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" PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS HYDRAULIQUES DE TRANS-
MISSION DE MOUVEMENT "
On a déjà. utilisé comme accouplement hydraulique entre un moteur et un récepteur le groupement pompe centrifuge- turbine concentriques, les deux machines étaht soit à la même vitesse angulaire (cas d'une turbine unique), soit à des vi- tesses différentes (cas de deux turbines en série avec direc- trices fixes interposées entre les deux turbines). Avec ces
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dispositifs, le couple ne peut augmenter sur le récepteur (turbine) sans augmenter également sur le moteur (pompe), et la diminution de vitesse du récepteur, lorsque son couple aug- mente, provient pour la plus grande partie des pertes de pres- sion internes du système, c'est-à-dire d'une chute du rendement.
La présente invention a pour objet des perfectionne- ments aux dispositifs hydrauliques de transmission de mouve- ment qui permettent d'obtenir que le couple puisse croire à volonté sur le récepteur (turbine) et que, simultanément, le couple sur le moteur (pompe) puisse suivre une loi quelconque même décroissante et, au mieux, rester ou rigoureusement cons- tant ou sensiblement constant;
de plus, la réduction de vi- tesse du récepteur, quand son couple augmente, ne sera pas due presque uniquement aux pertes de pression mais surtout à une réduction de la hauteur faite par la pompe, et conséquem- ment de la hauteur de chute sur la turbine, même si la pompe reste à vitesse constante, de sorte que le rendement de l'en- semble reste aussi grand que possible, et que le moteur de commande de la pompe peut rester à charge et vitesse constantes ou très peu variables.
Le couple sur la pompe est donné par l'équation :
EMI2.1
où Q est le débit, # la densité, Ou?- la projection de la vitesse absolue de sortie C2 sur la vitesse tangentielle U2 à la sortie, et Cu1 la projection de la vitesse absolue d'entrée 01 sur la vitesse tangentielle U1 à l'entrée, r2 et r1 les rayons de sortie et d'entrée.
De même, le couple sur la turbine est :
EMI2.2
Il est clair que le couple Mt ne peut croître, de 1 à 3 par exemple, sans que le débit croisse; en outre, Cu3
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devra croître aussi, et Cu4 diminuer, Mais l'augmentation de Q provoquerait une augmentation de Mp qui, par hypothès doit rester presque constant, il faudra donc, quand le débit augmente sur la pompe :
1 - ou que Cu1 augmente,
2 - ou que Cu2 diminue,
3 - ou les deux à la fois.
De plus, le couple Mt sur la turbine devant être différent du couple Mp sur la pompe et ces deux machines étant concentriques, il faut que le courant fluide traverse les aubes d'une troisième roue concentrique aux deux autres mais qui soit fixe et qui supporte le couple différentiel Md = Mt - Mp. Cette roue à aubes directrices pourra être :
1 - soit entre la sortie de la turbine et l'entrée dans la pompe,
2 - soit entre la sortie de la pompe et l'entrée dans la turbine,
3 - soit à ces deux endroits à la fois.
1 - Augmentation de Cu1 quand Q augmente.
Elle ne peut se produire que si, à l'entrée dans la pompe, la vitesse absolue C1 est inclinée sur li, dans le sens de la rotation, d'un certain angle [alpha] 1. Soit C4 la vitesse de sortie de la turbine (fig. 3). Des directrices D, portées par une douille fixe, la transforment en C1 sur la pompe. Quand Q augmente, Cl et sa projection Cu1 augmentent proportionnellement. , D'ailleurs [alpha]1 Peut également être variable et diminuer quand Q augmente pour accélérer l'augmentation de Ou 1. Cette première disposition d'une roue fixe munie d'aubes orientables ou non, placée entre la sortie de la turbine et l'entrée dans la pompe, constitue une première variante de l'invention.
2 - Diminution de Cu2 quand Q augmente.
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A la sortie de la pompe on a :
EMI4.1
GuZ = U2 + Qr2 2 -
Or Cr2 est proportionnel au débit Q et U2 est constant par hypothèse. Pour que Cu2 diminue, il faut donc que ss2 soit supérieur à 90 afin que Cr2/tgss2 soit négatif
Mais, comme il faut aussi que Cu3 augmente pour que le couple augmente sur la turbine, des directrices D devront transformer C2, vitesse de sortie de la pompe, en C3 vitesse d'arrivée sur la turbine, faisant l'angle [alpha]3 avec la vitesse U3. De cette manière, C3 et sa projection Cu3 augmentent proportionnellement avec le débit Q. D'ail- leurs [alpha] 3 peut être également variable et diminuer quand Q augmente pour augmenter Ou.3 encore plus.
Cette disposition d'une roue fixe munie d'aubes orientables ou non, placée entre la sortie de la pompe et l'entrée dans la turbine, utilisée concuremment avec une roue de pompe dans laquelle la sortie des aubes fait un angle su- périeur à 90 , (cette fin d'aube de la pompe pouvant en outre être ou non orientable), est la deuxième variante de l'invention.
3 - Augmentation de Cu1 et diminution simultanée de CU2.
Il est clair que les deux dispositions précédentes peuvent être employées simultanément puisque chacune atteint le même but. On obtient ainsi un dispositif (fig. 2 par exemple) qui est la troisième variante de l'invention, dans lequel on aura deux couronnes d'aubes directrices entre la pompe et la turbine, indépendantes ou formant une même pièce et, simultanément, des aubes donnant un angle de sortie en . arrière (/* 2 > 90 ) sur la pompe.
Dans le cas des aubes orientables, l'orientabilité automatique s'obtiendrait par exemple de la,manière suivante (fig. 3). Les axes d'articulations 0 sont portés par une
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douille mobile et les aubes portent un autre axe O1, qui est guidé dans les rainures axiales d'une autre douille, laquelle est liée au point fixe. Quand le couple sur les directrices augmente, ces deux douilles tendent à s'écarter angulairement et un ou des ressorts antagohistes limitent cet écart juste à la valeur qui correspond à l'angle [alpha] 1 voulu.
Dans le cas des directrices fixes (fig. 5) , [alpha]1 est constant, mais on remarque que la direction d'arrivée de la vitesse C4 varie avec la vitesse U4 de la turbine.
Pour éviter des chocs à l'entrée sur les directri- ces, on peut rendre orientable la portion 0 O1 de l'aube par exemple de la même manière que précédemment. Les axes d'articulation 0 sont portés par une douille et les axes O1 coulissent dans les rainures d'une autre douille qui est liée au point fixe. Quand le couple sur les directrices augmente, ces deux douilles tendent à s'écarter angulairement mais un ou des ressorts limitent cet écart à la valeur pour laquelle les tronçons 0 O1 se présentent bien dans la direction de la vitesse absolue.
Il est à remarquer encore que, si la douille qui porte les .aubes directrices reste rigidement liée au point fixe, la turbine augmentera de vitesse au-delà de la vitesse de la pompe si son couple descend au-dessous de celui du mo- teur. Le système n'agit donc pas seulement comme réducteur de vitesse automatique, mais comme accélérateur automatique.
En somme, la turbine est devenue l'analogue d'un véritable moteur série électrique qui tend de lui-même à marcher à puissance constante, et cela seulement par la présence des aubes directrices entre la sortie de la turbine et l'entrée de la pompe par exemple.
Si l'on ne veut pa,s tirer parti de la propriété d'accélérer la vitesse et en outre si l'on veut diminuer les pertes importantes qui correspondent à ce régime, la douille
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qui porte les directrices sera liée au point fixe par une roue libre, qui sera bloquée tant que le couple sur la. turbine sera plus grand que celui du moteur, mais qui sera entraînée dès qu'il tendra à être plus petit. A partir de ce moment, les directrices ne supportent plus aucun couple et l'ensemble fonctionne comme un simple accouplement.
On voit donc, d'après les calculs qui précèdent, que la présente invention se caractérise principalement en ce que l'on dispose, entre les aubes d'une pompe calée sur l'arbre moteur et les aubes d'une turbine réceptrice calée sur un arbre mené co-axial à l'arbre menant, une roue co-axiale aux deux précédentes munie d'aubes fixes ou orientables automati- quement ou par tout dispositif de commande approprié ;
cette roue formant récupératrice est reliée au bâti fixe du dispo- sitif soit rigidement, soit de préférence par l'intermédiaire d'une roue libre fonctionnant dans le sens de rotation commun à la turbine et à la pompe, les aubes de la récupératrice pou- vant être placées, soit entre l'entrée des aubes de la pompe et la sortie des aubes de la, turbine, soit entre la sortie des aubes de la pompe et l'entrée des aubes de la turbine, concurremment avec l'emploi d'un angle;! 2 de sortie de la pompe supérieur à 90 , fixes ou orientables, soit simultané- ment à ces deux endroits.
La présente invention s'étend également à un certain nombre d'objets de détail constitutifs de l'objet principal appliqués séparément ou en toutes combinaisons.
1) Les aubages de la pompe sont, soit complètement fixes, soit mobiles à la sortie.
2) Le carter ou bottier d'étanchéité de l'accouplement hydraulique lui-même forme volant et constitue la roue de la pompe sur laquelle sont fixées les aubages de cette dernière de manière à diminuer les pertes par frottement du fluide sur des parties fixes.
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On ne sortirait-/Pas du cadre de la présente invention en se servant du carter d'étanchéité comme support des aubes de la turbine au lieu de s'en serviteur les aubes de la pompe.
3) La partie de sortie des aubages du récupérateur est orientable automatiquement et, à cet effet, chacun des aubages porte un téton placé dans une rainure de forme convenable pratiquée dans un anneau circulaire relié au corps du récupé- rateur par l'intermédiaire d'organes élastiques a,gissant en antagonisme à la poussée du fluide sur les aubages du récupé- rateur. La liaison élastique est telle que l'effort de rappel est sensiblement proportionnel au couple résiduel qui s'exerce sur les aubages du récupérateur.
4) Entre l'arbre moteur et l'arbre mené est intercalé un manchon coulissant solidaire angulairement de l'arbre mené et disposé co-axialement aux arbres menant et mené ; dit manchon étant pourvu de griffes qui permettent de le mettre, soit en prise directe avec l'arbre menant, soit en prise avec la turbine hydraulique.
5) Le renvoi de marche arrière est du type à engrenages et est actionné par la. pédale de débrayage qui agit pour réduire la vitesse angulaire de rotation de l'axe du ou des sa,tel- lites autour de l'axe commun aux arbres menant et mené, réa- lisant ainsi, soit la mise en prise facile en marche avant, soit la marche arrière, le manchon coulissant restant alors dans sa position de point mort.
6) Le manchon coulissant étant en prise sur l'arbre menant soit directement, soit par l'intermédiaire du dispositif hy- draulique de transmission, si on agit sur la pédale de dé- brayage, on freinera comme il est dit précédemment, en ré- duisant la vitesse angulaire de l'axe ou des satellites et ceci aura, pour but de freiner sur la moteur.
7) Le fluide contenu à l'intérieur du dispositif de tra,ns- mission est maintenu sous pression au moyen d'une pompe
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actionnée par tous moyens convenables, ceci :
1 - Pour éviter toute cavitation en un point quelconque du système.
2 - Pour compenser les fuites.
L'étanchéité entre les organes mobiles en rotation et les parties fixes est assurée par des joints flottants dont l'autre face débouche dans des chambres sans pression commu- niquant avec la chambre d'aspiration de la pompe; une soupape de décharge réglable est disposée entre le refoulement et l'aspiration de la pompe da pression.
8) Un conduit axial à orifice capillaire permet l'évacua- tion de l'air contenu à l'intérieur du dispositif hydraulique de transmission de mouvement ; cetorifice débouche dans la chambre d'aspiration de la pompe de manière à récupérer les légères pertes de fluide se produisant par ce conduit.
La présente invention s'étend également à un certain nombre de points particuliers qui apparaîtront dans le texte suivant fait en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple seulement, dans lequel :
La figure 1 est une élévation en coupe longitudinale d'une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention.
La figure 2 est une élévation partielle en coupe d'une seconde forme de réalisation.
La figure 3 montre schématiquement en coupe déve- loppée la forme des aubages de la pompe, de la turbine et du récupérateur dans une forme de réalisation.
La figure 4 est une vue semblable à la figure 3 dans une autre forme de réalisation.
La figure 5 est une vue schématique des aubages correspondant à la figure 1.
Dans la forme de réalisation représentée à la figure 1, une pompe centrifuge 1 est fixée, par boulons de fixation par exemple, sur un plateau 2 calé sur l'arbre menant 3.
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Cette pompe centrifuge i comporte des aubages 4 comme montré plus en détail à la figure 5. L'étanchéité est assu- rée par tous moyens convenables entre la pompe 1 et le pla- teau 2. Une turbine 5, dont les aubes 6 sont disposées comme montré aux figures 1 et 5, est clavetée sur un manchon 7 portant à son extrémité opposée à l'arbre menant des griffes intérieures 8 et une denture extérieure 9. Entre l'entrée des aubages 4 de la pompe 1 et la sortie des aubages 6 de la turbine 5 sont disposées les aubes du récupérateur 10.
Chacune de ces aubes, comme montré aux figures 1 et 5, se compose de deux parties : une partie fixe 11 située du côté de l'entrée de la, pompe 1 et une partie 12 mobile autour d'un axe 13 normal à la paroi. L'extrémité de la partie mo- bile 12 porte un téton 14 qui se déplace dans une rainure 15, d'axe parallèle à l'axe de rotation, pratiquée à la pé- riphérie d'un tambour 16 comme montré schématiquement à la figure 5. Le récupérateur 10 est solidaire d'un tambour 17 relié par une roue libre 18 à une couronne circulaire 19 solidaire d'un manchon 20 faisant corps avec le carter 21 de l'ensemble.
Les tambours 16 et 17 sont reliés entre eux par des dispositifs élastiques de rappel 22 (ressorts par exemple) tels que la force de rappel soit proportionnelle à chaque instant à l'action du fluide sur la partiemobile 12 des aubages du récupérateur 10. L'étanchéité de la partie supé- rieure du récupérateur est assurée en 23 par tous moyens appropriés disposés entre les coquilles internes de la pompe 1 et de la turbine 4. L'étanchéité relative entre le manchon fixe 20 et la coquille de la pompe 1 est assurée par un joint flottant 24 dont l'extrémité débouche à l'intérieur d'un réceptacle circulaire '25 dont le rôle sera indiqué ultérieurement. Un joint 26 assure l'étanchéité entre le réceptacle 25 et une douille 26 solidaire de la pompe 1.
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Un arbre coulissant 27 est solidaire de l'arbre mené 28 aoyen de cannelures 29, par exemple, pratiquées, à la pé- riphérie, d'une part, de l'arbre 27 et, d'autre part, d'un alésage 30 pratiqué dans l'arbre mené 28. Cet arbre porte deux rangées de griffes 31 et 32 venant respectivement en prise avec les griffes 8 du manchon 7 solidaire de la tur- bine et une rangée de griffes intérieures 33 pratiquées dans l'arbre menant 3 suivant le déplacement de l'arbre coulis- sant 27. Cet arbre coulissant 27 est guidé à l'extrémité opposée à celle comportant les cannelures au moyen d'une bague 34 se déplaçant à l'intérieur du manchon 7. Le déplacement de l'arbre coulissant 27 est contrôlé par un levier 35 à articulation sphérique 36 comportant un joint d'étanchéité 37.
La fourchette 38 du levier 35 se déplace à l'intérieur d'une chambre 39 dans laquelle règne la pression du fluide.
L'étanchéité entre la paroi 40 de cette chambre et l'arbre mené est assurée par un joint flottant 41. Une chambre 42 adjacente à la chambre 39 comporte à sa partie inférieure une pompe 43 (à engrenages par exemple) dont le refoulement débouche dans la chambre 39, l'aspiration se faisant dans la chambre 42. Cette pompe est entraînée par tous moyens con- venables, par exemple par engrenages hélicoïdaux calés, l'un sur l'arbre 44 de la, pompe, l'autre sur l'arbre mené 38.
Un conduit 45, obturé par une bille 46 maintenue sur son siège par un ressort 47 réglable au moyen d'une vis 48, fait communiquer les chambres 39 et 42 et régularise la pression du fluide. Une tuya,uterie 49 relie la chambre 42 avec la partie inférieure du réceptacle 25 pour récupérer le liquide provenant des fuites se produisant entre le joint flottant 24 et le manchon 20.
A l'extrémité de l'arbre mené 28 est fixé un tambour 50 qui comporte une denture intérieure 51 située en regard de la denture extérieure 9 du manchon 7 relié à la tur-
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bine 4. Des pignons 52, qui engrènent avec les dentures 9 et 51 sont montés fous sur des axes 53 fixés sur la face latérale d'un tambour 54 à la périphérie duquel peut agir la mâchoire 55 d'un frein actionné par pédale par exemple.
Un manchon 56, faisant corps avec le tambour 53, est monté fou sur le manchon 7 solidaire de la, turbine 4.
Marbre coulissant 27 est percé axialement en 57 et un orifice capillaire. 58 débouche, d'une part, à l'ex- trémité de l'a,lésage de l'arbre mené 28 et, d'autre part, dans la chambre d'aspiration 52. Par ce dispositif, l'air se trouve chassé sous l'effet de la force centripète de l'in- térieur du dispositif hydraulique de transmission de mouvement.
Le fonctionnement est le suivant ;
L'arbre coulissant 27 est supposé dans la position intermédiaire dans laquelle aucune des deux rangées de griffes n'est en prise. Si l'arbre menant démarre sous l'effet du moteur, par exemple, il entraîne en rotation la pompe 1 et le fluide obéit à la force centrifuge et se déplace dans le sens de la flèche f à travers les aubages de la, pompe, Il passe ensuite dans les aubages de la turbine 4. Les ailettes du récupérateur guident le fluide à la sortie des aubes de la turbine pour le renvoyer dans les aubes de la pompe parcourant ainsi un cycle fermé. Dans ce mouvement, étant donné la forme des aubages représentés schématiquement à la figure 5, on voit que la turbine 4 est entraînée en rotation dans le même sens que la pompe 1 jusqu'à ce que les vitesses de ces or- ganes soient les mêmes.
A ce moment, le fluide n'a plus qu'un mouvement réduit et le récupérateur 10 se trouve en traîné dans le même sens que la turbine 4 et la pompe 1 afin de diminuer les pertes pa r frottement.
Au démarrage, la vitesse restante du fluide à la sortie des ailettes de la turbine 4 est maximum et ce fluide agit sur la partie mobile 12 des ailettes du récupérateur
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10 qui prennent la positio@ montrée en pointillés à la figure 5, obligeant ainsi le manchon 16 portant les rainures 15 d'inclinaison des ailettes du récupérateur à tourner par rapport au manchon 17 du récupérateur en bandant les dispositifs élas- tiques de rappel 22. Au fur et à mesure que la vitesse de la turbine 4 augmente, la vitesse de sortie du fluide diminue ainsi que la poussée sur la partie mobile 12 des ailettes qui tendent, sous l'influence des ressorts 22, à revenir vers la position montrée en traits pleins à la figure 5. Cette position sera atteinte lorsque les vitesses de la turbine 4 et de la pompe 1 seront les mômes.
La turbine 4, en tournant, entraîne le manchon 7, les pignons 52 roulent sur la denture extérieure 9 de ce manchon, le tambour 54 portant leurs axes étant monté fou, et l'arbre mené reste au repos. Si on met en prise les griffes 8 du man- chon 7 et les griffes 31 de l'arbre coulissant 27, on voit que l'arbre mené 28 se trouve entraîné en rotation dans le même sens que l'arbre menant.
L'arbre mené ayant atteint la vitesse de l'arbre menant, on peut, à ce moment, enga,ger les griffes 32 de l'arbre coulis sant 27 avec les griffes 33 de l'arbre menant réalisant ainsi l'entraînement en prise directe de l'arbre mené 28. En ramenant l'arbre coulissant 27 dans la position intermédiaire où les ran gées de griffes 31 et 32 ne sont plus en prise, on voit, qu'En agissant sur la pédale actionnant la mâchoire 55 du frein, on réduit la vitesse du tambour 54 portant les axes des pignons satellites 52 et par suite on entraine l'arbre mené 28 en sens inverse de l'arbre menant, réalisant ainsi la marche arrière.
Dans les deux cas d'entraînement en marche avant, si on provoque le serrage de la mâchoire 55 du frein, on obtient un freinage direct sur l'arbre menant, et par suite sur le moteur.
La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation ci-dessus décrite; c'est ainsi que, par exemple, le distributeur peut comporter deux rangées d'aubages fixes ou mobi- les en totalité ou en partie comme montré schématiquement à la figure 2, dans laquelle une rangée d'aubages du distributeur 10 se trouve placée à l'entrée et à la sortie des aubes de la pompe 1
Les aubages du distributeur peuvent être entièrement mobiles et placés à l'entrée des aubes de la pompe (fig.3). Ils peuvent être entièrement fixes (fig. 4) et placés à la sortie des aubages de la pompe par exemple.
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On peut également prévoir un nombre quelconque de rangées d'aubages pour le distributeur, chacune de ces rangées d'aubages étant toujours située entre une rangée d'aubages de la pompe et une rangée d'aubages de la turbine;
REVENDICATIONS
1) Perfectionnements aux dispositifs hydrauliques de transmission de mouvement, caractérisés en ce que l'on dispose, entre les aubes d'une pompe calée sur l'arbre moteur et les aubes d'une turbine réceptrice calée sur un arbre mené co-axial à l'arbre menant, une roue co-axiale aux deux pré- cédentes munie d'aubes fixes ou orientables automatiquement ou par tout dispositif de commande approprié ;
cette roue for- mant récupératrice es reliée au bâti fixe du dispositif soit rigidement, soit de préférence par l'intermédiaire d'une roue libre fonctionnant dans le sens de rotation commun à la tur- bine et à la pompe, les aubes de la récupératrice pouvant être placées, soit entre l'entrée des aubes de la pompe et la sortie des aubes de la turbine, soit entre la sortie des aubes de la pompe et l'entrée des aubes de la turbine, soit simultanément à ces deux endroits.
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"IMPROVEMENTS IN HYDRAULIC TRANSMISSION DEVICES
MISSION OF MOVEMENT "
We already have. used as a hydraulic coupling between a motor and a receiver the concentric centrifugal pump-turbine group, the two machines are either at the same angular speed (case of a single turbine) or at different speeds (case of two turbines in series with fixed direc- tors interposed between the two turbines). With those
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devices, the torque cannot increase on the receiver (turbine) without also increasing on the motor (pump), and the decrease in speed of the receiver, when its torque increases, comes for the most part from pressure losses internal system, i.e. a drop in efficiency.
The present invention relates to improvements to hydraulic motion transmission devices which make it possible to obtain that the torque can increase at will on the receiver (turbine) and that, simultaneously, the torque on the motor (pump) can follow any law, even decreasing, and at best remain either strictly constant or appreciably constant;
in addition, the reduction in speed of the receiver, when its torque increases, will not be due almost solely to pressure losses but above all to a reduction in the height made by the pump, and consequently in the height of fall over the turbine, even if the pump remains at constant speed, so that the efficiency of the assembly remains as high as possible, and the pump control motor can remain at constant load and speed or very little variable.
The torque on the pump is given by the equation:
EMI2.1
where Q is the flow, # the density, Or? - the projection of the absolute speed of exit C2 on the tangential speed U2 at the exit, and Cu1 the projection of the absolute speed of entry 01 on the tangential speed U1 at l 'entry, r2 and r1 the exit and entry radii.
Likewise, the torque on the turbine is:
EMI2.2
It is clear that the torque Mt cannot increase, from 1 to 3 for example, without the flow increasing; furthermore, Cu3
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will also have to increase, and Cu4 decrease, But the increase in Q would cause an increase in Mp which, by hypothesis must remain almost constant, it will therefore be necessary, when the flow rate increases on the pump:
1 - or that Cu1 increases,
2 - or that Cu2 decreases,
3 - or both at the same time.
In addition, the torque Mt on the turbine must be different from the torque Mp on the pump and these two machines being concentric, the fluid current must pass through the blades of a third wheel concentric with the other two but which is fixed and which supports the differential torque Md = Mt - Mp. This guide paddle wheel may be:
1 - either between the turbine outlet and the pump inlet,
2 - either between the pump outlet and the turbine inlet,
3 - either in these two places at the same time.
1 - Increase in Cu1 when Q increases.
It can only occur if, on entering the pump, the absolute speed C1 is inclined on li, in the direction of rotation, by a certain angle [alpha] 1. Let C4 be the output speed of the turbine (fig. 3). Guidelines D, carried by a fixed bush, transform it into C1 on the pump. As Q increases, Cl and its projection Cu1 increase proportionally. , Moreover [alpha] 1 Can also be variable and decrease when Q increases to accelerate the increase of Ou 1. This first arrangement of a fixed wheel provided with orientable or non-orientable blades, placed between the outlet of the turbine the entry into the pump constitutes a first variant of the invention.
2 - Decrease in Cu2 when Q increases.
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At the outlet of the pump we have:
EMI4.1
GuZ = U2 + Qr2 2 -
However, Cr2 is proportional to the flow rate Q and U2 is constant by assumption. For Cu2 to decrease, ss2 must therefore be greater than 90 so that Cr2 / tgss2 is negative
But, as it is also necessary that Cu3 increases so that the torque increases on the turbine, directional D will have to transform C2, speed of exit of the pump, into C3 speed of arrival on the turbine, making the angle [alpha] 3 with the speed U3. In this way, C3 and its projection Cu3 increase proportionally with the flow Q. Moreover [alpha] 3 can also be variable and decrease when Q increases to increase Or.3 even more.
This arrangement of a fixed impeller fitted with orientable or non-orientable blades, placed between the outlet of the pump and the inlet to the turbine, used in conjunction with a pump impeller in which the outlet of the blades forms an angle greater than 90, (this end of the pump blade may or may not be orientable), is the second variant of the invention.
3 - Increase in Cu1 and simultaneous decrease in CU2.
It is clear that the two preceding arrangements can be used simultaneously since each achieves the same goal. A device is thus obtained (fig. 2 for example) which is the third variant of the invention, in which there will be two crowns of guide vanes between the pump and the turbine, independent or forming the same part and, simultaneously, vanes giving an exit angle at. rear (/ * 2> 90) on the pump.
In the case of orientable blades, the automatic orientability would be obtained, for example, as follows (fig. 3). The articulation axes 0 are carried by a
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mobile bush and the vanes carry another axis O1, which is guided in the axial grooves of another bush, which is linked to the fixed point. When the torque on the steering lines increases, these two bushings tend to deviate angularly and one or more antagohistes springs limit this deviation to just the value which corresponds to the desired angle [alpha] 1.
In the case of fixed guide lines (fig. 5), [alpha] 1 is constant, but we notice that the direction of arrival of the speed C4 varies with the speed U4 of the turbine.
To avoid shocks at the entry to the directions, the portion 0 O1 of the blade can be made orientable, for example in the same way as previously. The articulation pins 0 are carried by a sleeve and the pins O1 slide in the grooves of another sleeve which is linked to the fixed point. When the torque on the guidelines increases, these two bushings tend to move away angularly but one or more springs limit this difference to the value for which the sections 0 O1 are present in the direction of absolute speed.
It should also be noted that, if the sleeve which carries the guide vanes remains rigidly linked to the fixed point, the turbine will increase in speed beyond the speed of the pump if its torque drops below that of the motor. . The system therefore not only acts as an automatic speed reducer, but as an automatic accelerator.
In short, the turbine has become the analogue of a true electric series motor which itself tends to operate at constant power, and this only through the presence of guide vanes between the outlet of the turbine and the inlet of the pump for example.
If we do not want to take advantage of the property of accelerating the speed and also if we want to reduce the significant losses which correspond to this regime, the bush
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which carries the guidelines will be linked to the fixed point by a freewheel, which will be blocked as long as the torque is on. turbine will be larger than that of the motor, but which will be driven as soon as it tends to be smaller. From that moment on, the guidelines no longer support any torque and the assembly functions as a simple coupling.
It can therefore be seen, from the above calculations, that the present invention is characterized mainly in that there is, between the blades of a pump fixed on the motor shaft and the blades of a receiving turbine fixed on a driven shaft co-axial with the driving shaft, a wheel co-axial with the two preceding ones provided with fixed or orientable vanes automatically or by any suitable control device;
this wheel forming a recuperator is connected to the fixed frame of the device either rigidly or preferably by means of a freewheel operating in the direction of rotation common to the turbine and to the pump, the vanes of the recuperator for to be placed either between the inlet of the pump blades and the outlet of the blades of the turbine, or between the outlet of the pump blades and the inlet of the turbine blades, concurrently with the use of an angle;! 2 pump outlet greater than 90, fixed or orientable, or simultaneously at these two locations.
The present invention also extends to a certain number of detail objects constituting the main object applied separately or in any combination.
1) The pump blades are either completely fixed or mobile at the outlet.
2) The casing or sealing casing of the hydraulic coupling itself forms a flywheel and constitutes the impeller of the pump on which the blades of the latter are fixed so as to reduce the losses by friction of the fluid on fixed parts.
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It would not be outside the scope of the present invention to use the sealing housing as a support for the blades of the turbine instead of using it for the blades of the pump.
3) The outlet part of the recuperator vanes is automatically orientable and, for this purpose, each of the vanes carries a pin placed in a suitably shaped groove made in a circular ring connected to the recuperator body by means of elastic members a, sliding in antagonism to the pressure of the fluid on the blades of the recuperator. The elastic connection is such that the return force is substantially proportional to the residual torque exerted on the vanes of the recuperator.
4) Between the motor shaft and the driven shaft is interposed a sliding sleeve angularly integral with the driven shaft and disposed co-axially with the driving and driven shafts; said sleeve being provided with claws which make it possible to put it either in direct engagement with the driving shaft or in engagement with the hydraulic turbine.
5) The reverse gear is of the gear type and is actuated by the. clutch pedal which acts to reduce the angular speed of rotation of the axis of the sa, tel- lites around the axis common to the driving and driven shafts, thus achieving either easy engagement in forward gear , or reverse gear, the sliding sleeve then remaining in its neutral position.
6) The sliding sleeve being engaged on the driving shaft either directly or via the hydraulic transmission device, if you act on the clutch pedal, you will brake as described above, by re - reducing the angular speed of the axis or satellites and this will aim to brake on the motor.
7) The fluid contained inside the tra, ns- mission device is kept under pressure by means of a pump
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actuated by all suitable means, this:
1 - To avoid any cavitation at any point in the system.
2 - To compensate for leaks.
The tightness between the moving parts in rotation and the fixed parts is ensured by floating seals, the other face of which opens into pressure-free chambers communicating with the suction chamber of the pump; an adjustable relief valve is arranged between the discharge and the suction of the pressure pump.
8) An axial duct with a capillary orifice allows the evacuation of the air contained inside the hydraulic movement transmission device; this orifice opens into the suction chamber of the pump so as to recover the slight losses of fluid occurring through this conduit.
The present invention also extends to a certain number of particular points which will appear in the following text made with reference to the appended drawing, given by way of example only, in which:
Figure 1 is a longitudinal sectional elevation of one embodiment of the device according to the invention.
Figure 2 is a partial sectional elevation of a second embodiment.
Figure 3 shows schematically in developed section the shape of the vanes of the pump, the turbine and the recuperator in one embodiment.
Figure 4 is a view similar to Figure 3 in another embodiment.
Figure 5 is a schematic view of the blades corresponding to Figure 1.
In the embodiment shown in Figure 1, a centrifugal pump 1 is fixed, by fixing bolts for example, on a plate 2 wedged on the driving shaft 3.
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This centrifugal pump i comprises vanes 4 as shown in more detail in FIG. 5. The seal is ensured by any suitable means between the pump 1 and the plate 2. A turbine 5, the vanes 6 of which are arranged. as shown in Figures 1 and 5, is keyed on a sleeve 7 carrying at its end opposite to the driving shaft internal claws 8 and an external toothing 9. Between the inlet of the blades 4 of the pump 1 and the outlet of the blades 6 of the turbine 5 are arranged the vanes of the recuperator 10.
Each of these vanes, as shown in Figures 1 and 5, consists of two parts: a fixed part 11 located on the side of the inlet of the pump 1 and a part 12 movable around an axis 13 normal to the wall. . The end of the movable part 12 carries a stud 14 which moves in a groove 15, with an axis parallel to the axis of rotation, made at the periphery of a drum 16 as shown schematically in FIG. 5. The recuperator 10 is integral with a drum 17 connected by a freewheel 18 to a circular ring 19 integral with a sleeve 20 integral with the casing 21 of the assembly.
The drums 16 and 17 are interconnected by elastic return devices 22 (springs for example) such that the return force is proportional at all times to the action of the fluid on the moving part 12 of the vanes of the recuperator 10. The sealing of the upper part of the recuperator is ensured at 23 by any suitable means arranged between the internal shells of the pump 1 and of the turbine 4. The relative tightness between the fixed sleeve 20 and the shell of the pump 1 is ensured by a floating seal 24, the end of which opens inside a circular receptacle '25, the role of which will be indicated later. A seal 26 seals between the receptacle 25 and a sleeve 26 integral with the pump 1.
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A sliding shaft 27 is integral with the driven shaft 28 by means of splines 29, for example, made on the periphery, on the one hand, of the shaft 27 and, on the other hand, of a bore 30. formed in the driven shaft 28. This shaft carries two rows of claws 31 and 32 respectively coming into engagement with the claws 8 of the sleeve 7 integral with the turbine and a row of internal claws 33 formed in the following driving shaft 3 the movement of the sliding shaft 27. This sliding shaft 27 is guided at the end opposite to that comprising the splines by means of a ring 34 moving inside the sleeve 7. The movement of the shaft sliding 27 is controlled by a lever 35 with a ball joint 36 comprising a seal 37.
The fork 38 of the lever 35 moves inside a chamber 39 in which the pressure of the fluid prevails.
The seal between the wall 40 of this chamber and the driven shaft is ensured by a floating seal 41. A chamber 42 adjacent to the chamber 39 comprises at its lower part a pump 43 (with gears for example), the discharge of which opens into chamber 39, the suction taking place in chamber 42. This pump is driven by any suitable means, for example by helical gears wedged, one on the shaft 44 of the pump, the other on the driven shaft 38.
A duct 45, closed by a ball 46 held on its seat by a spring 47 adjustable by means of a screw 48, communicates the chambers 39 and 42 and regulates the pressure of the fluid. A pipe 49 connects the chamber 42 with the lower part of the receptacle 25 to collect the liquid coming from the leaks occurring between the floating seal 24 and the sleeve 20.
At the end of the driven shaft 28 is fixed a drum 50 which has internal teeth 51 located opposite the external teeth 9 of the sleeve 7 connected to the tur-
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bine 4. Pinions 52, which mesh with the teeth 9 and 51 are mounted idle on pins 53 fixed to the lateral face of a drum 54 at the periphery of which the jaw 55 of a brake actuated by pedal for example can act. .
A sleeve 56, integral with the drum 53, is mounted idle on the sleeve 7 integral with the turbine 4.
Sliding marble 27 is axially drilled at 57 and a capillary orifice. 58 opens out, on the one hand, at the end of the damage to the driven shaft 28 and, on the other hand, into the suction chamber 52. By this device, the air is found. driven by the centripetal force inside the hydraulic motion transmission device.
The operation is as follows;
The sliding shaft 27 is assumed to be in the intermediate position in which neither of the two rows of claws is engaged. If the driving shaft starts under the effect of the motor, for example, it rotates the pump 1 and the fluid obeys the centrifugal force and moves in the direction of the arrow f through the vanes of the pump, It then passes through the blades of the turbine 4. The fins of the recuperator guide the fluid at the outlet of the blades of the turbine to return it to the blades of the pump, thus passing through a closed cycle. In this movement, given the shape of the blades shown schematically in FIG. 5, it can be seen that the turbine 4 is rotated in the same direction as the pump 1 until the speeds of these organs are the same. .
At this moment, the fluid has only a reduced movement and the recuperator 10 is dragged in the same direction as the turbine 4 and the pump 1 in order to reduce the losses by friction.
At start-up, the remaining speed of the fluid at the outlet of the fins of the turbine 4 is maximum and this fluid acts on the moving part 12 of the fins of the recuperator.
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10 which take the position shown in dotted lines in FIG. 5, thus forcing the sleeve 16 carrying the inclination grooves 15 of the fins of the recuperator to rotate relative to the sleeve 17 of the recuperator by tensioning the elastic return devices 22. As the speed of the turbine 4 increases, the output speed of the fluid decreases as well as the thrust on the movable part 12 of the fins which tend, under the influence of the springs 22, to return to the position shown in solid lines in FIG. 5. This position will be reached when the speeds of the turbine 4 and of the pump 1 are the same.
The turbine 4, while rotating, drives the sleeve 7, the pinions 52 roll on the external teeth 9 of this sleeve, the drum 54 carrying their axes being mounted idle, and the driven shaft remains at rest. If we engage the claws 8 of the sleeve 7 and the claws 31 of the sliding shaft 27, we see that the driven shaft 28 is driven in rotation in the same direction as the driving shaft.
The driven shaft having reached the speed of the driving shaft, it is possible, at this moment, to engage the claws 32 of the slurry shaft 27 with the claws 33 of the driving shaft thus achieving the drive in engagement direct drive from the driven shaft 28. By returning the sliding shaft 27 to the intermediate position where the rows of claws 31 and 32 are no longer engaged, it can be seen that By acting on the pedal actuating the jaw 55 of the brake , the speed of the drum 54 carrying the axes of the planet gears 52 is reduced and as a result the driven shaft 28 is driven in the opposite direction to the driving shaft, thus carrying out the reverse gear.
In the two cases of forward drive, if the clamping of the jaw 55 of the brake is caused, direct braking is obtained on the driving shaft, and consequently on the motor.
The present invention is not limited to the embodiment described above; thus, for example, the distributor may comprise two rows of fixed or movable blades in whole or in part as shown schematically in FIG. 2, in which a row of blades of the distributor 10 is placed at the inlet and outlet of the vanes of pump 1
The distributor vanes can be fully movable and placed at the inlet of the pump vanes (fig. 3). They can be completely fixed (fig. 4) and placed at the outlet of the pump blades for example.
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It is also possible to provide any number of rows of vanes for the distributor, each of these rows of vanes always being situated between a row of vanes of the pump and a row of vanes of the turbine;
CLAIMS
1) Improvements to hydraulic motion transmission devices, characterized in that one has, between the vanes of a pump wedged on the motor shaft and the vanes of a receiving turbine wedged on a driven shaft co-axial with the driving shaft, a wheel coaxial with the two preceding ones provided with fixed or orientable vanes automatically or by any appropriate control device;
this recuperator wheel is connected to the fixed frame of the device either rigidly or preferably by means of a freewheel operating in the direction of rotation common to the turbine and to the pump, the vanes of the recuperator which can be placed either between the inlet of the pump blades and the outlet of the turbine blades, or between the outlet of the pump blades and the inlet of the turbine blades, or simultaneously at these two locations.