FR3122230A1 - Systeme de couplage pneumatique entre des axes rotatifs de deux machines - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système de couplage pneumatique (39) entre deux axes rotatifs de machines, comprenant : une première pièce (51) en forme de tube creux, comportant une partie d’extrémité (62) dans la paroi tubulaire de laquelle est ménagée au moins une ouverture (64) ; une deuxième pièce (52) comportant une partie (72) de couplage à la partie d’extrémité (62) ; une membrane élastique étanche (56) disposée au sein de la partie d’extrémité (62) ; au moins une troisième pièce (54) disposée entre la membrane (56) et la partie de couplage (72), et s’étendant à travers ladite ouverture, dans lequel la membrane élastique étanche est adaptée pour être gonflée, ladite au moins une troisième pièce étant configurée pour être poussée par la membrane lors de son gonflage afin d’entrer en contact avec la partie de couplage, de manière à coupler mécaniquement les première et deuxième pièces. Fig. 4
Description
L’invention se rapporte à un système de couplage pneumatique entre des axes rotatifs de deux machines. Les machines peuvent être par exemple des machines de compression, des machines de détente de type turbine, des turbocompresseurs, ou encore des machines électriques, sans que cette liste ne soit exhaustive. L’invention se rapporte également à un convertisseur d’énergie, de type turbogénérateur, comprenant un tel système de couplage pneumatique. L’invention se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, à un tel convertisseur d’énergie pour véhicule ; ainsi qu’à un véhicule, notamment automobile, comprenant un tel convertisseur d’énergie. De nombreuses autres applications industrielles utilisant un convertisseur d’énergie (de type turbogénérateur) muni du système de couplage pneumatique ont été identifiées pour la présente invention, incluant, sans que cette liste ne soit exhaustive, les domaines de l’aéronautique, du naval, du ferroviaire, du spatial, et des générateurs électriques.
Il est connu de l’état de la technique d’utiliser un convertisseur d’énergie de type turbine à gaz ou turbogénérateur en tant que prolongateur d’autonomie énergétique dans un véhicule fortement électrifié, en particulier dans un véhicule hybride série. Le convertisseur d’énergie opère alors en mode APU (de l’anglais Auxiliary Power Unit) où son rôle est de recharger les batteries d’un véhicule électrique. Il est ainsi mécaniquement découplé de la chaîne de traction et fonctionne sur son point de rendement maximal. Comme on peut le voir sur la , un tel véhicule électrique 1 comporte un système 2 de freinage des roues 4, un moteur électrique 6 pour la transmission d’un couple mécanique aux roues 4, et une ou plusieurs batteries électriques 8 reliée(s) au moteur électrique 6 via un convertisseur de courant continu/alternatif 10. Le véhicule 1 comporte également un convertisseur d’énergie 12 opérant en mode APU et relié au(x) batterie(s) électrique(s) 8 via un convertisseur de courant alternatif/continu 14. Le convertisseur d'énergie 12 fournit en sortie une énergie électrique, sous la forme d'un courant électrique alternatif.
Par ailleurs, il est également connu de l'état de la technique d’utiliser dans un véhicule, notamment automobile, un cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT (de l’anglais Intercooled Regenerative Reheat Gas Turbine). Un tel cycle permet d’atteindre un rendement très important mais aussi une densité de puissance très élevée (travail net spécifique élevé). Comme illustré sur la , un système à cycle thermodynamique IRReGT 16 comporte deux machines de compression 18, refroidies par un refroidisseur intermédiaire 20 ; un récupérateur de chaleur 22 ayant pour fonction de récupérer la chaleur résiduelle rejetée à l’extérieur en interne du système ; deux chambres de combustion 24 et deux machines de détente 26 de type turbines. Le système à cycle thermodynamique IRReGT 16 peut être associé à une machine électrique 28 (de type génératrice) afin de fournir de l’énergie électrique au véhicule, et permettre notamment de recharger des batteries de ce dernier. Le récupérateur de chaleur 22 relie la sortie d’une des machines de compression 18 à l’entrée d’une première chambre de combustion 24. La sortie de la première chambre de combustion 24 est reliée à l’entrée d’une première machine de détente 26. Une seconde chambre de combustion 24 relie la sortie de la première machine de détente 26 à l’entrée d’une seconde machine de détente 26. La sortie de la seconde machine de détente 26 est reliée à une entrée du récupérateur de chaleur 22. Dans l’architecture de base illustrée sur la , les deux machines de compression 18 et les deux machines de détente 26 sont montées sur un même axe de rotation 30. La machine électrique 28 est montée sur une extrémité de l’axe 30, en aval des machines de détente 26. En variante non représentée, la machine électrique 28 peut être montée au milieu ou à tout autre endroit sur l’axe 30. Elle peut également être installée du côté des machines de compression 18. Cela permet de l’éloigner des machines de détente type turbines 26 (chaudes), et cela permet de la refroidir par l’air ambiant qui entre dans les machines de compression 18.
Les machines de compression 18, refroidies par le refroidisseur intermédiaire 20, permettent de réduire le travail de compression, ce qui conduit à moins de travail consommé par les machines de compression 18 et permet donc d’augmenter le travail mécanique net (le travail net étant égal au travail des machines de détente 26 moins le travail des machines de compression 18). Le travail mécanique net est récupéré par la machine électrique 28 et est transformé en électricité.
Le fait d’effectuer une post combustion dans les chambres de combustion 24 permet d’élargir la surface dans le diagramme Pression-Volume du cycle thermodynamique. Or cette surface correspond au travail net récupéré (travail des machines de détente 26 moins travail des machines de compression 18) qui est aussi égal à la chaleur nette échangée (l’énergie mis dans le cycle thermodynamique moins l’énergie rejetée).
Pour réaliser le couplage entre l’axe de la machine électrique 28 et l’axe respectif d’une machine de compression 18 et/ou d’une machine de détente 26, il est connu d’utiliser par exemple un système de couplage mécanique ou magnétique. Un système de couplage mécanique met typiquement en œuvre un dispositif de réduction mécanique de type engrenage, et/ou éventuellement un ou plusieurs paliers, secs ou à roulements. Toutefois, un tel système de couplage mécanique occasionne une perte de puissance pour le convertisseur d’énergie, du fait de la présence de frottements, et peut produire de l’usure susceptible d’entraîner des casses mécaniques. En outre, un tel système est bruyant et, dans le cas de paliers lubrifiés à roulements, des problèmes de non-étanchéité et donc de fuite des paliers peuvent se poser.
Un système de couplage magnétique met par exemple en œuvre un ou plusieurs paliers magnétiques. Toutefois, un tel système est coûteux à la fabrication.
Le but principal de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un système de couplage entre deux axes rotatifs de deux machines, qui soit simple, fiable, peu coûteux et à faible bruit, qui n’occasionne pas de déchets de type graisse ou limaille, et qui réduise les frottements et permette ainsi de supprimer les pertes de puissance.
Un deuxième but de l’invention est de fournir un tel système de couplage pour un convertisseur d’énergie, de type turbogénérateur, qui soit un système de couplage pneumatique complètement étanche et sans fuite d’air (en effet un tel système fonctionne avec un circuit à air pressurisé ou comprimé, l’air traversant éventuellement en amont ou en aval un filtre ou un refroidisseur d’air). Ceci permet alors au convertisseur d’énergie de fonctionner à tous les régimes de fonctionnement.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un système de couplage pneumatique destiné à être disposé entre un axe rotatif d’une première machine et un axe rotatif d’une seconde machine, le système de couplage pneumatique comprenant :
- une première pièce en forme de tube creux muni d’une paroi tubulaire, le tube creux étant adapté pour être en communication fluidique avec une entrée d’air, le tube creux comportant une première partie d’extrémité adaptée pour être solidarisée à l’axe de la première machine, et une seconde partie d’extrémité dans la paroi tubulaire de laquelle est ménagée au moins une ouverture ;
- une deuxième pièce adaptée pour être solidarisée à l’axe de la seconde machine, la deuxième pièce comportant à l’une de ses extrémités une partie de couplage à la seconde partie d’extrémité de la première pièce, ladite partie de couplage comportant un logement interne de réception de ladite seconde partie d’extrémité, le logement interne étant configuré de telle sorte que la partie de couplage s’étend autour de la seconde partie d’extrémité en définissant un espace annulaire autour de la seconde partie d’extrémité ;
- une membrane élastique étanche disposée au sein de la seconde partie d’extrémité de la première pièce, et destinée à recevoir de l’air pressurisé circulant à travers la première pièce ; et
- au moins une troisième pièce disposée entre la membrane élastique et la partie de couplage de la deuxième pièce, et s’étendant à travers ladite ouverture, dans lequel la membrane élastique étanche est adaptée pour être gonflée entre un état de repos et un état de gonflage, ladite au moins une troisième pièce étant configurée pour être poussée par la membrane lors de son gonflage et, dans l’état de gonflage de la membrane, pour entrer en contact avec la partie de couplage de la deuxième pièce, à travers l’espace annulaire, de manière à coupler mécaniquement les première et deuxième pièces. Le couplage entre les première et deuxième pièces est fait par adhérence.
Grâce à la présence de la membrane élastique qui se gonfle et bloque tout passage d’air, le système de couplage selon l’invention est complètement étanche et sans fuite d’air. Ceci permet en particulier aux machines de pouvoir fonctionner à tous les régimes. Le système de couplage est en outre simple à mettre en œuvre, fiable, peu coûteux et à faible bruit, et n’occasionne pas de déchets de type graisse ou limaille. Enfin, le système de couplage ne met en œuvre ni roulements ni dispositif risquant de fuir ou de frotter. Les frottements dans le système sont ainsi avantageusement réduits, et le système de couplage n’occasionne pas de pertes de puissance.
Selon un mode de réalisation préféré, la membrane élastique étanche présente une forme de cylindre semi-fermé, ledit cylindre présentant un fond et un côté ouvert, le côté ouvert du cylindre semi-fermé étant agencé en regard de la première partie d’extrémité du tube creux.
De préférence, le système de couplage pneumatique comporte une pluralité d’ouvertures ménagées dans la paroi tubulaire de la seconde partie d’extrémité, et une pluralité de troisièmes pièces, le nombre de troisièmes pièces étant égal au nombre d’ouvertures, chaque ouverture présentant une forme de fente, chaque troisième pièce s’étendant à travers une fente correspondante.
Avantageusement, les ouvertures sont régulièrement réparties sur toute la circonférence de la paroi tubulaire de la seconde partie d’extrémité. Ceci permet d’optimiser la répartition des efforts sur le système de couplage.
De préférence, ladite au moins une troisième pièce est solidarisée à la paroi de la membrane élastique étanche. Ceci permet d’améliorer l’efficacité du couplage entre les première et deuxième pièces, et donc d’améliorer la fiabilité du système de couplage pneumatique.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, ladite au moins une troisième pièce et la membrane élastique étanche forment une seule et même pièce de matière, faite du même matériau. Ceci permet de faciliter la fabrication du système de couplage pneumatique, et de réduire les coûts.
De préférence, la membrane élastique étanche est en caoutchouc.
Selon une caractéristique technique particulière, la membrane élastique étanche est extensible entre son état de repos et son état de gonflage, la membrane élastique étanche occupant un premier volume dans son état de repos, et occupant un deuxième volume, supérieur au premier volume, dans son état de gonflage, la membrane étant configurée de sorte que, dans son état de gonflage, le deuxième volume de la membrane occupe une partie du volume délimité par la ou chaque ouverture du tube creux.
L’invention se rapporte également à un convertisseur d’énergie, de type turbogénérateur, comprenant une machine électrique munie d’un axe ; un système à cycle thermodynamique comprenant au moins deux machines de compression et au moins deux machines de détente de type turbines, l’axe de la machine électrique étant relié ou couplé à au moins une desdites machines de compression ou machines de détente ; et au moins un système de couplage pneumatique tel que décrit ci-dessus, ledit au moins un système de couplage pneumatique reliant deux machines choisies parmi le groupe consistant en la machine électrique, les machines de compression et les machines de détente.
Avantageusement, les machines de compression et les machines de détente sont des machines radiales.
De préférence, les machines de compression et les machines de détente sont disposées de manière coaxiale.
De préférence, le système à cycle thermodynamique est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT (de l’anglais Intercooled Regenerative Reheat Gas Turbine).
De préférence, le système à cycle thermodynamique comporte en outre deux chambres de combustion, un récupérateur de chaleur et un refroidisseur intermédiaire reliant les deux machines de compression.
L’invention se rapporte également à un véhicule, notamment automobile, comprenant un convertisseur d’énergie tel que décrit ci-dessus.
De préférence, le véhicule comporte en outre un système de stockage d’énergie électrique, du type comportant une ou plusieurs batteries de stockage, le convertisseur d’énergie étant relié au système de stockage d’énergie électrique.
On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
Sur la est illustré un convertisseur d’énergie 32. Le convertisseur d’énergie 32 est typiquement un turbogénérateur, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Le convertisseur d’énergie 32 est par exemple destiné à être installé au sein d’un véhicule, notamment automobile, typiquement un véhicule électrique (un tel véhicule n’étant pas représenté sur les figures). Dans ce cas, le convertisseur d’énergie peut servir à recharger un système de stockage d’énergie électrique disposé au sein du véhicule, du type comportant une ou plusieurs batteries. En variante, le convertisseur d’énergie peut être utilisé dans tout autre type d’application industrielle, par exemple, sans que cette liste ne soit exhaustive, dans un système aéronautique, naval, ferroviaire, spatial, ou encore dans un générateur électrique. Le convertisseur d’énergie 32 comporte une machine électrique 34 munie d’un axe 36, un système à cycle thermodynamique 38 ainsi qu’au moins un système de couplage pneumatique 39 selon l’invention. Le système de couplage pneumatique 39 nécessite de l’air sous pression pour fonctionner, comme cela sera décrit par la suite. Le système à cycle thermodynamique 38 comprend au moins deux machines de compression 40A, 40B et au moins deux machines de détente de type turbines 42A, 42B. De préférence, le système à cycle thermodynamique 38 est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT. L’axe 36 de la machine électrique 34 est relié ou couplé à au moins une des machines de compression 40A, 40B ou machines de détente 42A, 42B.
L’utilisation d’au moins un système de couplage pneumatique 39 dans le convertisseur d’énergie 32 permet de réduire le volume total et la complexité du convertisseur, et donc de simplifier l’intégration de ce dernier. En outre, une telle configuration permet de proposer une architecture plus compacte et moins coûteuse pour le convertisseur. En effet, l’utilisation d’un tel système de couplage pneumatique permet de n’utiliser qu’une seule machine électrique, au lieu de deux machines électriques pour certains convertisseurs d’énergie de l’art antérieur.
De préférence, les machines de compression 40A, 40B et les machines de détente 42A, 42B sont des machines radiales. Ceci permet d’obtenir de meilleurs taux de compression et de détente pour le convertisseur d’énergie 32. De préférence également, les machines de compression 40A, 40B et les machines de détente 42A, 42B sont disposées de manière coaxiale par rapport à la machine électrique 34. Ceci permet de simplifier l’intégration du convertisseur d’énergie 32.
Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la , le convertisseur d’énergie 32 comporte deux systèmes de couplage pneumatique 39. En variante non représentée, le convertisseur d’énergie 32 peut ne comporter qu’un seul système de couplage pneumatique, ou encore au moins trois systèmes de couplage pneumatique. Le système à cycle thermodynamique 38 comprend deux turbocompresseurs 44A, 44B chacun monté sur un système de palier distinct 46A, 46B. Chaque turbocompresseur 44A, 44B comprend un axe 48A, 48B couplé à l’axe 36 de la machine électrique 34 via un des systèmes de couplage pneumatique 39 ; une machine de compression 40A, 40B montée sur l’axe 48A, 48B ; et une machine de détente de type turbine 42A, 42B montée sur l’axe 48A, 48B. Chaque système de palier 46A, 46B, propre à un des turbocompresseurs 44A, 44B, est monté sur l’axe 48A, 48B de ce turbocompresseur 44A, 44B. Chaque système de palier 46A, 46B peut comporter un ou plusieurs palier(s) à air, à huile ou à roulements, et/ou un ou plusieurs palier(s) sec(s) ou lisse(s), et/ou un ou plusieurs palier(s) magnétique(s).
Bien que dans l’exemple illustratif de la chaque système de couplage pneumatique 39 relie la machine électrique 34 à un des turbocompresseurs 44A, 44B, et en particulier à la machine de compression 40A, 40B d’un turbocompresseur, chaque système de couplage pneumatique 39 selon la présente invention peut plus généralement relier deux machines choisies parmi le groupe consistant en la machine électrique, les machines de compression et les machines de détente.
Le système à cycle thermodynamique 38 tel qu’illustré sur la est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT. Plus précisément le système à cycle thermodynamique 38 comporte, outre les deux turbocompresseurs 44A, 44B, un refroidisseur intermédiaire 50, un récupérateur de chaleur, et deux chambres de combustion.
Le récupérateur de chaleur et les deux chambres de combustion ne sont pas représentés sur la pour des raisons de clarté. Le récupérateur de chaleur relie la sortie d’une première machine de compression 40A à l’entrée d’une première chambre de combustion. La sortie de la première chambre de combustion est reliée à l’entrée d’une première machine de détente 42A. Une seconde chambre de combustion relie la sortie de la première machine de détente 42A à l’entrée d’une seconde machine de détente 42B. La sortie de la seconde machine de détente 42B est reliée à une entrée du récupérateur de chaleur. Le refroidisseur intermédiaire 50 relie la sortie de la seconde machine de compression 40B à l’entrée de la première machine de compression 40A. Les flèches 40Ae, 40Be, 42Ae et 42Be représentent les arrivées d’air pour respectivement la première machine de compression 40A, la seconde machine de compression 40B, la première machine de détente 42A et la seconde machine de détente 42B. L’arrivée d’air 40Ae forme ainsi une entrée d’air pour la première machine de compression 40A, l’air arrivant du refroidisseur intermédiaire 50 qui est situé en amont de cette entrée d’air 40Ae. L’arrivée d’air 40Be forme quant à elle une entrée d’air pour la seconde machine de compression 40B, l’air arrivant d’un filtre à air (non représenté) qui est situé en amont de cette entrée d’air 40Be.
Les flèches 40As, 40Bs, 42As et 42Bs représentent les sorties d’air pour respectivement la première machine de compression 40A, la seconde machine de compression 40B, la première machine de détente 42A et la seconde machine de détente 42B.
En fonctionnement, le convertisseur d’énergie 32 tel que représenté sur la opère de la façon suivante : au démarrage, la machine électrique 34 opère en mode moteur pour entraîner les deux turbocompresseurs 44A, 44B. Une fois les turbocompresseurs 44A, 44B en marche et que la puissance délivrée par les machines de détente 42A, 42B dépasse la puissance consommée par les machines de compression 40A, 40B, la machine électrique 34 commute en mode générateur pour produire de l’électricité.
En référence aux figures 4 à 8 est illustré le système de couplage pneumatique 39 selon un mode de réalisation de l’invention. Le système de couplage pneumatique 39 comporte une première pièce en forme de tube creux 51, une deuxième pièce 52, et au moins une troisième pièce 54. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur les figures 4 à 6, le système de couplage pneumatique 39 comporte six troisièmes pièces 54. Le système de couplage pneumatique 39 comporte en outre une membrane élastique étanche 56 destinée à recevoir de l’air pressurisé circulant à travers le tube creux 51. L’air est par exemple pressurisé dans le convertisseur 32, et donc dans le système 39, à une pression supérieure à 2 bars, typiquement à une pression sensiblement égale à 2,8 bars.
Le tube creux 51 est muni d’une paroi tubulaire 58, et comporte une première partie d’extrémité 60 solidarisée à l’axe rotatif d’une machine, et une seconde partie d’extrémité 62. La première partie d’extrémité 60 est solidarisée à l’axe 48A, 48B d’une des machines de compression 40A, 40B dans l’exemple de réalisation de la . Le tube creux 51 s’étend dans sa plus grande dimension selon une direction longitudinale, la direction longitudinale correspondant à la direction d’écoulement de l’air dans le tube creux 51. Le tube creux 51 est en communication fluidique avec une entrée d’air 40Ae, 40Be, typiquement prévue sur une des machines 40A, 40B (et visible sur la ). Pour assurer cette communication fluidique le convertisseur d’énergie 32 comporte par exemple, au niveau de la zone de solidarisation entre l’axe 48A, 48B d’une des machines 40A, 40B et la première partie d’extrémité 60 du tube creux 51, une ouverture de passage d’air typiquement sous la forme d’une fente (une telle ouverture n’étant pas représentée sur les figures pour des raisons de clarté). La fente est disposée en regard d’une des entrées d’air 40Ae, 40Be et permet à l’air de circuler depuis cette entrée d’air 40Ae, 40Be vers l’intérieur du tube creux 51.
La seconde partie d’extrémité 62 du tube creux 51 comporte au moins une ouverture 64 ménagée dans sa paroi tubulaire 58. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur les figures 4 à 7, la seconde partie d’extrémité 62 comporte six ouvertures 64, régulièrement réparties sur toute la circonférence de la paroi tubulaire 58. Ceci permet d’optimiser la répartition des efforts sur le système de couplage 39. Ceci permet également que chaque troisième pièce 54 appuie de manière répartie sur la deuxième pièce 52 lorsqu’elle est poussée par la membrane élastique 56 sous l’effet de la pression d’air. Le nombre d’ouvertures 64 (ici donc égal à six dans l’exemple de réalisation des figures 4 à 7) est égal au nombre de troisièmes pièces 54, chaque troisième pièce 54 s’étendant à travers une ouverture correspondante 64. Selon cet exemple de réalisation non limitatif, chaque ouverture 64 présente une forme de fente s’étendant le long de la direction longitudinale. Chaque troisième pièce 54 s’étend alors à travers une fente longitudinale correspondante 64. Comme illustré sur les figures 4 à 7, la seconde partie d’extrémité 62 du tube creux 51 présente par exemple un diamètre supérieur à la première partie d’extrémité 60. La seconde partie d’extrémité 62 comporte par exemple, au niveau de sa liaison avec la première partie d’extrémité 60, un épaulement externe 66 faisant saillie radialement et définissant un rebord d’appui 68 formant butée. Un tel épaulement externe 66 est visible sur les figures 4, 6 et 7. Comme illustré sur la , l’épaulement externe 66 définit typiquement une gorge annulaire interne 70.
La deuxième pièce 52 comporte, à l’une de ses extrémités, une partie 72 de couplage à la seconde partie d’extrémité 62 du tube creux 51. La deuxième pièce 52 n’est pas représentée en entier sur les figures 4 et 5, seule la partie de couplage 72 de cette deuxième pièce 52 étant en effet représentée. La deuxième pièce 52 comporte en particulier une autre extrémité (non représentée), solidarisée à l’axe rotatif d’une machine, typiquement à l’axe 36 de la machine électrique 34 dans l’exemple de réalisation de la .
Comme illustré sur les figures 4 et 5, la partie de couplage 72 comporte un logement interne 74 de réception de la seconde partie d’extrémité 62 du tube creux 51. La partie de couplage 72 est creuse et s’étend ainsi autour de la seconde partie d’extrémité 62 du tube creux 51. Le logement interne 74 est en effet configuré de telle sorte que la partie de couplage 72 s’étend autour de la seconde partie d’extrémité 62 en définissant un espace annulaire 76 autour de la seconde partie d’extrémité 62. La partie de couplage 72 vient par typiquement prendre appui sur la butée formée par le rebord d’appui 68 de la seconde partie d’extrémité 62. La partie de couplage 72 présente par exemple une forme sensiblement de cloche.
Chaque troisième pièce 54 est disposée entre la partie de couplage 72 et la membrane élastique étanche 56, et s’étend à travers une ouverture correspondante 64. La forme de chaque troisième pièce 54 est préférentiellement complémentaire de celle de l’ouverture correspondante 64. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur les figures 5 et 6, chaque troisième pièce 54 présente une forme sensiblement de parallélépipède rectangle, complémentaire de la forme de fente des ouvertures 64. Chaque troisième pièce 54 est par exemple une bande de roulement, présentant une adhérence élevée, permettant par exemple de transmettre un couple typiquement supérieur à 1 N.m. Chaque troisième pièce 54 est par exemple constituée d’un matériau métallique, par exemple de l’acier ou de l’aluminium. De préférence, chaque troisième pièce 54 est solidarisée à la paroi 78 de la membrane élastique étanche 56. Ceci permet d’améliorer l’efficacité du couplage entre les première et deuxième pièces 51, 52, et donc d’améliorer la fiabilité du système de couplage pneumatique 39. Selon un mode de réalisation particulier, non représenté sur les figures, les troisième pièces 54 et la membrane élastique étanche 56 forment une seule et même pièce de matière, faite du même matériau. Ceci permet de faciliter la fabrication du système de couplage pneumatique 39, et de réduire les coûts.
Comme illustré sur les figures 4 à 6, la membrane élastique étanche 56 est disposée au sein de la seconde partie d’extrémité 62 du tube creux 51. La membrane élastique étanche 56 est adaptée pour être gonflée entre un état de repos et un état de gonflage. Plus précisément, la membrane élastique étanche 56 est extensible entre son état de repos et son état de gonflage. La membrane élastique étanche 56 occupe un premier volume dans son état de repos, et occupe un deuxième volume, supérieur au premier volume, dans son état de gonflage. La membrane 56 est configurée de sorte que, dans son état de gonflage, le deuxième volume de la membrane 56 occupe une partie du volume délimité au sein de chaque ouverture 64 du tube creux 51.
Dans le mode de réalisation préférentiel illustré sur les figures 4 à 6 et 8, la membrane élastique étanche 56 présente une forme de cylindre semi-fermé. Le cylindre semi-fermé présente un fond 80 et un côté ouvert 82, le côté ouvert 82 du cylindre étant agencé en regard de la première partie d’extrémité 60 du tube creux 51. Selon ce mode de réalisation préférentiel la membrane 56 comporte, au niveau de son côté ouvert 82, un rebord annulaire extérieur 84. Comme illustré sur la , le rebord annulaire extérieur 84 de la membrane 56 est reçu dans la gorge annulaire interne 70 de la seconde partie d’extrémité 62 du tube 51. Ceci permet de maintenir la membrane élastique étanche 56 au sein de la seconde partie d’extrémité 62 du tube creux 51, notamment lorsque de l’air vient gonfler la membrane 56.
La membrane élastique étanche 56 est typiquement en caoutchouc, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. La membrane élastique étanche 56 peut en effet être constituée de tout autre matériau élastique étanche.
Le fonctionnement du système de couplage pneumatique 39 selon l’invention, intégré dans le convertisseur d’énergie 32 de la , va maintenant être décrit. Lorsque le convertisseur d’énergie 32 est à l’arrêt, aucune pression n’est appliquée dans le circuit d’air et l’air ne circule pas dans le système 39. Dans cette configuration, la membrane 56 est dans son état de repos et n’appuie pas sur les troisièmes pièces 54. De ce fait, aucun effort n’est transmis entre la première pièce 51 et la deuxième pièce 52 du système 39, et donc entre l’axe 48A, 48B de la machine de compression 40A, 40B et l’axe 36 de la machine électrique 34.
Au démarrage du convertisseur d’énergie 32, l’air pressurisé arrive dans le tube creux 51 du système 39, depuis une des entrées d’air 40Ae, 40Be. L’air passe dans le tube creux 51 jusque dans la membrane 56 et vient gonfler cette dernière. La paroi de la membrane 56 vient alors appuyer et pousser sur chaque troisième pièce 54, jusqu’à ce que la membrane 56 atteigne son état de gonflage. Du fait de cette poussée de la membrane 56, chaque troisième pièce 54 se déplace radialement à travers son ouverture correspondante 64. Dans l’état de gonflage de la membrane, chaque troisième pièce 54 entre alors en contact avec la partie de couplage 72 de la deuxième pièce 52, à travers l’espace annulaire 76, de manière à coupler mécaniquement les première et deuxième pièces 51, 52. Le couplage entre les première et deuxième pièces 51, 52 est fait par adhérence. Une transmission de couple peut alors être réalisée entre l’axe 48A, 48B de la machine de compression 40A, 40B et l’axe 36 de la machine électrique 34, ou inversement.
Le système de couplage pneumatique 39 selon l’invention permet d’assurer un couplage entre les axes rotatifs de deux machines, et s’applique de manière générale à tout ensemble comprenant de telles machines à axe rotatif. Selon un exemple de réalisation particulier illustré sur la , le système 39 selon l’invention permet d’assurer un couplage entre l’axe d’une première machine de type machine de compression (ou selon une variante non représentée de type machine de détente), et l’axe d’une machine électrique.
Grâce à la présence de la membrane élastique 56 qui se gonfle et bloque tout passage d’air, le système 39 selon l’invention est complètement étanche et sans fuite d’air. Ceci permet en particulier au convertisseur d’énergie 32 de pouvoir fonctionner à tous les régimes. Le système 39 est en outre simple à mettre en œuvre, fiable, peu coûteux et à faible bruit, et n’occasionne pas de déchets de type graisse ou limaille. Enfin, le système 39 ne met en œuvre ni roulements ni dispositif risquant de fuir ou de frotter. Les frottements dans le système sont ainsi avantageusement réduits, et le système de couplage 39 n’occasionne pas de pertes de puissance.
Claims (10)
- Système de couplage pneumatique (39) destiné à être disposé entre un axe rotatif (48A, 48B) d’une première machine (40A, 40B) et un axe rotatif (36) d’une seconde machine (34), le système de couplage pneumatique (39) comprenant :
- une première pièce (51) en forme de tube creux muni d’une paroi tubulaire (58), le tube creux (51) étant adapté pour être en communication fluidique avec une entrée d’air (40Ae, 40Be), le tube creux (51) comportant une première partie d’extrémité (60) adaptée pour être solidarisée à l’axe (48A, 48B) de la première machine (40A, 40B), et une seconde partie d’extrémité (62) dans la paroi tubulaire de laquelle est ménagée au moins une ouverture (64) ;
- une deuxième pièce (52) adaptée pour être solidarisée à l’axe (36) de la seconde machine (34), la deuxième pièce (52) comportant à l’une de ses extrémités une partie (72) de couplage à la seconde partie d’extrémité (62) de la première pièce (51), ladite partie de couplage (72) comportant un logement interne (74) de réception de ladite seconde partie d’extrémité (62), le logement interne (74) étant configuré de telle sorte que la partie de couplage (72) s’étend autour de la seconde partie d’extrémité (62) en définissant un espace annulaire (76) autour de la seconde partie d’extrémité (62) ;
- une membrane élastique étanche (56) disposée au sein de la seconde partie d’extrémité (62) de la première pièce (51), et destinée à recevoir de l’air pressurisé circulant à travers la première pièce (51) ; et
- au moins une troisième pièce (54) disposée entre la membrane élastique (56) et la partie de couplage (72) de la deuxième pièce (52), et s’étendant à travers ladite ouverture (64),
- Système de couplage pneumatique (39) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane élastique étanche (56) présente une forme de cylindre semi-fermé, ledit cylindre présentant un fond (80) et un côté ouvert (82), le côté ouvert (82) du cylindre semi-fermé étant agencé en regard de la première partie d’extrémité (60) du tube creux (51).
- Système de couplage pneumatique (39) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité d’ouvertures (64) ménagées dans la paroi tubulaire (58) de la seconde partie d’extrémité (62), et une pluralité de troisièmes pièces (54), le nombre de troisièmes pièces (54) étant égal au nombre d’ouvertures (64), chaque ouverture (64) présentant une forme de fente, chaque troisième pièce (54) s’étendant à travers une fente (64) correspondante.
- Système de couplage pneumatique (39) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ouvertures (64) sont régulièrement réparties sur toute la circonférence de la paroi tubulaire (58) de la seconde partie d’extrémité (62).
- Système de couplage pneumatique (39) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite au moins une troisième pièce (54) est solidarisée à la paroi (58) de la membrane élastique étanche (56).
- Système de couplage pneumatique (39) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite au moins une troisième pièce (54) et la membrane élastique étanche (56) forment une seule et même pièce de matière, faite du même matériau.
- Système de couplage pneumatique (39) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la membrane élastique étanche (56) est en caoutchouc.
- Système de couplage pneumatique (39) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la membrane élastique étanche (56) est extensible entre son état de repos et son état de gonflage, la membrane élastique étanche (56) occupant un premier volume dans son état de repos, et occupant un deuxième volume, supérieur au premier volume, dans son état de gonflage, la membrane (56) étant configurée de sorte que, dans son état de gonflage, le deuxième volume de la membrane (56) occupe une partie du volume délimité au sein de la ou chaque ouverture (64) du tube creux (51).
- Convertisseur d’énergie (32), de type turbogénérateur, comprenant une machine électrique (34) munie d’un axe (36) ; un système à cycle thermodynamique (38) comprenant au moins deux machines de compression (40A, 40B) et au moins deux machines de détente (42A, 42B) de type turbines, l’axe (36) de la machine électrique (34) étant relié ou couplé à au moins une desdites machines de compression (40A, 40B) ou machines de détente (42A, 42B) ; caractérisé en ce que le convertisseur d’énergie (32) comporte en outre au moins un système de couplage pneumatique (39) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ledit au moins un système de couplage pneumatique (39) reliant deux machines choisies parmi le groupe consistant en la machine électrique (34), les machines de compression (40A, 40B) et les machines de détente (42A, 42B).
- Véhicule, notamment automobile, caractérisé en ce qu’il comporte un convertisseur d’énergie (32) selon la revendication 9.
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2021
- 2021-04-26 FR FR2104293A patent/FR3122230B1/fr active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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