CA2959939A1 - Couplemetre hydraulique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un couplemètre hydraulique comprenant une tige (30) mobile en translation selon une direction longitudinale sous l'effet d'une poussée (31) axiale représentative du couple à mesurer et un circuit (40) hydraulique dans lequel circule un fluide (38). Il comprend également une capsule (46) manométrique comprenant une chambre (36) de pression alimentée en fluide par ledit circuit (40) hydraulique, une membrane (32) souple étanche en contact avec le fluide (38) de la chambre (36) de pression, s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à ladite tige (30) et reliée solidairement à une extrémité de la tige (30) de façon à ce qu'un déplacement longitudinal de la tige (30) entraîne une déformation de la membrane (32), un orifice (44) de fuite du fluide (38) de ladite chambre (36) de pression, et un clapet 48 configuré pour réguler la pression du fluide (38) dans ladite chambre (36) de pression en fonction de la déformation de ladite membrane (32).

Description

COUPLEMETRE HYDRAULIQUE
1. Domaine technique de l'invention L'invention concerne un couplemètre hydraulique. En particulier, l'invention concerne un couplemètre hydraulique pour la mesure d'un couple d'un arbre en rotation d'un turbomoteur d'un aéronef.
2. Arrière-plan technologique Les couplemètres sont des dispositifs de mesure de couple qui existent sous plusieurs formes selon le domaine d'application, l'équipement dont le couple doit être mesuré et le degré de précision souhaité. Dans le domaine de l'aéronautique, on utilise fréquemment des couplemètres hydrauliques. Ces couplemètres fonctionnent par exemple grâce à un pignon intermédiaire à denture hélicoïdale, dont la rotation provoque une poussée axiale proportionnelle au couple à mesurer. Cette poussée axiale est appliquée à un piston lié au pignon intermédiaire.
Le mouvement du piston en fonction du couple mesuré provoque une pression sur l'huile dans une chambre de mesure alimentée par un circuit hydraulique jusqu'à
équilibrage de la pression exercée par le piston sur l'huile et par l'huile sur le piston. La mesure de la pression à cet équilibre par un capteur de pression permet de déduire le couple mesuré.
Comme tout système hydraulique, ce type de couplemètre hydraulique nécessite pour son bon fonctionnement une étanchéité entre le circuit hydraulique et les autres portions du système. Cette étanchéité est réalisée de façon générale par l'adjonction d'un ou plusieurs joints toriques d'étanchéité, notamment sur le piston en mouvement, habituellement composé d'élastomère. Pour assurer l'étanchéité, une compression minimale doit être appliquée au joint torique entre le piston et la paroi de la chambre. Cette compression engendre néanmoins des frottements proportionnels à
cette compression qui entrainent des imprécisions et peuvent conduire à des phénomènes d'hystérésis lors des mesures. Il en résulte une situation conflictuelle entre une bonne étanchéité et une absence d'effort résistant pour permettre la libre circulation du piston dans la chambre.

Pour répondre à cette problématique, il a été proposé d'utiliser des joints d'étanchéité de matériaux différents, comme le polytetrafluoroethylene (plus connu sous l'acronyme PTFE), permettant de réduire les frottements entre le piston et la chambre. Néanmoins, l'utilisation de matériaux différents pour le joint d'étanchéité ne supprime pas complètement le phénomène d'hystérésis et peut engendrer d'autres problématiques, comme notamment une perte de l'étanchéité à long terme.
3. Objectifs de l'invention L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des couplemètres connus.
En particulier, l'invention vise à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un couplemètre permettant la suppression des frottements dus aux moyens d'étanchéité.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un couplemètre qui ne génère pas des phénomènes d'hystérésis.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un couplemètre qui garantit une étanchéité et permet une réduction des frottements pendant des longues phases de fonctionnement.
4. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un couplemètre hydraulique comprenant, - une tige mobile en translation selon une direction longitudinale sous l'effet d'une poussée axiale représentative du couple à mesurer, - un circuit hydraulique dans lequel circule un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend une capsule manométrique comprenant :
- une chambre de pression alimentée en fluide par ledit circuit hydraulique, - une membrane souple étanche en contact avec le fluide de la chambre de pression, s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à
ladite tige et reliée solidairement à ladite de façon à ce qu'un déplacement longitudinal de la tige entraîne une déformation de la membrane, - un orifice de fuite du fluide de ladite chambre de pression conjugué à un clapet porté par une extrémité de ladite tige mobile pour réguler la pression du fluide dans ladite chambre de pression en fonction de la déformation de ladite membrane.
Un couplemètre selon l'invention permet donc, grâce à la déformation d'une membrane qui résulte d'un mouvement en translation d'une tige mobile, de garantir l'étanchéité de la chambre de pression comprenant le fluide sans néanmoins recourir à
des pièces en mouvement relatif dont les frottements pourraient sinon provoquer des erreurs de mesures (hystérésis). L'étanchéité est ici statique, seule la membrane se déforme sous l'impulsion du déplacement de la tige reliée à la membrane. La tige peut être reliée solidairement à la membrane, soit par son extrémité, soit par le pourtour de ladite tige qui traverse la membrane, soit par une pièce de liaison entre ladite tige et la membrane. L'orifice de fuite est conjugué à un clapet porté par la tige. Cela signifie que le clapet présente une structure conformée à l'orifice de fuite. En d'autres termes, l'orifice et le clapet sont configurés pour pouvoir fonctionner ensemble. En pratique, le clapet est configuré pour pouvoir recouvrir l'orifice de fuite et pouvoir ainsi par son déplacement réguler la pression du fluide dans la chambre de pression.
Avantageusement et selon l'invention, la membrane est formée en un matériau élastique de sorte que la déformation de la membrane qui résulte d'un mouvement en translation de ladite tige mobile soit une déformation élastique.
Avantageusement et selon l'invention, ladite tige est creuse et forme une portion dudit circuit hydraulique.
Selon cet aspect de l'invention, l'encombrement du couplemètre est réduit.
Avantageusement et selon l'invention, ladite tige creuse traverse ladite membrane souple et ledit orifice de fuite du fluide est ménagé à l'extrémité
de ladite tige creuse.
Selon cet aspect de l'invention, l'encombrement du couplemètre est réduit.
Avantageusement et selon l'invention, le couplemètre comprend des moyens de conversion adaptés pour appliquer sur la tige la poussée axiale représentative du couple à mesurer.
Selon cet aspect de l'invention, la poussée axiale est engendrée par les moyens de conversion de sorte à être proportionnelle au couple à mesurer, de façon à

permettre le déplacement de la tige mobile.
Avantageusement et selon l'invention, le couplemètre comprend des moyens de détermination du couple en fonction de la pression dudit fluide.
Selon cet aspect de l'invention, la pression du fluide permet la déduction du couple à mesurer, par exemple par mesure de la valeur de la pression puis conversion, ou par conversion directe de la pression en information représentant le couple, sans mesure directe de la valeur de pression.
Avantageusement et selon l'invention, la membrane est cerclée d'un anneau maintenu en contact avec un épaulement de la chambre de pression par une bague de maintien.
Selon cet aspect de l'invention, l'anneau, l'épaulement et la bague permettent un maintien de la membrane en position de façon statique, sans déplacement d'élément, ce qui permet une bonne étanchéité sans problèmes de frottements ou d'hystérésis.
L'invention concerne également un turbomoteur comprenant un arbre en rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un couplemètre hydraulique selon l'invention, adapté pour mesurer le couple de l'arbre.
L'invention concerne également un couplemètre et un turbomoteur caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
5. Liste des figures D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un couplemètre hydraulique selon l'état de la technique, - la figure 2 est une représentation schématique du fonctionnement d'un couplemètre hydraulique selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'un couplemètre hydraulique selon un mode de réalisation de l'invention.
6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à
un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations.
La figure 1 représente un couplemètre 10 hydraulique selon l'état de la technique. Il comprend notamment un piston 12 mobile en translation selon une direction longitudinale, sous l'effet d'une poussée axiale représentative du couple à
mesurer. La poussée axiale est transmise sur la partie 14 supérieure du piston, et est transmise par l'axe 16 du piston vers la tête 18 du piston de forme cylindrique qui est en contact avec un fluide 20 et qui se déplace dans un cylindre 22 creux de diamètre légèrement supérieur à la tête 18 du piston pour permettre le déplacement de celle-ci avec un jeu minimal. Le fluide 20 circule grâce à un circuit 24 hydraulique d'approvisionnement. La fermeture de la section de fuite au niveau d'un clapet 19 porté
par l'extrémité de la tige, sous l'effet de la poussée axiale, élève la pression du fluide 20 dans le cylindre 22 jusqu'à l'équilibre des poussées axiales (égalité parfaite entre poussée représentative du couple à mesurer et poussée hydraulique du fluide 20 sur la tête du piston 18). La pression du fluide 20 à l'équilibre est donc bien proportionnelle au couple à mesurer.
Pour éviter que le fluide 20 ne se propage hors du circuit 24 hydraulique, notamment dans la partie où l'axe 16 du piston se déplace, la tête 18 du piston est équipée d'un joint 26 d'étanchéité torique entourant la tête 18 du piston et permettant de combler le jeu entre la tête 18 du piston et le cylindre 22 creux pour empêcher le passage du fluide 20, en compressant le joint entre la tête 18 du piston et le cylindre 22 creux. En outre, une bague en PTFE est interposé entre le joint torique 26 et le cylindre 22. La compression du joint 26 d'étanchéité engendre des frottements qui nuisent à la qualité de la mesure du couple, et génère un phénomène d'hystérésis.
L'invention permet de résoudre ces problèmes.
Ainsi, selon un mode de réalisation tel que représenté sur la figure 2, le couplemètre 28 comprend une tige 30 mobile en translation selon une direction longitudinale sous l'effet d'une poussée 31 axiale représentative du couple à
mesurer.
La tige 30 mobile est reliée solidairement à une membrane 32 souple. La membrane 32 souple s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à la tige 30. En outre, elle est fixée de manière étanche aux parois latérales 34 d'une chambre 36 de pression.
Cette chambre 36 de pression est alimentée par un fluide 38 provenant d'un circuit hydraulique. La membrane 32 sépare la chambre 36 de pression d'un espace 42 dans lequel se déplace la tige 30 mobile.
La poussée 31 axiale est représentative du couple à mesurer. Pour provoquer cette poussée 31 axiale, le couplemètre 28 comprend par exemple des moyens de conversion adaptés pour appliquer cette poussée 31 axiale en fonction du couple à
mesurer. Par exemple, ces moyens de conversion peuvent comprendre un pignon intermédiaire à denture hélicoïdale, situé sur la ligne d'arbre dont le couple est à
mesurer. Le couple transmis par le pignon intermédiaire produit, par l'intermédiaire de la denture hélicoïdale, une poussée dont la composante dans l'axe de la rotation est proportionnelle à ce couple: cette composante normale est la poussée 31 axiale, transmise à la tige 30 mobile.
Le déplacement de la tige 30 mobile dû à la poussée 31 axiale entraine une déformation de la membrane 32 solidaire de la tige.. La fermeture de la section de fuite au niveau d'un clapet 48 porté par l'extrémité de la tige 30, élève la pression du fluide 38 dans la chambre 36 jusqu'à l'équilibre des poussées axiales. En d'autres termes, la pression du fluide 38 est régulée dans la chambre 36 de pression par un clapet faisant varier la section de fuite par l'orifice 44.
La chambre 36 de pression, la membrane 32 et l'orifice 44 de fuite forment une capsule 46 manométrique.
L'architecture d'un tel couplemètre permet à la membrane 32 de ne pas être mobile en translation. La membrane est uniquement susceptible de se déformer élastiquement. Dès lors, l'absence de translation de la membrane supprime les problèmes de frottement et d'hystérésis des couplemètres hydrauliques connus.
La pression du fluide 38 est mesurée, par exemple par un capteur de pression.
L'information de la pression mesurée peut-être transmise à un utilisateur, par exemple
7 via un afficheur. L'afficheur peut alors soit afficher directement la valeur de pression mesurée par le capteur, si l'utilisateur connait ou peut déduire facilement la valeur de couple en fonction de la valeur de pression affichée, soit afficher une valeur de couple calculée par des moyens de détermination du couple en fonction de la pression mesurée, par exemple un calculateur ou autre système de conversion.
Alternativement, la valeur de la pression n'est pas mesurée par un capteur mais la pression elle-même provoque l'affichage de la valeur de couple sur l'afficheur, par exemple par déplacement d'une aiguille sur un afficheur grâce à un mécanisme adapté, sans mesure directe de la valeur de la pression.
La figure 3 représente schématiquement un couplemètre 28 hydraulique selon le mode de réalisation de l'invention reprenant et détaillant les éléments décrits dans la figure 2. La tige 30 mobile est reliée à la membrane 32 par une douille dans laquelle une extrémité de la tige 30 mobile est enfoncée. La douille, percée en son centre, est attachée à la membrane 32 sur tout son pourtour de façon étanche et forme le clapet 48 qui va réguler la fuite hydraulique de manière à équilibrer la pression dans la chambre 36. La membrane 32 s'étend jusqu'à la paroi 34 latérale de la chambre 36 de pression. La membrane 32 est cerclée d'un anneau 50, en contact avec un épaulement 52 de la paroi 34 latérale de la chambre 36 de pression. L'anneau 50 est maintenu en contact avec l'épaulement 52 par une bague 54 de maintien. L'anneau 50, l'épaulement 52 et la bague 54 assurent l'étanchéité du système. Contrairement au piston et au joint d'étanchéité de l'art antérieur, l'anneau 50, l'épaulement 52 et la bague 54 assurent l'étanchéité tout en étant statiques et sans avoir de rôle dans la régulation de la pression du fluide 38. Ils ne présentent ainsi pas les inconvénients du système piston-joint d'étanchéité de l'art antérieur.
L'invention est particulièrement destinée à équiper un turbomoteur d'un aéronef.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Couplemètre hydraulique comprenant, - une tige (30) mobile en translation selon une direction longitudinale sous l'effet d'une poussée (31) axiale représentative du couple à
mesurer, - un circuit (40) hydraulique dans lequel circule un fluide (38), caractérisé en ce qu'il comprend une capsule (46) manométrique comprenant :
- une chambre (36) de pression alimentée en fluide par ledit circuit (40) hydraulique, - une membrane (32) souple étanche en contact avec le fluide (38) de la chambre (36) de pression, s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à ladite tige (30) et reliée solidairement à la tige (30) de façon à ce qu'un déplacement longitudinal de la tige (30) entraîne une déformation de la membrane (32), - un orifice (44) de fuite du fluide (38) de ladite chambre (36) de pression conjugué à un clapet (48) porté par une extrémité de ladite tige (30) pour réguler la pression du fluide (38) dans ladite chambre (36) de pression en fonction de la déformation de ladite membrane (32).
2. Couplemètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige est creuse et forme une portion dudit circuit (40) hydraulique.
3. Couplemètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tige creuse traverse ladite membrane (32) souple et en ce que ledit orifice (44) de fuite du fluide (38) est ménagé à l'extrémité de ladite tige (30) creuse.
4. Couplemètre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite membrane (32) est cerclée d'un anneau (50) maintenu en contact avec un épaulement (52) de la chambre (36) de pression par une bague (54) de maintien.
5. Couplemètre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de conversion adaptés pour appliquer sur la tige (30) la poussée (31) axiale représentative du couple à mesurer.
6. Couplemètre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détermination du couple en fonction de la pression dudit fluide (38).
7. Turbomoteur comprenant un arbre en rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un couplemètre (28) hydraulique selon l'une des revendications 1 à 6, adapté
pour mesurer le couple de l'arbre.
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