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Cette invention se rapporte aux accouplements turbo- hydrauliques, du type Fottinger, comprenant des éléments à aubages entraîneurs et entraînés, dans lesquels on a prévu la possibilité de faire varier le degré de remplissage du circuit de fonctionnement, de manière à pouvoir faire varier la capacité de transmission d'un couple de l'accou- plement, et, en même temps, le glissement dans l'accouple- ment, et dans lesquels, pendant le fonctionnement de l'ac- couplement, il y a écoulement de liquide de fonctionnement, venant du circuit de fonctionnement, à travers des orifice restreints.
Dans une forme d'accouplement de ce type, le liqui- de s'écoule à travers ces orifices, vers une chambre-réser voir rotative, dans laquelle est installé un tube de re- prise réglable, qui sert à renvoyer le liquide se trouvant dans la chambre-réservoir, dans le circuit de fonctionne- ment, en passant par un réfrigérant, et le réglage de ce tube de reprise détermine le degré de remplissage du cir- cuit de fonctionnement.
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Dans un 'autre accouplement de ce type, un tube de reprise fixe, installé dans une chambre de tube de reprise, sert à renvoyer le liquide de fonctionnement vers le cir- cuit de fonctionnement, en passant par un réservoir fixe extérieur, dont le degré de remplissage est déterminé par le réglage d'un déversoir ajustable, ou d'un organe de dé- placement de liquide, associé avec un déversoir fixe, dans un réservoir en charge, ou bien par le réglage d'une tuyère d'aspiration, du type déversoir, réglable, associée à une pompe de remplissage, située dans un puisard.
Dans ces accouplements , le régime d'écoulement du liquide, venant du circuit de fonctionnement, à travers les orifices restreints, varie, pour toute vitesse donnée de l'accouplement, suivant la pression agissant sur le liquide, et dépend entr'autres de la quantité de liquide dans le cir- cuit de fonctionnement. Lorsque l'effort centrifuge est é- levé, comme lorsque le circuit de fonctionnement est plein, la pression à l'intérieur est élevée, et le régime d'écou- lement à travers ces orifices est plus élevé que lorsque l'effort centrifuge est moindre, comme quand le circuit de fonctionnement est complètement, ou partiellement, vide.
La circulation du liquide entre le circuit de fonc- tionnement et la chambre-réservoir augmente, par conséquent, lorsque le remplissage du circuit de fonctionnement est aug, menté, et décroît lorsque le remplissage est diminué. Ceci est toutefois l'opposé de ce qui est requis dans le but de refroidir le liquide de fonctionnement, puisque, lorsqu'on entraîne une charge caractérisée par un couple constant, plus de chaleur est produite lorsque le circuit de fonction-. nement est seulement partiellement rempli, que quand le circuit de fonctionnement est rempli complètement, par suite du glissement beaucoup plus élevé dans le circuit de fonc- tionnement partiellement rempli. Le but de cette invention est de procurer un accouplement du type cité, dans lequel ce désavantage est réduit, ou surmonté.
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Suivant l'invention, des valves actionnées automa- tiquement sont appliquées pour accroître la section effec- tive d'écoulement à travers ces orifices, à mesure que le degré de remplissage de la chambre de travail décroît, et vice versa. Si l'accouplement est de la forme dans laquelle une chambre-réservoir rotative, avec un tube de reprise réglable à l'intérieur, est prévue, la section effective d'écoulement à travers ces orifices peut être réglée sui- vant le degré de remplissage de la chambre-réservoir rota- tive, qui varie en sens opposé du remplissage de la cham- bre de travail.
Cette valve peut être disposée pour être actionnée par un disposotif sensible à la pression, par exemple un soufflet, ou un diaphragme, sensible au changement de pres- sion résultant du changement dans le degré de remplissage de la chambre de travail, la section effective des orifices restreints étant ainsi accrue lorsque la pression du li- quide, à l'intérieur de la chambre de travail, décroît, par suite de la réduction dans le degré de remplissage de la chambre de travail, et vice versa.
Dans une autre forme de l'invention, cette valve peut être disposée pour être actionnée par un changement dans les dimensions relatives de certaines parties de l'accouplement. Un tel changement dans les dimensions re- latives peut résulter d'un changement de pression, dû à un degré de remplissage modifié de la chambre de travail, ou bien de la chambre-réservoir rotative, lorsqu'elle existe. Le changement dans les dimensions relatives peut, en variante ou en supplément, être arrangé pour résulter d'un changement dans la température de ces parties, là @ ou la.section d'écoulement des orifices est accrue, en réponse à une augmentation de la température et vice versa.
Ces valves peuvent être disposées de façon à être toujours ouvertes jusqu'à un certain point, de façon à
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permettre la circulation restreinte requise de liquide de fonctionnement, venant du circuit de travail, On peut tou- tefois employer des valves qui sont fermées pour un remplis sage élevé du circuit de fonctionnement, et qui s'ouvrent progressivement à mesure que le.degré de remplissage est. réduit, les orifices contrôlés, par ces valves étant en supplément des orifices de section restreinte qui sont con- tinuellement ouverts.
Un exemple de cette disposition men- tionnée en dernier lieu sera maintenant décrit en détails, en se reportant aux dessins annexés, dont la figure 1 mon- tre un turbo-accouplement, suivant l'invention, en coupe verticale, et dont la figure 2 est une vue en coupe d'une valve, à une échelle plus grande que dans la figure 1.
En se reportant au dessin, l'accouplement turbo- hydraulique illustré dans celui-ci comprend une turbine d'entraînement à aubage 1, boulonnée à un carter intérieur comprenant des pièces terminales 2 et 3, et une pièce cy- lindrique 4, la paroi 3 étant reliée par un anneau 5 et des boulons 6, à la périphérie d'une plaque d'entraînement 7, dont la périphérie intérieure est boulonnée à une bride, sur un arbre d'entrée 8. Une turbine à aubages entraînée 9 est boulonnée à une bride sur un arbre de sortie 10, qui tourillonne à l'intérieur des moyeux des parois 2 et 3 du carter intérieur.
Un carter réservoir 11 est fixé sur son bord à l'anneau 5, de façon à pouvoir tourner avec la pla- que d'entraînement 7, et la turbine d'entraînement 1, un joint à huile .12, en labyrinthe, étant prévu entre la péri- phérie intérieure du carter réservoir 11, et un collecteur stationnaire 13 d'un tube de reprise, porté par un support
14. A l'intérieur du réservoir 11, se trouve un tube de re- prise 15, déplaçable longitudinalement dans un guide 16, et pouvant être actionné au moyen d'un levier 17, porté par un axe 18, se projetant à travers le collecteur, et qui est relié, pour son fonctionnement, au tube de reprise 15, d'une
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façon conventionnelle, pa.r des leviers 19 et 20.
Le carter intérieur est pourvu de, disons, trois tuyères rétrécies 21, uniformément espacées autour du car- ter intérieur, de façon que, pendant le fonctionnement de l'accouplement, du liquide de fonctionnement s'écoule du circuit de travail à l'intérieur du carter intérieur, à travers les,tuyères 21, vers le carter réservoir 11, où il forme un anneau de liquide adjacent à la paroi cylindrique extérieure du carter réservoir. Le tube de reprise reprend le liquide de cet anneau, et l'envoie, par une conduite (non indiquée) dans le collecteur, vers un réfrigérant (non indiqué) où il retourne via une autre conduite 22, vers l'intérieur d'un carter 24, et de là, par les orifices
25, vers le circuit de travail.
Le turbo-accouplement, comme décrit jusqu'ici, est de'construction connue. Pendant son fonctionnement normal, ily a un écoulement continu de liquide de fonctionnement en dehors du circuit de travail, par les tuyères rétrécies 21, et un écoulement de retour continu, vers le circuit de tra- vail, par les orifices 25. Le réglage du tube de reprise, au moyen du levier 17, change la distance de la lèvre d'é- copage du tube de reprise par rapport à la périphérie du carter réservoir, et ainsi change l'épaisseur de l'anneau d'huile dans le carter réservoir, de façon à modifier le degré de remplissage,du circuit de travail.
La pression centrifuge du liquide, à l'intérieur du carter 2, 4, varie avec le degré de remplissage du circuit de travail. Cette pression est la plus élevée lorsque le remplissage du circuit de travail est maximum, et elle dé- croit à mesure que le degré de remplissage du circuit de travail diminue, en sorte que, de façon correspondante, le régime d'écoulement du liquide, à travers les tuyères rétrécies 21 diminuent.
Dans le but de remédier à cet inconvéneint fonda-
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mental des turbo-accouplements possédant ces tuyères ré- trécies, et suivant un aspect de l'invention, le carter intérieur est pourvu d'une, ou de plusieurs valves, qui sont sensibles à la pression centrifuge du liquide dans le carter réservoir rotatif, de façon que la section d'é- coulement à travers la valve, ou les valves, augmente à mesure que le degré de remplissage du circuit de travail diminue.
Une de ces valves est montrée, en élévation, en 30, à la partie inférieure de la figure 1, et en coupe, à une plus grande échelle, dans la figure 2, qui montre la valve, en condition de fonctionnement, à la vitesse nor- male de rotation, avec la chambre de travail remplie, et la chambre réservoir 11 presque vide. La valve 30 comprenc un logement 31 , 'qui est vissé dans un anneau 31a, soudé dans un trou circulaire formé dans le carter réservoir 11.
Entre l'extrémité intérieure ouverte du logement 31 et un corps de valve 32 qui y est boulonné, est serré un anneau plat 33, auquel est attaché de façon étanche, avec une soudure résistant à une haute température, une extrémité d'un soufflet 34, dont l'autre extrémité est fermée. Un ressort de compression 36 est prévu entre l'extrémité exté rieure du logement 31, et une bride 37, se trouvant sur un chapeau 35, qui applique la force du ressort 36 tendant à comprimer le soufflet 34. L'extrémité extérieure de la tige 38 du piston valve 39 est aplatie pour former une sur- face portante, en vue de transmettre la charge centrifuge sur la valve 39 à l'extrémité fermée du soufflet 34, et au chapeau 35, et de la au ressort 36.
La valve 39 glisse dans une cavité cylindrique 39a, dans le corps de valve 32. Une conduite'40 donne communication entre l'intérieur qui, du carter intérieur et un espace 41,/lorsque le piston 39 se trouve dans une position radiale intérieure par rapport à la position indiquée, communique avec l'intérieur du
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réservoir rotatif 11 de l'accouplement, par une ouverture 42, dans une paroi 43 du corps de valve 32, et une condui- te 45. L'espace entre la paroi 43 et l'anneau 33 est en communication permanente avec l'intérieur du soufflet 34, qui reste continuellement rempli de liquide'pendant que l' accouplement fonctionne. L'espace 46, entre le chapeau 35 et le logement 31, est en communication permanente, par les conduites 47 et 48, avec l'anneau extérieur de liquide dans le réservoir 11.
Lors du fonctionnement normal de l'accouplement; le tube de reprise est complètement inséré dans le réser- voir 11, comme indiqué en lignes brisées, en 15a (figure 1), de façon que le circuit de travail est plein, et le réservoir 11 est presque vide, le mince anneau résiduel d'huile, produit par la fuite à travers les tuyères rétré- cies 21, se trouvant seul dans le'réservoir. La pression du liquide, dans cet anneau, est communiquée à l'espace 46, et, puisque cette pression est basse, la charge centrifuge des valves 38 et 39, du liquide à l'intérieur du sou.fflet, et du poids du chapeau 35, maintient le piston valve 39 dans sa position radiale extrême, comme indiqué dans la figure 2, dans laquelle il ferme l'ouverture 42 ; et aucun liquide ne peut s'écouler hors du circuit de travail par les valves 39 et 42.
Lorsque le'tube de reprise 15 est rétracté, disons à mi-chemin, l'anneau de liquide dans la chambre réservoir 11 s'épaissit, avec une diminution correspondante, de la quantité de liquide dans le circuit de travail. La pres- sion centrifuge tendant à forcer le liquide à travers les tuyères 21 est ainsi réduite, et le régime d'écoulement à travers ces tuyères tombe. Toutefois, la pression cen- trifuge de l'anneau plus épais de liquide, dans la chambre réservoir 11, a comme résultat une pression accrue dans l'espace 46, de façon que le soufflet 34 est comprimé, et
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le piston 39 déplacé radialement vers l'intérieur, en s'é- cartant de l'ouverture 42.
Le liquide peut maintenant s'é- couler à partir du circuit de travail vers la chambre ré- servoir 11, non seulement par les tuyères 21 ouvertes en permanence, mais également par les valves 30, suivant le trajet 40, 41, 42 et 45, de façon que., avec une conception appropriée des valves 39 et 42, et du soufflet 34,,et un choix judicieux du ressort 36, le régime'total d'écoule- ment est plus grand qu'avant, malgré la pression diminuée du liquide dans le circuit de travail. Lorsque le tube de reprise est rétracté davantage, le piston 39 s'ouvre da- vantage, accroissant ainsi, ou maintenant sensiblement le régime accru de circulation de liquide, entre le circuit de travail et le réservoir 11.
Si on le désire, les valves 30 peuvent être dis- posées pour être légèrement ouvertes, même avec le tube de reprise complètement inséré, de façon que le liquide, de fonctionnement s'écoule à tous moments par les valves 30, et que les tuyères 21 peuvent ;être éliminées.
Si désiré, le mouvement du piston valve 39 peut être amorti, par exemple, par frottement, tel celui pro- voqué par une bille 39b poussée par un ressort et portant sur le piston valve.
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This invention relates to turbo-hydraulic couplings, of the Fottinger type, comprising elements with driving and driven vanes, in which the possibility of varying the degree of filling of the operating circuit has been provided, so as to be able to vary the capacity. transmission of a torque from the coupling, and at the same time the sliding in the coupling, and in which, during the operation of the coupling, there is a flow of operating liquid , coming from the operating circuit, through restricted orifices.
In one form of coupling of this type, the liquid flows through these orifices to a rotary or even reservoir chamber, in which an adjustable return tube is installed, which serves to return the liquid present. in the reservoir chamber, in the operating circuit, passing through a refrigerant, and the adjustment of this return tube determines the degree of filling of the operating circuit.
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In another such coupling, a fixed return tube, installed in a return tube chamber, serves to return the operating liquid to the operating circuit, passing through an external fixed reservoir, the degree of which is filling is determined by the adjustment of an adjustable weir, or of a liquid displacement member, associated with a fixed weir, in a loaded tank, or by the adjustment of a suction nozzle, of the weir type, adjustable, associated with a filling pump, located in a sump.
In these couplings, the flow rate of the liquid, coming from the operating circuit, through the restricted orifices, varies, for any given speed of the coupling, according to the pressure acting on the liquid, and depends, among other things, on the quantity of liquid in the operating circuit. When the centrifugal force is high, as when the operating circuit is full, the pressure inside is high, and the flow rate through these orifices is higher than when the centrifugal force is less, as when the operating circuit is completely, or partially, empty.
The circulation of the liquid between the operating circuit and the reservoir chamber therefore increases when the filling of the operating circuit is increased, and decreases when the filling is decreased. This, however, is the opposite of what is required for the purpose of cooling the operating liquid, since, when driving a load characterized by constant torque, more heat is produced when the operating circuit. is only partially filled, only when the operating circuit is completely filled, due to the much higher slip in the partially filled operating circuit. The object of this invention is to provide a coupling of the type cited, in which this disadvantage is reduced, or overcome.
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According to the invention, automatically actuated valves are applied to increase the effective flow area through these orifices as the degree of filling of the working chamber decreases, and vice versa. If the coupling is of the form in which a rotating reservoir chamber, with an adjustable return tube inside, is provided, the effective flow area through these orifices can be adjusted according to the degree of filling. of the rotating reservoir chamber, which varies in the opposite direction to the filling of the working chamber.
This valve may be arranged to be actuated by a pressure sensitive device, for example a bellows, or a diaphragm, sensitive to the change in pressure resulting from the change in the degree of filling of the working chamber, the effective section of the valves. Restricted orifices thus being increased when the pressure of the liquid inside the working chamber decreases, as a result of the reduction in the degree of filling of the working chamber, and vice versa.
In another form of the invention, this valve may be arranged to be actuated by a change in the relative dimensions of certain parts of the coupling. Such a change in the relative dimensions may result from a change in pressure, due to a changed degree of filling of the working chamber, or of the rotating reservoir chamber, when it exists. The change in relative dimensions may alternatively or additionally be arranged to result from a change in the temperature of those parts, where the flow area of the orifices is increased, in response to an increase in the orifice. temperature and vice versa.
These valves can be arranged so that they are always open to a certain point, so as to
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allow the required restricted circulation of operating liquid from the working circuit. However, valves may be employed which are closed for high filling of the operating circuit, and which open gradually as the degree of filling is. reduced, the orifices controlled by these valves being in addition to orifices of restricted section which are continuously open.
An example of this last-mentioned arrangement will now be described in detail, with reference to the accompanying drawings, of which FIG. 1 shows a turbo-coupling, according to the invention, in vertical section, and of which FIG. 2 is a sectional view of a valve, on a larger scale than in Figure 1.
Referring to the drawing, the turbo-hydraulic coupling illustrated therein comprises a bladed drive turbine 1, bolted to an inner housing comprising end pieces 2 and 3, and a cylindrical piece 4, the wall. 3 being connected by a ring 5 and bolts 6, to the periphery of a drive plate 7, the inner periphery of which is bolted to a flange, on an input shaft 8. A driven bladed turbine 9 is bolted to a flange on an output shaft 10, which journals inside the hubs of the walls 2 and 3 of the inner casing.
A reservoir casing 11 is fixed on its edge to the ring 5, so as to be able to rotate with the drive plate 7, and the drive turbine 1, a labyrinth oil seal 12 being provided. between the inner periphery of the reservoir casing 11, and a stationary manifold 13 of a recovery tube, carried by a support
14. Inside the reservoir 11, there is a pick-up tube 15, movable longitudinally in a guide 16, and capable of being actuated by means of a lever 17, carried by a pin 18, projecting through the collector, and which is connected, for its operation, to the intake tube 15, with a
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conventional way, using levers 19 and 20.
The inner casing is provided with, say, three constricted nozzles 21, evenly spaced around the inner casing, so that, during operation of the coupling, operating liquid flows from the working circuit inside. from the inner casing, through the nozzles 21, to the reservoir casing 11, where it forms a liquid ring adjacent to the outer cylindrical wall of the reservoir casing. The recovery tube takes the liquid from this ring, and sends it, by a pipe (not indicated) in the manifold, to a refrigerant (not indicated) where it returns via another pipe 22, to the interior of a casing 24, and from there through the orifices
25, to the working circuit.
The turbo-coupling, as described so far, is of known construction. During normal operation, there is a continuous flow of operating liquid outside the working circuit, through the constricted nozzles 21, and a continuous return flow, to the working circuit, through orifices 25. pick-up tube, by means of lever 17, changes the distance of the pick-up lip of the pick-up tube from the periphery of the tank housing, and thus changes the thickness of the oil ring in the crankcase tank, so as to modify the degree of filling of the working circuit.
The centrifugal pressure of the liquid, inside the housing 2, 4, varies with the degree of filling of the working circuit. This pressure is highest when the filling of the working circuit is maximum, and it decreases as the degree of filling of the working circuit decreases, so that, correspondingly, the flow rate of the liquid, through the narrowed nozzles 21 decrease.
In order to remedy this fundamental drawback
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mental turbo-couplings having these shrunken nozzles, and according to one aspect of the invention, the inner casing is provided with one or more valves which are sensitive to the centrifugal pressure of the liquid in the rotating reservoir casing, so that the section of flow through the valve, or valves, increases as the degree of filling of the working circuit decreases.
One of these valves is shown, in elevation, at 30, in the lower part of Figure 1, and in section, on a larger scale, in Figure 2, which shows the valve, in operating condition, at speed normal rotation, with the working chamber filled, and the reservoir chamber 11 almost empty. The valve 30 comprises a housing 31, 'which is screwed into a ring 31a, welded into a circular hole formed in the reservoir housing 11.
Between the open inner end of the housing 31 and a valve body 32 bolted thereto is clamped a flat ring 33, to which is sealingly attached, with a high temperature resistant weld, one end of a bellows 34 , the other end of which is closed. A compression spring 36 is provided between the outer end of the housing 31, and a flange 37, located on a cap 35, which applies the force of the spring 36 tending to compress the bellows 34. The outer end of the rod 38 of the valve piston 39 is flattened to form a load-bearing surface for transmitting centrifugal load on the valve 39 to the closed end of the bellows 34, and to the cap 35, and from the to the spring 36.
The valve 39 slides in a cylindrical cavity 39a, in the valve body 32. A pipe 40 provides communication between the interior which, of the interior casing and a space 41, / when the piston 39 is in an interior radial position by relative to the indicated position, communicates with the interior of the
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rotary reservoir 11 of the coupling, through an opening 42, in a wall 43 of the valve body 32, and a conduit 45. The space between the wall 43 and the ring 33 is in permanent communication with the interior bellows 34, which remains continuously filled with liquid while the coupling is in operation. The space 46, between the cap 35 and the housing 31, is in permanent communication, through the pipes 47 and 48, with the outer ring of liquid in the reservoir 11.
During normal operation of the coupling; the take-up tube is completely inserted into tank 11, as shown in broken lines, at 15a (figure 1), so that the working circuit is full, and tank 11 is almost empty, the residual thin ring d The oil, produced by the leakage through the constricted nozzles 21, being alone in the tank. The pressure of the liquid in this ring is communicated to the space 46, and, since this pressure is low, the centrifugal load of the valves 38 and 39, of the liquid inside the bellows, and of the weight of the bonnet. 35, maintains the valve piston 39 in its extreme radial position, as shown in Figure 2, in which it closes the opening 42; and no liquid can flow out of the working circuit through valves 39 and 42.
When the take-up tube 15 is retracted, say halfway, the liquid ring in the reservoir chamber 11 thickens, with a corresponding decrease in the amount of liquid in the working circuit. The centrifugal pressure tending to force the liquid through the nozzles 21 is thus reduced, and the flow rate through these nozzles falls. However, the centrifugal pressure of the thicker ring of liquid in the reservoir chamber 11 results in an increased pressure in the space 46 so that the bellows 34 is compressed, and
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the piston 39 moved radially inward, moving away from the opening 42.
The liquid can now flow from the working circuit to the reservoir chamber 11, not only through the permanently open nozzles 21, but also through the valves 30, following the path 40, 41, 42 and 45. , so that, with a suitable design of the valves 39 and 42, and of the bellows 34, and a judicious choice of the spring 36, the total flow rate is greater than before, despite the reduced pressure. liquid in the working circuit. As the take-up tube is further retracted, the piston 39 opens further, thereby increasing, or substantially maintaining, the increased rate of liquid circulation between the working circuit and the reservoir 11.
If desired, the valves 30 may be arranged to be slightly open, even with the pick-up tube fully inserted, so that the operating liquid will flow at all times through the valves 30, and the nozzles. 21 can be eliminated.
If desired, the movement of the valve piston 39 can be damped, for example, by friction, such as that caused by a ball 39b pushed by a spring and bearing on the valve piston.
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