Brevet FR2235297A1 — publié le 19750124

La présente invention se rapporte à un nouveau mécanisme de palier pour des équipements hydrauliques rotatifs à haute pression, et en particulier pour ceux comportant, au moins, un arbre rotatif sur lequel un fluide exerce une forte pression. Les équipements hydrauliques rotatifs à haute pression, tels que les pompes et les moteurs à engrenages, comportent généralement,au moins, un arbre rotatif qui est supporté aux deux extrémités par deux coussinets cylindriques ou par deux roulements qui, de leur coté, sont montés sur des supports appropriés. Toutefois, dans ces mécanismes, des grippages accidentels se produisent parfois, par suite de la friction qui s'exerce entre l'arbre et le palier quand l'arbre fléchit sous la pression du fluide. En conséquence, l'un des buts de l'invention est de fournir un nouveau mécanisme de palier perfectionné pour un tel arbre rotatif d'un équipement hydraulique à haute pression et qui permet d'éviter ces grippages accidentels. Selon l'invention, un intervalle en forme de coin est formé entre le tourillon et le palier en profilant la surface intérieure dudit palier ou la surface extérieure dudit tourillon en cône. L'angle vertical de ce cone est, de préférence, choisi sensiblement égal au double de l'angle de flexion de l'arbre, en service. Dans le cas présent, le terme "palier" entend désigner le coussinet qui est au contact avec le tourillon de l'arbre rotatif et ce, indépendamment de la présence ou de l'absence d'une enveloppe entourant le coussinet pour le protéger. l'expression "mécanisme de palier" désignant la combinaison du tourillon et du coussinet. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la Figure 1 est une coupe verticale à travers une pompe à engrenages comportant des mécanismes de palier conformes à la technique antérieure - la Figure 2 est une coupe latérale suivant la ligne II-II de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue en coupe de la pompe à engrenages de la Figure 1, suivant la ligne III-III de cette Figure, et qui illustre de façon exagérée la flexion de l'arbre - la Figure 4 est une vue en coupe d'un détail de la Figure 3 - la Figure 5 est un diagramme représentant la distribution circonférentielle de la pression du fluide autour des pignons de la pompe pendant le fonctionnement;; - la Figure 6 est une coupe verticale d'une pompe à engrenage comportant un mécanisme de palier conforme à l'invention; - la Figure 7 est une vue en plan suivant la ligne VII-VII de la Figure 6 montrant, de façon exagérée, la flexion de l'arbre. - laFigure 8 est une coupe verticale à travers une pompe à engrenage comportant un autre mécanisme de palier conforme à l'invention; ; et, - la Figure 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX-IX de la Figure 8, illustrant de façon exégérée la flexion de l'arbre. Sur toutes les Figures du dessin, les mêmes références désignent les mêmes composants. En se référant d'abord aux Figures 1, 2 et 3, on voit, en coupe, un exemple d'une pompe à engrenages classique de la technique antérieure, comprenant une enveloppe ou un carter 1 dans lequel sont montés à rotation deux pignons 2 et 3 engrenant l'un dans l'autre. Les pignons 2 et 3 sont respectivement supportés par des arbres 4et 5, dont les tourillons 41 et 51 sont, de leur capoté, supportés par deux paires de paliers. Chaque palier se compose d'une douille cylindrique 6 étroitement ajustée dans l'enveloppe 1, et d'un coussinet métallique 7 interposé entre le tourillon et l'enveloppe du palier. Les deux faces latérales de l'enveloppe 1 sont hermétiquement fermées par des plaques 8 et 9.Pour éviter les fuites dans toute la mesure du possible, les intervalles,entre les pignons et les composants qui les entourent, et entre le palier et l'enveloppe, sont réduits à un minimum, et, de ce fait, il ne subsiste presque pas de jeu, sauf celui nécessaire pour la rotation des pignons. Dans les faces avant et arrière de l'enveloppe sont prévus un orifice d'entrée 10 et un orifice de sortie 11 communiquant avec l'intérieur de celui-ci. Quand l'orifice d'entrée 10 a été relié à une source de liquide (non représentée), et que les pignons 2 et 3 tournent dans les directions indiquées par les fleches, le liquide est entratné par les dentures des pignons et est refoulé par l'orifice de sortie 11. Dans ces conditions, la pression du liquide contenu dans l'enveloppe 1 est distribuée, comme le montre la Figure 5, autour de chaque pignon, et la différence de pressions entre les orifices d'entrée et de sortie augmente en même temps que la pression nécessaire à l'orifice de sortie.Cette pression, qui est négligeable lorsqu'elle est relativement faible, pose des problèmes quand elle est élevée, car elle exerce une poussée,sur l'arbre des pignons, de l'orifice de sortie vers orifice d'entrée (c'est-à-dire dans la direction de la flèche A des Figures 3 et 5), ce qui peut se traduire par une flexion de l'arbre, comme celle représentée, de façon exagérée, sur la Figure 3. Dans ces conditions, il se forme, comme le montre clairement la Figure 4, un intervalle cunéiforme 12 entre le coussinet 7 et le tourillon 41, et la charge se concentre à l'extrémité 13 du coussinet 7. Ceci a pour résultat de rompre la pellicule de liquide, et se traduit par un grippage de l'arbre et du coussinet. De plus, par suite de l'échauffement, l'extrémité 14 de l'enve- loppe 6 du palier se dilate, provoquant de son coté un grippage avec la face latérale du pignon 2. En se référant maintenant à la Figure 6, on voit un mode de réalisation de la présente invention dans lequel chaque douille de palier 6 qui est ajustée dans l'enveloppe 1 comporte une paroi intérieure conique et un coussinet métallique 7 ajusté dans la douille 6. Etant donné que l'épaisseur du coussinet est uniforme, la paroi intérieure de celui-ci présente aussi une forme tronconique. En conséquence, à 1'arrt, quand aucune pression hydraulique n'est appliquée à l'arbre 4, un intervalle cunéiforme annulaire 70 se forme entre le coussinet 7 et le tourillon 41, le tourillon 41 n'étant au contact du coussinet 7 que le long d'une partie circonférentielle 71. Ce contact réduit n'est jamais la cause d'un incident, lorsque l'appareil tourne à une vitesse relativement Lente, car la pression qui s exerce sur l'arbre est très faible, et une pellicule lubrifiante suffisante est maintenue entre le tourillon et le palier. Par contre, quand la pompe tourne à son régime normal et qutune pression hydraulique correspondant à la pression de pompage s'exerce sur l'arbre 4, celui-ci fléchit, comme le montre la Figure 7. Lorsque l'angle vertical de la paroi intérieure conique du coussinet 7 a été choisi sensiblement égal au double de l'angle de flexion préalablement calculé de I'arbre, le tourillon 41 établit un contact uniforme avec le coussinet 7 sur toute sa longueur, du côté opposé à la pression, et la charge qui s'exerce sur le palier est ré partie uniformément sur toute sa longueur. De ce fait, une pellicule uniforme de lubrifiant se forme entre le coussinet et le tourillon et est maintenue intacte pendant tout le fonctionnement de la pompe, évitant ainsi les grippages accidentels. Sur les Figures 6 et 7, on a remarqué que la paroi intérieure de l'en-- veloppe 6 du palier a une forme conique ; mais il convient de noter que, s'il est essentiel que la paroi intérieure du coussinet qui est en regard du tourillon ait une forme conique, la forme de la paroi intérieure de la douille 6 du palier peut être choisie de façon arbitraire, à condition que le coussinet 7 s'y ajuste étroitement. Le même effet peut être obtenu avec le mode de réalisation des Figures 8 et 9. Dans ce mode de réalisation, la paroi intérieure du coussinet 7 a une forme cylindrique normale, mais le tourillon est conique. Si l'angle vertical du cane a été choisi sensiblement égal au double de l'angle de flexion de l'arbre, en service, le tourillon s'applique uniformément contre le coussinet, du coté opposé à la pression, comme le montre la Figure 9. Comme il a été expliqué; l'invention, outre qu'elle prévient les grippages accidentels entre le tourillon et le palier, en prolongeant de façon remarquable la durée de la pompe à engrenages, a également l'avantage de diminuer sensiblement les pertes dues à la friction entre le palier et le tourillon. De plus, les dispositifs de la technique antérieure peuvent être facilement modifiés, car il suffit de remplacer ou de modifier la forme de leurs paliers ou de leurs tourillons comme l'enseigne l'invention. L'invention a été décrite ci-dessus en prenant pour exemple une pompe à engrenages, mais il va de soi que son domaine d'application n'est nullement limite ces machines, mais qu'elle s'applique aussi, entre autres, aux moteurs à engrenages et à toutes sortes d'autres équipements hydrauliques rotatifs à haute pression, tels que les turbines et les roues à aube. REVENDICATIONS 1 - Mécanisme de palier pour des équipements hydrauliques rotatifs à haute pression comportant, au moins, un arbre rotatif qui est exposé à une force de flexion due à l'action d'un fluide à haute pression , et deux paliers pour supporter ledit arbre à ces tourillons, caractérisé par un intervalle cunéiforme ménagé entre ledit tourillon et ledit palier, ledit intervalle résultant du profil conique donné à la paroi intérieure dudit palier ou à la paroi extérieure dudit tourbillon. 2 - Mécanisme de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle vertical dudit cône est sensiblement égal au double de l'angle de flexion dudit arbre, en fonctionnement.