WO2023067290A1 - Systeme d'aspiration efficace des poussieres d'une machine electrique tournante en environnement pollue - Google Patents

Systeme d'aspiration efficace des poussieres d'une machine electrique tournante en environnement pollue Download PDF

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WO2023067290A1
WO2023067290A1 PCT/FR2022/052001 FR2022052001W WO2023067290A1 WO 2023067290 A1 WO2023067290 A1 WO 2023067290A1 FR 2022052001 W FR2022052001 W FR 2022052001W WO 2023067290 A1 WO2023067290 A1 WO 2023067290A1
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WO
WIPO (PCT)
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slot
suction
gas
chamber
suction system
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/052001
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English (en)
Inventor
Grégory BOREL
Michael NATHMANN
Original Assignee
Mersen France Amiens Sas
Mersen Österreich Hittisau Ges.M.B.H.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mersen France Amiens Sas, Mersen Österreich Hittisau Ges.M.B.H. filed Critical Mersen France Amiens Sas
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Priority to CA3233843A priority patent/CA3233843A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/28—Cooling of commutators, slip-rings or brushes e.g. by ventilating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/46—Auxiliary means for improving current transfer, or for reducing or preventing sparking or arcing
    • H01R39/48—Auxiliary means for improving current transfer, or for reducing or preventing sparking or arcing by air blast; by surrounding collector with non-conducting liquid or gas
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/10—Arrangements of brushes or commutators specially adapted for improving commutation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders

Definitions

  • the present invention relates to the field of brush holders and more particularly to brush holders for rotating electrical machines.
  • a brush-holder device is a set of elements used to hold in place and guide a brush of a rotating electrical machine, for example a motor or a generator.
  • a brush usually made of graphite, ensures the transmission of electrical power between a mobile element and a fixed element.
  • the purpose of the brush holder device is to keep the brush in contact with the moving surface of the rotating electrical machine, for example a commutator or a ring, by exerting a certain pressure on this brush.
  • the pressure is provided through an elastic device such as a spring.
  • dust is generated due to the friction of the brush against the moving element. This dust is likely to lead to a degradation of the surface condition of the commutator or of the ring and/or mechanical jamming and/or electrical insulation faults.
  • Suction systems for this dust have thus been developed, such as that described in document EP2532078B1 filed by the applicant, which comprises a guide device arranged so as to concentrate a flow of air generated by the suction system at proximity of the brush end in contact with the rotating element.
  • This guide device defines a suction chamber partially surrounding the brush on the side of its end in contact with the rotating element of the machine.
  • Other vacuum systems inject air near the end of the broom.
  • the slot through which the air is blown is therefore oriented towards the opening of the suction chamber and consequently towards the housing receiving the brush (this housing being surrounded by the suction chamber).
  • This blown air creates a flow that sucks in the surrounding air, thereby improving dust collection while preventing particles from dispersing outside the system, as shown by the flow circulation shown in Figure 6 of this document.
  • suction systems thus have the drawback of also sucking in part of the air surrounding the broom.
  • due to their use in the immediate vicinity of a mobile element it is not possible to produce a mechanical seal between the chambers or suction ducts of these systems and the surrounding air.
  • some systems such as that described in the document US2018083511 A1, suck in the surrounding air in order to operate.
  • this surrounding air can be loaded with pollutants which can degrade the suction system, in particular clog the filters and/or settle on the surfaces with the dust to the point of causing clogging of the system.
  • the solutions proposed for effective dust evacuation are few.
  • One solution is to isolate the compartment containing the moving surface of the rotating machine and the broom, or even the entire machine, by means of a protective box and to install a "push-pull" type suction system. which injects clean air inside the compartment and sucks it out of it.
  • Another solution consists in installing a dust extraction system but with the risk of clogging described above and of degradation of the machine, which requires regular maintenance.
  • regular maintenance consisting of cleaning dust and pollutants deposited on the machine.
  • a first object of the invention relates to a suction system intended to suck dust generated by a brush rubbing on a rotating element of a rotating electrical machine without sucking in the surrounding air, the system comprising: a through housing extending along a guide direction and capable of receiving a broom or a broom holder along said guide direction, a suction chamber having an opening intended to face the rotating element, said opening extending over at least a portion from the periphery of a lower end of the housing intended to be positioned opposite the rotating element, a gas ejection device comprising at least one slot opening out from the side of the lower end of the housing, the at least one slot extending around the lower end of the housing over at least part of the periphery of the latter and around at least part of the opening of the suction chamber and the at least one slot being configured to direct a flow of gas exiting through the at least one slot in a direction away from the opening of the suction chamber.
  • direction away from the opening of the suction chamber is meant a direction which deviates from the opening of the suction chamber, in other words, which is not directed towards the latter.
  • the gas exiting through the at least one slot is not directed towards the housing intended to receive the brush but in a direction opposite to this housing.
  • this ejection of the gas is obtained by the at least one slot oriented in a direction which deviates from the suction opening, in particular oriented in a direction opposite to this opening.
  • a median direction of the at least one slot, in particular as defined below, deviates from the suction opening, in particular is directed in a direction opposite to this opening.
  • the suction system of the invention in a polluted environment, in particular by water or oily vapors or even by particles generated in the environment of the machine, by limiting, or even eliminating, the risks of clogging.
  • This surrounding air can thus be defined as the air located around the suction system, with the exception of the air located opposite the opening of the suction chamber.
  • the housing of the suction system according to the invention is capable of receiving a broom or a broom holder in the direction of the guide.
  • the article “one” must here be understood as meaning “at least one”.
  • the housing of the suction system according to the invention is capable of receiving at least one broom or at least one broom holder in the direction of the guide.
  • the housing may in particular be capable of receiving one, two or more brushes, or one, two or more brush holders.
  • each brush or brush support extends along said guide direction.
  • the housing of the suction system according to the invention is capable of receiving a single broom or a single broom support in the direction of the guide.
  • the suction system comprises “a housing”.
  • the article “one” must here be understood as meaning “at least one”.
  • the suction system can comprise at least one housing each receiving one or more brushes or brush holders.
  • the housings may extend along distinct guide directions and the opening of the suction chamber extends over at least part of the periphery of the lower ends of the housings intended to be positioned facing the rotating element.
  • the suction system may comprise at least one housing receiving at least one broom or broom holder.
  • the suction system may comprise a single housing receiving a single broom or broom holder.
  • the broom is not part of the suction system, but that the housing of the latter is intended to receive the broom when it is used in a rotating electrical machine.
  • the suction system according to the invention is intended to suck up dust generated by a broom rubbing on a rotating element of a rotating electrical machine, this suction is carried out by the suction chamber, the device for ejection of gas partially isolating the suction chamber from the air located around the suction system thanks to the air ejected through the at least one slot oriented in a direction away from the opening of the chamber suction.
  • the rotating element and the rotating electrical machine do not form part of the suction system according to the invention.
  • a rotating electric machine comprising at least one brush rubbing on a rotating element, can be equipped with at least one suction system according to the invention (a suction system for one or more brushes).
  • the at least one slot extends over at least a portion of the periphery of the end of the housing.
  • the at least one slot may extend in a privileged manner on an upstream side of the housing with respect to the direction of rotation of the rotary element when the suction system is mounted on the electric machine, and on the adjacent lateral sides housing.
  • the at least one slot can extend over at least part of the periphery of the housing over which the opening of the suction chamber extends, in other words along this opening.
  • the slot or slots of the gas ejection device extend around the entire periphery of the lower end of the housing.
  • the slot or slots then entirely surround the opening of the suction chamber, for better insulation of the latter from the surrounding air.
  • the through-housing of the suction system allows easy mounting and guiding of the broom, either by positioning the broom directly inside the housing, the latter then forming part of a broom holder, or by positioning a broom, also called cage, inside the housing.
  • the housing may thus have a shape complementary to a broom or a broom support, typically a parallelepipedic shape.
  • the housing may in particular be formed by walls which form part of the suction chamber or which are secured thereto.
  • the guide direction of the housing may correspond to a radial direction of the rotating element when the suction system is mounted on the rotating electric machine, this radial direction passing through a central point of a lower opening of the housing intended to be positioned opposite the rotating element when the suction system according to the invention is mounted on the electric machine.
  • the guide direction can comprise a radial component (the guide direction then forms an angle with the radial direction previously defined in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotary element).
  • the opening of the suction chamber may extend over the entire periphery of the lower end of the housing or over only part of it.
  • this opening may extend over at least part of three sides of the housing when the latter has a parallelepipedic shape, generally on one side intended to be positioned downstream of the brush with respect to the direction of rotation of the rotary element, and on the two adjacent lateral sides.
  • the at least one slot may be defined by an inner side surface and an outer side surface arranged opposite each other. The width of the slot thus corresponds to the distance separating these inner and outer side surfaces.
  • the at least one slot in order to keep the gas exiting through the at least one slot away from the opening of the suction chamber and of the housing, the at least one slot can be configured, in particular oriented, so that, over the entire length of the at least one slot, in each plane perpendicular to the inner and outer side surfaces of the at least one slot and parallel to a radial direction of the rotating member passing through a central point of a lower opening of the housing when the suction system is mounted on the electric machine, an angle a formed between a direction parallel to the radial direction and a middle direction of the slot is (in absolute value) from 0° to 90°-phi, optionally from 1° to 50°-phi, this middle slot direction being defined as a straight line median of two segments formed by the intersection of said plane with the inner and outer side surfaces of the slot, phi (cp) denoting an angle less than or equal to the angle between the direction parallel to the radial direction and the median direction of the slot , having for example a value of 0° to 25°
  • the angle a can advantageously be from 1° to 45° or even from 15° to 45°, advantageously from 20° to 45°, more preferably from 20° to 40°, or in any interval defined by two of these limits, preferably greater than or equal to 1°, in particular not zero. In a particularly advantageous embodiment, the angle a can be at least 5°, advantageously at most 15°, 20°, 40° or 45°.
  • this angle phi corresponds to the angle formed between the direction parallel to the radial direction and an outer side surface defining the suction chamber.
  • this angle phi is zero on the lateral sides of the suction chamber and non-zero on the upstream and/or downstream side of the suction chamber.
  • the at least one slot is thus configured, in particular oriented, so that, in each plane as previously defined, the angle formed between the outer lateral surface of the suction chamber aspiration and the median direction of the slot is from 0° to 90°, optionally from 1° to 50°, in particular non-zero.
  • each of the first and second angles is (in absolute value), independently, from 0° to 90°-phi, optionally 0° to 45°-phi, phi (cp) being less than or equal to each of the first and second angles, and is for example 0° to 25°.
  • each angle pi, pe can be, independently, from 0° to 90°, advantageously from 1° to 45° or even from 15° to 45°, advantageously from 20° to 45°, more preferably from 20° at 40°, or in any interval defined by two of these limits, preferably greater than or equal to 1°, in particular not zero.
  • Each of the angles pi and pe may independently be 0° to 90°, preferably 0° to 45°, preferably 1° to 45°, more preferably 5° to 30° or within any other defined range by two of these limits, preferably non-zero.
  • the angle pi can be from 5° to 90°, advantageously from 5° to 45°, preferably from 5° to 30°, or in any other interval defined by two of these limits, and the angle ⁇ e is then from 0° to 90°, advantageously from 5° to 45°, preferably from 5° to 30°, or in any other interval defined by two of these limits, preferably not zero .
  • the at least one slot can thus be configured, in particular oriented, so that, in each plane as previously defined, the angle a formed between the outer lateral surface and the median direction of the slot is from 0° to 90°, optionally from 1° to 50°.
  • the angle a can advantageously be from 1° to 45° or even from 15° to 45°, advantageously from 20° to 45°, more preferably from 20° to 40°, or in any interval defined by two of these limits, preferably greater than or equal to 1°, in particular not zero.
  • the angle a can be at least 5°, advantageously at most 15°, 20°, 40° or 45°.
  • first and second angles pi, pe previously defined can then be defined no longer with respect to the direction parallel to the radial direction, but with respect to the outer side surface of the suction chamber, their respective values being then as mentioned above but without subtracting the value of the angle phi.
  • the median direction Dm of a slot as defined above thus corresponds to the direction of the gas flow exiting the slot.
  • the radial direction Ar corresponds to a direction of the suction system which is defined as a straight line perpendicular to a plane defined by the opening of the suction chamber (for example a plane containing at least two opposite edges of this opening) and passing through the center C of this opening.
  • This direction of the suction system can thus be confused with the direction D1 of the housing when the angle phi is zero or be inclined with respect to it when the angle phi is not zero.
  • this direction of the suction system is generally a median of the guiding directions of the housings. The various aforementioned angles can thus be defined with respect to this direction of the suction system when the suction system is not mounted on a rotating electrical machine.
  • the at least one slot may have a width of 0.1 to 20 mm, advantageously from 0.2 to 5 mm or even from 0.2 to 2 mm or in any interval defined by two of these limits. Such widths can facilitate the formation of a gas curtain with an appropriate gas volume flow. This width of the at least one slot may be constant over the entire length of the slot or vary continuously or not.
  • the at least one slot may in particular have a variable width along its length and/or at least two separate slots may have different widths, which may make it possible to obtain a volume flow rate of gas that is substantially constant over the entire length of the the slot(s).
  • a part of the at least one slot closest to a gas inlet orifice supplying the at least one slot may be less wide than the rest of the at least one slot and/or a adjacent slot.
  • part of the at least one slot closest to a gas suction port of the suction chamber may be wider than the rest of the at least one slot and/or than an adjacent slot.
  • the gas ejection device may have a single slot or two or more slots arranged in the extension of one another (end to end). In the latter case, this can make it possible to reinforce the structure of the ejection device, the separations between the slots serving as points of reinforcement. However, these separations are preferably short enough for a gas exiting through these slits to form a continuous or substantially continuous gas curtain along the slits despite the presence of these separations.
  • the sum of the distances separating two adjacent slots can be from 0.1 to 5% of the sum of the lengths of the slots, advantageously from 0.5 to 1.5% or in any interval defined by two of these limits.
  • the gas ejection device may comprise at least one gas inlet port in fluid communication with the at least one slot.
  • this gas inlet orifice may be connected to a gas inlet system, via a flexible or rigid pipe.
  • This gas admission system may in particular comprise a source of gas (reservoir, network or surrounding air) and a device for regulating the pressure or the flow rate of gas injected into the at least one slot.
  • This regulating device can comprise a compressor, a fan, a pneumatic network, a regulating valve, or several of these elements.
  • the intake system may further include a gas filtration system.
  • the gas ejection device may include a gas inlet chamber fluidly connected to the at least one slot and to the at least one gas inlet port.
  • This gas inlet chamber can then serve as a gas reservoir. It can make it possible to ensure a slight overpressure of gas constantly, thus facilitating the regulation of the volume flow rate of gas ejected by the slot.
  • the inlet chamber may be adjacent to the suction chamber and extend, at least in part, along an outer side wall of the suction chamber and/or the along an upper wall of the suction chamber.
  • the suction chamber may have at least one gas suction port for connection to a suction unit via a flexible or rigid pipe.
  • a suction unit is a device for generating a suction flow of air.
  • This suction group can be a suction group of the type used in clean rooms. We will not define this device well known to those skilled in the art any further.
  • the suction system according to the invention can be made in one piece or not.
  • the gas ejection device and the suction chamber may be separate parts assembled together. This assembly can result from interlocking, gluing, screwing, riveting or other.
  • the production of separate parts can in particular make it possible to equip existing suction systems with a gas ejection device.
  • the gas ejection device can be formed from at least two separate parts assembled together, one part defining an outer side surface of the at least one slot, and optionally at least part of the inlet chamber when present, and the other part defining an inner side surface of the at least one slot, optionally the suction chamber and/or the rest of the inlet chamber when present. This can make it possible to facilitate the production, and the assembly, of the gas ejection device.
  • the suction system according to the invention can be made of an antistatic material or of any material covered with an antistatic coating.
  • it can be made of a material that is electrically insulating and resistant to the heat generated by the operation of the machine.
  • the material used is advantageously a non-conductive material resistant to temperatures of at least 110°C. It may for example be an acetal or polyamide resin.
  • the invention also relates to a method for sucking up dust generated by a broom rubbing on a rotating element of a rotating electrical machine without sucking in the surrounding air by means of a suction system according to the invention, in which, at least during the suction of gas through the suction chamber, the at least one slot of the suction system is supplied with a volume flow rate of gas sufficient to form a curtain of gas isolating the opening of the chamber suction of surrounding air.
  • the gas supplying the at least one slot is air, although an inert gas is also possible (argon, nitrogen).
  • argon, nitrogen an inert gas is also possible.
  • the air may then have been previously filtered.
  • the at least one slot of the suction system can be supplied with gas by at least one gas inlet port or by a gas inlet chamber connected to at least one gas inlet port, as previously describe.
  • the gas pressure inside the intake chamber can be higher than the gas pressure inside the suction chamber.
  • this pressure difference between the two chambers may be chosen to be sufficiently high, in particular greater than or equal to a predetermined value, to prevent the surrounding air from passing through the gas curtain and reaching the opening of the suction chamber.
  • a pressure difference of at least 150mbar preferably of at least 200mbar, or even of at least 250mbar can be applied, for example from 150mbar to 300mbar.
  • the suction chamber pressure is negative (vacuum), while the intake chamber pressure is positive.
  • a pressure difference can be applied between the interior volume of the at least one slot and the suction chamber.
  • the gas laden with dust contained in the suction chamber can be sucked up by means of a suction unit and at least part, or even all, of the gas thus sucked up is used after it has passed through a filtration system. to supply the at least one slot of the suction system.
  • the gas sucked in, after eliminating the dust it contains, can thus be reused to form the air curtain.
  • the invention also relates to a rotating electric machine equipped with at least one suction system according to the invention, the electric machine comprising at least one brush rubbing on a rotating element.
  • the at least one brush is received in the through housing of the suction system in the direction of the guide.
  • the latter corresponds to the radial direction of the rotating element or is inclined with respect to the latter by the angle phi (cp).
  • rotating electrical machine any device comprising at least one brush which will rub on a rotating element, in particular a DC motor, a synchronous generator, an earthing device to evacuate leakage currents, or another signal or power transfer system.
  • the rotating element may be a rotor, a rotating shaft, a ring mounted on a rotating shaft, a commutator or an armature ring (“slip-ring of a winding”), Or other.
  • brushes (“carbon brush” in English, this expression also covering the case of brushes not comprising carbon), or brushes (also “fiber brush” in English) mounted on a crown (also called “rocker” in English) fixed by means of brush holders, and pressed against the rotating element make it possible to ensure the transfer of the current between this rotating element and the cables connected to the brushes or to the brushes, these cables being electrically connected to a fixed element .
  • the fixed element can be a stator, a fixed winding, fixed equipment electrically connected to the brush cables, or other.
  • FIG. 1 schematically represents in section in a plane (Ar, At) a suction system according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 schematically represents the suction system of Figure 1 in section in a plane (Ar, Aa) perpendicular to the plane (Ar, At).
  • Figure 3 shows a bottom view of a suction system (in a plane (Aa, At)) according to another embodiment.
  • FIG. 4A [Fig. 4B] [Fig. 4C] Figures 4A-4C show cross-sectional views of various slot configurations.
  • FIG. 5 Figure 5 is a cross-sectional view of another slot configuration.
  • FIG. 6 [Fig.7] [Fig. 8] [Fig.9] Figures 6 to 9 represent sectional views showing different relative positions of the suction and inlet chambers.
  • Figure 10 shows an exploded perspective view of a suction system according to one embodiment.
  • FIG. 11 [Fig. 12] Figures 11 and 12 show the gas flows of a suction system according to one embodiment of the invention.
  • Substantially parallel means a direction parallel to or deviating by no more than ⁇ 20°, or even no more than ⁇ 10° or no more than ⁇ 5° from a parallel direction.
  • FIGS 1 -3 show a suction system 10 intended to suck up dust generated by a broom 1 intended to rub on a rotating element 3 of a rotating electrical machine when it is mounted on the latter.
  • the rotary element 3 rotates in a direction of rotation represented by the arrow F1 in the figures.
  • the term “upstream and downstream sides” denotes the sides of the suction system, in a plane perpendicular to the axis of rotation of the element rotary, through which enters and exits, respectively, a fixed point of the rotary element when the latter rotates.
  • the upstream and downstream sides therefore respectively designate the sides of the suction system located to the left and to the right of the broom 2.
  • the brush 1 is here held by a brush holder 2, generally called a brush holder cage.
  • the broom 1 and its cage 2 are received in a through housing 12 of the suction system 10, this through housing 12 extending in a guide direction D1.
  • this guide direction D1 may correspond to a radial direction Ar of the rotary element 3 passing through a central point C of the lower opening 13 of the housing.
  • the brush 1 In the assembly position, the brush 1 is in contact with the rotating element 3 on the side of a lower end 12a of the housing. Typically, the brush 1 protrudes out of the housing 12 on the side of the lower opening 13 in the guide direction D1.
  • the axis Ar thus represents the radial direction of the rotating element of the rotating machine in which the brush is mounted passing through the central point C
  • the axes Aa and At define a plane perpendicular to the axis Ar and correspond to perpendicular transverse directions, the axis Aa being parallel to the axis of rotation of the rotary element 3.
  • the guide direction D1 of the brush (corresponding to the axis Z in FIG. 5) is inclined with respect to the radial direction Ar in the plane (Ar, At) by an angle phi (cp ), in particular downstream with respect to the rotation of the rotary element 3.
  • the suction system 10 also comprises a suction chamber 14 having an opening 15 located opposite the rotary element 3 in the mounting position of the suction system (fig. 1, 2).
  • This opening 15 extends over at least part of the periphery of the lower end 12a of the housing. In the example shown in Figures 1 and 2, the opening 15 extends over the entire circumference of the housing 12.
  • the opening 15, as well as the suction chamber 14, extend on a downstream side of the housing with respect to the direction of rotation of the rotary element 3 (symbolized by the arrow F1 fig. 3), and on the two adjacent lateral sides, thus forming a U-shape (in the plane (Aa, At)) open upstream with respect to the direction of rotation of the rotary element 3.
  • the invention is however not limited by a particular shape of the suction chamber 14 and of the opening 15, which could have not parallelepipedic shapes as in the example, but rounded shapes (curves, ovals or rounds) in the plane (Aa, At).
  • the housing 12 here has a parallelepipedal shape corresponding to a typical shape of a brush or a brush holder cage.
  • the invention is however not limited to a particular shape of the housing provided that it can receive a broom or its cage, this shape being typically complementary to the shape of the broom or its cage.
  • the housing 12 can be configured to receive more than one brush or more than one brush holder cage.
  • the housing can then have as many guide directions as there are brushes, these guide directions being generally parallel to each other. It is also possible to provide several separate housings which are then surrounded at least in part by the opening of the suction chamber.
  • the suction chamber 14 is defined by at least one exterior side surface 140 and at least one interior side surface 141, which form part of an exterior side wall 142 and an interior side wall 143, respectively.
  • inner side wall 143 is closest to housing 12, outer side wall 142 is furthest from housing 12.
  • These side walls 142, 143 extend substantially parallel to the guide direction D1 and are connected by an upper wall 144 on a side opposite the opening 15.
  • the inner side wall 143 can define the housing 12, as seen in Figures 1 and 2.
  • the outer side wall 142 here its upstream and downstream sides visible in the plan view ( Ar, At) (FIG. 2), may have a height, measured in the radial direction Ar, greater than the height of the inner side wall 143, in particular on the side of the lower end 12a of the housing, which allows the position as close as possible to the rotary element 3.
  • the outer side wall 142 here its downstream side, visible in the view of the plane (Ar, At)
  • this angle phi is from 0 to 25°.
  • the height of the outer side wall 142 can be measured in the plane of the outer side surface 140 along a direction defined by the intersection of the plane (Ar, At) with this outer side surface 140. This inclination of an angle cp of the outer side wall 140 keeps the opening 15 of the suction chamber and the adjacent outlet of the slot close to the rotating element 3, thus improving the efficiency of the gas curtain formed as well as the dust extraction efficiency.
  • the outer side wall 142 can be inclined and/or its height can be increased on its upstream and/or downstream sides, in order to be positioned as close as possible to the rotating element 3 and to follow its curvature (see figures 2 and 5).
  • the distance separating the rotary element 3 from the opening 15 of the suction chamber or from the outlet orifice of the slot or slots is typically 2 mm or more, for example from 2 to 5 mm.
  • the invention is however not limited by a particular shape of the suction chamber 14 nor of its opening 15, provided that these allow evacuation of the gases sucked in through the opening 15, in particular via one or more orifices of aspiration.
  • the opening 15 has a width (corresponding to the distance separating the inner 141 and outer 140 side surfaces of the suction chamber 14) which varies on the periphery of the housing 12, with a width La downstream side of the opening larger on the side of the suction port 16 than the width la of the opening 15 on its lateral sides.
  • the opening 15 of the suction chamber is thus wider on the ejection side of the dust. brush wear dust when the rotating element rotates, ie on the side where the quantity of dust ejected is the greatest.
  • the suction chamber 14 typically includes at least one suction port 16, here only one, for connection to a suction unit 17 via a flexible or rigid pipe.
  • This suction unit 17 can be equipped with a filtration system 170.
  • the suction orifice 16 is extended by a pipe 16a made in one piece with the suction chamber 14 (fig. 2).
  • the suction port(s) 16 are typically located on the top wall 144 of the suction chamber.
  • the suction system 10 has a gas ejection device 20, generally air, comprising at least one slot 21 opening out from the side of the lower end 12a of the housing and extending around the lower end 12a of the housing over at least part of its periphery and around at least part of the opening 15 of the suction chamber, preferably over the entire circumference of the housing, as shown in FIG.
  • a plurality of slots 21 a, 21 b, 21 c, 21 d, 21 e, 21 f extend in the extension of each other (end to end), all around of the lower end 12a, separated from each other by thin separations 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f.
  • the invention is not limited to a particular number of slots.
  • each separation, or discontinuity, between two slots can have a length of 0.05 to 2 mm, advantageously from 0.1 to 1.5 mm. When several discontinuities are present, they can be of the same length.
  • a percentage of discontinuities may be defined corresponding to the ratio of the total length of the discontinuities to the sum of the lengths of all the slots, which may be from 0.1% to 5%, advantageously from 0.5% to 1.5% or within any interval defined by two of these limits.
  • These separations or discontinuities can advantageously be located in the immediate vicinity of the outlet orifice of the slots, and extend over the entire height of a slot or over part of this height (according to the definition given below).
  • the slot or slots are configured, in particular oriented, to direct a flow of gas exiting through this or these slots in a direction D2 away from the opening 15 of the suction chamber 14.
  • These slots are thus oriented in a direction moving away from the opening of the suction chamber 14, in other words in a direction opposite to this opening 15.
  • a slot is a narrow and long opening, more or less deep, in other words having a greater or lesser height.
  • the use of slot(s) having an orientation as previously described with respect to the opening of the suction chamber to eject gas makes it possible to create a curtain of gas (typically air) along the suction chamber. suction, preferably all around the housing 12, to isolate the suction chamber 14 from the surrounding air and the pollutants it contains.
  • the gas ejection device 20 may comprise at least one gas inlet port 201 in fluid communication with the at least one slot 21 for connection to a gas inlet system 23, via a pipe flexible or rigid.
  • the gas inlet orifice 201 is extended by a conduit 202.
  • the gas inlet system 23 further comprises a source of gas, here the surrounding air, a device for regulating the pressure or flow rate of injected gas 230 and a filtration system 231 of the injected gas. Provision may also be made to send part or all of the air sucked in by the suction unit 17 back into the gas intake system 23, after passing through a filtration system 170 allowing it to be rid of dust, such as shown in Figure 1.
  • the filtration system 170 may be connected by one or more appropriate pipes directly to the gas admission system 23 or to the pipes connecting the latter to the at least one gas ejection device slot 20.
  • the suction system 10 can be made in one piece, for example by 3D printing, or in several parts, as shown in Figure 10.
  • the suction system 10 is formed of three parts 101, 102, 103.
  • Part 101 comprises the gas inlet 201, the conduit 202 connecting this orifice to the gas inlet chamber 24 and at least part of the inlet chamber 24.
  • the conduit 202 here has a pyramidal shape.
  • the portion of the part 101 corresponding to the inlet chamber 24 has the shape of a frame.
  • Part 102 comprises the suction chamber 14 (and its opening 15), the suction orifice 16 and the duct 16a, also of pyramidal shape.
  • the lower portion of the outer side wall 142 of the suction chamber 14 forms the inner side surface 210 of the slots 21 or 21a-21f and part of the intake chamber 24.
  • Part 102 fits inside part 101, the outer side wall 142 of the suction chamber being positioned in airtight support against the inner side wall 243 of the inlet chamber 24.
  • part 103 in the form of a frame, comprises the lower side wall 245 of the intake chamber and comprises a wall 104 forming the outer side surface 211 of the slots 21 or 21a-21f. Part 103 thus partially closes the intake chamber 24 and secures the three parts, for example via fixing screws 105 assembling part 103 to part 101.
  • the outer side wall 242 of the inlet chamber 24 of the part 101 could form the outer side surface 211 of the slots 21 or 21a-21f.
  • Parts 101 and 103 could then be mounted on parts 102 that already exist. It will be noted that the parts 101 and 103 could be integral or form a single part.
  • At least one brush wear detection sensor can be integrated into the suction chamber and/or the intake chamber.
  • this sensor will be positioned as close as possible to the lower end of the housing or in an upper part of it.
  • Figures 1 and 2 show the directions of the circulating fluxes when the rotary element 3 of the electric machine rotates in the direction of the arrow F1.
  • a suction flow generated by the suction unit 17 and symbolized by the arrows F2 sucks up the air and dust located in the immediate vicinity of the end of the broom rubbing on the rotating element 3 and evacuates them. via the suction chamber 14, the orifice 16 and its duct 16a.
  • an airflow generated by the air intake system 23 is routed to the slots 21 via the intake orifice 201 and its duct 202 and the intake chamber 24. These airflows are symbolized by the arrows F3.
  • Management system It is also possible to provide a management system 28 for the suction unit 17 and the gas admission system 23 configured to control the volume flow rates and/or the pressures delivered by the suction unit and the gas admission system. gas.
  • This management system 28 can include calculation and transmission means such as a processor, for example a microprocessor, a microcontroller or the like.
  • the means of calculation and transmission can be programmed for:
  • setpoint values can in particular be calculated in order to maintain a volume flow rate of gas sufficient to form a curtain of gas isolating the opening of the suction chamber from the surrounding air, advantageously to maintain a gas pressure inside from the intake chamber higher than the gas pressure inside the suction chamber, especially with a particular pressure difference.
  • These adjustment means may be devices for regulating the pressure or the flow rate of a gas.
  • the management system 28 can also include monitoring means, in particular automated: of the suction unit 17 and of the intake system 23, for example a detection of filter clogging or a pressure sensor (verification that it does not there is no deviation from the set value), and/or of the rotating electrical machine, for example to monitor via sensors the temperature of the air surrounding the rotating elements, the wear of the brushes, the current flowing in brushes, starting or stopping the machine.
  • monitoring means in particular automated: of the suction unit 17 and of the intake system 23, for example a detection of filter clogging or a pressure sensor (verification that it does not there is no deviation from the set value), and/or of the rotating electrical machine, for example to monitor via sensors the temperature of the air surrounding the rotating elements, the wear of the brushes, the current flowing in brushes, starting or stopping the machine.
  • the management system 28 can thus be configured to control the starting and the stopping of the suction unit 17 and of the admission system 23, simultaneously or not (for example stopping of the suction system 15 minutes after the shutdown of the rotating machine then shutdown of the intake system 5 minutes later).
  • a slot outlet orifice 212 will also be defined corresponding to the orifice through which a slot emerges on the side of the rotary element 3 and a slot inlet 213 through which the gas enters inside the slot. .
  • FIGS. 4A to 4C and 5 Examples of possible configurations are described with reference to FIGS. 4A to 4C and 5. These embodiments apply both to a configuration having a single slot and to a configuration having two or more slots. Different slots may have different configurations. In particular, the different embodiments described below can be combined.
  • each slot 21 is defined by an inner side surface 210 and an outer side surface 211 arranged facing each other.
  • Inner side surface 210 is closest to housing 12, outer side surface 211 is furthest from housing 12.
  • the Z direction is parallel to outer side surface 140 of the chamber aspiration.
  • the reference (Z, X) is, in figure 5, inclined by the angle cp with respect to the reference (Ar, At), in the plane of (Ar, At).
  • the mark (Z, X) coincides with the mark (Ar, At).
  • the angle phi is generally zero, in other words, on its lateral sides (substantially parallel to the direction At), the outer lateral surface 140 of the suction chamber is parallel to the radial direction Ar (as shown in Figure 1).
  • angles a, pi and pe described below as well as the median direction Dm are defined in each plane perpendicular to the inner 210 and outer 211 side surfaces and which is parallel to the radial direction Ar passing through the central point C (visible in Figures 1 -3) of the lower opening of the housing when the suction system is mounted on the electric machine.
  • the angle values given are absolute values.
  • This median direction Dm corresponds, in particular substantially, to the second direction D2 in which the gas is ejected at the outlet of a slot. This median direction thus corresponds to the orientation of the slot.
  • angles beta i (pi) and beta e (0e) formed between the outer side surface 140 of the suction chamber and, respectively, the inner side surface 210 of slot and the outer side surface 211 of the slot.
  • the angle a is thus between the angles pi and pe.
  • the angle a can be from 0° to 90°, advantageously from 1° to 45° or in any interval defined by two of these limits.
  • angles a, pi and pe can be equal (inner 210 and outer 211 side surfaces of the slot parallel), as shown in FIG. 4A or 5.
  • the median direction Dm is then parallel to the side surfaces of the slot.
  • angles pi and pe can be different as shown in Figures 4B and 4C.
  • the inner 210 and outer 211 side surfaces of the slot diverge toward the exit port 212 of the slot, i.e., pi ⁇ pe.
  • the gas is then ejected with a lower speed (compared to the configurations of FIGS. 4A and 4B with the same gas volume flow and the same width of the outlet orifice of the slot) but according to a cone.
  • pe is at most 90°.
  • Figure 5 shows a configuration similar to Figure 4A, in which the wall 140 is inclined at an angle phi with respect to the radial direction.
  • the angles a, pi and pe are then defined with respect to the radial direction of the rotary element, the angle a being defined between the radial direction Ar and the median direction Dm, the angles pi and pe being defined between the radial direction Ar and, respectively, the slot inner side surface 210 and slot outer side surface 211 respectively.
  • each of the angles pi and pe can indifferently and independently be from 0° to 90°, advantageously from 0° to 45°, preferably from 1° to 45°, more preferably from 5° to 30° or within any other interval defined by two of these limits, preferably non-zero.
  • the angle pi can be from 5° to 90°, advantageously from 5° to 45°, preferably from 5° to 30°, or in any other interval defined by two of these limits, and the angle pe is then from 0° to 90°, advantageously from 5° to 45°, preferably from 5° to 30°, or in any other interval defined by two of these limits, preferably non-zero.
  • the difference between the angles pi and pe is from 0° to 90°, advantageously from 0° to 45° or from 0° to 30°, more preferably from 0° to 10° , or is in any interval defined by two of these limits. This can make it possible to control the guidance and the outlet speed of the ejected gas in order to limit the formation of turbulence at the outlet of the slot.
  • angles a, pi and pe can be as described above at any point along the length of a slot. These angles may or may not be constant over the length of the slot or slots, preferably constant. When a slot is not adjacent to the opening of the suction chamber, these angles can be defined in the frame (Ar, At) with respect to a direction parallel to the radial direction Ar passing through the central point C of the opening 13 of the housing (the value of the angle cp is then subtracted from the values above).
  • the width of a slot can be defined as the distance separating its inner 210 and outer 211 side surfaces at the outlet orifice 212 of the slot (it is therefore measured in a plane perpendicular to the median direction dm).
  • This width If can be chosen according to the gas pressure ejected by the slot and the gas ejection speed. Its value is typically from 0.1 to 20 mm, for example from 0.2 to 5 mm or in any interval comprised between two of these limits.
  • the slot width If can thus vary from one slot to another when several slots are present and/or over the length of one or more of the slots.
  • This variation can be from 0% to 200% of a nominal slot width value, advantageously from 25% to 75%, advantageously from 40% to 60%, for example 50%.
  • This nominal slot width value can be from 0.1 to 20 mm and be chosen by simulations and/or tests.
  • the width If' of the downstream sides (parallel to the axis Aa) of the slots 21 a and 21 f located close to a gas inlet orifice in fluid communication with all the slots is less than the width If” of the slots 21 c and 21 d located close to the orifice d gas suction.
  • this variation in width is preferably progressive over the entire length of the slot.
  • the width of the opening 15 of the suction chamber is typically 4 to 20mm.
  • the height H of a slot measured along the median direction Dm defined above between the outlet orifice 212 of the slot and its inlet orifice 213, can advantageously be large enough to direct the ejected gas in a direction main ejection corresponding to the direction D2.
  • a minimum value for the height of the slot can be 0.5 mm, a maximum value depending on the configuration of the system, in particular the position of the intake chamber when she is here.
  • a slot extends in the direction Dm along a rectilinear direction between its inlet and outlet orifices.
  • a slot extends along a slightly curved direction over at least part of its height and that it remains for example rectilinear in the immediate vicinity of its outlet orifice 212.
  • the angles defined above are then with respect to this rectilinear part.
  • This rectilinear zone in the immediate vicinity of the outlet orifice can extend over a height of at least 0.5 mm to ensure good air guidance.
  • the minimum distance between the opening 15 of the suction chamber and the outlet orifice 212 of the slot in other words between the outer side surface 140 of the suction chamber and the inner side surface 210 of the slot, at level of their opening/exit orifice respectively, can be determined by means of simulations. By way of example, it may be from 0.1 to 10 mm, advantageously from 0.5 to 5 mm or in any interval defined by two of these limits.
  • the opening of the at least one slot and the opening of the suction chamber are formed (in a plane perpendicular to the radial direction Ar) of rectilinear parts parallel to the sides of the housing and which extend over at least part of the periphery thereof.
  • This configuration is simple to implement, one could however envisage openings formed from non-rectilinear parts.
  • the slot(s) 21 of the gas ejection device can be connected directly to the gas inlet orifice 201.
  • an inlet chamber 24 fluidly connected to the at least one slot and to the one or more gas inlets.
  • This inlet chamber 24 can be fluidically connected directly to the inlet orifice 213 of the slot(s), as shown in FIGS. 8 and 9, or else be fluidically connected to the slot(s) 21 via a conduit 26 ( Figures 1 - 7).
  • Such an inlet chamber 24 serves as a reservoir, which favors the maintenance of a slight overpressure with respect to the pressure of the suction chamber 14.
  • This overpressure can be obtained by a suitable shape and size of the orifices of gas inlet 201. This overpressure is represented symbolically by the signs “++” in the figures.
  • the suction orifice 16 may be located on the side opposite the gas inlet orifice 201 .
  • the shape of the admission chamber 24 can be arbitrary. It may have a section in the shape of a quadrilateral, for example with rounded corners, or of oval or other shape.
  • the shape of the intake chamber 24 can be variable on the periphery of the housing: the different shapes of the intake chambers 24 described with reference to the figures can thus be combined.
  • the intake chamber 24 is defined by at least one outer side surface 240 and at least one inner side surface 241, which respectively form part of an outer side wall 242 and an inner side wall 243.
  • the inner side wall 243 is closest to housing 12, outer side wall 242 is farthest from housing 12.
  • side walls 242, 243 extend substantially parallel to the radial direction Ar and are connected by an upper wall 244 d a side opposite the slot and a bottom wall 245 partially closes them at the bottom.
  • the inner side wall 243 is formed by the outer side wall 142 of the suction chamber 14, the upper walls 144 and 244 of the two chambers extending in the extension of one of the other (fig. 1 ).
  • the inlet chamber 24 can be positioned either laterally relative to the suction chamber, as shown in Figures 1 to 3, the conduit 26 can then be omitted, or else be placed above the suction chamber ( on the side opposite the opening of the suction chamber), as represented in FIGS. 6 and 7, requiring the presence of the duct 26.
  • the duct 26 and the slot 21 can then either extend along the outer side wall 142 of the suction chamber, over its entire height, as shown in Figure 6, or be formed in the thickness of this outer side wall, as shown in Figure 7.
  • the inlet chamber 24 When the inlet chamber 24 is positioned above above the suction chamber 14 (in the radial direction Ar), it can partly define the housing 12, the other part of the housing being defined by the suction chamber.
  • the inner side walls 143 and 243 of the two chambers then extend in the extension of one another, in the radial direction Ar in the example of FIG. 6.
  • the inlet chamber 24 can be integrated into the outer side wall 142 of the suction chamber.
  • the conduit 26 may then be present or not, as shown.
  • the inlet chamber 24 can be of oval or circular section and surround the suction chamber 14 like an air chamber.
  • conduit 26 is absent. This makes it possible to further reduce the size of the gas ejection device. The height of the admission chamber 24 can then be low. The conduit 26 thus connects the inlet chamber 24 to the slot or slots. It can have any shape in section along a plane containing the direction D1. It can thus be rectilinear, of constant section or not. Examples
  • the angle phi previously described and defined is zero.
  • a suction system of the type shown in Figures 3 and 10 may have the dimensions collated in Table 1 (with reference to Figure 3).
  • the air curtain generated pushes back the outside air so that the latter is not sucked in.
  • any pollution present in the air surrounding the suction system is not sucked in.
  • a small part of the air curtain generated is sucked in, but that this part is too weak to destabilize the air curtain and carry with it the surrounding air and its pollution.

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Abstract

Un système d'aspiration (10) est destiné à aspirer des poussières générées par un balai (1) frottant sur un élément rotatif (3) d'une machine électrique tournante sans trop aspirer l'air environnant. Le système d'aspiration comprend à cet effet un logement (12) de balai entouré d'une ouverture (14) d'une chambre d'aspiration (15) et un dispositif d'éjection de gaz (20) comprenant au moins une fente (21) débouchant autour d'au moins une partie de l'ouverture (15) d'une chambre d'aspiration (14) des poussières crées par ledit frottement du balai. Le flux de gaz sortant par ladite fente (21) dans une direction (D2), éloignée de l'ouverture de la chambre d'aspiration, formant ainsi un rideau d'air isolant celle-ci de l'air environnant.

Description

DESCRIPTION
SYSTEME D'ASPIRATION EFFICACE DES POUSSIERES D'UNE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE EN ENVIRONNEMENT POLLUE
Domaine de l’invention
La présente invention concerne le domaine des porte-balais et plus particulièrement les porte-balais pour machines électriques tournantes.
Un dispositif porte-balai est un ensemble d’éléments servant à maintenir en place et guider un balai d’une machine électrique tournante, par exemple un moteur ou un générateur.
Arrière-plan technologique
Un balai, habituellement à base de graphite, permet d’assurer la transmission de la puissance électrique entre un élément mobile et un élément fixe.
Le dispositif porte-balai a pour objectif de maintenir le balai en contact avec la surface mobile de la machine électrique tournante, par exemple un collecteur ou une bague, en exerçant sur ce balai une certaine pression. Habituellement, la pression est assurée par l’intermédiaire d’un dispositif élastique tel qu’un ressort. Lors du fonctionnement de la machine électrique, des poussières sont générées du fait du frottement du balai contre l’élément mobile. Ces poussières sont susceptibles de conduire à une dégradation de l’état de surface du collecteur ou de la bague et/ou des coincements mécaniques et/ou des défauts d’isolation électrique. Des systèmes d’aspiration de ces poussières ont ainsi été développés, tel que celui décrit dans le document EP2532078B1 déposé par la demanderesse, lequel comprend un dispositif de guidage agencé de façon à concentrer un flux d’air généré par le système d’aspiration à proximité de l’extrémité de balai en contact avec l’élément rotatif. Ce dispositif de guidage définit une chambre d’aspiration entourant en partie le balai du côté de son extrémité en contact avec l’élément rotatif de la machine. D’autres systèmes d’aspiration injectent de l’air à proximité de l’extrémité du balai. C’est le cas du système d’aspiration décrit dans le document GB1005433A qui comprend d’une part un conduit d’aspiration situé d’un côté du balai, à proximité immédiate de celui-ci, pour aspirer l’air ionisé généré par la rotation de la machine, entraînant avec lui les poussières générées par l’usure des pièces en frottement, et d’autre part un conduit d’admission d’air situé contre le conduit d’aspiration de l’air, d’un côté opposé au balai, pour envoyer de l’air frais en direction de l’extrémité du balai afin de remplacer l’air ionisé. Le document EP3073586A1 décrit un système d’aspiration comprenant une chambre entourant l’extrémité du balai. De l’air est injecté dans cette chambre d’aspiration par deux entrées orientées vers cette chambre afin de décoller les poussières du balai et de les disperser à l’intérieur de la chambre, permettant leur extraction par aspiration via une conduite de sortie. La chambre est positionnée au plus près de la partie rotative de la machine tournante afin de limiter la dispersion des poussières en dehors de la chambre. Le document US2018083511A1 décrit un système d’aspiration et de refroidissement d’une zone de contact entre un balai et une bague de machine électrique. Dans ce système, l’air est soufflé en direction de la bague et du balai via une fente entourant une chambre d’aspiration afin de décoller la poussière de la bague en accélérant la vitesse du fluide et de la diriger vers la chambre d’aspiration. La fente par laquelle l’air est soufflé est donc orientée vers l’ouverture de la chambre d’aspiration et par conséquent vers le logement recevant le balai (ce logement étant entouré par la chambre d’aspiration). Cet air soufflé crée un flux aspirant l’air environnant, améliorant ainsi la récupération des poussières tout en empêchant les particules de se disperser en dehors du système, comme le montre la circulation des flux représentée sur la figure 6 de ce document.
Ces systèmes d’aspiration présentent ainsi l’inconvénient d’aspirer également une partie de l’air environnant le balai. En effet, en raison de leur utilisation à proximité immédiate d’un élément mobile, il n’est pas possible de réaliser une étanchéité mécanique entre les chambres ou conduits d’aspiration de ces systèmes et l’air environnant. En outre, certains systèmes, tel que celui décrit dans le document US2018083511 A1 , aspirent l’air environnant pour fonctionner. Or, cet air environnant peut être chargé en polluants qui peuvent dégrader le système d’aspiration, notamment encrasser les filtres et/ou se déposer sur les surfaces avec les poussières jusqu’à provoquer le colmatage du système. Ainsi, lorsque l’air environnant est pollué, et en particulier par des polluants huileux ou de l’eau présents sous forme vaporisée ou dispersée, ou encore des particules générées dans l’environnement de la machine (par exemple lors de la fabrication de ciment ou de papier), les solutions proposées pour une évacuation efficace des poussières sont peu nombreuses. Une solution consiste à isoler le compartiment contenant la surface mobile de la machine tournante et le balai, voir la totalité de la machine, au moyen d’un boîtier de protection et d’installer un système d’aspiration de type « push-pull » qui injecte de l’air propre à l’intérieur du compartiment et l’aspire hors de celui-ci. Une autre solution consiste à installer un système d’aspiration de poussières mais avec le risque de colmatage décrit plus haut et de dégradation de la machine, ce qui nécessite un entretien régulier. Enfin, dans certains cas, la seule solution retenue est une maintenance régulière consistant à nettoyer poussières et polluants déposés sur la machine.
On connaît également des systèmes dédiés uniquement au refroidissement tels que ceux décrits dans le document JPS6135561 , dans lesquels de l’air est envoyé via un conduit entourant un support de balai en direction de l’élément rotatif. Ces systèmes ne prévoient pas d’aspiration des poussières générées par le frottement du balai.
Il existe donc un besoin pour un système d’aspiration simple, facile à installer et efficace, même dans les environnements pollués, et qui soit en outre compact.
Description de l’invention
Un premier objet de l’invention concerne un système d’aspiration destiné à aspirer des poussières générées par un balai frottant sur un élément rotatif d’une machine électrique tournante sans aspirer l’air environnant, le système comprenant : un logement traversant s’étendant suivant une direction de guidage et apte à recevoir un balai ou un support de balai selon ladite direction de guidage, une chambre d’aspiration présentant une ouverture destinée à faire face à l’élément rotatif, ladite ouverture s’étendant sur au moins une partie de la périphérie d’une extrémité inférieure du logement destinée à être positionnée en regard de l’élément rotatif, un dispositif d’éjection de gaz comprenant au moins une fente débouchant du côté de l’extrémité inférieure du logement, l’au moins une fente s’étendant autour de l’extrémité inférieure du logement sur au moins une partie de la périphérie de ce dernier et autour d’au moins une partie de l’ouverture de la chambre d’aspiration et l’au moins une fente étant configurée pour diriger un flux de gaz sortant par l’au moins une fente dans une direction éloignée de l’ouverture de la chambre d’aspiration.
Par « direction éloignée de l’ouverture de la chambre d’aspiration », on entend une direction qui s’écarte de l’ouverture de la chambre d’aspiration, autrement dit, qui n’est pas dirigée vers celle-ci. Ainsi, le gaz sortant par l’au moins une fente n’est pas dirigé vers le logement destiné à recevoir le balai mais dans une direction opposée à ce logement. On comprend ainsi que le gaz éjecté avec un débit volumique approprié n’est pas, ou alors de manière négligeable, aspiré par la chambre d’aspiration, contrairement aux configurations des systèmes d’aspiration existants. On comprend également que cette éjection du gaz est obtenue par l’au moins une fente orientée dans une direction qui s’écarte de l’ouverture d’aspiration, notamment orientée dans une direction opposée à cette ouverture. En particulier, une direction médiane de l’au moins une fente, notamment telle que définie plus bas, s’écarte de l’ouverture d’aspiration, notamment est dirigée dans une direction opposée à cette ouverture.
Par l’agencement de la présente invention, il est ainsi possible en éjectant le gaz avec un débit volumique approprié de former un rideau de gaz sur au moins une partie de la périphérie de l’ouverture de la chambre d’aspiration permettant d’isoler celle-ci de la pollution présente dans l’air environnant le système d’aspiration selon l’invention. Il est ainsi possible d’installer le système d’aspiration de l’invention dans un environnement pollué, notamment par des vapeurs d’eau ou huileuses ou encore par des particules générées dans l’environnement de la machine, en limitant, voire supprimant, les risques de colmatage. Cet air environnant peut ainsi être défini comme l’air situé autour du système d’aspiration, à l’exception de l’air situé en regard de l’ouverture de la chambre d’aspiration. Ainsi, lorsque le système d’aspiration est monté sur la machine électrique, cet air environnant n’inclut pas l’air situé entre le système d’aspiration et l’élément rotatif de la machine électrique au niveau de la zone de contact du balai avec l’élément rotatif.
Le logement du système d’aspiration selon l’invention est apte à recevoir un balai ou un support de balai suivant la direction de guidage. L’article « un » doit ici être compris comme signifiant « au moins un ». Dit autrement, le logement du système d’aspiration selon l’invention est apte à recevoir au moins un balai ou au moins un support de balai selon la direction de guidage. Le logement peut notamment être apte à recevoir un, deux ou plusieurs balais, ou un, deux ou plusieurs supports de balai. Ainsi, dans la suite de la description, les expressions « un balai », « le balai », « du balai », « un support de balai », « le support de balai », « du support de balai » doivent être interprétées comme signifiant respectivement « au moins balai », « l’au moins un balai », « de l’au moins un balai », « au moins un support de balai », « l’au moins un support de balai », « de l’au moins un support de balai ». Lorsque le logement est apte à recevoir deux ou plusieurs balais ou supports de balai, chaque balai ou support de balai s’étend suivant ladite direction de guidage. Dans un mode de réalisation particulier, le logement du système d’aspiration selon l’invention est apte à recevoir un seul balai ou un seul support de balai suivant la direction de guidage.
Selon l’invention, le système d’aspiration comprend « un logement ». L’article « un » doit ici être compris comme signifiant « au moins un ». Dit autrement, le système d’aspiration peut comprendre au moins un logement recevant chacun un ou plusieurs balais ou supports de balai. Dans ce cas, les logements peuvent s’étendre selon des directions de guidage distinctes et l’ouverture de la chambre d’aspiration s’étend sur au moins une partie de la périphérie des extrémités inférieures des logements destinées à être positionnées en regard de l’élément rotatif. Dans un mode de réalisation particulier, le système d’aspiration peut comprendre au moins un logement recevant au moins un balai ou support de balai. Dans un autre mode de réalisation particulier, le système d’aspiration peut comprendre un seul logement recevant un seul balai ou support de balai.
Les modes des réalisation particuliers ou non qui viennent d’être décrits peuvent être combinés avec tous les modes de réalisation décrits dans la présente demande.
On notera que le balai ne fait pas partie du système d’aspiration, mais que le logement de ce dernier est destiné à recevoir le balai lors de son utilisation dans une machine électrique tournante. Par ailleurs, bien que le système d’aspiration selon l’invention soit destiné à aspirer des poussières générées par un balai frottant sur un élément rotatif d’une machine électrique tournante, cette aspiration est réalisée par la chambre d’aspiration, le dispositif d’éjection de gaz isolant en partie la chambre d’aspiration de l’air situé autour du système d’aspiration grâce à l’air éjecté par l’au moins une fente orientée dans une direction s’écartant de l’ouverture de la chambre d’aspiration. Ainsi, l’élément rotatif et la machine électrique tournante ne font pas partie du système d’aspiration selon l’invention. En revanche, une machine électrique tournante comprenant au moins un balai frottant sur un élément rotatif, peut être équipée d’au moins un système d’aspiration selon l’invention (un système d’aspiration pour un ou plusieurs balais).
L’au moins une fente, et par conséquent son ouverture, s’étend sur au moins une partie de la périphérie de l’extrémité du logement. L’au moins une fente pourra s’étendre de manière privilégiée d’un côté amont du logement par rapport au sens de rotation de l’élément rotatif lorsque le système d’aspiration est monté sur la machine électrique, et sur les côtés latéraux adjacents du logement. En variante ou en combinaison, l’au moins une fente peut s’étendre sur au moins une partie de la périphérie du logement sur laquelle s’étend l’ouverture de la chambre d’aspiration, autrement dit le long de cette ouverture.
Dans un mode de réalisation préféré, la ou les fentes du dispositif d’éjection de gaz s’étendent sur toute la périphérie de l’extrémité inférieure du logement. La ou les fentes entourent alors entièrement l’ouverture de la chambre d’aspiration, pour une meilleure isolation de celle-ci de l’air environnant. Le logement traversant du système d’aspiration permet un montage et un guidage aisé du balai, soit en positionnant directement le balai à l’intérieur du logement, ce dernier formant alors une partie d’un support de balai, soit en positionnant un support de balai, aussi appelé cage, à l’intérieur du logement. Le logement pourra ainsi présenter une forme complémentaire d’un balai ou d’un support de balai, typiquement une forme parallélépipédique. Le logement peut notamment être formé par des parois qui font partie de la chambre d’aspiration ou qui sont solidarisées à celle-ci.
La direction de guidage du logement peut correspondre à une direction radiale de l’élément rotatif lorsque le système d’aspiration est monté sur la machine électrique tournante, cette direction radiale passant par un point central d’une ouverture inférieure du logement destinée à être positionnée en regard de l’élément rotatif lorsque le système d’aspiration selon l’invention est monté sur la machine électrique. En variante, la direction de guidage peut comprendre une composante radiale (la direction de guidage forme alors un angle avec la direction radiale précédemment définie dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’élément rotatif).
L’ouverture de la chambre d’aspiration peut s’étendre sur toute la périphérie de l’extrémité inférieure du logement ou sur une partie seulement de celle-ci. Notamment, cette ouverture peut s’étendre sur au moins une partie de trois côtés du logement lorsque ce dernier présente une forme parallélépipédique, généralement sur un côté destiné à être positionné en aval du balai par rapport au sens de rotation de l’élément rotatif, et sur les deux côtés latéraux adjacents. L’au moins une fente peut être définie par une surface latérale intérieure et une surface latérale extérieure disposées en regard l’une de l’autre. La largeur de la fente correspond ainsi à la distance séparant ces surfaces latérales intérieure et extérieure.
Avantageusement, afin d’éloigner le gaz sortant par l’au moins une fente de l’ouverture de la chambre d’aspiration et du logement, l’au moins une fente peut être configurée, notamment orientée, de sorte que, sur toute la longueur de l’au moins une fente, dans chaque plan perpendiculaire aux surfaces latérales intérieure et extérieure de l’au moins une fente et parallèle à une direction radiale de l’élément rotatif passant par un point central d’une ouverture inférieure du logement lorsque le système d’aspiration est monté sur la machine électrique, un angle a formé entre une direction parallèle à la direction radiale et une direction médiane de fente est (en valeur absolue) de 0° à 90°-phi, optionnellement de 1 ° à 50°-phi, cette direction médiane de fente étant définie comme une droite médiane de deux segments formés par l’intersection dudit plan avec les surfaces latérales intérieure et extérieure de la fente, phi (cp) désignant un angle inférieur ou égal à l’angle entre la direction parallèle à la direction radiale et la direction médiane de fente, ayant par exemple une valeur de 0° à 25°. Dans un mode de réalisation, l’angle a peut avantageusement être de 1 ° à 45° ou encore de 15° à 45°, avantageusement de 20° à 45°, davantage de préférence de 20° à 40°, ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites, de préférence supérieur ou égal à 1 °, notamment non nul. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l’angle a peut être d’au moins 5°, avantageusement d’au plus 15°, 20°, 40° ou 45°.
En particulier, là où l’au moins une fente longe la chambre d’aspiration, cet angle phi correspond à l’angle formé entre la direction parallèle à la direction radiale et une surface latérale extérieure définissant la chambre d’aspiration. En général, cet angle phi est nul sur les côtés latéraux de la chambre d’aspiration et non nul sur le côté amont et/ou aval de la chambre d’aspiration.
Dès lors, le long de la chambre d’aspiration, l’au moins une fente est ainsi configurée, notamment orientée, de sorte que, dans chaque plan tel que précédemment défini, l’angle formé entre la surface latérale extérieure de la chambre d’aspiration et la direction médiane de fente soit de 0° à 90°, optionnellement de 1 ° à 50°, en particulier non nul.
En variante ou en combinaison, on pourra définir, dans chaque plan tel que précédemment défini, un premier angle pi formé entre la direction parallèle à la direction radiale et la surface latérale intérieure de l’au moins une fente, et un deuxième angle pe formé entre la direction parallèle à la direction radiale et la surface latérale extérieure de l’au moins une fente, et prévoir que chacun des premier et deuxième angles vaut (en valeur absolue), indépendamment, de 0° à 90°-phi, optionnellement de 0° à 45°-phi, phi (cp) étant inférieur ou égal à chacun des premier et deuxième angles, et vaut par exemple de 0° à 25°. La valeur de chaque angle pi, pe peut être, indépendamment, de 0° à 90°, avantageusement de 1 ° à 45° ou encore de 15° à 45°, avantageusement de 20° à 45°, davantage de préférence de 20° à 40°, ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites, de préférence supérieur ou égal à 1 °, notamment non nul. Chacun des angles pi et pe peut, indépendamment, être de 0° à 90°, avantageusement de 0° à 45°, de préférence de 1 ° à 45°, davantage de préférence de 5° à 30° ou dans tout autre intervalle défini par deux de ces limites, de préférence non nul. Dans un mode de réalisation particulier, l’angle pi peut être de 5° à 90°, avantageusement de 5° à 45°, de préférence de 5° à 30°, ou dans tout autre intervalle défini par deux de ces limites, et l’angle 0e est alors de 0° à 90°, avantageusement de 5° à 45°, de préférence de 5° à 30°, ou dans tout autre intervalle défini par deux de ces limites, de préférence non nul.
Dès lors, le long de la chambre d’aspiration, l’au moins une fente peut ainsi être configurée, notamment orientée, de sorte que, dans chaque plan tel que précédemment défini, l’angle a formé entre la surface latérale extérieure et la direction médiane de fente soit de 0° à 90°, optionnellement de 1 ° à 50°. Dans un mode de réalisation, l’angle a peut avantageusement être de 1 ° à 45° ou encore de 15° à 45°, avantageusement de 20° à 45°, davantage de préférence de 20° à 40°, ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites, de préférence supérieur ou égal à 1 °, notamment non nul. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l’angle a peut être d’au moins 5°, avantageusement d’au plus 15°, 20°, 40° ou 45°. De manière similaire, les premier et deuxième angles pi, pe précédemment définis peuvent alors être définis non plus par rapport à la direction parallèle à la direction radiale, mais par rapport à la surface latérale extérieure de la chambre d’aspiration, leurs valeurs respectives étant alors telles que mentionnées ci-dessus mais sans y retrancher la valeur de l’angle phi.
De manière générale, la direction médiane Dm d’une fente telle que définie ci- dessus, correspond ainsi à la direction du flux de gaz sortant de la fente.
De manière générale, quel que soit le mode de réalisation de la fente et/ou du système d’aspiration, la direction radiale Ar correspond à une direction du système d’aspiration qui est définie comme une droite perpendiculaire à un plan défini par l’ouverture de la chambre d’aspiration (par exemple un plan contenant au moins deux bords opposés de cette ouverture) et passant par le centre C de cette ouverture. Cette direction du système d’aspiration peut ainsi être confondue avec la direction D1 du logement lorsque l’angle phi est nul ou être inclinée par rapport à celle-ci lorsque l’angle phi est non nul. Lorsque plusieurs logements, par exemple deux logements, avec des directions de guidage distinctes sont prévues cette direction du système d’aspiration est généralement une médiane des directions de guidage des logements. Les différents angles précités peuvent ainsi être définis par rapport à cette direction du système d’aspiration lorsque le système d’aspiration n’est pas monté sur une machine électrique tournante.
L’au moins une fente peut présenter une largeur de 0,1 à 20mm, avantageusement de 0,2 à 5mm voire de 0,2 à 2mm ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites. De telles largeurs peuvent faciliter la formation d’un rideau de gaz avec un débit volumique de gaz approprié. Cette largeur de l’au moins une fente pourra être constante sur toute la longueur de la fente ou varier de manière continue ou non.
Avantageusement, l’au moins une fente peut notamment présenter une largeur variable sur sa longueur et/ou au moins deux fentes distinctes peuvent présenter des largeurs différentes, ce qui peut permettre d’obtenir un débit volumique de gaz sensiblement constant sur toute la longueur de la ou des fentes. Ainsi, une partie de l’au moins une fente la plus proche d’un orifice d’admission de gaz alimentant l’au moins une fente peut être moins large que le reste de l’au moins une fente et/ou qu’une fente adjacente. En variante ou en combinaison, une partie de l’au moins une fente la plus proche d’un orifice d’aspiration de gaz de la chambre d’aspiration peut être plus large que le reste de l’au moins une fente et/ou qu’une fente adjacente.
Le dispositif d’éjection de gaz peut présenter une unique fente ou deux ou plusieurs fentes disposées dans le prolongement l’une de l’autre (bout à bout). Dans ce dernier cas, ceci peut permettre de renforcer la structure du dispositif d’éjection, les séparations entre les fentes servant de points de renfort. Ces séparations sont toutefois de préférence suffisamment courtes pour qu’un gaz sortant par ces fentes forme un rideau de gaz continu ou sensiblement continu le long des fentes malgré la présence de ces séparations. A cet effet, la somme des distances séparant deux fentes adjacentes peut être de 0,1 à 5% de la somme des longueurs des fentes, avantageusement de 0,5 à 1 ,5% ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites.
Avantageusement, le dispositif d’éjection de gaz peut comprendre au moins un orifice d’admission de gaz en communication de fluide avec l’au moins une fente. On pourra notamment raccorder cet orifice d’admission de gaz à un système d’admission de gaz, via une conduite souple ou rigide. Ce système d’admission de gaz peut notamment comprendre une source de gaz (réservoir, réseau ou air environnant) et un dispositif de régulation de la pression ou du débit de gaz injecté dans l’au moins une fente. Ce dispositif de régulation peut comprendre un compresseur, un ventilateur, un réseau pneumatique, une vanne de régulation, ou plusieurs de ces éléments. Le système d’admission peut en outre comprendre un système de filtration du gaz.
Le dispositif d’éjection de gaz peut comprendre une chambre d’admission de gaz reliée fluidiquement à l’au moins une fente et à au moins un orifice d’admission de gaz. Cette chambre d’admission de gaz peut alors servir de réservoir de gaz. Elle peut permettre d’assurer une légère surpression de gaz constamment, facilitant ainsi la régulation du débit volumique de gaz éjecté par la fente. Pour un système d’aspiration compact, la chambre d’admission peut être adjacente à la chambre d’aspiration et s’étendre, au moins en partie, le long d’une paroi latérale extérieure de la chambre d’aspiration et/ou le long d’une paroi supérieure de la chambre d’aspiration.
Typiquement, la chambre d’aspiration peut présenter au moins un orifice d’aspiration de gaz pour le raccordement à un groupe d’aspiration via une conduite souple ou rigide. Un groupe d’aspiration est un dispositif permettant de générer un flux d’aspiration d’air. Ce groupe d’aspiration peut être un groupe d’aspiration du type utilisé dans les salles blanches. Nous ne définirons pas plus avant ce dispositif bien connu de l’homme du métier.
Afin de rendre le système d’aspiration plus compact, on pourra prévoir un unique orifice d’admission de gaz et un unique orifice d’aspiration de gaz relié à la chambre d’aspiration, ces orifices étant préférentiellement situés à des côtés opposés par rapport au logement, ceci en présence d’une chambre d’admission ou non.
Le système d’aspiration selon l’invention peut être réalisé d’une seule pièce ou non.
Le dispositif d’éjection de gaz et la chambre d’aspiration peuvent être des pièces distinctes assemblées l’une à l’autre. Cet assemblage peut résulter d’un emboitement, d’un collage, d’un vissage, rivetage ou autre. La réalisation de pièces distinctes peut notamment permettre d’équiper des systèmes d’aspiration existants avec un dispositif d’éjection de gaz.
Avantageusement, le dispositif d’éjection de gaz peut être formé d’au moins deux parties distinctes assemblées entre elles, une partie définissant une surface latérale extérieure de l’au moins une fente, et optionnellement au moins une partie de la chambre d’admission quand elle est présente, et l’autre partie définissant une surface latérale intérieure de l’au moins une fente, optionnellement la chambre d’aspiration et/ou le reste de la chambre d’admission quand elle est présente. Ceci peut permettre de faciliter la réalisation, et le montage, du dispositif d’éjection de gaz.
Le système d’aspiration selon l’invention peut être réalisé en un matériau antistatique ou en un matériau quelconque recouvert d'un revêtement antistatique. En particulier, il peut être réalisé en un matériau électriquement isolant et résistant à la chaleur générée par le fonctionnement de la machine. Le matériau utilisé est avantageusement un matériau non conducteur et résistant à des températures d’au moins 110°C. Il peut s’agir par exemple d’une résine acétal ou de polyamide. L’invention a également pour objet un procédé d’aspiration de poussières générées par un balai frottant sur un élément rotatif d’une machine électrique tournante sans aspirer l’air environnant au moyen d’un système d’aspiration selon l’invention, dans lequel, au moins pendant l’aspiration de gaz par la chambre d’aspiration, on alimente l’au moins une fente du système d’aspiration avec un débit volumique de gaz suffisant pour former un rideau de gaz isolant l’ouverture de la chambre d’aspiration de l’air environnant.
Typiquement, le gaz alimentant l’au moins une fente est de l’air bien qu’un gaz inerte soit également envisageable (argon, azote). L’air peut alors avoir été préalablement filtré.
L’au moins une fente du système d’aspiration peut être alimentée en gaz par au moins un orifice d’admission de gaz ou par une chambre d’admission de gaz raccordée à au moins un orifice d’admission de gaz, tel que précédemment décrit.
Avantageusement, la pression de gaz à l’intérieur de la chambre d’admission peut être supérieure à la pression de gaz à l’intérieur de la chambre d’aspiration. On pourra notamment choisir cette différence de pression entre les deux chambres suffisamment élevée, notamment supérieure ou égale à une valeur prédéterminée, pour empêcher l’air environnant de traverser le rideau de gaz et d’atteindre l’ouverture de la chambre d’aspiration. L’homme du métier pourra déterminer la différence de pression minimale à appliquer par des essais et/ou des simulations. Typiquement, une différence de pression d’au moins 150mbars, de préférence d’au moins 200mbars, voire d’au moins 250mbars pourra être appliquée, par exemple de 150mbars à 300mbars. Habituellement, la pression de la chambre d’aspiration est négative (dépression), alors que la pression de la chambre d’admission est positive.
En l’absence de chambre d’admission, on pourra appliquer une différence de pression entre le volume intérieur de l’au moins une fente et la chambre d’aspiration.
Avantageusement, on peut aspirer le gaz chargé en poussières contenu dans la chambre d’aspiration au moyen d’un groupe d’aspiration et on utilise au moins une partie, voire la totalité, du gaz ainsi aspiré après son passage dans un système de filtration pour alimenter l’au moins une fente du système d’aspiration. Le gaz aspiré, après l’élimination des poussières qu’il contient, peut ainsi être réutilisé pour former le rideau d’air.
L’invention a également pour objet une machine électrique tournante équipée d’au moins un système d’aspiration selon l’invention, la machine électrique comprenant au moins un balai frottant sur un élément rotatif. En particulier, l’au moins un balai est reçu dans le logement traversant du système d’aspiration suivant la direction de guidage. En particulier, cette dernière correspond à la direction radiale de l’élément rotatif ou est inclinée par rapport à cette dernière de l’angle phi (cp).
Par « machine électrique tournante », on entend tout dispositif comprenant au moins un balai qui va frotter sur un élément rotatif, notamment un moteur à courant continu, un générateur synchrone, un dispositif de mise à la terre pour évacuer des courants de fuite, ou encore un système de transfert de signal ou de puissance.
L’élément rotatif peut être un rotor, un arbre tournant, une bague montée sur un arbre tournant, un collecteur (« commutator » en anglais) ou une bague d’un induit (« slip-ring of a winding » en anglais), ou autre. Classiquement, des balais (« carbon brush » en anglais, cette expression couvrant aussi le cas de balais ne comprenant pas de carbone), ou des brosses (également « fiber brush » en anglais) montés sur une couronne (dite aussi « rocker » en anglais) fixe par l’intermédiaire de porte-balais, et pressés contre l’élément tournant permettent d’assurer le transfert du courant entre cet élément tournant et des câbles raccordés aux balais ou aux brosses, ces câbles étant électriquement raccordés à un élément fixe. L’élément fixe peut être un stator, un bobinage fixe, un équipement fixe raccordé électriquement aux câbles de balais, ou autre.
Description des figures
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :
[Fig. 1] La figure 1 représente schématiquement en coupe dans un plan (Ar, At) un système d’aspiration selon un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 2] La figure 2 représente schématiquement le système d’aspiration de la figure 1 en coupe dans un plan (Ar, Aa) perpendiculaire au plan (Ar, At).
[Fig. 3] La figure 3 représente une vue de dessous d’un système d’aspiration (dans un plan (Aa, At)) selon un autre mode de réalisation.
[Fig. 4A] [Fig. 4B] [Fig. 4C] Les figures 4A à 4C représentent des vues en coupe de différentes configurations de fente.
[Fig. 5] La figure 5 est une représente une vue en coupe d’une autre configuration de fente. [Fig. 6] [Fig.7] [Fig. 8] [Fig.9] Les figures 6 à 9 représentent des vues en coupe montrant différentes positions relatives des chambres d’aspiration et d’admission.
[Fig. 10] La figure 10 représente une vue éclatée en perspective d’un système d’aspiration selon un mode de réalisation.
[Fig. 11] [Fig. 12] Les figures 11 et 12 représentent les flux de gaz d’un système d’aspiration selon un mode de réalisation de l’invention.
Par sensiblement parallèle, on entend une direction parallèle ou s’écartant d’au plus ±20°, voire d’au plus ±10° ou d’au plus ±5° d’une direction parallèle.
Système d’aspiration
Les figures 1 -3 représentent un système d’aspiration 10 destiné à aspirer des poussières générées par un balai 1 destiné à frotter sur un élément rotatif 3 d’une machine électrique tournante lorsqu’il est monté sur cette dernière.
L’élément rotatif 3 tourne suivant une direction de rotation représentée par la flèche F1 sur les figures. Dans la présente description, le système d’aspiration étant monté sur la machine électrique tournante, on désigne par « côtés amont et aval », les côtés du système d’aspiration, dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation de l’élément rotatif, par lesquels entre et sort, respectivement, un point fixe de l’élément rotatif lorsque celui-ci tourne. Dans le plan des figures 1 à 3, les côtés amont et aval désignent donc respectivement les côtés du système d’aspiration situés à gauche et à droite du balai 2.
Le balai 1 est ici maintenu par un support de balai 2, généralement appelé cage porte-balai. Le balai 1 et sa cage 2 sont reçus dans un logement traversant 12 du système d’aspiration 10, ce logement traversant 12 s’étendant suivant une direction de guidage D1. Lorsque le système d’aspiration 10 est monté sur une machine tournante, tel que représenté sur les figures 1 et 2, cette direction de guidage D1 peut correspondre à une direction radiale Ar de l’élément rotatif 3 passant par un point central C de l’ouverture inférieure 13 du logement. En position de montage, le balai 1 est en contact avec l’élément rotatif 3 du côté d’une extrémité inférieure 12a du logement. Typiquement, le balai 1 fait saillie hors du logement 12 du côté de l’ouverture inférieure 13 selon la direction de guidage D1 .
Sur les figures, l’axe Ar représente ainsi la direction radiale de l’élément rotatif de la machine tournante dans laquelle est monté le balai passant par le point central C, les axes Aa et At définissent un plan perpendiculaire à l’axe Ar et correspondent à des directions transversales perpendiculaires, l’axe Aa étant parallèle à l’axe de rotation de l’élément rotatif 3.
Dans une variante représentée figure 5, la direction de guidage D1 du balai (correspondant à l’axe Z de la figure 5) est inclinée par rapport à la direction radiale Ar dans le plan (Ar, At) d’un angle phi (cp), notamment vers l’aval par rapport à la rotation de l’élément rotatif 3.
Le système d’aspiration 10 comprend également une chambre d’aspiration 14 présentant une ouverture 15 située en regard de l’élément rotatif 3 en position de montage du système d’aspiration (fig. 1 , 2). Cette ouverture 15 s’étend sur au moins une partie de la périphérie de l’extrémité inférieure 12a du logement. Dans l’exemple représenté sur les figures 1 et 2, l’ouverture 15 s’étend sur tout le pourtour du logement 12. Dans l’exemple de la figure 3, l’ouverture 15, ainsi que la chambre d’aspiration 14, s’étendent d’un côté aval du logement par rapport au sens de rotation de l’élément rotatif 3 (symbolisé par la flèche F1 fig. 3), et sur les deux côtés latéraux adjacents, formant ainsi une forme en U (dans le plan (Aa, At)) ouverte vers l’amont par rapport au sens de rotation de l’élément rotatif 3. L’invention n’est toutefois pas limitée par une forme particulière de la chambre d’aspiration 14 et de l’ouverture 15, lesquelles pourraient présenter non pas des formes parallélépipédiques comme dans l’exemple, mais des formes arrondies (courbes, ovales ou rondes) dans le plan (Aa, At).
Le logement 12 présente ici une forme parallélépipédique correspondant à une forme typique d’un balai ou d’une cage porte-balai. L’invention n’est toutefois pas limitée à une forme particulière du logement pourvu qu’il puisse recevoir un balai ou sa cage, cette forme étant typiquement complémentaire de la forme du balai ou de sa cage. Dans un mode de réalisation non représenté, le logement 12 peut être configuré pour recevoir plus d’un balai ou plus d’une cage porte-balai. Le logement peut alors présenter autant de directions de guidage que de balais, ces directions de guidage étant généralement parallèles entre elles. On peut également prévoir plusieurs logements distincts qui sont alors entourés au moins en partie par l’ouverture de la chambre d’aspiration.
De manière générale, la chambre d’aspiration 14 est définie par au moins une surface latérale extérieure 140 et au moins une surface latérale intérieure 141 , lesquelles font partie respectivement d’une paroi latérale extérieure 142 et d’une paroi latérale intérieure 143. La paroi latérale intérieure 143 est la plus proche du logement 12, la paroi latérale extérieure 142 est la plus éloignée du logement 12. Ces parois latérales 142, 143 s’étendent sensiblement parallèlement à la direction de guidage D1 et sont reliées par une paroi supérieure 144 d’un côté opposé à l’ouverture 15.
La paroi latérale intérieure 143 peut définir le logement 12, tel que visible sur les figures 1 et 2. Comme on peut le voir aussi sur ces figures, la paroi latérale extérieure 142, ici ses côtés amont et aval visibles dans la vue du plan (Ar, At) (figure 2), peut présenter une hauteur, mesurée suivant la direction radiale Ar, plus grande que la hauteur de la paroi latérale intérieure 143, notamment du côté de l’extrémité inférieure 12a du logement, ce qui permet de la positionner au plus près de l’élément rotatif 3. Tel que représenté figure 5, la paroi latérale extérieure 142 (ici son côté aval, visible dans la vue du plan (Ar, At)) peut en outre être inclinée par rapport à la direction radiale Ar de sorte que la surface latérale extérieure 140 forme avec la direction radiale Ar un angle phi (cp). Typiquement, cet angle phi vaut de 0 à 25°. Dans ce cas, la hauteur de la paroi latérale extérieure 142 peut être mesurée dans le plan de la surface latérale extérieure 140 suivant une direction définie par l’intersection du plan (Ar, At) avec cette surface latérale extérieure 140. Cette inclinaison d’un angle cp de la paroi latérale extérieure 140 permet de maintenir l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration et l’orifice de sortie adjacent de la fente à proximité de l’élément rotatif 3, améliorant ainsi l’efficacité du rideau de gaz formé ainsi que l’efficacité d’aspiration des poussières.
De manière générale, la paroi latérale extérieure 142 peut être inclinée et/ou sa hauteur peut être augmentée sur ses côtés amont et/ou aval, afin d’être positionnée au plus près de l’élément rotatif 3 et de suivre sa courbure (voir figures 2 et 5).
La distance séparant l’élément rotatif 3 de l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration ou de l’orifice de sortie de la ou des fentes est typiquement de 2mm ou plus, par exemple de 2 à 5mm.
L’invention n’est cependant pas limitée par une forme particulière de la chambre d’aspiration 14 ni de son ouverture 15, pourvu que celles-ci permettent une évacuation des gaz aspirés par l’ouverture 15, notamment via un ou plusieurs orifices d’aspiration. Dans l’exemple représenté figure 3, l’ouverture 15 présente une largeur (correspondant à la distance séparant les surfaces latérales intérieure 141 et extérieure 140 de la chambre d’aspiration 14) qui varie sur la périphérie du logement 12, avec une largeur La côté aval de l’ouverture plus grande du côté de l’orifice d’aspiration16 que la largeur la de l’ouverture 15 sur ses côtés latéraux. Pour une évacuation efficace des poussières, l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration est ainsi plus large du côté de l’éjection des poussières d’usure du balai lorsque l’élément rotatif tourne, i.e. du côté où la quantité de poussières éjectées est la plus importante.
La chambre d’aspiration 14 comporte typiquement au moins un orifice d’aspiration 16, ici un seul, pour le raccordement à un groupe d’aspiration 17 via une conduite souple ou rigide. Ce groupe d’aspiration 17 peut être équipé d’un système de filtration 170. Dans l’exemple, l’orifice d’aspiration 16 est prolongé d’un conduit 16a réalisé d’une pièce avec la chambre d’aspiration 14 (fig. 2). Le ou les orifices d’aspiration 16 sont typiquement situés sur la paroi supérieure 144 de la chambre d’aspiration.
Selon l’invention, le système d’aspiration 10 présente un dispositif d’éjection de gaz 20, généralement de l’air, comprenant au moins une fente 21 débouchant du côté de l’extrémité inférieure 12a du logement et s’étendant autour de l’extrémité inférieure 12a du logement sur au moins une partie de sa périphérie et autour d’au moins une partie de l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration, de préférence sur tout le pourtour du logement, tel que représenté figure 3.
Dans l’exemple de la figure 3, une pluralité de fentes 21 a, 21 b, 21 c, 21 d, 21 e, 21 f s’étendent dans le prolongement les unes des autres (bout à bout), sur tout le pourtour de l’extrémité inférieure 12a, séparées les unes des autres par de minces séparations 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f. L’invention n’est pas limitée à un nombre de fentes particulier. Lorsque deux ou plusieurs fentes sont présentes, chaque séparation, ou discontinuité, entre deux fentes peut présenter une longueur de 0,05 à 2mm, avantageusement de 0,1 à 1 ,5 mm. Lorsque plusieurs discontinuités sont présentes, elles peuvent être de même longueur. On pourra notamment définir un pourcentage de discontinuités correspondant au ratio de la longueur totale des discontinuités sur la somme des longueurs de toutes les fentes, qui pourra être de 0,1 % à 5%, avantageusement de 0,5% à 1 ,5% ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites. Ces séparations ou discontinuités peuvent avantageusement être situées à proximité immédiate de l’orifice de sortie des fentes, et s’étendre sur toute la hauteur d’une fente ou sur une partie de cette hauteur (selon la définition donnée plus bas).
Selon l’invention, la ou les fentes sont configurées, notamment orientées, pour diriger un flux de gaz sortant par cette ou ces fentes dans une direction D2 éloignée de l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration 14. Ces fentes sont ainsi orientées dans une direction s’écartant de l’ouverture de la chambre d’aspiration 14, autrement dit dans une direction opposée à cette ouverture 15. Par définition, une fente est une ouverture étroite et longue, plus ou moins profonde, autrement dit présentant une hauteur plus ou moins grande. L’utilisation de fente(s) présentant une orientation telle que précédemment décrite par rapport à l’ouverture de la chambre d’aspiration pour éjecter du gaz permet de créer un rideau de gaz (typiquement d’air) le long de la chambre d’aspiration, de préférence sur tout le pourtour du logement 12, permettant d’isoler la chambre d’aspiration 14 de l’air environnant et des polluants qu’il contient. L’orientation des fentes dans une direction éloignée de l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration, et donc du logement 12, évite, ou du moins limite, une aspiration par la chambre d’aspiration 14 du gaz éjecté par la ou les fentes. Cet agencement permet de protéger efficacement le système d’aspiration d’une atmosphère environnante polluée, comme le montrent les simulations présentées plus bas dans les exemples.
Typiquement, le dispositif d’éjection de gaz 20 peut comprendre au moins un orifice d’admission de gaz 201 en communication de fluide avec l’au moins une fente 21 pour le raccordement à un système d’admission de gaz 23, via une conduite souple ou rigide. Dans l’exemple, l’orifice d’admission de gaz 201 est prolongé d’un conduit 202. Dans l’exemple, le système d’admission de gaz 23 comprend en outre une source de gaz, ici l’air environnant, un dispositif de régulation de la pression ou du débit de gaz injecté 230 et un système de filtration 231 du gaz injecté. On pourra également prévoir de renvoyer une partie ou la totalité de l’air aspiré par le groupe d’aspiration 17 dans le système d’admission de gaz 23, après passage dans un système de filtration 170 permettant de le débarrasser des poussières, tel que représenté figure 1 . A cet effet, le système de filtration 170 pourra être raccordé par une ou plusieurs conduites appropriées directement au système d’admission de gaz 23 ou aux conduites reliant ce dernier à l’au moins une fente dispositif d’éjection de gaz 20.
Le système d’aspiration 10 selon l’invention peut être réalisé d’une seule pièce, par exemple par impression 3D, ou bien en plusieurs pièces, tel que représenté sur la figure 10. Sur cette figure, le système d’aspiration 10 est formé de trois pièces 101 , 102, 103. La pièce 101 comprend l’orifice d’admission de gaz 201 , le conduit 202 reliant cet orifice à la chambre d’admission de gaz 24 et au moins une partie de la chambre d’admission 24. Le conduit 202 présente ici une forme pyramidale. La portion de la pièce 101 correspondant à la chambre d’admission 24 présente une forme de cadre. La pièce 102 comprend la chambre d’aspiration 14 (et son ouverture 15), l’orifice d’aspiration 16 et le conduit 16a, également de forme pyramidale. En outre, la partie inférieure de la paroi latérale extérieure 142 de la chambre d’aspiration 14 forme la surface latérale intérieure 210 des fentes 21 ou 21 a-21f et une partie de la chambre d’admission 24. La pièce 102 vient s’emboîter à l’intérieur de la pièce 101 , 1a paroi latérale externe 142 de la chambre d’aspiration étant positionnée en appui étanche à l’air contre la paroi latérale intérieure 243 de la chambre d’admission 24.
Enfin, la pièce 103, en forme de cadre, comprend la paroi latérale inférieure 245 de la chambre d’admission et comporte une paroi 104 formant la surface latérale extérieure 211 des fentes 21 ou 21a-21f. La pièce 103 vient ainsi fermer partiellement la chambre d’admission 24 et assurer la fixation des trois pièces, par exemple via des vis de fixation 105 assemblant la pièce 103 à la pièce 101 . En variante, la paroi latérale extérieure 242 de la chambre d’admission 24 de la pièce 101 pourrait former la surface latérale extérieure 211 des fentes 21 ou 21a- 21f. Les pièces 101 et 103 pourraient alors être montées sur des pièces 102 existant déjà. On notera que les pièces 101 et 103 pourraient être solidaires ou former une unique pièce.
On pourra intégrer à la chambre d’aspiration et/ou à la chambre d’admission au moins un capteur de détection d’usure du balai. On positionnera en particulier ce capteur le plus près possible de l’extrémité inférieure du logement ou dans une partie supérieure de celui-ci.
Les figures 1 et 2 montrent les directions des flux circulants lorsque l’élément rotatif 3 de la machine électrique tourne dans la direction de la flèche F1 . Pendant cette aspiration, un flux d’aspiration généré par le groupe d’aspiration 17 et symbolisé par les flèches F2 aspire l’air et les poussières situées à proximité immédiate de l’extrémité du balai frottant sur l’élément rotatif 3 et les évacue via la chambre d’aspiration 14, l’orifice 16 et son conduit 16a. Simultanément, un flux d’air généré par le système d’admission d’air 23 est acheminé jusqu’aux fentes 21 via l’orifice d’admission 201 et son conduit 202 et la chambre d’admission 24. Ces flux d’air sont symbolisés par les flèches F3. Ils sont dirigés dans une direction éloignée de l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration 14 et notamment dans le plan (Ar, At) sont davantage déviés vers l’extérieur par la présence de l’élément rotatif 3. Ces flux d’air F3 permettent de dévier les flux d’air de l’environnement (symbolisés par les flèches F4) dans une direction opposée au système d’aspiration 10 protégeant celui-ci des polluants éventuellement présents dans l’environnement. Comme le montrent les exemples présentés ci- après, le rideau d’air ainsi formé permet d’éviter une aspiration de l’air environnant sans être lui-même aspiré.
Système de gestion On pourra en outre prévoir un système de gestion 28 du groupe d’aspiration 17 et du système d’admission de gaz 23 configuré pour contrôler les débits volumiques et/ou les pressions délivrées par le groupe d’aspiration et le système d’admission de gaz.
Ce système de gestion 28 peut comprendre des moyens de calcul et de transmission tels qu’un processeur, par exemple un microprocesseur, un microcontrôleur ou autre.
Les moyens de calcul et de transmission peuvent être programmés pour :
- calculer des valeurs de consigne de pression et/ou de débit volumique des flux de gaz aspirés et éjectés, et
- transmettre ces valeurs de consigne à des moyens de réglage correspondants du groupe d’aspiration et du système d’admission.
Ces valeurs de consigne peuvent notamment être calculées afin de maintenir un débit volumique de gaz suffisant pour former un rideau de gaz isolant l’ouverture de la chambre d’aspiration de l’air environnant, avantageusement de maintenir une pression de gaz à l’intérieur de la chambre d’admission supérieure à la pression de gaz à l’intérieur de la chambre d’aspiration, en particulier avec une différence de pression particulière.
Ces moyens de réglage peuvent être des dispositifs de régulation de la pression ou du débit d’un gaz.
Le système de gestion 28 peut aussi comprendre des moyens de surveillance, notamment automatisés : du groupe d'aspiration 17 et du système d’admission 23, par exemple une détection de colmatage de filtre ou un capteur de pression (vérification qu'il n'y a pas d'écart avec la valeur de consigne), et/ou de la machine électrique tournante, par exemple pour surveiller via des capteurs la température de l'air environnant des éléments rotatifs, l'usure des balais, le courant passant dans les balais, la mise en route ou l'arrêt de la machine.
Le système de gestion 28 peut ainsi être configuré pour piloter la mise en route et l'arrêt du groupe d'aspiration 17 et du système d’admission 23, simultanément ou non (par exemple arrêt du système d'aspiration 15 minutes après l'arrêt de la machine tournante puis arrêt du système d’admission 5 minutes après).
Configurations des fentes Différentes configurations de fente permettent de diriger un flux de gaz sortant d’une fente dans la direction D2 éloignée de l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration 14.
On définira par ailleurs un orifice de sortie 212 de fente correspondant à l’orifice par lequel une fente débouche du côté de l’élément rotatif 3 et un orifice d’entrée 213 de fente par lequel le gaz entre à l’intérieur de la fente.
Des exemples de configurations possibles sont décrits en référence aux figures 4A à 4C et 5. Ces modes de réalisation s’appliquent aussi bien à une configuration présentant une unique fente qu’à une configuration présentant deux ou plusieurs fentes. Différentes fentes peuvent présenter des configurations différentes. Notamment, les différents modes de réalisation décrits ci-après peuvent être combinés.
De manière générale, chaque fente 21 est définie par une surface latérale intérieure 210 et une surface latérale extérieure 211 disposées en regard l’une de l’autre. La surface latérale intérieure 210 est la plus proche du logement 12, la surface latérale extérieure 211 est la plus éloignée du logement 12. Sur les figures 4A-4C et 5, la direction Z est parallèle à la surface latérale extérieure 140 de la chambre d’aspiration. Le repère (Z, X) est, sur la figure 5, incliné de l’angle cp par rapport au repère (Ar, At), dans le plan de (Ar, At). Sur les figures 4A-4C, le repère (Z, X) est confondu avec le repère (Ar, At). Dans le plan (Ar, Aa), l’angle phi est généralement nul, autrement dit, sur ses côtés latéraux (sensiblement parallèles à la direction At), la surface latérale extérieure 140 de la chambre d’aspiration est parallèle à la direction radiale Ar (comme représenté figure 1 ).
Les angles a, pi et pe décrits ci-après ainsi que la direction médiane Dm sont définis dans chaque plan perpendiculaire aux surfaces latérales intérieure 210 et extérieure 211 et qui est parallèle à la direction radiale Ar passant par le point central C (visible figures 1 -3) de l’ouverture inférieure du logement lorsque le système d’aspiration est monté sur la machine électrique. Les valeurs des angles données sont des valeurs absolues.
On peut alors définir un angle alpha (a), lorsque l’angle phi est nul, comme l’angle formé entre la surface latérale extérieure 140 de la chambre d’aspiration 14 et une direction médiane de fente Dm, définie comme une droite médiane de deux segments formés par l’intersection du plan précédemment défini avec les surfaces latérales intérieure 210 et extérieure 211 de la fente. Cette direction médiane Dm correspond, notamment sensiblement, à la deuxième direction D2 dans laquelle le gaz est éjecté en sortie d’une fente. Cette direction médiane correspond ainsi à l’orientation de la fente. On peut également définir, lorsque l’angle phi est nul, des angles bêta i (pi) et bêta e (0e), formés entre la surface latérale extérieure 140 de la chambre d’aspiration et, respectivement, la surface latérale intérieure 210 de fente et la surface latérale extérieure 211 de fente.
L’angle a est ainsi compris entre les angles pi et pe. L’angle a peut être de 0° à 90°, avantageusement de 1 ° à 45° ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites.
Ces angles a, pi et pe peuvent être égaux (surfaces latérales intérieure 210 et extérieure 211 de la fente parallèles), tel que représenté figure 4A ou 5. La direction médiane Dm est alors parallèle aux surfaces latérales de la fente. La valeur de l’angle a = pi = pe peut être de 0° à 90°, avantageusement de 1 ° à 45° ou encore de 15° à 45°, avantageusement de 20° à 45°, davantage de préférence de 20° à 40°, ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites, de préférence supérieur ou égal à 1 °, notamment non nul.
Les angles pi et pe peuvent être différents tel que représenté sur les figures 4B et 4C.
Sur la figure 4B, les surfaces latérales intérieure 210 et extérieure 211 de la fente convergent vers l’orifice de sortie 212 de la fente, autrement dit, pi > pe. Ceci permet d’augmenter la vitesse d’éjection du gaz à la sortie de la fente (par rapport à la configuration de la figure 4A avec un même débit volumique de gaz et une même largeur de l’orifice de sortie de la fente) et d’améliorer la précision de direction d’éjection du gaz.
Sur la figure 4C, les surfaces latérales intérieure 210 et extérieure 211 de la fente divergent vers l’orifice de sortie 212 de la fente, autrement dit, pi < pe. Le gaz est alors éjecté avec une vitesse plus faible (comparativement aux configurations des figures 4A et 4B avec un même débit volumique de gaz et une même largeur de l’orifice de sortie de la fente) mais selon un cône. Ce mode de réalisation peut engendrer des turbulences à l’extérieur de la fente, on pourra alors choisir des valeurs d’angles et de largeur de l’orifice de sortie 212 permettant de limiter ces turbulences, par exemple au moyen de simulations et/ou de tests. A titre d’exemple on pourra choisir pi = 18° et pe = 29°.
Dans tous les cas, pe est d’au plus 90°.
La figure 5 représente une configuration similaire à la figure 4A, dans laquelle la paroi 140 est inclinée d’un angle phi par rapport à la direction radiale. Les angles a, pi et pe sont alors définis par rapport à la direction radiale de l’élément rotatif, l’angle a étant défini entre la direction radiale Ar et la direction médiane Dm, les angles pi et pe étant définis entre la direction radiale Ar et, respectivement, la surface latérale intérieure 210 de fente et la surface latérale extérieure 211 de fente respectivement.
Quelle que soit la configuration (fig.4A-4C, 5), chacun des angles pi et pe peut indifféremment et indépendamment être de 0° à 90°, avantageusement de 0° à 45°, de préférence de 1 ° à 45°, davantage de préférence de 5° à 30° ou dans tout autre intervalle défini par deux de ces limites, de préférence non nul. Dans un mode de réalisation particulier, l’angle pi peut être de 5° à 90°, avantageusement de 5° à 45°, de préférence de 5° à 30°, ou dans tout autre intervalle défini par deux de ces limites, et l’angle pe est alors de 0° à 90°, avantageusement de 5° à 45°, de préférence de 5° à 30°, ou dans tout autre intervalle défini par deux de ces limites, de préférence non nul.
Quelle que soit la configuration, en valeur absolue, la différence entre les angles pi et pe vaut de 0° à 90°, avantageusement de 0° à 45° ou de 0° à 30°, davantage de préférence de 0° à 10°, ou est dans tout intervalle défini par deux de ces limites. Ceci peut permettre de maîtriser le guidage et la vitesse de sortie du gaz éjecté afin de limiter la formation de turbulences en sortie de la fente.
Les valeurs des angles a, pi et pe peuvent être telles que décrites ci-dessus en tout point de la longueur d’une fente. Ces angles pourront être constants ou non sur la longueur de la ou des fentes, de préférence constants. Lorsqu’une fente n’est pas adjacente à l’ouverture de la chambre d’aspiration, ces angles peuvent être définis dans le repère (Ar, At) par rapport à une direction parallèle à la direction radiale Ar passant par le point central C de l’ouverture 13 du logement (on retranche alors la valeur de l’angle cp aux valeurs ci-dessus).
La largeur d’une fente, notée If, peut être définie comme la distance séparant ses surfaces latérales intérieure 210 et extérieure 211 au niveau de l’orifice de sortie 212 de la fente (elle est donc mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction médiane Dm). Cette largeur If peut être choisie en fonction de la pression de gaz éjectée par la fente et de la vitesse d’éjection du gaz. Sa valeur est typiquement de 0,1 à 20mm, par exemple de 0,2 à 5mm ou dans tout intervalle compris entre deux de ces bornes.
Il peut arriver qu’une partie du gaz éjecté soit aspirée par la chambre d'aspiration, notamment si la distance entre l’orifice de sortie 212 du gaz éjecté et l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration est faible et/ou si la différence de pression entre le volume formé par la chambre d’aspiration et le volume formé par l’au moins une fente est faible. En outre, selon la position de l’orifice d’admission de gaz, le débit de gaz éjecté peut ne pas être suffisamment équilibré sur toute la longueur de la ou des fentes. Afin de limiter ces effets, on pourra, en combinaison ou non avec chacune des valeurs d’angles précitées, prévoir une ou plusieurs des caractéristiques suivantes:
- une largeur de fente If variable sur toute la longueur de la fente et/ou des largeurs de fentes adjacentes différentes,
- une distance minimale entre l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration et l’orifice de sortie 212 de la fente.
La largeur de fente If peut ainsi varier d’une fente à l’autre lorsque plusieurs fentes sont présentes et/ou sur la longueur d’une ou plusieurs des fentes. Cette variation peut être de 0% à 200% d’une valeur nominale de largeur de fente, avantageusement de 25% à 75%, avantageusement de 40% à 60%, par exemple de 50%. Cette valeur nominale de largeur de fente peut être de 0,1 à 20mm et être choisie par des simulations et/ou des essais Notamment, en référence à la figure 3, la largeur If’ des côtés avals (parallèles à l’axe Aa) des fentes 21 a et 21 f situées à proximité d’un orifice d’admission de gaz en communication fluidique avec l’ensemble des fentes est inférieure à la largeur If” des fentes 21 c et 21 d situées à proximité de l’orifice d’aspiration de gaz. Lorsqu’une fente présente une largeur variable, cette variation de largeur est de préférence progressive sur toute la longueur de la fente.
La largeur de l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration est typiquement de 4 à 20mm. La hauteur H d’une fente, mesurée suivant la direction médiane Dm définie plus haut entre l’orifice de sortie 212 de la fente et son orifice d’entrée 213, peut avantageusement être suffisamment grande afin d’orienter le gaz éjecté suivant une direction d’éjection principale correspondant à la direction D2. A titre d’exemple, pour bien guider l’air, une valeur minimale de hauteur de la fente peut être de 0,5mm, une valeur maximale dépendant de la configuration du système, notamment de la position de la chambre d’admission lorsqu’elle est présente. Dans les modes de réalisation décrits, sur toute sa longueur, une fente s’étend dans la direction Dm suivant une direction rectiligne entre ses orifices d’entrée et de sortie. On pourrait toutefois envisager qu’une fente s’étende suivant une direction légèrement incurvée sur au moins une partie de sa hauteur et qu’elle reste par exemple rectiligne à proximité immédiate de son orifice de sortie 212. Les angles définis plus haut le sont alors par rapport à cette partie rectiligne. Cette zone rectiligne à proximité immédiate de l’orifice de sortie peut s’étendre sur une hauteur d’au moins 0,5mm pour assurer un bon guidage de l’air. La distance minimale entre l’ouverture 15 de la chambre d’aspiration et l’orifice de sortie 212 de la fente, autrement dit entre la surface latérale extérieure 140 de la chambre d’aspiration et la surface latérale intérieure 210 de la fente, au niveau de leur ouverture /orifice de sortie respectivement, peut être déterminée au moyen de simulations. A titre d’exemple, elle pourra être de 0,1 à 10mm, avantageusement de 0,5 à 5mm ou dans tout intervalle défini par deux de ces limites.
Dans les modes de réalisation représentés, l’ouverture de l’au moins une fente et l’ouverture de la chambre d’aspiration sont formées (dans un plan perpendiculaire à la direction radiale Ar) de parties rectilignes parallèles aux côtés du logement et qui s’étendent sur au moins une partie de la périphérie de celui-ci. Cette configuration est simple à mettre en œuvre, on pourrait toutefois envisager des ouvertures formées de parties non rectilignes.
Chambre d’admission
La ou les fentes 21 du dispositif d’éjection de gaz peuvent être reliées directement à l’orifice d’admission de gaz 201. On pourra toutefois avantageusement prévoir une chambre d’admission 24 reliée fluid iquement à l’au moins une fente et à un ou plusieurs orifices d’admission de gaz. Cette chambre d’admission 24 peut être reliée fluidiquement directement à l’orifice d’entrée 213 de la ou des fentes, tel que représenté figures 8 et 9, ou bien être reliée fluidiquement à la ou aux fentes 21 par l’intermédiaire d’un conduit 26 (figures 1 - 7).
Une telle chambre d’admission 24 sert de réservoir, ce qui favorise le maintien d’une légère surpression par rapport à la pression de la chambre d’aspiration 14. Cette surpression peut être obtenue par une forme et une dimension adaptées des orifices d’admission de gaz 201. Cette surpression est représentée symboliquement par les signes « ++ » sur les figures.
Afin de limiter l’encombrement du système d’aspiration et de faciliter son montage, l’orifice d’aspiration 16 pourra être situé du côté opposé à l’orifice d’admission de gaz 201 .
La forme de la chambre d’admission 24 peut être quelconque. Elle peut présenter une section en forme de quadrilatère, par exemple avec des angles arrondis, ou de forme ovale ou autre. Notamment, la forme de la chambre d’admission 24 peut être variable sur la périphérie du logement : les différentes formes des chambres d’admission 24 décrites en référence aux figures peuvent ainsi être combinées. De manière générale, la chambre d’admission 24 est définie par au moins une surface latérale extérieure 240 et au moins une surface latérale intérieure 241 , lesquelles font partie respectivement d’une paroi latérale extérieure 242 et d’une paroi latérale intérieure 243. La paroi latérale intérieure 243 est la plus proche du logement 12, la paroi latérale extérieure 242 est la plus éloignée du logement 12. Ces parois latérales 242, 243 s’étendent sensiblement parallèlement à la direction radiale Ar et sont reliées par une paroi supérieure 244 d’un côté opposé à la fente et une paroi inférieure 245 vient les fermer partiellement en partie inférieure. Dans les exemples des figures 1 à 3, la paroi latérale intérieure 243 est formée par la paroi latérale extérieure 142 de la chambre d’aspiration 14, les parois supérieures 144 et 244 des deux chambres s’étendant dans le prolongement l’une de l’autre (fig. 1 ).
La chambre d’admission 24 peut être positionnée soit latéralement par rapport à la chambre d’aspiration, tel que représenté figures 1 à 3, le conduit 26 peut alors être omis, ou bien être disposée au-dessus de la chambre d’aspiration (du côté opposé à l’ouverture de la chambre d’aspiration), tel que représenté figures 6 et 7, nécessitant la présence du conduit 26. Le conduit 26 et la fente 21 peuvent alors soit s’étendre le long de la paroi latérale extérieure 142 de la chambre d’aspiration, sur toute sa hauteur, tel que représenté figure 6, ou bien être formés dans l’épaisseur de cette paroi latérale extérieure, tel que représenté figure 7. Lorsque la chambre d’admission 24 est positionnée au-dessus de la chambre d’aspiration 14 (suivant la direction radiale Ar), elle peut définir en partie le logement 12, l’autre partie du logement étant défini par la chambre d’aspiration. Les parois latérales intérieures 143 et 243 des deux chambres s’étendent alors dans le prolongement l’une de l’autre, suivant la direction radiale Ar dans l’exemple de la fig. 6.
Dans encore une autre variante représentée figure 8, la chambre d’admission 24 peut être intégrée à la paroi latérale extérieure 142 de la chambre d’aspiration. Le conduit 26 peut alors être présent ou non, tel que représenté.
Dans encore une autre variante représentée figure 9, la chambre d’admission 24 peut être de section ovale ou circulaire et entourer la chambre d’aspiration 14 à la manière d’une chambre à air. Dans ce mode de réalisation, le conduit 26 est absent. Ceci permet de réduire encore davantage l’encombrement du dispositif d’éjection de gaz. La hauteur de la chambre d’admission 24 peut alors être faible. Le conduit 26 raccorde ainsi la chambre d’admission 24 à la ou aux fentes. Il peut présenter une forme quelconque en coupe suivant un plan contenant la direction D1 . Il peut ainsi être rectiligne, de section constante ou non. Exemples
Dans les exemples, l’angle phi précédemment décrit et défini est nul.
Exemple 1
Un système d’aspiration du type de celui représenté figures 3 et 10 peut présenter les dimensions rassemblées dans le tableau 1 (en référence à la figure 3).
[Table 1]
Figure imgf000028_0001
Exemple 2- simulations des flux
Des simulations ont été effectuées sur un système d’aspiration similaire à celui représenté figures 3 et 10 au moyen d’un logiciel développé par la société Ansys®.
Les simulations ont été mises en œuvre avec un système d’aspiration présentant les caractéristiques suivantes :
Balai de section 32mm x 32mm
Hauteur de fente : 2mm
- Fente : pi = 18,43°; pe = 29,05°, a = 23,74°
Fente de largeur constante : 2mm
Dépression dans la chambre d’aspiration : - 50 mbars
Pression dans la chambre d’admission : 100 mbars
Comme le montrent les flux sur les figures 11 et 12, le rideau d’air généré refoule l’air extérieur de sorte que ce dernier n’est pas aspiré. Ainsi, la pollution éventuellement présente dans l’air environnant le système d’aspiration n’est pas aspiré. On note qu’une petite partie du rideau d’air généré est aspirée, mais que cette partie est trop faible pour déstabiliser le rideau d’air et entrainer avec elle l’air environnant et sa pollution.

Claims

Tl
REVENDICATIONS Système d’aspiration (10) destiné à aspirer des poussières générées par un balai (1 ) frottant sur un élément rotatif (3) d’une machine électrique tournante sans aspirer l’air environnant, le système comprenant :
- un logement (12) traversant s’étendant suivant une direction de guidage (D1 ) et apte à recevoir un balai (1 ) ou un support de balai (2) selon ladite direction de guidage,
- une chambre d’aspiration (14) présentant une ouverture (15) destinée à faire face à l’élément rotatif (3), ladite ouverture (15) s’étendant sur au moins une partie de la périphérie d’une extrémité inférieure (12a) du logement destinée à être positionnée en regard de l’élément rotatif (3),
- un dispositif d’éjection de gaz (20) comprenant au moins une fente débouchant du côté de l’extrémité inférieure du logement, l’au moins une fente (21 , 21a-21f) s’étendant autour de l’extrémité inférieure (12a) du logement sur au moins une partie de la périphérie de ce dernier et autour d’au moins une partie de l’ouverture de la chambre d’aspiration, caractérisé en ce que l’au moins une fente est orientée dans une direction éloignée de l’ouverture de la chambre d’aspiration pour diriger un flux de gaz sortant par l’au moins une fente dans une direction (D2) éloignée de l’ouverture de la chambre d’aspiration. Système d’aspiration (10) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’au moins une fente s’étend sur toute la périphérie de l’extrémité inférieure du logement. Système d’aspiration (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que :
- l’au moins une fente est définie par une surface latérale intérieure (210) et une surface latérale extérieure (211 ) disposées en regard l’une de l’autre,
- l’au moins une fente est configurée de sorte que, sur toute la longueur de l’au moins une fente, dans chaque plan perpendiculaire aux surfaces latérales intérieure et extérieure de l’au moins une fente et parallèle à une direction radiale de l’élément rotatif (3) passant par un point central d’une ouverture inférieure (13) du logement lorsque le système d’aspiration est monté sur la machine électrique, un angle a formé entre une direction parallèle à la direction radiale et une direction médiane de fente est de 0° à 90°-phi, optionnellement de 1 ° à 50°-phi, cette direction médiane de fente étant définie comme une droite médiane de deux segments formés par l’intersection dudit plan avec les surfaces latérales intérieure et extérieure de la fente, phi désignant un angle inférieur ou égal à l’angle entre la direction parallèle à la direction radiale et la direction médiane de fente.
4. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que :
- l’au moins une fente est définie par une surface latérale intérieure (210) et une surface latérale extérieure (211 ) disposées en regard l’une de l’autre, et, dans chaque plan perpendiculaire aux surfaces latérales intérieure et extérieure de l’au moins une fente et parallèle à une direction radiale de l’élément rotatif (3) passant par un point central d’une ouverture inférieure (13) du logement lorsque le système d’aspiration est monté sur la machine électrique :
- un premier angle pi est formé entre une direction parallèle à la direction radiale et la surface latérale intérieure (210) de l’au moins une fente,
- un deuxième angle pe est formé entre une direction parallèle à la direction radiale et la surface latérale extérieure (211 ) de l’au moins une fente, et
- chacun des premier et deuxième angles vaut, indépendamment, de 0° à 90°-phi, optionnellement de 0° à 45°-phi, phi désignant un angle inférieur ou égal à chacun des premier et deuxième angles.
5. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’au moins une fente présente une largeur de 0,1 à 20mm.
6. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une des caractéristiques suivantes :
- l’au moins une fente présente une largeur variable sur sa longueur,
- au moins deux fentes distinctes présentent des largeurs différentes.
7. Système d’aspiration (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’elle comprend au moins une des caractéristiques suivantes :
- une partie de l’au moins une fente la plus proche d’un orifice (201 ) d’admission de gaz alimentant l’au moins une fente est moins large que le reste de l’au moins une fente et/ou qu’une fente adjacente,
- une partie de l’au moins une fente la plus proche d’un orifice (16) d’aspiration de gaz de la chambre d’aspiration (14) est plus large que le reste de l’au moins une fente et/ou qu’une fente adjacente. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’éjection d’air comprend au moins deux fentes disposées dans le prolongement l’une de l’autre et en ce que la somme des distances séparant deux fentes adjacentes est de 0,1 à 5% de la somme des longueurs des fentes. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’éjection de gaz comprend au moins un orifice (201 ) d’admission de gaz en communication de fluide avec l’au moins une fente. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’éjection de gaz (20) comprend une chambre d’admission de gaz (24) reliée fluidiquement à l’au moins une fente et à au moins un orifice (201 ) d’admission de gaz. Système d’aspiration (10) selon la revendication 10, dans laquelle la chambre d’admission (24) est adjacente à la chambre d’aspiration (14) et s’étend, au moins en partie, le long d’une paroi latérale extérieure (142) de la chambre d’aspiration et/ou le long d’une paroi supérieure (144) de la chambre d’aspiration. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications 10 et 11 , caractérisé en ce que le dispositif d’éjection de gaz (20) et la chambre d’aspiration (14) sont des pièces distinctes assemblées l’une à l’autre. Système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’éjection de gaz (20) est formé d’au moins deux parties distinctes assemblées entre elles, une partie définissant une surface latérale extérieure (211 ) de l’au moins une fente et l’autre partie définissant une surface latérale intérieure de l’au moins une fente. Procédé d’aspiration de poussières générées par un balai frottant sur un élément rotatif d’une machine électrique tournante sans aspirer l’air environnant au moyen d’un système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, au moins pendant l’aspiration de gaz par la chambre d’aspiration, on alimente l’au moins une fente du système d’aspiration avec un débit volumique de gaz suffisant pour former un rideau de gaz isolant l’ouverture de la chambre d’aspiration de l’air environnant. Procédé d’aspiration de poussières selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite au moins une fente est alimentée en gaz via une chambre d’admission de gaz raccordée à au moins un orifice d’admission de gaz.
16. Procédé d’aspiration de poussières selon la revendication 15, caractérisé en ce que la pression de gaz à l’intérieur de la chambre d’admission est supérieure à la pression de gaz à l’intérieur de la chambre d’aspiration, optionnellement d’au moins 150 mbars. 17. Procédé d’aspiration de poussières selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que l’on aspire le gaz chargé en poussières contenu dans la chambre d’aspiration (14) au moyen d’un groupe d’aspiration (17) et on utilise au moins une partie du gaz ainsi aspiré après son passage dans un système de filtration (170) pour alimenter l’au moins une fente (21 , 21a-21f) du système d’aspiration.
18. Machine électrique tournante comprenant au moins un balai (1) frottant sur un élément rotatif (3) et équipée d’au moins un système d’aspiration (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, ledit balai étant reçu dans le logement (12) du système d’aspiration suivant la direction de guidage (D1 ).
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