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Mécanisme de transmission réversible pour machines marines et similaires
Cette invention concerne un mécanisme de transmission réversible pour machines marines et similaires, et a principale- ment pour objet la création d'un mécanisme de transmission destiné à changer le sens de rotation de ltarbre d'utilisation ou arbre d'nélice tout en maintenant un sens de rotation invariable à l'en- gin moteur. Par exemple, dans sa forme d'exécution la plus indi- quée, la présente invention est applicable à un mécanisme de trans- mission de machine marine permettant à une turbine à gaz tournant toujours dans le même séné d'entraîner l'arbre d'hélice soit dans le sens de la marche avant soit dans le sens de la marche arrière.
Le toit principal de cette invention est d'obtenir une mise en syn- chronisme exacte des éléments d'accouplement conjugués d'un méca- nisme d'inversion et cela automatiquement pendant que l'on freine
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l'engin moteur (turbine) pour obtenir une inversion pendant le fonctionnement de la transmission*
Suivant la présente invention, le mécanisme de trans- mission d'une machine marine ou similaire qui entraîne l'arbre d'hélice ou son équivalent au moyen d'engrenages, est caracté- risé en ce qu'il est combiné avec ces engrenages un dispositif pour produire une inversion du sens de rotation de l'arbre d'hé- lice alors que l'arbre de l'engin moteur garde toujours le même sens normal de rotation, ce dispositif étant commandé par l'in- termédiaire d'un mécanisme de commande auquel est associé,
un autre dispositif mettant automatiquement ce mécanisme de comman- de en circuit uniquement au moment où. des éléments appropriés de la transmission, destinés à être accouplés pour transmettre le couple d'entraînement normal de l'engin moteur, tournent en synchronisme.
L'invention sera comprise plue aisément à l'aide des dessins annexés qui en représentent quelques formes d'exécution.
La figure 1 est une vue schématique d'une forme d'exé- cution dans laquelle l'engin moteur, une turbine, est flanqué d'un compresseur d'air, la figure 2 est une vue de profit détaillée d'un des accouplements, la figure 3 est le schéma de connexions du circuit de commande de la fige l.
La figure 4 est une coupe en élévation montrant une variante du dispositif de synchronisation de l'accouplement, la figure 5 est un schéma de connexions du circuit de commande à utiliser avec le dispositif de synchronisation de la fig. 4, et la figure 6 est un schéma de connexions montrant l'em- ploi d'un moteur électrique au lieu du compresseur d'air précité.
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Sur les figures l, 2 et 3 des dessins, l'engin moteur est une turbine à gaz 1 entraînant l'arbre d'hélice 4 par l'in- termédiaire d'un train d'engrenages comprenant deux accouplements 2 et 3, les engrenages étant de préférence du type hélicoïdal et comprenant une roue menée 5 montée sur l'arbre.d'hélice 4 et avec laquelle engrène une paire de pignons hélicoïdaux 6 et montés respectivement à une extrémité de deux arbres parallèles 8 et 9, le rapport entre ces pignons et cette roue dentée étant tel que l'on obtienne une grande réduction de vitesse à l'arbre d'hélice* Les autres extrémités de ces deux arbres 8 et 9 portent les manchons d'accouplement a et b des accouplements 2 et 3 asso- ciés aux manchons d'accouplement a', b' d'une paire d'arbres concentriques 8',
9' continuellement entraînés l'un par rapport à l'autre au moyen de roues dentées hélicoïdales 8a et 9a cons- tamment engrenées, l'arbre 8' étant attaqué directement par le rotor de la turbine à gaz et destiné, lorsque l'accouplement 2 est embrayé, à jouer le rôle d'arbre de marche normale ou marche avant.
Les deux accouplements 2 et 3 sont intercalés entre les pignons 6 et 7 qui engrènent avec la roue dentée de l'arbre d'hé- lice et les pignons 8a, 9a montés sur les arbres 8', 9.' voisins de la turbine à gaz ; il est donc évident qu'en dégageant l'accou- plement 2 de l'arbre de marche avant, et qu'en engageant l'autre accouplement 3, on obtiendra une rotation en sens inverse, c'est-à- dire un passage de marche avant en marche arrière, par un simple mouvement de débrayage et d'embrayage.
Il est évident que l'on ne peut embrayer et débrayer bru- talement sans tenir compte de la réaction du couple de torsion sur la turbine à gaz, et la présente invention prévoit en conséquence l'emploi d'un dispositif destiné à produire simultanément le frei- nage de la turbine et la synchronisation automatique des manchons
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d'accouplement correspondants.
Dans ce but, si l'on désire faire marche arrière au moment où la turbine 1 entraîne le navire en marche avant, le gaz envoyé à la turbine par les conduites principales 11, 12 est coupé à la vanne 13 et l'accouplement 2 de l'arbre de marche avant 8 est débrayé, après quoi l'accou- plement 3 de l'arbre de marche arrière est embrayé, les disposi- tions étant prises pour que cet embrayage n'ait lieu que lorsque l'accouplement ou les éléments de liaison tournent en synchronis- me,
protégeant ainsi le mécanisme de transmission contre les chocs dus à un embrayage réalisé au moment où les manchons nont pas la même vitesse* Il est de même nécessaire de freiner la turbine au moment où l'on coupe le gaz et où l'accouplement de marche avant est débrayé, et dans ce but un ciompresseur 14 à écoulement axial est associé à la turbine et peut faire partie de l'ensemble géné- rateur du gaz pour l'engin moteur, ce compresseur étant réuni à l'arbre du rotor de la turbina du coté opposé au mécanisme de transmission.
Le freinage est obtenu en admettant du gaz dans l'ex- trémité haute pression H du compresseur par l'intermédiaire de la conduite 15 et de la vannede commande 16, et lorsque le couple des rotors du compresseur et de la 'turbine a été absorbé, le gaz est détourné, au moyen de la vanne 16, de l'extrémité haute pres- sion à l'extrémité basse pression L du compresseur par l'intermé- diaire de la conduite 17, d'ou il résulte que la turbine sera entraînée en sens inverse et que le manchon d'accouplement b' tournera dans le sens de son manchon associé b, celui-ci, à cause de la route suivie par le navire, étant obligé de tourner dans le sens de marche avant.
La turbine augmentant de vitesse, les vites- ses des arbres coaxiaux 9, 9' de marche arrière deviennent égales, mettant ainsi les manchons d'accouplement b., b' en synchronisme, après quoi l'accouplement 3 est embrayé. L'amenée de gaz au com- presseur est alors supprimée par la vanne 13 et admise à la turbine
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pour d'abord immobiliserla turbine et, plus tard, l'entrainer dans le sens de marche avant, ce qui fera tourner la roue dentée 5 de l'arbre d'hélice 4 dans la direction de marche arrière, par l'intermédiaire du pignon ? monté sur l'arbre de marche arrière.
Inversement, si l'on veut passer de la marche arrière à la marche avant, on coupe l'amenée de gaz à la turbine comme il a été dit plus haut et l'accouplement 3 de marche arrière est débrayé, on envoie le gaz au compresseur 14 jusqutâ ce que la turbine soit d'abord immobilisée puis entraînée en sens inverse jusqu'au moment d'atteindre une vitesse égale à celle de la par- tie 8 de l'arbre de marche avant qui engrène directement avec la roue 'dentée 5 de l'arbre d'hélice. A ce moment, on admet le gaz dans la turbine, l'immobilisant d'abord et l'entraînant ensuite dans le sens de marche avant, ce qui fait tourner également l'arbre d'hélice dans le sens de marche avant.
Il est préférable de commander chaque accouplement par son solénolde 18 propre (voir figure 3), le levier d'embrayage 19 correspondant et l'interrupteur de commande. 20, et d'utiliser 'les manchons d'accouplement rotatifs a, a' et b, b' pour comman- der la fermeture et l'ouverture du circuit des solénoïdes au moyen de chaque dispositif d'embrayage, de façon à manoeuvrer la ferme- ture d'un interrupteur 21 au moment ou la paire de manchons d'ac- couplement se trouvant face à face tournent en synchronisme, la fermeture de cet interrupteur additionnel 21 servant à fermer complètement le circuit de l'interrupteur 20, lorsque les parties de l'accouplement qui doivent s'interpénétrer sont correctement alignées.
Dans le cas présent on préfère des embrayages francs, à griffes comme on peut le voir, à cause de la perte de puissance due au mouvement relatif entre embrayages à friction, et il s'en- suit qu'avant d'exciter le solénolde correspondant, il faut que
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les parties des manchons d'accouplement qui s'interpénètrent soient correctement alignées.
Le dispositif faisant partie de chaque accouplement et servant à manoeuvrer l'interrupteur 20 à la fermeture, lorsque les deux accouplements sont en synchronisme, peut comprendre un engrenage différentiel consistant en deux roues dentées 22, 23 (voir figure 2) engrenant de façon permanente avec des couronnes dentées 22', 23' à la périphérie du manchon d'accouplement cor- respondant 2 ou 3, ces deux roues dentées 22, 23 étant concentri- ques et portant deux engrenages coniques 24 et 25 dirigée vers l'intérieur, engrenant respectivement de façon permanente avec une paire de pignons coniques planétaires 26 et 27.
Ces pignons sont montés sur une broche 28 chassée diamétralement de part en part dans un arbre 29 passant librement, dans le sens de l'axe, à travers la roue dentée 23, l'autre bout de cet arbre portant un régulateur centrifuge 30 pouvant donner un mouvement de trans- lation au manchon 31 glissé sur cet arbre, ce manchon, servant de pontage des contacts opposés 20a, 20b de l'interrupteur- 20 ; la disposition est telle qu'aussi longtemps que les deux man- chons d'accouplement ne sont pas en synchronisme, la vitesse de rotation de l'arbre 29 maintiendra les contacts écartés, mais qu'arrivée au synchronisme, l'arbre 29 s'immobilisera et les contacts 20a et 20b seront pontés et fermeront partiellement le circuit du solénolde correspondant.
Il est clair que, dans le mécanisme décrit jusqu'ici, l'interrupteur 20 restera fermé aussi longtemps que son accouplement associé reste embrayé, et lorsqu'une opération d'embrayage doit s'opérer, le circuit est entièrement fermé au moment où, comme il a été dit plus haut, les manchons opposés de l'accouplement débrayé tournent en syn- chronisme et sont de plus convenablement alignés.
Ce dernier
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stade de l'opération s'accomplit au moyen d'un dispositif à cel- lule photosensible, c'est-à-dire au moyen d'une cellule au sé- lénium associée à chaque accouplement, et d'ouvertures 33 et 34 pratiquées dans les manchons a, a', (ou b, b') près de leurs péri- phéries et alignées axialement, chaque cellule étant placée d'un côté de la paire de manchons correspondante, et une source de lu- miére 35 placée de l'autre côté; de cette manière, aussi longtemps que les ouvertures pratiquées dans les manchons ne se trouvent pas l'une en face de l'autre pendant une période approximative- ment égale à un tour complet de l'accouplements le solénoide 18 ne sera pas excité de façon effective.
Dans ce but les ouvertures 34 peuvent être de forme cylindrique et les ouvertures 33, c'est- à-dire les plus proches de la source de lumière, peuvent avoir une section en triangle à sommet légèrement tronqué, de façon à pré- s enter au manchon opposé une ouverture de petites dimensions, tandis que l'extrémité élargie de cette ouverture reçoit la lumiè- re incidente.
De cette manière un des accouplements présente à la lumière transmise une ouverture très étroite tandis que l'au- tre accouplement est percé d'une ouverture relativement beaucoup plus grande, et lorsque l'ouverture très étroite vient se placer exactement en face de la grande ouverture dans l'autre manchon et qu'il n'y a pas de mouvement relatif entre les manchons, la lumière sera dirigée sur la cellule 32 qui, par l'intermédiaire d'un dispositif amplificateur approprié quelconque, fera fonction- ner le dispositif douverture et de fermeture 21.
Grâce à cette disposition des ouvertures 33 et 34, il est possible de régler les positions relatives des manchons d'accouplement entre des limites étroites de façon à obtenir un fonctionnement très doux consécutif à l'excitation du solénoïde 18 correspondant, le ré- glage étant réalisé par la position de la lampe 35.
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Pour que le circuit de chaque solénoîde 18 ne reste pas fermé après la fin du cycle d'opérations nécessaire à une inver- sion de marche, le levier d'embrayage ou sa partie mobile associée de chaque accouplement est relié à un interrupteur 38 qui s'ouvre à la fin d'Une opération d'embrayage et se referme quand laccou- plement est débrayé à la main.
Dans la variante représentée aux figures 4 et 5, chaque accouplement 2 et 3 est commandé par deux solénoldes 39 et 40, un interrupteur principal 41 étant fermé à la main ou automatique- ment au moment où les vannes 13 et 16 de la figure 1 sont manoeu- vrées pour accélérer l'arbre voulu (8' ou 9') dans le même sens que l'arbre associé 8 ou 9. La fermeture de l'interrupteur 41 excitera le solénoïde 39 qui appliquera une force 2 au levier d'embrayage 19. immédiatement les vitesses des manchons ,2, et a' ou b et b' seront approximativement égales, la force F commandant le levier 19 et rapprochant les deux manchons a' et b' de a ou 14 de façon qu'ils en soient tout près sans être embrayée.
Ce dépla- cement initial du manchon a' ou b' sert à fermer l'interrupteur 20 qui permet ainsi à la cellule au sélénium 32 d'exciter le so- lénoîde 40, au moment où les deux manchons sont correctement en phase de façon à obtenir un embrayage doux, le solénoide 40 créant ainsi la force P qui complétera l'embrayage des manchons
Dans ce dispositif, le levier 19 bascule autour d'un bloc à pivot 42 qui reste immobile sur une console 43 pendant que le solénoïde 39 est excité mais peut glisser sur cette console quand le solénoïde 40 est sous tension, le levier 19 ayant son point d'appui déplacé jusqu'à son extrémité commandée par le so- lénoide 39, quand le adénoïde 40 est excité.
Un dispositif d'accouplement convenant au fonctionnement avec les deux solénoides, est représenté à la figure 4, le man- chon a ou b étant fixé à son arbre 8 ou 9 et l'autre manchon mo- n
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bile a' ou b' étant claveté sur l'arbre 8' ou 9', celui-ci se prolongeant concentriquement à travers la partie cylindrique creu- se du manchon et pénétrant dans un alésage 46 pratiqué dans l'ar- bre coaxial opposé, de sorte que l'extrémité d'un arbre est montée dans l'extrémité de l'autre arbre et peut tourner librement dans celle-ci.
Le prolongement de l'arbre qui porte le manchon à grif- fes mobile est fileté, c'est-à-dire pourvu d'un filet hélicoïdal 47 à plusieurs entrées, à partir de l'extrémité intérieure de la partie cylindrique creuse du manchon à griffes a' jusqu'à, un point du prolongement légèrement l'intérieur de la partie cylindrique creuse de l'autre manchon à griffes a et un écrou annulaire 48 est vissé sur la partie filetée de l'arbre.
Entre cet écrou et un ressort à boudin 49 fixé de façon permanente, à une extrémité, au manchon à griffes fixe a, est interposée une bague annulaire 50 dont l'épaisseur ou dimension axiale est notablement plus petite que celle de l'écrou précité et qui a sa surface annulaire en re- gard de l'écrou munie d'une garniture 51 de manière à avoir un coefficient de friction élevé qui permet un accouplement à fric- tion entre l'écrou 48 et la bague annulaire 50. Le ressort à bou- din à compression 49 est fixé définitivement par son extrémité correspondante à cette bague, de sorte que, lorsque l'arbre 8 ou 9 portant le manchon à griffes fixe a tourne, la bague 50 tourne également, puisqu'elle est reliée à ce manchon à griffes par l'in- termédiaire du ressort 49.
Dans la position de débrayage,l'écrou 48 sert d'arrêt empêchant le manchon à griffes mobile a' de venir en contact avec l'autre manchon a, mais quand l'arbre 8' portant le manchon à griffes mobile tourne dans le même sens que l'autre arbre 8, le fait de vouloir mettre le manchon mobile en contact avec l'autre crée d'abord une pression entre les faces du manchon mobile et
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de l'écrou 48.
Au début, la vitesse de l'arbre portant le manchon à griffes mobile dépasse celle de l'autre arbre et la pression due au début d'embrayage augmente la pression du ressort, de sorte que le mouvement de rotation relatif de la bague 50 fera tourner l'écrou 48 dans un sens tel qu'il se déplacera dans la direction du manchon a auquel le ressort est fixé, permettant ainsi au manchon mobile a' de venir embrayer le manchon a, tandis- que la différence de vitesse entre les deux arbres est assez pe- tite pour permettre un mouvement d'embrayage doux.
Le mouvement initial de a' qui produit l'avancement de l'écrou 48 sur la vis 47 est obtenu au moyen du solénoide 39, et l'embrayage final est réalisé par le solénoïde 40.
Comme on le voit à la figure 6, le compresseur à écou- lement axial peut être remplacé par un moteur 40'mis en circuit, pour créer de l'énergie électrique, par exemple, quand il faut freiner le rotor de la turbine. Quand, à la suite de ce freinage, le rotor de turbine est Immobilisé, on envoie du courant au mo- teur 43, par la manoeuvre adéquate des commutateurs .44 et 45, pour faire tourner le rotor de turbine en. sens inverse jusqu'à obtention du synchronisme demandée de façou à pouvoir faire la manoeuvre d'embrayage.
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