Moteur hydraulique rotatif du type axial à hélice pour pression et vitesse spécifique élevées. La présente invention a pour objet un moteur hydraulique rotatif du type auial à hélice pour pression et vitesse spécifique éle vées, présentant une roue dont les pales for ment au moins deux couronnes coaxiales suc cessives adjacentes, sans aucun organe redres seur interposé entre ces couronnes, le tout étant disposé de manière que le liquide mo teur ne subisse aucune modification sensible de ses caractéristiques de pression et vitesse en passant d'une couronne à l'autre.
Ce mo teur est caractérisé selon l'invention en ce que le diamètre extérieur du côté de sortie de la couronne de pales soumise à la pression d'aspi ration du liquide moteur est plus grand que le diamètre extérieur du côté d'entrée de cette couronne, ce dernier diamètre n'étant pas inférieur au diamètre extérieur du côté de sortie de la couronne adjacente.
En donnant ces dimensions aux couronnes de pales de la roue, on peut augmenter la sé curité de fonctionnement et la résistance du moteur aux effets de la cavitation. par rap port à la sécurité que l'on obtiendrait avec une disposition analogue comprenant plu sieurs couronnes de pales, mais dont les cou ronnes ont des diamètres égaux. Ou bien, le cas échéant, on pourra accentuer par ce moyen la réduction de la contrepression d'aval sans qu'il en résulte une augmentation paral lèle du danger de cavitation ou des dimen sions générales du moteur.
Ce fait ressort clairement de l'application de la formule donnant la définition du coeffi cient de cavitation dynamique, désigné dans la suite par l'abréviation 6d et exprimé par la relation suivante:
EMI0001.0006
où Hb - aspiration barométrique; Hst = as piration statique '<I>0;</I> Hd - aspiration dyna mique due à l'effet récupérateur de l'aspira teur sur l'énergie cinétique du liquide moteur à l'entrée de cet organe, toujours > 0; H différence de pression agissant sur la. roue.
En appliquant cette relation à. la cou ronne de pales soumise à la pression d'aspi ration, on obtient ainsi la condition qui dé termine le fonctionnement du moteur du point de vue de sa résistance au phénomène de la cavitation; cette relation s'écrit dans ce cas
EMI0001.0010
où Z désigne le nombre de couronnes de pales. L'aspiration dynamique Hd peut s'expri mer en outre comme suit:
EMI0001.0012
où @a = rendement de l'aspirateur; C. - vi tesse absolue du liquide moteur à l'entrée de l'aspirateur. Or, la vitesse C,, est déterminée par le rapport entre le débit et la section de passage de la couronne de pales considérée.
On voit donc qu'en donnant à la roue la disposition selon l'invention, on diminue la valeur de Hd et augmente par conséquent la valeur de 6d par rapport à la valeur obtenue avec une roue analogue, mais dont les couronnes de pales ont le même diamètre. Les relations repro duites ci-dessus font voir également que la disposition selon l'invention permet d'aug menter l'aspiration statique Hst du moteur en maintenant le coefficient ad constant, pour le cas où la valeur dudit coefficient serait suffisante pour assurer mie marche du mo teur exempte de toute cavitation.
Pour fixer le diamètre de la roue à sa sortie, on tiendra compte de la valeur à don ner aux deux facteurs 6d et Hst, le premier définissant le fonctionnement des pales de la couronne soumise à l'aspiration au point de vue cavitation, le deuxième définissant la po sition de cette couronne par rapport au ni veau aval, c'est-à-dire en définitive celle de la roue elle-même. La valeur suffisante de<I>ad</I> pourra être déterminée par des essais en labo ratoire ou par l'expérience.
Le dessin représente, schématiquement et à titre d'exemple, deux formes d'exécution d'un moteur selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe de la roue de la première forme d'exécution par le plan méridien I-I.
La fig. 2 est le développement en plan d'une coupe cylindrique 11--41 de la fig. <B>1.</B> La. fig. 3 est une vue en coupe de la roue de la deuxième forme d'exécution par le plan méridien III-III coïncidant avec l'axe du tourillon d'une pale.
La fig. 4 est le développement en plan d'une coupe cylindrique IV-IV de la fig. 3. La fig. 5 est le développement en plan d'une coupe cylindrique d'une variante de la roue de la deuxièrne forme d'exécution.
Dans les fig. 1 et 2, 1 est une roue munie de deux couronnes coaxiales successives adja centes de pales 2 et 3 traversées par le liquide moteur dans le sens représenté par la flèche F; 4 est. le moyeu unique de la roue faisant corps d'une pièce avec les pales des deux couronnes 2 et 3; 5 est l'ogive terminant le moyeu 4, fixée à celui-ci et tournant avec lui. 6 et 8, 7 et 9 sont respectivement les arêtes d'entrée et de sortie des pales formant les couronnes 2 et 3; 10 est l'intervalle com pris entre les arêtes 7 et 8.
Il pourrait aussi n'y avoir aucun intervalle entre les couronnes et les arêtes 7 et 8 pourraient même se re couvrir respectivement, en prenant la posi tion inverse de celle représentée à la fig. 1.
Da et D8, D7 et D. sont respectivement les diamètres d'entrée et de sortie des cou ronnes de pales 2 et 3; D", est le diamètre du moyeu de la roue qui peut rester constant ou diminuer en passant de la couronne 2 à la couronne 3.
Les diamètres D., D7, D$ et Do satisfont à la relation suivante <I>Da</I> < D7 < Ds < <I>Do</I> Dans les diagrammes de vitesses représen tés sur la fig. <I>2, u, w,</I> c sont. respectivement la vitesse périphérique de la pale et les vi tesses relatives et absolues du liquide P au droit de l'arête désignée par l'indice de réfé- rence correspondant;
les indices 6 et 7 carac térisent donc les vitesses d'entrée, respective ment de sortie, pour les pales de la couronne 2, les indices 8 et 9 les vitesses correspon dantes pour les pales de la couronne 3. La po sition angulaire relative des pales des cou ronnes 2 et 3 est déterminée de telle faon que les diagrammes de vitesses correspondant aux arêtes 7 et 8 soient sensiblement sem blables, ce qui revient à orienter les pales de manière que l'angle fl., diffère peu de l'angle Dans l'intervalle 10 séparant les arêtes 7 et 8, l'énergie cédée à la roue est sensiblement nulle, ce qui permet d'admettre que C7 et<B>CI</B> diffèrent peu en grandeur et en direction, mais,
du fait de la variation des diamètres D 7 et Da dans l'intervalle 10, il y aura néces sairement une légère différence de grandeur entre C7 et<B>CI,</B> entraînant une variation de fl7 et flg dans le même rapport. Le diamètre Do dont dépendent les conditions d'aspiration à la sortie de la roue pourra. donc être beau coup plus grand que le diamètre Db dont dé pendent les dimensions générales de la ma chine, en particulier de son distributeur, dé terminant son poids et son prix de revient..
Dans les fig. 3, 4 et 5, les mêmes éléments de la roue sont désignés par les mêmes signes de référence. La roue 1 est munie de deux couronnes coaxiales successives adjacentes de pales orientables 2 et 3 portées respective ment par deux moyeux distincts 4 et 4' assem blés entre eux par des organes non représen tés au dessin. L'ogive 5 terminant le profil. du moyeu 4' est fixe et ne tourne pas avec la roue; elle en est séparée par l'intervalle 13 et s'appuie sur le support 16. Les pales des couronnes 2 et 3 sont. munies de tourillons 11 et 12 autour desquels elles peuvent pivoter de l'angle (p,, respectivement cp3; ces angles peuvent être égaux ou différents.
Les rota tions çps et 9p,, sont commandées par deux mé canismes de réglage non représentés, logés respectivement dans les moyeux 4 et 4' et ac tionnant l'un les tourillons 11 et l'autre les tourillons 12; les pales des couronnes 2 et 3 transmettent. leur force centrifuge à leurs moyeux 4 et 4' en s'appuyant sur les butées respectives 14 et 15. Un intervalle 10 sépare les deux couronnes de pales 2 et 3; cet inter valle pourrait aussi, par l'effet de la rotation des pales, devenir nul; les arêtes 7 et 8 pour raient même se recouvrir en prenant respec tivement la position inverse de celle repré sentée à la fi,-. 3.
L'axe de rotation du tourillon<B>11</B> de chaque pale de la couronne 2 se trouve clans un plan méridien contenant l'axe de rotation du tou rillon 12 d'une pale de la couronne 3. Dans la variante de la fig. 5, les deux couronnes de pales 2 et 3 sont. décalées de telle façon que l'axe de rotation du tourillon de chacune des pales de l'une des couronnes se trouve dans un plan méridien distinct de ceux dans lesquels se trouvent les axes de rotation des tourillons des pales de l'autre couronne.
Afin que le jeu 18, respectivement 19, entre les pales de chaque couronne et l'en veloppe 17 entourant la roue reste aussi cons- tant. que possible pour toutes les positions que peuvent prendre ces pales, les bouts d'extré mité des pales de chaque couronne sont con formés suivant une surface sphérique, de dia mètre D1, respectivement. D3, centrée au point d'intersection des axes des tourillons avec l'axe de rotation de la roue, les parties cor respondantes de l'enveloppe 17 étant égale ment sphériques et. de mêmes centres.
Pour que le diamètre extérieur D;, respec tivement D," du côté de sortie de chaque cou ronne de pales soit plus grand que le dia mètre extérieur D,, respectivement D" du côté d'entrée de cette couronne, les pales sont conformées de faon que la hauteur h.,, res pectivement hz, du bord extérieur des pales de chaque couronne, mesurée au-dessus d'un plan transversal passant. par l'axe du touril lon soit plus grande que la hauteur h;, res pectivement h," de ce bord extérieur mesurée au-dessous de ce même plan.
D'autre part., le diamètre extérieur du côté de sortie de la couronne 2 est au plus égal au diamètre extérieur du côté d'entrée de la couronne 3. ru, mobile parcourant la ligne fictive L-L joignant entre elles les extrémités extérieures des arêtes d'entrée et de sortie 6, 7, 8, 9 des pales 2 et 3, dans le sens du courant F, devra donc s'éloigner cons tamment de l'axe de la turbine. Dans ces con ditions, la différence (D,;-D.) sera d'autant plus grande que les différences (hE-ïc7) et (h.,-h,) seront elles-mêmes grandes.
Cependant, il serait possible aussi de créer cette différence entre D_ et D.S sans recourir au procédé décrit ci-dessus, en construisant, par exemple, l'enveloppe 17 entourant la roue de telle faeon qu'elle soit cylindrique dans la partie correspondant à la hauteur h;; le jeu J18 devient dans ce cas variable dans cette zone de hauteur h.;, mais cette condition ne constitue pas un inconvénient par le fait que la couronne 2 travaille avec une forte contre- pression créée par la couronne 3.
Ceci per met d'augmenter le diamètre D., tout en maintenant. le diamètre extérieur du côté de sortie de la couronne 2 au phis égal au dia mètre extérieur du côté d'entrée (le la cou- ronne 3, et procure en outre une simplifica tion du montage de la roue dans son enve loppe 17.
Ces deux façons de réaliser la différence entre les deux diamètres D, et D3 peuvent aussi être utilisées simultanément.
Sachant que l'on peut, soit par l'établisse ment d'un diagramme de fonctionnement, soit par des essais en laboratoire, déterminer à l'avance la position relative à attribuer aux pales de chaque couronne, on pourrait, dans ime forme d'exécution du moteur, donner aux pales d'au moins une couronne une position fixe, non ajustable, les pales de cette cou ronne faisant corps avec le moyeu de la roue, ou bien monter ces pales sur le moyeu, de façon que l'on puisse faire légèrement varier l'orientation de ces pales par rapport à la roue, mais ceci seulement à l'arrêt de la roue.
Dans ce cas, les pales de l'autre des deux couronnes pourraient être montées de façon que l'on puisse faire varier leur orientation par rapport à la roue à tous les régimes de service au moyen d'un mécanisme de réglage actionné soit à la main, soit automatiquement.
Dans le moteur représenté par les fig. 3 et 4, les deux mécanismes de réglage comman dant la variation de l'orientation des pales pourraient être identiques ou différer l'un de l'autre. Ils pourraient être actionnés à la main ou automatiquement.
Ces deux mécanismes pourraient être ac tionnés de façon à commander simultanément la variation de l'orientation des pales des deux couronnes. Dans une variante, on pour rait disposer un mécanisme de réglage inique commandant simultanément les pales des deux couronnes.
Les deux mécanismes de réglage pour raient aussi être actionnés de façon à com mander successivement les deux couronnes, les pales de la couronne aval 3 pouvant être, par exemple, commandées un certain temps avant celles de la couronne amont 2.
Le dispositif d'actionnement des méca nismes de réglage pourrait être, dans ce cas, réalisé par un servomoteur faisant corps avec l'arbre du moteur, comprenant deux pistons dont l'un serait relié aux pales de la couronne aval par le moyen d'une tige et l'autre aux pales de la couronne amont par un tube entourant la tige précitée, les deux logés dans un trou foré dans l'ârbre du mo teur.
L'huile sous pression introduite entre les deux pistons par le régulateur du moteur ferait mouvoir d'abord le piston actionnant les pales de la couronne aval, en appliquant l'autre piston sur son siège aval; le mouve ment de la tige du premier piston découvri- rait à un certain point de sa course des ou vertures mettant en communication les deux faces du piston actionnant les pales de la couronne amont; celui-ci pourrait alors se mettre en mouvement et suivre l'autre piston à la même vitesse jusqu'à la fin de la course déterminée par une butée placée dans le cylindre du servomoteur.
Les pales des deux couronnes pourraient avoir des profils identiques ou différents dans leur forme; ces pales pourraient être en nom bre égal ou différent sur les deux couronnes. La roue des fig. 3 et 4 pourrait aussi pré senter un moyeu unique commun à toutes les couronnes de pales, ce moyeu contenant les attaches des pales et leurs mécanismes de commande.