Brevet FR2050206A1 — publié le 19710402

VOLUMES A GRANDE VITESSE DE ROTATION Dans l'état actuel de la technique il est fréquent que l'on ait besoin d'animer des volumes creux de révolution de haute ou très haute vitesse de rotation et lesdits volumes peuvent parfois, pour des raisons de centrifugation par exemple, présenter des rayons importants C'est le cas, notamsent, de la technique dite d'hyper centrifugation employée dans l'industrie atomique Or, les vitesses atteintes sont telles qu' il faut, pour réaliser les parois soumises à l'effort centrifuge, utiliser des matériaux très légers et présentant tout de même une très grande résistance en traction Pour cette raison l'on utilise généralement de préfé- rence au métal des produits appelés stratifiés, obtenus par l'agglomération de fibres textiles et de résines synthétiques. Les fibres sont, généralement, des fibres de verre, de silice, ou de bor et l'on obtient dans le matériau des résistances de I20 à 200 kg;!;2 traction, selon la qualité de la fibre, sa mise en oeuvre et la résine employée La densité de ce matériau varie de I,5 à 1,8 et donc le rapport résistance poids est plus favorable que celui offert Plr n'importe quel métal Toutefois, il faut bien prévoir des axes voir des robineteries - sur de tels volumes et cÉs organes sont métalliques er, le module d'élasticité des stratifiés étant plus faible que celui des organes métalliques auquel on l'associe, il s'en suit des difficultés technologiques très grandes pour assurer des liaisons étanches ou mécaniquement résistantes. Généralement, les spécialistes font appel à des élastomers pour assurer ses liaisons tout en amortissant les vibrations inévitables . Or, toutes ces difficultés sont dues au seul fait que l'enveloppe externe en métal ou en stratifié est soumise à la force centrifuge maximale de l'ensemble mécanique et, en conséquence, son diamètre augmente sous l'effet de cette force, dans des proportions plus importantesque le diamètre des axes métalliques, ou des fonds Il est à noter que l'effort centrifuge sur l'enveloppe est assimilable à l'effort d'éclatement statique que subirait une section de tube cylindrique dont les deux extrémités se raient obturées par des bouchons hermétiques liés entre eux par une colonne interne en métal ou par des colonnettes externes en métal suffisamment résistantes pour tenir l'effort de la pression surales deus bouchons Le présent brevet repose sur cette constatation élémen- taire. En effet, on sait réaliser des joints et des paliers étanches résistant à des pressions de 300 à 900 kgs cm3 et des enceintes métalliques statiques tenant de telles pressions. Au besoin, s'il existe de légères fuites, celles-ci peuvent être compensées par une injection continue de fluid sous pression. En conséquence, le présent brevet prévoit de faire tourner les volumes creux de révolution, généralement cylindri- ques, à l'intérieur de réservoirs de formes quelconques, mais généralement cylindriques, emplis de fluid = air, azote, mercure, eau ou autres Les réservoirs statiques seront surrésistances et étanches, et pleinsdu fluid choisi. Les axes. des volumes creux sortiront desdits réservoirs, ou liensemble mécanique sera logé dans ceux-ci; seules les canalisations électriques alimen- tant le ou les motEurs en sortant les volumes tournants seront remptis du produit à centrifuger, ayant mise en rotation, ou seront alimentés par des canalisations passant par l'axe. Les "fonds" seront en métal ou en tout autres maté- riaux, mais une colonne centrale sur dimensionnée ou tout autre artifice mécanique les soutiendra de façon à empêcher qu'ils ne puissent se rapprocher l'un de l'autre durant la rotation du cylindre creux, sous l'effet de -la pression ambiante L'effort centrifuge sur la paroi du cylindre sera calculée en fonction de chaque vitesse de rotation et assimilée à un effort d'éclatement, suivant la forimile classique de calcul des tubes à parois minces.On établira la courbe, non plus de l'effort centrifuge en fonction da nombre de tours minute, mais en pression par cm2 en fonction du nombre de tours minute Cette courbe étant établie, il deviendra facile d'asser- vir, par un procédé connu queFonque, une pompe ou le débit d'un accumulateur haute pression de façon à comprimer à tout moment le fluid contenu dans le réservoir fixe contenant le cylindre d'hyper centrifugation, de façon à ce que la pression exercée sur la paroi externe du cylindre tournant équilibre exactement l'effort de la force centrifuge, réduisant ainsi àzéro l'aug mentation du rayon du cylindre tournant . Par ce procédé, tous les problèmes technologiques nou veaux et encore peu sûrs de la liaison de deux matériaux de modul différent se trouveront résolut par des techniques éprouvées et ne nécessitant pas d'études longues et coûteuses Le poids spécifique du matériau constituant le cylindre tournant n'intervenant plus il sera même possible de le réaliser en métal, donc homogène, ce qui facilitera l'équilibrage dynamique L'échauffement du fluid comprimé étant inévitable, il pourra être refroidi par un échangeur constitué à titre d'exemple indicatif et non limitatif, par un serpentin tubulaire de cuivre tapissant la paroi interne du réservoir externe et sta tique Dans ce serpentin on pourra faire circuler un réfrigérant quelconque, voir de l'azote ou de l'air liquide, à titre d'exemple indicatif et non imitatif La paroi externe du cylindre tournant devra Evidem- ment être parfaitement lisse pour éviter au 1Hax3Hnun les efforts dûs au frottement avec le fluid comprimé et une élEva tion de température REVENDICATION I - Un cylindre ou un volume creux de révolution tournant autour de son axe à très grande vitesse à l'intérieur d'un réservoir ou un fluid est comprimé de façon à ce que la pression externe exercée par le fluid comprimé sur la paroi externe du cylindre tournant équilibre à tout moment l'effort centrifuge sur l'enveloppe cylindrique 2 - L'asservissementb de la pression dans le réservoir externe au cylindre tournant, à la vitesse de rotation de celui-ci 3 - Une ou des colonnes maintenant le fonds du cylindre tournant à un écartement constant à peu de chose près qu'elle que soit la pression du fluid externe au cylindre tournant 4 - La surface externe du cylindre tournant très lisse 5 - Un circuit de refroidissement empêchant l'élévation de température du fluid comprimé et refroidissant la paroi externe du cylindre tournant par l'intermédiaire de ce fluid