Brevet FR2007736A1 — publié le 19700109

;'invention concerne un dispositif de maintien d'un niveau constant du lubrifiant dans la chambre d'insertion de roulements à grande vitesse servant de supports rotatifs à l'arbre d'une pompe d'alimentation en liquide de turbopropulseur, en particulier de moteur-fusds i propergol-liquide, lesdits roulements étant lubrifiés et refroidis par le liquide débit par la pompe et un joint à labyrinthe étant placé entre les chambres d'insertion de la pospe et du rouleientè Le fait de lubrifier et de refroidir, dans dea moteurs- fusées à propergol liquide, les roulements servant de supports rotatifs aux arbres des pompe d'alimentation en oxygène liquide et en combustible au moyen de ces maies liquides, ou ergols, est déjà connu. Ces roulements sont placés soit dans la chambre de pompe remplie par le liquide, soit dans une chambre d'insertion particulière séparée de la chambre de pompe par un joint à labyrinthe. La première de ces dispositions simplifie la costruction et contribue à la compacité axiale du groupe des pompes, mai. elle provoque quelques difficultés et inconvénients t au cours do fonctionnement, les roulements complètement pleins de lubrifiant doivent en effet fournir un important travail de refoulement pour faire constamment circuler le liquide et ce travail entraine aux vitesses élevées une perte de puissance non négligeable et un échauffement fâcheux du roulement.La seconde disposition, dans laquelle le roulement est séparé de la chambre de pompe par un joint à labyrinthe agissant à la manière d'un diaphragme en sorte que, lors du fonctionnement du moteur-fusée, le débit di liquide à travers la chambre d'insertion du roulement soit - nul eu réduit à une valeur déterminée, est également impropre, comme on va le voir, à un fonctionnement favorable dudit roulement.Si l'on adopte un joint à labyrinthe, on ne dispose que de deux possibilités : ou bien l'établir en sorte-que, lors du fonctionnement, l'effet centrtùg empêche tout passage de liquide de la chambre de pompe à la chambre de roulement, ou bien utiliser un joint à labyrinthe qui autorise pendant le fonctionnement un sertain écoulement de liquide à travers le roulement pour refroidir ce dernier dans une certaine mesure. Dans le premier cas, le courant de liquide est à peu près complètement étranglé et le roulement risque de chauffer exagérément et de né recevoir que trop peu de lubrifiant; dans le second cas, il n'est pas exclu que le roulement ait à tourner dans une chambre trop remplie.Autre fait non négligeable, les pompes à haute pression telles qu'on en utilise pour l'alimen- tation en ergols des moteurs-fusées sont remplies à l'avance de leur liquide respectif avant ou pendant le démarrage, - par une pon- pe auxiliaire ou par l'effet de gaz comprimé s il en résulte que dès avant l'accélération de la pompe à haute pression, ou pompe principale, c'est-à-dire avant l'intervention de l'effet centri- fuge à l'intérieur du joint à labyrinthe, la chambre d'insertion du roulement commence par se remplir complètement du liquide de la pompe, eela d'autant plus que les pressions initiales, eu 'ad- duction,. sont obligatoirement considérables dans de telles pompes à grande vitesse de rotation. Un flot -de liquide pénètre donc dans la chambre dtinsertion du roulement dès le démarrage.On ne modifie qu'imperceptiblement cet gtat de choses si l'on isole, à l'ar- ret, le roulemant d'ave. la pompe par une membrane collée ou sou- dée et arrachée ensuite par la rotation de la machine lors du démarrage, car au même instant une relativement grande quantité de liquide se déverse dans la chambre du riulement par suite du manque d'opposition de force centrifuge d à la faible vitesse de rotation alors atteinte. Le roulement entre par conséquent en fonction plein de liquide, c'est-à-dire exposé aux inconvénients déjà exposés de perte de puissance et d'échauffement. L'invention a pour objet un dispositif propre à éviter dans des roulements à grande vitesse destinés à de telles applications les inconvénients précités et à doser leur lubrifiant d'une manière assurant leur bon fonctionnement et leur efficacité optimale. Ce dispositif est caractérisé en cas de position constante du moteur-fusée par rapport à l'horizontale par un seul dégagement inférieur de lubrifiant ou, en cas de position-de vol arbitraire ou variable du moteur-fusée par rapport à l'horizontale, par plusieurs dégagements de lubrifiant répartis sur tout le peur- tour de la chambre d'insertion du roulement, ce. -ox ces dégagements en position radiale par rapport au roulement déterninsat la hauteur statique de niveau de lubrifiant, à l'état d'arrêt, et l'épaisseur de l'anneau de lubrifiant formé pendant la rotation. Le eu les dégagements de lubrifiant peuvent être constitués par des tubes d'épuisement pénétrant dans la chambre d'insert.ion -du roulement0 n convient de bien préciser qu'il suffit d'un seul dégagement de lubrifiant, ou tube d'épuisement, placé à la partie inférieure lorsque la machine ou le moteur-fusée dont font partie le ou les roulements ne peut prendre qu'une seule position par rapport à l'horizontale.Plusieurs dégagements de lubrifiant, ou tubes d'épuisement, répartis sur tout le pourtour sont au contraire nice- saires lorsque le propulseur ou l'avion ou engin dans lequel est inséré ce propulseur peuvent prendre n'importe quelle position et qu'il peut en outre se produire en m8se temps des forces d'accélé- ration élevées déformant, de leur côté, considérablement l'anneau liquide de la chambre d'insertion du roulement Les dégagements de lubrifiant, ou tubes d'épuise- ment, peuvent être agencés de manière à être réglables ou dépla çables en direction radiale, ce qui permet de déterminer l'épais- seur de l'anneau liquide existant, pendant le fonctionnement, dans la chambre d'insertion du roulement.Le réglage radial des dégage- ments de lubrifiant, ou tubes d'épuisement, peut aussi s'effectuer en fonction~de la température du roulement, facteur essentiel pour la durée de vie de ce dernier. de D'autres -particularités de l'invention ressortiront de la suite/l'exposé. Le dispositif conforme à cette invention apporte dans tout mode de fonctionnement possible une solution satisfaisante aux problèmes posés. Le flot initial provoqué par la pompe auxiliaire est toujours rendu inopérant ou plue exactement- réduit à une couche suffisante de lubrifiant. En outre, si le Joint à labyrinthe - est établi de manière à permettre, ment pendant le fonctionnement, un débit permanent à travers lui-même, le niveau du lubrifiant conserve dans la chambre d'insertion du roulement une hauteur appropriée au fonctionnement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détailleé d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annelé, sur lequel t -la figure 1 représente, en coupe longitudinale, une pompe pour liquide associée à un roulement muni dtun dispositif conforme à ladite invention; la figure 2 représente, à une échelle réduite, une coupe suivant Il-Il de la figure 1. Un-arbr 1 porte une roue de pompe 2 3unie d'un ensemble d'aubes principales 2a et d'un autre ensemble dtaubes 2b sur la face opposée. Cette pompe refoule par une tubulnre de ser ti. 3 in liquide, tel qu'un combustible, vers un récepteur non représenté, par exemple vers les injecteurs d'une chambre de combustion de moteur-fusée à propergol liquide. Du courant principal de liquide 4 se détache un courant secondaire 5 servant à lubrifier et refroidir un roulement 6, support rotatif de l'arbre 1. Ce roulement est inséré dans une chambre 7 séparée de la -fthambre de la pompe 10 par un joint à labyrinthe 8 agissant en diaphragme, ou étranglement, et ayant pour objet de déterminer l'intensité et la pression du courant auxiliaire 5 à 11 intérieur de la ehamnre d'insertion 7 du roulement. Iwans cette même chambre pénètrent, répartis sur tout son pourtour, au nombre de quatre dans le présent exemple, plusieurs dégagements de lubrifiant constitués par des tubes d'épuisement 9 dont les embouchures, ou écopes, 9a font face au sens de rotation a de l'arbre 1 et, par conséquent aussi, du roulement 6. La chambre d'insertion 7 de ce dernier est délimi- tée d'un côté par un chapeau de palier 11, de l'autre côté par une collerette intérieure 13 du corps de pompe 12.Cette collerette 13 forme avec une bride 15 emmanchée sur l'arbre 1 et une autre oolle- rette intérieure 14 du corps de pompe la fente d'étanchéité du joint à labyrinthe 8. Les tubes d'épuisement 9 traversant en position réglable en direction radiale au moyen d'un filetage le chapeau de palier 11 peuvent être remplacés dans ce dernier par des rangées 16 et 17 d'alésages d'écoulement 16a et 17a servant de dégagements de lubrifiant et disposés en cercles concentriques, les alésages 16a d'lune seule rangée 16 étant reliés à des canalisations d'éva- cuation 18 et les alésages 17a de l'autre rangée 17 étant en i%Lo temps fermés vers l'extérieur. La pompe à liquide 2 détermine par sa vitesse de rotation élevée et par les importantes forces centrifuges qui en résultent la formation d'un anneau liquide 19 dans la chambre d'insertion 7 du roulement. L'épaisseur 20 de cet anneau liquide 19 est déterminée par la position radiale à laquelle sont réglés les tubes d'épuisement 9, dont les embouchures 9a recueillent et éva- cuent le liquide en excès. Pendant le ddmarrage et la notée eu allure de la pompe, la pompe auxiliaire fait déjà pénétrer dans la chambre d'insertion 7 du roulement un flot de liquide tendant à remplir cette dernière : celui des tubes d'épuisement 9 qui se troua vo à la partie inférieure évacue alors l'excès de liquide et éta- blit ainsi provisoirement le niveau statique indiqué sur la figure 2 par le trait mirte 21. REVENDICATIONS 1. Dispositif de maintien d'un niveau constant du lubrifiant dans la chambre d'insertion de roulenents à grande vitesse servant de supports rotatifs à l'arbre d'une pompe d'alimentation en liquide de turbopropulseur, en partioulier de moteur-fusée à propergol liquide, lesdits roulements étant lubrifiés et refroidis par le liquide débité par la pompe et un joint à labyrinthe étant placé entre les chambres d'insertion de la pompe et du roulement, dispositif caractérisé par un seul dégagement inférieur de lubrifiant ou par plusieurs dégagements de lubrifiant répartis sur tout le pourtour de la chambre d'insertion du roulement, ce ou ces dégagements en position radiale par rapport au roulement déterminant la hauteur statique du niveau du lubrifiant à l'état dlarre et l'épaisseur de 11 anneau de lubrifiant formé pendant la rotation. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le ou les dégagements de lubrifiant sont constitués par des tubes d'épuisement pénétrant dans la chambre d'insertion du roulement0 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2 carastérisé par le fait que les dégagements de lubrifiant, ou tubes d'épuisement, sont agencés de manière à Entre réglables ou déplaçables en direction radiale. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que le réglage radial des dégagements de lubrifiant, ou tubes d'épuisement, s'effectue en fonction de la température du roulement. 5. Dispositif selon les revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que le ou les tubes d'épuisement traversent dans une partie filetée le corps de la pompe ou un chapeau de palier. 6. Dispositif selon la revendication 1 caractdrisé par le fait que plusieurs rangées circulaires d' alésages dUcoulement sont ménagées à diverses hauteurs radiales par rapport au roulement dans le chapeau appliqué sur ce dernier et fermant sa chambre d'in sertffioo ou dans une paroi de séparation placée en aval par rapport au courant d'agent lubrifiant et refroidisseur, c'est-à-dire au courant secondaire, et les alésages d'un cercle, ou d'une série, sont reliés à des canalisations d'évacuation tandis que cieux des autres cercles, ou séries, sont fermés vers ltextérieur. 7. Les tubes d'épuisement sont placés en aval du roulement, par rapport au courant d'agent lubrifiant et refroidisseur, ou courant secondaire.