une tête de pression adéquate. l'alimentation' en gaz comporte une source de gaz tous pression ( non représen- tée), telle qu'une conduite d'alimentation en gaz 21, un dé- tendeur 22, une valve de sûreté 23 et une valve d'admission 24 actionnée par un flotteur 25 d'une façon qui est évidente dans le dessin.
Lorsque le niveau du liquide tombe, l'alimen- tation du gaz sous pression est coupée par la valve 24 pour empêcher sa perte lorsque le rdservoir est vide de liquide,
A l'intérieur du réservoir 20, un levier 26 est articulé et porte un flotteur 27, et est disposé de façon à déplacer une tige 28 vers le bas lorsque le niveau du liquide tombe à hauteur du flotteur 27. A l'extrémité inférieure de la tige 28, est reliée une valve de contrôle 29 destinée à réduire l'ouverture de la conduite 12 de façon progressive par l'inter- médiaire d'éléments de commande de l'écoulement 29a.
Lorsque le niveau atteint un certain minimum, la grande conduite est entièrement coupée et l'huile continue à s'écouler dans le
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palier à un faible débit lentement décroissant à travers l'orifice 14. La valve de oommande 29 peut être réalisée de façon à obtenir une courbe caractéristique quelque peu arrondie approchant de plus près la courbe théoriquement parfaite 15 du la figure 2.
La figure 4 illustre une autre variante de la présente invention dans laquelle les éléments analogues sont également désignas par les mêmes notation de référence numérique qu'à la figure 1. Les conduites d'alimentation en huile de secours 12 et 13 sont reliées à dee ouvertures distinctes ménagées dans le fohd d'un unique réservoir 30 à alimentation par gravita, pourvu d'une valve d'arrêt 31 et d'une conduite d'aé- ration 32, similaire à celles de la figure 1. Une paroi ver- ticale 33 divise la moitié inférieure du réservoir en des chambres distinctes 34, 35.
La ohambre de droite 35 se vide rapidementà travers l'orifice 4 tandis que la chambrede gauche 34 continue h fournir de l'huile Il un débit d'écoulement très faible. Par suite, ce dispositif est sensiblement équi- valent au deux réservoirs illustras à la figure 1, excepta qu'une saule enceinte est utilisée*
Si on le désire, une edrie de petite orifices 33a peuvent être disposés de façon choisie dans la. paroi 33 1 ils peuvent être répartis de façon non uniforme, ainsi qu'il est illustra, de façon à constituer une approximation plus fidèle de la courbe 15.
la figure 3 illustre en trait de contour commen les débits d'écoulement d'huile variables de la courbe 15 de la figure 2 peuvent être obtenus exactement au moyen d'un profi. lage plus précis des réservoirs 7 et 8 de la figure 1. Oeux-oi sont illustras et désignés 7' et 8' à la figure 5. Ordinaire-
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ment, le léger écart par rapport à la courbe théoriquement parfaite 15 qui résulte de l'utilisation des réservoirs de forme plus simple de la figure 1, ne justifie pas la dépense supplémentaire que oonstitue la réalisation deo réservoirs de forme plus complexe illustrée à la figure 5.
Des résultats appropriés sont obtenus si les réservoirs contrôlant le débit d'écoulement d'huile suivant la courbe à température constante 15 du palier suivent approximativement cette courbe. Le premier critère est que 1' écoulement d'huile diminue très rapidement au cours d'une période initiale du processus de décélération et qu'il ddorott beauooup moins rapidement au cours de la période suivante du processus de décélération*
Le système d'alimentation en huile de secours illustré est extrêmement simple et sûr.
Au début du fonctionnement, les réservoirs du secours sont automatiquement remplis à par- tir du système normal d'alimentation en huile et sont prêts à tout moment à fournir instantanément l'huile de secours aux paliers lorsque l'alimentation normale d'huile est interrompue, sana faire usage de valves de régulation compliquées qui pour- raient être sujettes à des défaillances ou à un mauvais fono- tionnement.
En outre, en râlant l'alimentation en huile suivant, une courte à température constante du palier d'un arbre ralentissantsuivant une loi connue,on peut utiliser un réservoir d'alimentation par gravité beaucoup plus petit qu'il n'était considéré antérieurement comme nécessaire, et qui entraîne des économies importantes dans le coût de l'ap- pareillage et dans la quantité d'huile requises