FR2740524A1 - Convertisseur de couple hydrodynamique comportant un anneau de stabilisation sur les roues a aubes - Google Patents
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Abstract
Un convertisseur de couple hydrodynamique 1 comprend des roues à aubes sous la forme d'une roue directrice, d'une roue de pompe et d'une roue de turbine, à aubes individuelles, qui sont reliées à une paroi extérieure, un couple pouvant être transmis de la roue de pompe à la roue de turbine au moyen d'un fluide de pression, qui s'écoule le long d'un parcours d'écoulement de la roue de pompe à la roue de turbine, et est à nouveau ramené à la roue de pompe par l'intermédiaire de la roue directrice. Dans ce convertisseur de couple, au moins une roue à aubes 7, 9, 11 comporte au moins un anneau de stabilisation 19, 21, 23, qui réalise une liaison entre les aubes individuelles 8, 10, 12, au niveau de leurs côtés libres 18, et qui permet d'influencer le parcours d'écoulement du fluide de pression, dans l'optique de faibles pertes d'écoulement.
Description
L'invention concerne un convertisseur de couple hydrodynamique comprenant
des roues à aubes sous la forme d'une roue directrice, d'une roue de pompe et d'une roue de turbine, à aubes individuelles, qui sont reliées à une paroi extérieure, un couple pouvant être transmis de la roue de pompe à la roue de turbine au moyen d'un fluide de pression, qui s'écoule le long d'un parcours d'écoulement de la roue de pompe à la roue de turbine, et est à nouveau ramené à la roue de pompe par
l'intermédiaire de la roue directrice.
On connaît, par exemple d'après le document P 39 38 724.0, un convertisseur de couple hydrodynamique dans lequel les aubes des roues à aubes sont reliées par une paroi radialement intérieure et une paroi radialement extérieure. Ces parois forment ensemble un tore intérieur et un tore extérieur, le tore intérieur étant formé par la paroi radialement intérieure de la roue de pompe et de turbine, et la paroi radialement extérieure de la roue directrice. Ce tore intérieur relie les aubes individuelles d'une roue à aubes de façon telle, que l'écartement entre les aubes individuelles soit également fixé, ce qui confère une grande stabilité à la roue à aubes. Par ailleurs, le tore intérieur permet de limiter le parcours d'écoulement du fluide hydraulique, en grande partie, à
une zone entre le tore intérieur et le tore extérieur.
Un inconvénient de ce convertisseur de couple hydrodynamique comprenant un tore intérieur de configuration fixe, réside dans le fait que la fabrication de celui-ci nécessite de nombreuses opérations de travail et beaucoup de matériau, pour tout d'abord réaliser le formage approprié du matériau et
ensuite le relier de manière fixe aux aubes.
Le but de l'invention consiste à réduire la quantité de matériau nécessaire, le poids et les opérations de travail nécessaires lors de la fabrication. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce au fait qu'au moins une roue à aubes comporte au moins un anneau de stabilisation, qui réalise une liaison entre les aubes individuelles, au niveau de leurs côtés libres, et qui permet d'influencer le parcours d'écoulement du fluide de pression, dans
l'optique de pertes d'écoulement moindres.
Grâce à la mesure prévoyant un anneau de stabilisation, les aubes d'une roue à aubes sont reliées au niveau de leur côté libre, ce qui d'une part permet de garantir la stabilité nécessaire de la roue à aubes, et d'autre part stabilise le parcours d'écoulement dans l'optique de faibles pertes d'écoulement. La stabilisation du parcours d'écoulement du fluide de pression sur la trajectoire souhaitée constitue également une fonction importante des anneaux de stabilisation, parce que le rendement du convertisseur de couple en dépend de manière décisive. En raison de la force centrifuge, le fluide de pression s'écoule de la
roue de pompe en rotation, radialement vers l'extérieur.
Dans la zone radialement extérieure, le fluide de pression s'écoule en étant dévie par les aubes de la roue de pompe, jusque dans la roue de turbine, qui est entraînée par cet écoulement de fluide. Un couple est ainsi transmis à la roue de turbine. Si, par exemple, l'anneau de stabilisation est disposé sur la roue de pompe, il doit dévier le parcours d'écoulement du fluide hydraulique sur une trajectoire telle, qu'il soit possible de transmettre le couple le plus élevé possible. En raison des avantages décrits, il est intéressant de mettre en oeuvre plusieurs anneaux de stabilisation. Ainsi, selon une configuration de l'invention, à l'anneau de stabilisation prévu est associé, en complément, un second anneau de stabilisation, qui réalise une liaison entre les aubes individuelles, au niveau de leur côté libre. Par ailleurs, selon une configuration avantageuse de l'invention, à l'un au moins des anneaux de stabilisation prévus est associé un autre anneau de stabilisation, qui sur le côté radialement extérieur des aubes de la roue directrice, réalise une liaison entre celles-ci. La mise en oeuvre d'un anneau de stabilisation est possible sur chaque roue à aubes, de sorte qu'il faut déterminer les roues à aubes sur lesquelles la mise en oeuvre d'un anneau de
stabilisation s'avère être particulièrement avantageuse.
La mise en oeuvre d'au moins trois anneaux de stabilisation permet de remplacer totalement le tore
intérieur par ces anneaux.
Il s'avère particulièrement avantageux de réaliser une liaison par complémentarité de forme entre l'anneau de stabilisation et les aubes, au moyen d'évidements dans l'anneau de stabilisation considéré, ces évidements étant prévus pour recevoir par complémentarité de forme, les aubes des roues à aubes sur le côté intérieur libre. Ces liaisons peuvent être sollicitées plus fortement qu'une liaison entre l'anneau de stabilisation et l'aube, uniquement réalisée par des zones de brasage et de soudage. Ces évidements sont à prévoir sur le côté de l'anneau de stabilisation, qui est dirigé vers la roue à aubes. Les anneaux de stabilisation peuvent ainsi être engagés sur les roues à aubes. La position de ceux-ci est ainsi fixée, ce qui simplifie la fabrication. Le cas échéant, il sera nécessaire de réaliser, en plus, un brasage ou un soudage des zones de contact. En guise de matière première pour les anneaux de stabilisation, on utilise une tôle de métal à partir de laquelle on réalise des bandes de métal, par exemple par coupe ou découpage à la presse. On confère à ces bandes de métal une forme annulaire, par liaison des deux extrémités. Lors de la fabrication des bandes de métal, il est possible de réaliser simultanément les évidements prévus, durant
l'opération de découpage à la presse ou de coupe.
Les anneaux de stabilisation peuvent également être fabriqués par l'utilisation d'autres techniques. Il est par exemple possible de mettre en oeuvre une technique de moulage, par exemple pour l'anneau de stabilisation de la roue directrice. Dans le cas d'une fabrication par une technique de moulage de la roue directrice, l'anneau de stabilisation de celle-ci peut être réalisé lors de la fabrication de la roue directrice, avec une faible mise en oeuvre supplémentaire, par exemple en utilisant des coulisseaux
de moule radiaux et axiaux.
Il s'est avéré particulièrement avantageux d'adapter l'anneau de stabilisation, de part sa forme, à son lieu d'utilisation. Plus particulièrement, en faisant varier le rayon de l'anneau de stabilisation dans la direction axiale, il est possible d'augmenter le
rendement du convertisseur de couple hydrodynamique.
Grâce à des courbures appropriées, le parcours d'écoulement peut être contraint à suivre les trajectoires déterminées. Selon une caractéristique de l'invention, l'un au moins des anneaux de stabilisation présente une forme en "L" en section transversale, en vue d'établir un parcours d'écoulement optimal, ou bien l'un au moins des anneaux de stabilisation présente une forme en "U" en section transversale, toujours en vue d'établir un parcours d'écoulement optimal. Les forme en "L" et en "U" constituent donc des formes de section transversale particulièrement courantes. Il est avantageux d'utiliser un anneau de stabilisation de section transversale en forme de "L" sur la roue de pompe et la roue de turbine. Dans certains domaines d'utilisation (par exemple aide au démarrage), l'utilisation d'anneaux de stabilisation présentant un
rayon constant dans la direction axiale, est suffisante.
La forme en "U" en section transversale est particulièrement avantageuse pour la roue directrice, pour la stabilisation du parcours d'écoulement du fluide de pression, l'anneau de stabilisation étant dans ce cas prévu sur le côté radialement extérieur des aubes de roue directrice. Sur la roue directrice il peut également s'avérer suffisant dans le cas de certaines applications, d'utiliser un anneau de stabilisation en forme de "L", qui peut être fabriqué et monté de manière plus simple, mais qui toutefois n'assure plus un parcours d'écoulement optimal du fluide de pression, et en conséquence conduit à un rendement moindre. De tels anneaux de stabilisation, présentant un rayon variable dans la direction axiale, peuvent, par exemple, être réalisés par pliage ou roulage de l'un ou des deux côtés longitudinaux de la bande de métal ou de tôle, avant que l'anneau ne soit fermé. Un anneau de stabilisation en forme de "U" peut également être fabriqué en reliant entre-eux deux anneaux de section transversale en forme de "L", au niveau de leurs bords longitudinaux ou bords de délimitation axiale, dirigés l'un vers l'autre, ce
qui permet de simplifier la technique de fabrication.
Sur l'anneau de pompe, il suffit d'un anneau de stabilisation de rayon constant, présentant sensiblement une orientation parallèle à l'axe. Ainsi, dans ce cas, la bande de métal de l'anneau de stabilisation de la roue de pompe est orientée de
manière sensiblement axiale.
L'invention va être décrite plus en détail dans la suite, au regard des dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 la moitié supérieure d'un convertisseur de couple hydrodynamique comprenant trois anneaux de stabilisation; Fig. 2 un anneau de stabilisation, sous forme développée; Fig. 3 vue identique à la figure 2, l'anneau présentant simplement des évidements adaptés à
une opération de formage par roulage.
Le principe du mode de construction d'un convertisseur de couple hydrodynamique 1 est décrit au regard de la figure 1. Le convertisseur de couple 1 représenté comprend une roue de pompe 7, une roue de turbine 9 et une roue directrice 11, qui comportent chacune des aubes individuelles 8, 10, 12. Ces aubes 8, , 12 sont fixées chacune sur deux côtés 8a,b; 0la,b; 12a,b. Sur l'un des côtés 8a, 10a, 12a, elles sont reliées de manière fixe à une paroi, l'addition des parois des roues à aubes formant un tore. Les aubes 8, 10, 12 se situent à l'intérieur du volume du tore délimité par les parois. Sur les côtés 8b, lob, 12b des aubes 8, 10, 12, respectivement opposés à ces parois, sont agencés les anneaux de stabilisation 19, 21, 23, l'un d'entre-eux sur chacune des roues. Ces anneaux de stabilisation 19, 21 sont reliés de manière fixe, par une liaison par complémentarité de forme, aux aubes respectives 8, 10 de la roue à aubes 7, 9 correspondante, au moyen d'évidements 29 dans les anneaux de stabilisation 19, 21. L'espacement 30 des évidements 29 dans les anneaux de stabilisation 7, 9 correspond à l'espacement des bords d'aube 8b, lo0b devant être reçus dans les évidements, lorsque la roue à aubes correspondante se trouve au repos. Les formes de section transversale des anneaux de stabilisation individuels 19, 21, 23 varient avec les exigences imposées à ces derniers. La section transversale de l'anneau de stabilisation de la roue de pompe 19 est ici de forme rectangulaire, et s'étend parallèlement à l'axe de rotation 14 du convertisseur. Par contre, la section transversale de l'anneau de stabilisation de la roue de turbine 21 présente une forme de "L" et est disposé perpendiculairement à l'axe de rotation 14 du convertisseur si on considère le "L" dans sa position d'écriture. Ainsi, l'aile 21b s'étend perpendiculairement, et l'aile 21a parallèlement à l'axe de rotation 14 du convertisseur. L'anneau de stabilisation 23 de la roue directrice 11 présente une section transversale en forme de "U", le "U" étant ouvert radialement vers l'extérieur, et son tronçon 23b, qui s'étend parallèlement à l'axe, recouvrant totalement les bords de délimitation 12b des aubes de roue
directrice 12.
Dans la suite va être décrit brièvement, le fonctionnement du convertisseur de couple hydrodynamique représenté sur la figure 1. Le convertisseur de couple hydrodynamique 1 est en mesure de transmettre, aussi bien le couple que la vitesse de rotation du moteur d'entraînement, à l'arbre de sortie de la roue de turbine. La roue de pompe 7 est mise en rotation avec la vitesse de rotation du moteur, par l'intermédiaire de l'entraîneur 3, qui est relié de manière fixe en rotation au carter de convertisseur 5. En raison du mouvement de rotation, le fluide hydraulique est refoulé vers l'extérieur entre les aubes 8, par la force centrifuge. L'anneau de stabilisation 19 de la roue de pompe 7 contribue à l'établissement du parcours d'écoulement imposé par la force centrifuge et la forme des aubes. La roue de turbine 9 convertit l'énergie d'écoulement du fluide hydraulique en un couple, par déviation dans les aubes de roue de turbine 10 très fortement courbées, un échappement du fluide hydraulique radialement vers l'intérieur étant empêché par l'anneau de stabilisation 21. Entre la roue de turbine 9 et la roue de pompe 7, est disposée sur une roue libre 16, la roue directrice 11. La roue directrice 11 ne peut tourner que dans le même sens de rotation que le carter
de convertisseur 5, c'est à dire comme le moteur.
L'écoulement hydraulique en provenance de la roue de turbine 9 tombe sur la roue directrice 11. Comme les aubes de roue directrice 12 sont coudées à l'encontre de la direction d'écoulement du fluide hydraulique, et que la roue directrice 11 oppose une résistance en raison de la roue libre 16 bloquée, le fluide hydraulique est dévié et à nouveau ramené sous un angle favorable, à la roue de pompe 7. Un échappement latéral du fluide hydraulique dans la direction axiale, est empêché par
l'anneau de stabilisation 23 de la roue directrice 11.
Les différentes formes de section transversales des anneaux de stabilisation résultent des exigences
imposées à ceux-ci.
On obtient ainsi une conversion de couple qui est d'autant plus grande que la différence des vitesses de rotation entre la roue de pompe 7 et la roue de turbine 9 est plus grande. La conversion de couple est ainsi la plus grande lors du démarrage. Lorsque la vitesse de rotation de la roue de turbine 9 augmente, le parcours d'écoulement devient de plus en plus plat en raison de la superposition du mouvement de rotation de la roue de turbine 9 à la direction d'entrée de l'écoulement du fluide hydraulique. Ainsi, l'amplification du couple diminue de manière continue. Avec la diminution de la différence des vitesses de rotation entre la roue de pompe 7 et la roue de turbine 9, le parcours d'écoulement du fluide hydraulique varie de façon telle que l'incidence de l'écoulement se fait sur le côté arrière des aubes de roue directrice 12. La roue directrice 11 commence, à présent, à tourner dans le même sens que la roue de turbine 9 et la roue de pompe 7. L'effet de blocage de la roue libre 16 dans une
direction est supprimé.
Claims (15)
1. Convertisseur de couple hydrodynamique comprenant des roues à aubes sous la forme d'une roue directrice, d'une roue de pompe et d'une roue de turbine, à aubes individuelles, qui sont reliées à une paroi extérieure, un couple pouvant être transmis de la roue de pompe à la roue de turbine au moyen d'un fluide de pression, qui s'écoule le long d'un parcours d'écoulement de la roue de pompe à la roue de turbine, et est à nouveau ramené à la roue de pompe par l'intermédiaire de la roue directrice, caractérisé en ce qu'au moins une roue à aubes (7, 9, 11) comporte au moins un anneau de stabilisation (19, 21, 23), qui réalise une liaison entre les aubes individuelles (8, 10, 12), au niveau de leurs côtés libres (18), et qui permet d'influencer le parcours d'écoulement du fluide de pression, dans l'optique de faibles pertes d'écoulement.
2. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'anneau de stabilisation est associé, en complément, un second anneau de stabilisation, qui réalise une liaison entre les aubes individuelles, au niveau de leur côté
libre.
3. Convertisseur de couple hydrodynamique
selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à
l'un au moins des anneaux de stabilisation (19, 21) est associé un autre anneau de stabilisation (23), qui sur le côté radialement extérieur des aubes de la roue
directrice, réalise une liaison entre celles-ci.
4. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de stabilisation (19, 21, 23) est pourvu d'évidements (29) qui sont prévus pour y recevoir par complémentarité de forme, les aubes (8, 10, 12) des roues à aubes (7, 9,
11) sur le côté intérieur libre (18).
5. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les évidements (29) des anneaux de stabilisation (19, 21, 23) sont disposés sur le côté (31) dirigé vers les aubes.
6. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de stabilisation (19, 21, 23) peut de préférence être réalisé à partir d'une bande de métal, à laquelle est conférée une forme annulaire par liaison des deux
extrémités (27).
7. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les anneaux de stabilisation (21, 23) présentent partiellement un rayon (20) variable dans la direction
axiale.
8. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que l'un au moins des anneaux de stabilisation (21) présente une forme en "L" en section transversale, en vue
d'établir un parcours d'écoulement optimal.
9. Convertisseur de couple hydrodynamique
selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que
l'un au moins des anneaux de stabilisation (23) présente une forme en "U" en section transversale, en vue
d'établir un parcours d'écoulement optimal.
10. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue de turbine (9) et la roue directrice (11) sont pourvues chacune d'un anneau de stabilisation (21) de section
transversale en forme de "L".
11. Convertisseur de couple hydrodynamique
selon les revendications 1 et 9, caractérisé en ce que
la roue directrice (11) est pourvue d'un anneau de stabilisation (23) en forme de "U", sur le côté
radialement extérieur des aubes de roue directrice (12).
12. Convertisseur de couple hydrodynamique
selon les revendications 9 ou 11, caractérisé en ce que
pour simplifier la technique de fabrication, l'anneau de stabilisation (23) en forme de "U" peut être fabriqué en deux anneaux de section transversale en forme de "L", qui peuvent être reliés l'un à l'autre au niveau de
leurs bords longitudinaux (31).
13. Convertisseur de couple hydrodynamique
selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que
le rayon (20) variable dans la direction axiale, peut être réalisé par pliage ou roulage de l'un ou des deux
côtés longitudinaux (31, 33) de la bande de métal (25).
14. Convertisseur de couple hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de stabilisation (23) peut être fabriqué selon une
technique de moulage.
15. Convertisseur de couple hydrodynamique selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que
la bande de métal (25) de l'anneau de stabilisation de la roue de pompe (7) est orientée de manière5 sensiblement axiale.
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