Mécanisme permettant de rendre solidaires en rotation deux arbres coaxiaux dont l'un au moins est en mouvement La présente invention a pour objet un méca nisme permettant de rendre solidaires en rotation deux arbres coaxiaux dont l'un au moins est en mou vement.
Ce mécanisme comprend, d'une pari, un dispositif de synchronisation à friction destiné à amener à la même vitesse de rotation les deux arbres et, d'autre part, un dispositif d'accouplement à dents comportant une pièce intermédiaire, toujours soli daire angulairement de l'un des arbres et suscepti ble d'être déplacée axialement une fois que les deux arbres ont été amenés au synchronisme par le dispo- sitif de synchronisation,
pour être rendue solidaire angulairement de l'autre arbre. Comme ce méca nisme est destiné à être utilisé plus. particulièrement pour la transmission de puissances élevées et que, de ce fait, les pièces en mouvement sont très lourdes, aussi bien le dispositif de synchronisation que le dis positif d'accouplement à dents sont commandés par fluide sous pression.
L'une des principales difficultés qui se présentent dans, les dispositifs d'accouplement à dents provient du fait que, même après synchronisation parfaite des vitesses de rotation des deux arbres à accoupler, il arrive que l'on ait de la peine, voire même qu'il soit impossible d'engager la pièce intermédiaire simultanément dans les deux extrémités adjacentes des arbres.
En effet, il peut se produire que la po@si- tion relative des deux arbres ne permette pas l'enga gement de la pièce intermédiaire du fait que les dents de celle-ci viennent buter contre les dents prévues à l'extrémité de l'arbre sur lequel doit être engagée ladite pièce intermédiaire.
La présente invention a pour objet un mécanisme permettant de remédier à cet inconvénient. Ce méca nisme est caractérisé par le fait qu'il comprend un distributeur de contrôle du circuit de fluide sous pression commandant le dispositif de synchronisa tion, ce distributeur comprenant un tiroir et étant agencé de manière que ce tiroir soit actionné lors de chaque mouvement d'enclenchement de ladite pièce intermédiaire du dispositif d'accouplement à dents, immédiatement avant que celle-ci soit rendue solidaire angulairement dudit autre arbre,
de façon à provoquer un relâchement du dispositif de synchro nisation permettant un déplacement angulaire relatif entre les deux arbres et facilitant l'enclenchement du dispositif d'accouplement à dents.
Le dessin. annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale d'un mécanisme permettant de rendre solidaires en rotation l'arbre d'un alternateur et l'arbre d'une turbine hydraulique.
Les fig. 2 à 5 sont des schémas montrant les différentes phases se produisant lors de l'accouple ment et du désaccouplement dudit mécanisme.
Le mécanisme représenté à la fig. 1 est appliqué à une machine hydroélectrique comprenant un alter nateur destiné à être entraîné en marche normale par une turbine. Cette machine comprend, en outre, une pompe destinée à être entraînée par l'alterna teur fonctionnant alors en moteur.
Cette machine comprend, de ce fait, un arbre formé de trois tron çons principaux: le tronçon d'arbre 1, solidaire de l'alternateur, le tronçon d'arbre 2, solidaire de la roue de turbine, et un troisième tronçoçn d'arbre, solidaire de la pompe, ce dernier tronçon n'étant pas représenté.
Un dispositif d'accouplement, non représenté, enclenchable à l'arrêt seulement, est prévu. entre le tronçon d'arbre 2 et le tronçon d'arbre solidaire de la roue de pompe. La forme d'exécution du méca- nisme faisant l'objet de l'invention est disposé entre le tronçon d'arbre 1 et le tronçon d'arbre 2. C'est précisément ce mécanisme qui sera décrit en détail ci-dessous.
Les deux arbres 1 et 2 sont donc disposés co- axialement et doivent être accouplés l'un à l'autre lors de la marche normale de la machine, c'est-à- dire lorsque la turbine entraîne l'alternateur. L'extré- mité de l'arbre 1 a la forme d'une bride portant une couronne dentée 3 à sa partie frontale. L'extrémité de l'arbre 2, située en regard de cette couronne 3, porte elle aussi une couronne dentée 4. Les dentu res des couronnes 3 et 4 sont identiques.
Ces deux couronnes 3 et 4 font partie d'un dispositif d7accou- plement à dents, comprenant encore une pièce inter médiaire 5 présentant une couronne dentée 6. Cette pièce intermédiaire 5 est solidaire d'un piston annu laire 7 susceptible de coulisser axialement dans, un cylindre de forme correspondante 8, prévu dans l'ar bre 2. La couronne dentée 6 de la pièce intermé- diaire 5 est constamment engagée dans la couronne dentée 4.
Cette couronne 6 n'est engagée dans la couronne 3 que lorsque les arbres 1 et 2 doivent être accouplés l'un à l'autre. Ce mouvement d'accou plement s'effectue en déplaçant axialement la pièce intermédiaire 5 sous l'effet d'un fluide sous pression, en général de l'huile sous pression, amené dans la partie 9 du cylindre annulaire 8.
Il est à noter que, pour assurer un centrage par fait des deux extrémités adjacentes des arbres 1 et 2, l'arbre 2 présente un prolongement 10 s'engageant dans un palier 11, ménagé dans une creusure de l'arbre 1. En outre, cet arbre 1 est tubulaire et son évidement central est utilisé pour l'amenée du fluide sous pression, d'une part au dispositif d'accouple ment à dents et au palier 11 et, d'autre part, à un dispositif de synchronisation qui sera décrit ci-des sous.
Comme le montre la fig. 1, l'extrémité de l'arbre 1 portant la couronne dentée 3 est prolongée radia lement par une bride 12 solidaire de l'arbre 1, por tant des éléments de friction 13 et 14 du dispositif de synchronisation. En effet, la bride 12 présente sur chacune de ses faces une creusure annulaire 15, ces creusures constituant deux cylindres annulaires dans lesquels sont susceptibles de coulisser les élé ments 13 et 14 qui constituent deux pistons annu laires.
La bride 12 porte, en outre, des tourillons 17 qui s'engagent dans des trous 18 prévus dans les élé ments 13 et 14 pour les rendre solidaires en rota tion de la bride 12. D'autre part, l'extrémité de l'ar bre 2 est solidaire d'une partie 19 enveloppant la bride 12 solidaire de l'arbre 1 ;
en réalité la partie 19 est formée de deux pièces serrées l'une contre l'autre autour de la bride 12 et présentant, en regard des deux faces de ladite bride 12, deux surfaces 20 et 21 sur lesquelles sont destinés à venir s'appuyer, lors de l'enclenchement du dispositif de synchroni- sation, les éléments 13 et 14 de celui-ci. Il est à noter encore que la surface de frottement des élé- ments 13 et 14, en forme d'anneau, est revêtue de garnitures 22 en matière à coefficient de frottement élevé.
Dans l'évidement central de l'arbre 1 sont dis posées trois conduites coaxiales 23, 24 et 25. La conduite centrale 25 est alimentée en huile sous pression constante, qui est distribuée dans un espace 26 du cylindre 8, pour maintenir en position dé brayée la pièce intermédiaire 5 du dispositif d'ac couplement à dents. Le canal annulaire compris entre les tubulures 24 et 25 est utilisé pour amener, par l'intermédiaire d'un canal 27, de l'huile sous pres sion dans la chambre 9 du cylindre 8 lorsque le dis positif d'accouplement à dents doit être enclenché.
Le canal annulaire compris entre la paroi interne de l'arbre 1 et le tube 23 est utilisé pour l'amenée d'huile sous pression par une canalisation 28 à un distributeur 29 de commande du dispositif de syn chronisation. En effet, ce distributeur 29 contrôle une conduite 30 destinée à l'alimentation des cylin dres annulaires 15 en huile sous pression. L'espace annulaire 31 compris entre les deux conduites 23 et 24 est utilisé pour l'échappement de l'huile, c'est-à- dire pour le retour de celle-ci au réservoir.
Comme le montre le dessin, le distributeur 29, qui est porté par l'arbre 1, est donc solidaire de la couronne dentée 3 ; ce distributeur 29 comprend un tiroir 32 présentant un prolongement 33 qui, en position débrayée du dispositif d'accouplement à dents,, fait saillie par rapport à la couronne 3 (voir fig. 1 et 2). Le tiroir 32 présente deux paires d'arê tes de réglage: une première paire d'arêtes 34-35 et une seconde paire d'arêtes 36-37.
La partie du tiroir 32 opposée à son prolongement 33 présente une butée 38 destinée à limiter le mouvement du tiroir 32 en direction de l'arbre 2. Ce tiroir 32 pré sente, en outre, un renflement 39 constituant un pis ton susceptible de coulisser dans une chambre cylin drique 40 du distributeur. Cette chambre cylindri que 40 est alimentée en huile sous pression cons- tante par une conduite 41 dérivée de la canalisa tion 25.
Le tiroir 32 du distributeur est creusé d'un canal 42 faisant communiquer l'espace compris entre la seconde paire d'arêtes de réglage 36-37 avec une chambre 43, prévue dans le corps du distributeur 29 et dont une paroi est constituée par le piston 39.
Le fonctionnement du mécanisme décrit ci-dessus se fait de la manière suivante Lorsque la machine est en marche normale, le dispositif d'accouplement à dents 3 à 6 est enclenché et la roue de turbine, entraînée par le courant d'eau, transmet son mouvement à l'alternateur par l'inter médiaire des arbres 2 et 1. La pompe, qui se trouve placée en dessous de la roue de turbine, est norma lement désaccouplée de celle-ci.
Lorsque la machine doit marcher en pompe, on ferme l'arrivée d'eau sur la roue de turbine. L'alter nateur marche alors comme moteur alimenté par le réseau. Le dispositif d'accouplement à dents 3 à 6 est alors débrayé et un frein, non représenté, permet de freiner et finalement d'immobiliser la turbine et son arbre 2.
Alors que l'arbre 2 est immobilisé, le dispositif d'accouplement à dents, non représenté, prévu entre cet arbre 2 et l'arbre de la pompe, peut être enclen ché. Lorsque la pompe a été ainsi rendue solidaire de l'arbre 2, on peut, en ouvrant l'arrivée d'eau sur la turbine, lancer ledit arbre 2 à une vitesse voisine de celle de l'alternateur entraînant l'arbre 1. On actionne alors le dispositif de synchronisation à fric tion en envoyant de l'huile sous pression dans le canal 28.
Comme le tiroir du distributeur est main tenu dans sa position basse par l'huile sous pression constante agissant dans la chambre 40, les, arêtes de réglage 34-35 sont en position pour permettre à l'huile arrivant par la canalisation 28 d'alimenter les cylindres 15 en passant par la conduite 30. Le dis- positif de synchronisation est donc actif et ses élé ments de friction 13 et 14 viennent s'appuyer contre l'intérieur de la partie enveloppante 19 pour finale ment entramer celle-ci et, de ce fait, l'arbre 2 à une vitesse égale à celle de l'arbre 1.
A ce moment-là, le dispositif d'accouplement à dents, 3 à 6 peut être manoeuvré dans le sens de son embrayage. Pour cela, on envoie de l'huile sous pression dans la chambre 9 par la conduite 27. Du fait que la section du piston 7, sur laquelle agit l'huile contenue dans la chambre 9, est plus grande que la section dudit piston 7, sur laquelle agit l'huile contenue dans la chambre 26, la pièce intermédiaire 5 est déplacée axialement vers le haut.
Lorsque cette pièce 5 approche de la cou ronne 3, elle entre tout d'abord en contact avec le prolongement 33 du tiroir du distributeur 29 (voir fig. 3). Il s'ensuit un léger déplacement du tiroir 32 provoquant la mise à l'échappement des cylindres 15 du dispositif de synchronisation avant que la cou ronne 6 ne s'engage dans la couronne 3. Ce relâche ment du dispositif de synchronisation permet qu'un déplacement angulaire relatif se produise entre les arbres 1 et 2.
Ce déplacement angulaire, qui s'opère à une vitesse relative réduite, facilite l'engagement de la couronne 6 dans la couronne 3 car, dès que les dents de ces deux couronnes 3 et 6 se trouvent en quinconce, la pression d'huile agissant dans la cham bre 9 pousse vers le haut la pièce intermédiaire 5 et produit ainsi l'enclenchement du dispositif d'accou plement à dents.
A mesure de son déplacement vers le haut, la pièce intermédiaire 5 repousse, en même temps, le tiroir 32 du distributeur pour l'amener fina lement dans la position représentée à la fig. 4. Comme le montre cette figure, dans cette position le dispositif d'accouplement à dents est totalement enclenché et le dispositif de synchronisation à fric tion est en position inactive du fait que sa conduite d'alimentation en huile 30 est mise à l'échappement par l'intermédiaire d'une conduite 44.
Les arbres 1 et 2 étant alors accouplés, l'alimen- tation en eau de la turbine peut être arrêtée et la pompe est alors entrainée par l'alternateur fonc- tionnant en moteur.
Lorsque l'opération inverse est à faire, a'est-à- dire que les arbres 1 et 2 doivent être désaccouplés l'un de l'autre, on met à l'échappement la conduite 27, et ainsi la chambre 9. La pièce intermédiaire 5 est alors repoussée vers le bas par la pression cons tante agissant par l'intermédiaire de: la conduite 25 dans la chambre 26 (voir fig. 5).
Dès que la pièce intermédiaire 5 a commencé son mouvement vers le bas, le tiroir 32 du distributeur se déplace lui aussi légèrement vers le bas, jusqu'à ce que l'arête 36 découvre l'arrivée d'huile sous pression en prove nance de la conduite 28 et destinée à l'alimentation du dispositif de synchronisation à friction et que simultanément l'arête 37 obture partiellement le canal d'échappement 44. A ce moment-là, une cer taine pression variable s'exerce par l'intermédiaire du canal 42 dans la chambre 43 du distributeur.
La pression s'exerçant dans cette chambre 43 vient con- trecarrer l'effet de la pression régnant dans la cham bre 40 et ainsi le tiroir du distributeur est maintenu dans une position d'équilibre représentée à la fig. 5. Une certaine pression s'exerce donc par l'intermé- diaire de la conduite 30 dans les cylindres 15 du dis positif de synchronisation à friction.
Cette action du dispositif de synchronisation à friction permet de garantir une vitesse synchrone des arbres 1 et 2 pen dant toute l'opération de désaccouplement du dispo sitif à couronnes dentées 3, 4, 6.
Dès que la pièce 5 a atteint sa position infé rieure, on ferme l'arrivée d'huile par la conduite 28, ce qui permet alors à l'huile sous pression constante arrivant dans la chambre 40 du distributeur de repousser vers le bas le tiroir 32 dudit distributeur jusqu'à ce qu'il occupe la position montrée à la fig. 2.
Il est à noter que le mouvement de fermeture de la conduite 28 peut être commandé par un contact électrique enclenché dès qu'un tâteur, non représenté, a déterminé l'arrivée de la pièce intermédiaire 5 dans sa position inférieure.
Dans la description qui précède, le mécanisme décrit a été supposé monté dans une machine hydro électrique d'un fonctionnement particulier. Toutefois il est bien entendu qu'un mécanisme semblable pour rait être monté dans toute autre machine dans la quelle deux arbres coaxiaux doivent être accouplés ou désaccouplés l'un de l'autre alors que l'un des deux est en mouvement.