FR2527287A1 - Variable reaction hydrodynamic brake - has eccentric adjustment of stator shaft to alter stator-rotor concentricity - Google Patents

Abstract

The stator (7) is mounted rigidly inside a mounting bearing, but eccentric to the bearing. The relative rotational setting of the bearing alters the concentricity of the stator and rotor shaft and hence the hydrodynamic coupling between the shafts. The adjustable brake effect is simple and low cost. It can be applied to wind driven generators and operated by simple controls. The stator can also be driven by a servo drive along an adjusting slot.

Description

La présente invention a pour objet un frein hydrodymanique comportant un rotor et un stator montés dans un bâti de frein fixe muni de raccords permettant la transmission d'une pression, les positions relatives du rotor et du stator étant variables. The present invention relates to a hydrodymanic brake comprising a rotor and a stator mounted in a fixed brake frame provided with connections allowing the transmission of pressure, the relative positions of the rotor and the stator being variable.

I1 est bien connu qu'on peut faire appel à de tels freins hydrodynamiques comme convertisseurs d'énergie en les couplant à des échangeurs de chaleur pour l'exploitation d'éoliennes. Dans ce cas, il est nécessaire d'adapter la courbe caractéristique du couple de rotation du frein hydrodynamique à la courbe caractéristique du couple de rotation de la machine motrice, notamment de l'éolienne. Un tel ajustement peut se faire, de façon bien connue, par modification du taux de remplissage. Cette modification du taux de remplissage présente cependant l'inconvénient dans les cas cités d'applications sur des systèmes fermés, que ce réglage est difficile. Avec la surpression existant normalement dans Ae tels systèmes fermés, on ne peut pas régler le frein. It is well known that such hydrodynamic brakes can be used as energy converters by coupling them to heat exchangers for the operation of wind turbines. In this case, it is necessary to adapt the characteristic curve of the torque of the hydrodynamic brake to the characteristic curve of the torque of the driving machine, in particular of the wind turbine. Such an adjustment can be made, in a well known manner, by modifying the filling rate. However, this modification of the filling rate has the drawback in the cited cases of applications on closed systems, that this adjustment is difficult. With the overpressure normally existing in Ae such closed systems, the brake cannot be adjusted.

On sait, d'autre part, modifier la caractéristique du couple de rotation à l'aide d'obturateurs intercalés entre rotor et stator. Ces obturateurs présentent l'inconvénient d'être plaqués contre le stator par les efforts de pression s'exerçant au sein du frein hydronamique. Ces efforts d'application sont difficilement maitrisables. D'autre part, les dispositions constructives qui en résultent sont relativement onéreuses. Un autre moyen connu en soi pour influencer la caractéristique du couple de rotation est de modifier la distance axiale existant entre stator et rotor au sein d'un même corps de frein. Pour ajuster ce que l'on appelle facteur
K du frein hydrodynamique, à la machine motrice (éolienne), il faut cependant disposer d'une course de réglage relativement importante.On the other hand, it is known to modify the characteristic of the torque using shutters inserted between the rotor and the stator. These shutters have the disadvantage of being pressed against the stator by the pressure forces exerted within the hydronamic brake. These application efforts are difficult to control. On the other hand, the resulting constructive arrangements are relatively expensive. Another means known per se for influencing the characteristic of the torque is to modify the axial distance existing between stator and rotor within the same brake body. To adjust what is called factor
K of the hydrodynamic brake, to the driving machine (wind turbine), it is however necessary to have a relatively large adjustment stroke.

L'invention se donne pour but de réaliser un frein hydrodynamique du type ci-dessus décrit, qui permettra, par les moyens les plus simples et avec les dimensionnements constructifs les plus réduits possible, d'obtenir une modification importante de la caractéristique du couple de rotation.  The object of the invention is to produce a hydrodynamic brake of the type described above, which will make it possible, by the simplest means and with the smallest possible constructive dimensions, to obtain a significant modification of the characteristic of the torque. rotation.

La présente invention résoud le problème au moyen d'un dispositif permettant de déplacer radicalement le stator par rapport au rotor. Un tel déplacement peut se faire de la façon la plus simple. Une disposition constructive très avantageuse consiste, par exemple, à fixer le stator sur un axe excentrique, cet axe étant monté sur palier à l'intérieur du bâti de façon excentrée par rapport au rotor, mais de telle manière que stator et rotor soient alignés dans une position donnée. L'axe du stator se déplace radialement par rapport au rotor par simple rotation de cet axe. I1 s'avère avantayeux de faire en sorte que la course de réglage radial maximale soit sensiblement égale à la hauteur d'aube. The present invention solves the problem by means of a device making it possible to radically move the stator relative to the rotor. Such a move can be done in the simplest way. A very advantageous constructive arrangement consists, for example, in fixing the stator on an eccentric axis, this axis being mounted on a bearing inside the frame eccentrically with respect to the rotor, but in such a way that the stator and rotor are aligned in a given position. The stator axis moves radially relative to the rotor by simple rotation of this axis. I1 proves advantageous to ensure that the maximum radial adjustment stroke is substantially equal to the blade height.

C'est la raison pour laquelle, dans l'exemple de réalisation de l'invention le plus interessant, l'axe du rotor est fixé sur le stator avec un excentrique égal à la moitié de la hauteur radiale de l'aube et en même temps avec un excentrique de la même nature par rapport au bâti. En faisant tourner le stator de 1800, on obtient un déplacement radial du stator égal à la hauteur d'aube.This is the reason why, in the most interesting embodiment of the invention, the axis of the rotor is fixed on the stator with an eccentric equal to half the radial height of the blade and at the same time time with an eccentric of the same nature with respect to the frame. By rotating the stator of 1800, we obtain a radial displacement of the stator equal to the blade height.

I1 peut s'avérer souhaitable, dans certains cas, notamment pour des raisons de fabrication d'utiliser les mêmes aubes pour le stator que pour le rotor présentant un moyen de fixation sur l'axe. Dans ce cas et conformément à une autre solution de disposition constructive, ou fixe le stator sur le tenon d'une manivelle dont le palier sera excentré par rapport à l'axe du rotor. I1 may prove desirable in certain cases, in particular for manufacturing reasons, to use the same blades for the stator as for the rotor having a means of fixing on the axis. In this case and in accordance with another constructive arrangement solution, or fixes the stator on the post of a crank whose bearing will be eccentric relative to the axis of the rotor.

Dans le cas préconisé d'une utilisation du frein hydrodynamique conforme à l'invention sur une éolienne à ailettes fixes, le frein hydraulique n'est adapté qu'une seule fois à l'éolienne. Dans ce cas, il est intéressant de monter le palier du stator de façon réglable radialement dans des glissières rectilignes et d'effectuer, par exemple, ce reglage à l'aide de vis. Une fois le réglage effectué on serre les vis et le stator reste dans la position fixée une fois pour toutes. Par ailleurs, le frein hydrodynamique, conforme à l'invention, est adapté à d'autres applications stationnaires ainsi qu'à des véhicules. Dans ce dernier cas d'application, on procède à un déplacement excentrique du stator pour éviter les pertes par ventilation lorsque le frein est hors service et vidé de son contenu. In the recommended case of using the hydrodynamic brake according to the invention on a wind turbine with fixed fins, the hydraulic brake is only adapted once to the wind turbine. In this case, it is advantageous to mount the stator bearing in an adjustable manner radially in rectilinear slides and to carry out, for example, this adjustment using screws. Once the adjustment has been made, the screws are tightened and the stator remains in the fixed position once and for all. Furthermore, the hydrodynamic brake according to the invention is suitable for other stationary applications as well as for vehicles. In the latter case of application, an eccentric displacement of the stator is carried out to avoid losses by ventilation when the brake is out of service and emptied of its content.

La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaitront à la description qui va être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures de la planche annexée, dans laquelle
- la fig.l est un schéma de frein hydrodynamique en coupe avec une position relative des stator et rotor définie par l'invention comme étant optimale,
- la fig.2 représente le frein de la fig.1 dans une configuration où le couple de rotation aura le comportement le plus uniforme,
- la fig.3 est une coupe schématique dans un plan perpendiculaire à l'axe de recouvrement des stator et rotor dans leurs positions respectives de la fig.2,
- la fig.4 est un diagramme de l'évolution du couple d'entraînement entre rotor et stator entre leurs positions respectives extrêmes,
- la fig.5 est une coupe schématique longitudinale d'une variante de disposition constructive du frein de l'invention,
- la fig.6 est une coupe schématique d'une autre variante de disposition constructive de l'invention comportant un stator réglable radialement et de façon rectiligne, fixé dans une position donnée,
- la fig.7 est une coupe suivant le plan VII - VII défini à la figure précédente.The present invention will be better understood and details will be apparent from the description which will be given of exemplary embodiments, in relation to the figures in the appended plate, in which
FIG. 1 is a diagram of a hydrodynamic brake in section with a relative position of the stator and rotor defined by the invention as being optimal,
- fig.2 represents the brake of fig.1 in a configuration where the torque will have the most uniform behavior,
- fig.3 is a schematic section in a plane perpendicular to the axis of overlap of the stator and rotor in their respective positions of fig.2,
- Fig.4 is a diagram of the evolution of the drive torque between rotor and stator between their respective extreme positions,
FIG. 5 is a schematic longitudinal section of a variant of the constructive arrangement of the brake of the invention,
FIG. 6 is a schematic section of another variant of the constructive arrangement of the invention comprising a stator adjustable radially and in a rectilinear manner, fixed in a given position,
- Fig.7 is a section along the plane VII - VII defined in the previous figure.

Sur la fig.l, le stator 7 et le rotor 8 avec son axe de rotor 9 sont montés dans le bâti 6 du frein hydrodynamique. L'axe 10 du stator 7 est monté de façon excentrique par rapport à son axe central 11 avec une excentricité E1. Le remplissage avec du liquide hydraulique se fait à l'aide du conduit 12 de l'axe 10 et du conduit 13. In fig.l, the stator 7 and the rotor 8 with its rotor axis 9 are mounted in the frame 6 of the hydrodynamic brake. The axis 10 of the stator 7 is mounted eccentrically relative to its central axis 11 with an eccentricity E1. The filling with hydraulic fluid is done using the conduit 12 of the axis 10 and the conduit 13.

Pour évacuer le liquide hydraulique on utilise la tuyauterie 14 traversant le bati 6. Dans l'exemple représenté, l'axe de stator 10 est déporté de E1 = H/2 par rapport à l'axe du rotor, H étant la hauteur d'aube. L'axe de stator 10 est déporté à nouveau de la même valeur E2 = E1 = H/2 par rapport à l'axe du rotor, H étant la hauteur d'aube. L'axe de stator 10 est déporté à nouveau de la même valeur E2 = E1 = H/2 par rapport à l'axe du rotor au sein du bâti 6. Si, à présent, on tourne l'axe du stator de 1800, on se trouve dans la position représentée en fig.2, dans laquelle rotor et stator sont excentrés au maximum. Cette position est donnée par le schéma 3 représentant une vue axiale. Grâce aux deux excentricités
E1 et E2, on obtient un déport de H = E1 + E2.To evacuate the hydraulic fluid, the piping 14 passing through the frame 6 is used. In the example shown, the stator axis 10 is offset by E1 = H / 2 relative to the axis of the rotor, H being the height of dawn. The stator axis 10 is offset again by the same value E2 = E1 = H / 2 relative to the axis of the rotor, H being the blade height. The stator axis 10 is offset again by the same value E2 = E1 = H / 2 relative to the axis of the rotor within the frame 6. If, now, the axis of the stator is rotated by 1800, we are in the position shown in fig.2, in which the rotor and stator are eccentric to the maximum. This position is given by diagram 3 representing an axial view. Thanks to the two eccentricities
E1 and E2, we obtain an offset of H = E1 + E2.

Le diagramme de la fig.4 donne la variation du couple d'entraînement en fonction de la vitesse de rotation. Dans la position relative des stator et rotor conforme à la fig.l on a le comportement optimal du couple d'entraînement selon la courbe 0-1, et dans la position de la fig.2, le comportement du couple d'entraînement devient celui de la courbe plate 0-3. Dans les positions intermédiaires, la courbe représentative se trouve entre ces deux courbes extrê- mes. Le champ caractéristique est limité vers le haut par la ligne 1-2 par le maximum de pression admissible dans le frein hydrodynamique. La ligne 2-3 est déterminée par la vitesse maximale autorisée. The diagram in fig. 4 gives the variation of the drive torque as a function of the speed of rotation. In the relative position of the stator and rotor according to fig.l we have the optimal behavior of the drive torque according to the curve 0-1, and in the position of fig.2, the behavior of the drive torque becomes that of the flat curve 0-3. In the intermediate positions, the representative curve is between these two extreme curves. The characteristic field is limited upwards by line 1-2 by the maximum allowable pressure in the hydrodynamic brake. Line 2-3 is determined by the maximum speed allowed.

Dans la disposition constructive proposée en variante en fig.5, le stator 7 est fixé à une manivelle 15 pouvant tourner d'une valeur d'excentricité E2 par rapport à l'axe de rotor 9 à l'intérieur du bâti 6. Le stator 7 est fixé par son axe au tenon 16 de la manivelle. In the constructive arrangement proposed as a variant in FIG. 5, the stator 7 is fixed to a crank 15 which can rotate by an eccentricity value E2 relative to the rotor axis 9 inside the frame 6. The stator 7 is fixed by its axis to the stud 16 of the crank.

L'excentricité entre l'axe de la manivelle et l'axe de son tenon est de E1 = E2, E1 et E2 étant encore égaux à la hauteur d'aube H. La conduite d'entrée et de sortie de liquide de pressurisation n'est pas représentée ici et peut etre réalisée exactement comme représentée sur l'exemple de disposition constructive en fig.1. The eccentricity between the axis of the crank and the axis of its tenon is E1 = E2, E1 and E2 being still equal to the height of blade H. The inlet and outlet pipe for pressurizing liquid n 'is not shown here and can be performed exactly as shown in the example of constructive arrangement in fig.1.

Dans l'exemple de réalisation donné par les fig.6 et 7, le stator 7 est monté de façon réglable sur le bâti 6 au moyen d'une glissière rectiligne de sa face arrière. Une vis de réglage 19, vissée dans une oeillère 18 du bâti 6 est libre en rotation, mais solidaire axialement du stator 7. Par rotation de l'écran à oreilles 20, on peut déplacer le stator de la position d'excentricité maximale 7' représentée en pointillés et le maintenir dans cette position gracie au contre-écrou 21. Cette configuration est particulières aux éoliennes à ailettes fixes pour lesquelles le stator, une fois adapté, n'a plus besoin d'etre réglé. In the embodiment given in fig. 6 and 7, the stator 7 is mounted in an adjustable manner on the frame 6 by means of a rectilinear slide on its rear face. An adjustment screw 19, screwed into an eye 18 of the frame 6 is free to rotate, but axially integral with the stator 7. By rotation of the wing screen 20, the stator can be moved from the position of maximum eccentricity 7 ' shown in dotted lines and keep it in this graceful position with the lock nut 21. This configuration is specific to wind turbines with fixed fins for which the stator, once adapted, no longer needs to be adjusted.

La possibilité de fixer le stator dans une position déterminée dans les configurations des figures 1 à 3 et S existe bien sûr. The possibility of fixing the stator in a determined position in the configurations of FIGS. 1 to 3 and S does of course exist.

I1 doit être compris que la portée
de la présente invention n'est pas limitée aux exemples de
réalisation décrits ou illustrés schématiquement, mais qu'elle
s'étend aussi à tout frein hydrodynamique, ou convertisseur
d'énergie comportant les caractéristiques générales définies
dans le préambule. It should be understood that the scope
of the present invention is not limited to the examples of
realization described or illustrated schematically, but that it
also extends to any hydrodynamic brake, or converter
with the defined general characteristics
in the preamble.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1.- Frein hydrodynamique avec rotor et stator montés dans un1.- Hydrodynamic brake with rotor and stator mounted in a corps de frein fixe comportant des connections pour mise fixed brake body with connections for setting sous pression, dans lequel la position relative des rotor under pressure, in which the relative position of the rotor et stator est réglable et caractérisé  and stator is adjustable and characterized par le fait que le stator (7) peut by the fact that the stator (7) can être excentré radialement par rapport au rotor (8) 2.- Frein conforme à la revendication 1, caractérisé be eccentrically radially with respect to the rotor (8) 2.- Brake according to claim 1, characterized par le fait que le stator (7) est by the fact that the stator (7) is fixé sur un axe (10) excentré et que l'axe excentré par fixed on an eccentric axis (10) and that the eccentric axis by rapport au rotor (8) peut tourner dans le bâti (6), rotor relation to the rotor (8) can rotate in the frame (6), rotor (8) et stator (7) étant alignés dans une position donnée 3.- Frein conforme aux revendications 1 ou 2, caractérisé (8) and stator (7) being aligned in a given position 3.- Brake according to claims 1 or 2, characterized par le fait que la course de régla by the fact that the race ge maximale (E1 + E2) est sensiblement égale à la hauteur maximum age (E1 + E2) is substantially equal to the height (H) de l'aube 4.- Frein conforme à la revendication 3, caractérisé (H) of the blade 4.- Brake according to claim 3, characterized par le fait que l'axe du stator (10) by the fact that the stator axis (10) est fixé sur le stator (7) avec une excentricité d'une is fixed on the stator (7) with an eccentricity of demi-hauteur d'aube (H) et monté sur palier avec la même half blade height (H) and mounted on a bearing with the same excentricité par rapport a l'axe du bâti ; 5.- Frein conforme à la revendication 1, caractérisé eccentricity with respect to the axis of the frame; 5.- brake according to claim 1, characterized par le fait que le stator (7) est by the fact that the stator (7) is fixé sur le tenon d'une manivelle (15) 6.- Frein conforme à la revendication 1, caractérisé fixed on the tenon of a crank (15) 6.- Brake according to claim 1, characterized par le fait que le stator (7) est by the fact that the stator (7) is guidé par une rainure rectiligne (17) permettant un dé guided by a rectilinear groove (17) allowing a dice placement radial.  radial placement.