Brevet FR2199074A1 — publié le 19740405

Lorsqu'il s'agit de réaliser le montage d'un corps à rotation rapide par rapport à un support donné, on fait souvent appel a un palier hydrostatique,, c'est-à-dire à un palier comportant plusieurs cavités) qui sont alimentées en fluide sous pression par l'intermédiaire d'orifices de restriction qui règlent la portance du palier en fonction du débit de fuite de chaque cavité, donc de l'excentration du corps mobile par rapport au palier. L'élasticité, ou encore la rigidité de ce palier, est donc évaluée par le rapport de la portance à l'excentration. I1 est connu que la rigidité est proportionnelle à la pression d'alimentation de l'ensemble du palier hydrostatique. Lorsque, en outre, la vitesse de rotation du corps est variable dans une zone importante d'utilisation, on constate une inadaptation du palier hydrostatique au fonctionnement dans au moins une partie de la zone d'utilisation. C'est ainsi que, si la pression du fluide d'alimentation est relativement basse, l'élasticité du film d'huile est satisfaisante aux vitesses de rotation faibles, le corps étant correctement maintenu par ce palier. Mais, alors, la pression restant constante, la rigidité du film d'huile est trop petite aux vitesses de rotation élevées et le maintien du corps par le palier est mauvais.Si, au contraire, la pression du fluide est relativement élevée et, en bref, permet un maintien satisfaisant aux vitesses élevées, la rigidité du palier est trop élevée aux faibles vitesses de rotation, de sorte que la filtration des chocs et/ou des vibrations éventuelles n'est pas assurée aux vitesses de rotation faibles. Pour remédier à cet état de choses, on a bien pensé à substituer au palier hydrostatique un palier hydrodynamique, c'est-à-dire un palier conformé de telle manière que, lorsque le corps tourne effectivement, un "coin d'huile" est engendré, et assure un maintien satisfaisant dudit corps, tout au moins aux vitesses élevées. Par contre, aux vitesses faibles, le "coin d'huile" ne peut pas être formé et le maintien du corps dans le palier est mauvais. L'invention entend remédier à ces inconvénients, en procurant au film d'huile d'un palier hydrostatique une rigidité variable, de plus en plus grande, lorsque la vitesse de rotation croit. Les efforts qui doivent être équilibrés sont principalement des efforts d'inertie qui sont proportionnels au carré de la vitesse de rotation. Aussi, l'invention propose-t-elle d'augmenter la rigidité d'un palier hydrostatique également de manière proportionnelle au carré de la vitesse de rotation, combinant éventuellement pour ce faire les caractéristiques du palier hydrostatique avec celles d'un palier hydrodynamique. L'invention a donc pour objet un dispositif d'alimentat-or en fluide sous pression des cavités d'un palier hydrostatique, qui supporte un corps monté à rotation relative par rapport à lui, lesdites cavités etant reliées par un conduit ménagé dans ledit palier à une source de fluide sous pression. La pression du fluide de ladite source varie avec la vitesse de rotation du corps par rapport au palier et en est une fonction croissante. De préférence, la pression du fluide de la source est proportionnelle au carré de la viteSse de rotation du corps par rapport au palier. Dans une application avantageuse, le palier est interposé entre le carter et l'arbre d'entraînement, rotatif par rapport audit carter, d'une pompe centrifuge à au moins un étage de compression. Dans ce cas, la source de fluide sous pression est constituée par le fluide comprimé contenu dans ledit carter en aval de l'étage de compression considéré. Enfin, il est également préféré que, suivant une section transversale perpendiculaire à l'axe du palier et passant par une cavité, la cavité se raccorde sensiblement tangentiellement au diamètre du palier, conformant de cette manière ce palier hydrostatique également en un palier hydrodynamique. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires ainsi que leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemples. I1 est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. I1 sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un palier conforme à l'invention; - les figures 2 et 3 sont des coupes transversales selon, respectivement, II-II et III-III de la figure 1; - les figures 4 à 6 sont des coupes radiales partielles selon, respectivement, IV-IV, V-V et VI-VI de la figure 2; - la figure 7 est une coupe axiale partielle d'une pompe centrifuge faisant application du palier représenté en regard des figures 1 à 6. Le palier représenté en regard des figures 1 à 6 est constitué par un anneau 1, muni d'une portée interne 2, cylindrique. Le palier est en fait un palier mixte hydrostatique et hydrodynamique. En tant que palier hydrostatique, il comporte des cavités 3 qui débouchent dans la portée cylindrique 2. Ces cavités, au nombre, en l'espèce, de trois, sont reliées à l'une des faces extrêmes de l'anneau 1, à la face 4 dans ltexemple représenté, par un conduit 5 ménagé dans ledit anneau. On note qu'une rainure circulaire 6 et que des rainures 7 parallèles à l'axe de l'anneau sont ménagées dans la portée interne 2. ta rainure 6 est disposée entre le groupe des trois cavités 3 et la face 4. Chaque rainure 7 est disposée entre les extrémités 8 de deux cavités 3 et est raccordée à la rainure circulaire 6 en débouchant dans la face 9 de l'anneau, qui est opposée à la face 4. En tant que palier hydrodynamique, ce palier a sea cavités 3 conformées de manière telle que les extrémités 8 se raccordent sensiblement tangentiellement à la portée cylindrique 2, de sorte qu'à leur niveau peuvent être créés, au cours du fonctionnement, des "coins d'huile". En regard de la figure 7, une pompe centrifuge 10 est représentée, dont on note que l'arbre d'entraînement 11 est monté à rotation dans le carter 12 au moyen de palier 13, du type à billes par exemple. L'arbre 11 est attelé à l'arbre de sortie 14 d'un moteur 15 au moyen de brides 16 solidaires des deux arbres et solidarisées par des boulons 17. Un conduit d'aspiration 18 du fluide à comprimer relie l'extérieur du carter 12 à la volute 19 du premier étage de compression, volute 19 qui est délimitée par le carter 12 lui-m & e et par un voile 20 fixé audit carter, par des bras 21 par exemple. L'aube tournante 22 du premier étage de compression est montée à rotation à l'intérieur de la volute 19, rendue solidaire pour ce faire de l'arbre d'entraînement lI par une clavette 23 On note que, compte tenu du fait que l'arbre d'entraînement B est monté rotatif dans le carter 12, il est également monté rotatif par rapport aux voiles 20. Ce montage à rotation est assuré par interposition d'un palier analogue à celui décrit en regard des figures 1 à 6, entre chaque voile 20 et ledit arbre d'entraînement 11.Un tel palier 1 est d'ailleurs représenté sur la figure 7. En outre, on aura noté que la pression du fluide directement en amont de l'étage de compression considéré, dans la chambre d'admission 24, est évide,i,;ent inférieure à la pression en aval, dans le canal de refoulement 25. Le fluide au contact de la face 9 du palier 1 est donc à une pression z inférieure à celle P du fluide qui est au contact de la face 4 dudit palier. La pression p est cependant supérieure à la pression p régnant à un moment donné dans la rainure 6 (P > p > p0). L'avantage qu'on retire de l'adoption de la disposition de la figure 7, ou d'une disposition analogue, est d'abord d'alimenter les cavités 3 du palier 1 par le fluide contenu dans le canal 25, c'est-à-dire par le fluide refoulé par l'étage de compression considéré. La pression de ce fluide est donc, compte tenu des caractéristiques de toute pompe centrifuge, proportionnelle au carré de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement 11. De ce fait la rigidité du palier 1 est directement proportionnelle aux efforts d'inertie non équilibrés. Théoriquement, par le seul effet de 1 'ali- mentation des cavités 3 par les canaux 5, le maintien de l'arbre Il dans chaque palier 1 est constantqu > ile que soit la vitesse de rotation, ou plus précisément, ltexcentricité est constante, ce qui est un mode de fonctionnement évidemment avantageux et recherché. Pour améliorer encore ce résultat, il est souvent opportun d'accroître la rigidité du film fluide du palier avec la vitesse encore davantage qu'elle ne l'est par le seul effet de la caractéristique hydrostatique du palier. L'effet de "coin d'huile", provoqué par la partie de la configuration.du palier, qui le conforme en un palier hydrodynamique permet cet accroissement supplémentaire de la rigidité du film d'huile L'expérience montre que la disposition préconisée, permet, effectivement une amélioration sensible du montage à rotation d'un corps par rapport aux dispositions antérieurement connues. Il faut également souligner que l'invention réside d'abord dans la disposition selon laquelle l'alimentation en fluide sous pression d'un palier hydrostatique s'effectue sous une pression croissante avec la vitesse de rotation du corps supporté par le palier, et, plus particulièrement, sous une pression proportionnelle au carré de la vitesse de rotation. Le mode d'obtention d'une telle pression est connu en lui-mEme, et s'il a été donné à titre d'exemple, l'alimentation d'un palier dont est munie une pompe centrifuge, d'autres variantes conviennent également, qui sont comprises dans le cadre de la présente invention.C'est ainsi qu'une pression proportionnelle au carré de la vitesse de rotation peut entre obtenue, comme cela est connu par ailleurs, en attelant une pompe volumétrique au corps supporté dans le palier, et en disposant, sur le conduit de refoulement de cette pompe, un diaphragme adapté. Une pompe à engrenage convient bien à cet usage. On aura enfin noté que le rendement du palier 1 contenu dans la pompe centrifuge de la figure 7 est particulièrement élevé. En effet, on sait que, d'une manière générale, le fluide d'alimentation d'un palier hydrostatique s'écoule hors dudit palier, en s'échappant par le jeu existant entre le palier et le corps supporté, au niveau des faces extrêmes de ce palier. Dans le cas représenté sur la figure 7, compte tenu de la présence de la rainure 6, et des valeurs des pressions P et p, le fluide s'écoule non pas directement vers l'extérieur du palier, mais au contraire vers ladite rainure 6. La perte de fluide par fuite directe est donc supprimée, ce qui est naturellement un résultat avantageux. L'invention n'est pas limitée à la description précédente mais en couvre au contraire toutesles variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en fluide sous pression des cavités d'un palier hydrostatique, qui supporte un corps monté à rotation relative par rapport à lui, lesdites cavités étant reliées par un conduit ménagé dans ledit palier à une source de fluide sous pression, caractérisé en ce que la pression du fluide de ladite source varie avec la vitesse de rotation du corps par rapport au palier et en est une fonction croissante. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression du fluide de la source est proportionnelle au carré de la vitesse de rotation du corps par rapport au palier. 3. Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le palier est interposé entre le carter et l'arbre d'entraînement, rotatif par rapport audit carter, d'une pompe centrifuge à au moins un étage de compression et en ce que la source de fluide sous pression est constituée par le fluide comprimé contenu dans ledit carter en aval de l'étage de compression considéré. 4. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, suivant une section transversale perpendiculaire à l'axe du palier et passant par une cavité, ladite cavité se raccorde sensiblement tangentiellement au diamètre du palier, conformant de cette manière ce palier hydrostatique également en un palier hydrodynamique.