Brevet FR2486179A1 — publié le 19820108

PALIER HYDROSTATIQUE A MANCHON TOURNANT La présente invention concerne les paliers hydro- statiques alimentés en fluide sous pression pour un arbre tournant à grande vitesse dans un bâti fixe. D'une manière générale, de tels paliers comprennent un coussinet réalisé dans un matériau résistant à l'u- sure, et solidaire du bâti supportant l'arbre, coussi- net dans lequel des alvéoles alimentés en fluide sous pression sont ménagés de manière à créer une pellicule de fluide entre le tourillon de l'arbre et le coussinet et ainsi réduire la friction. Au contact de l'arbre, le fluide d'alimentation subit un cisaillement lors de la rotation de l'arbre, dissipant ainsi une puissance importante. Cette dernière est sensiblement proportionnelle à la puissance trois de la vitesse de rotation de l'arbre. La présente invention a pour but de réduire la puis- sance dissipée par cisaillement du fluide dans un tel palier au moyen d'un manchon tournant. Selon l'invention, un manchon est disposé coaxia- lement à l'arbre dans une chambre ménagée entre le bâti et l'arbre, des alvéoles alimentés en fluide étant res- pectivement ménagés dans l'arbre et dans le bâti en re- gard et de part et d'autre du manchon, de telle manière qu'un mouvement de rotation autour de son axe puisse être imprimé au manchon. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la face interne du manchon est cylindrique, deux séries d'alvéoles alimentés en fluide sous pression étant mé- nagéesdans l'arbre en regard du manchon, entre lesquels un alvéole additionnel est également ménagé pour l'échap- pement du fluide, tandis que la face externe du man- chon affecte une forme partiellement sphérique, l'al- véole ménagé dans le bâti en regard affectant une forme partiellement complémentaire, de manière à permettre la correction automatique de tout mésalignement de l'arbre. 24 8 6 1 7 9 Selon une variante de réalisation, des moyens tels que roues dentées et pignons sont prévus pour entraîner en rotation le manchon autour de son axe notamment à une vitesse angulaire sensiblement égale à la moitié de celle de l'arbre. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques apparaîtront plus clai- rement à la lecture de la description qui suit de divers modes de réalisation de l'invention donnés à titre non limitatif, description à laquelle trois planches de des- sin sont annexées. La figure 1 représente en demi-coupe axiale un pa- lier conforme à la présente invention. La figure 2 représente, également en demi-coupe axiale une variante d'un palier hydrostatique conforme à la présente invention, et les figures 3a et 3b repré- sentent schématiquement, respectivement en coupes axiale et radiale un mode d'entraînement du manchon inclus dans un palier hydrostatique conforme à la présente invention. On sait que la puissance P dissipée par cisaillement du fluide dans un palier hydrostatique peut être très importante. Par exemple, pour un arbre tournant à t 500 tours par minute dans un palier de 0,90 mètre de diamètre alimenté en eau à 200C, la puissance dissipée par le ci- saillement du fluide est supérieure à 100 kW. En doublant les surfaces efficaces au moyen d'un manchon auquel est imprimée une vitesse de rotation égale à la moitié de celle de l'arbre, et dans les mêmes conditions d'expérience, la puissance dissipée par ci- saillement du fluide est réduite de 70% environ et se situe à 30 kW environ. On constate en outre une augmentation de 15 à 20% de la raideur de l'arbre dans ce dernier cas. En référence maintenant aux figures représentant divers modes de réalisation de l'invention appliqués au guidage de l'arbre vertical d'une pompe à fluide, l'arbre 1 entraîne en rotation une roue à aubes 2; un bâti fixe 3 permet de définir un espace 4 dans le- quel circule le fluide pompé sous pression qui va ali- menter les alvéoles du palier. Un manchon 5 est disposé coaxialement à l'arbre 1 dans une chambre ménagée à cet effet entre le bâti 3 et l'arbre 1, et des alvéoles sont ménagés: dans les parois en regard du manchon, c'est-à-dire dans l'arbre 1 et dans le bâti 3. Ces alvéoles sont alimentés en fluide sous pression au moyen de gicleurs 6,7 reliés à l'espace 4 par des conduits 8,9. Des chambres de basse pression 10, 11, 12, permettent d'assurer l'échappement du fluide vers un conduit 13 relié à la partie basse pression de la pompe. Dans l'exemple représenté, l'arbre de la pompe est vertical et un palier de butée à effet axial est néces- saire pour assurer la sustentation du manchon 5. Un alvéole complémentaire 14 est donc relié à l'es- pace 4 à haute pression au moyen d'un conduit 15, les chambres de basse pression 11 et 12 permettant d'assurer l'échappement du fluide introduit par l'alvéole 14. La variante de réalisation représentée figure 2 permet de corriger, en plus, un mésalignement accidentel de l'arbre. La face interne 16 du manchon 5 est cylindrique tandis que la face-externe 17 affecte une forme sphé- rique. De ce fait l'alvéole correspondant ménagé dans le bâti affecte une forme partiellement correspondante pour donner un degré de liberté supplémentaire au man- chon 5. Pour corriger les mésalignements, deux alvéoles doivent être ménagés dans l'arbre, et alimentés en fluide sous pression par les gicleurs o1, 62 reliés par l'in- termédiaire du conduit 8 à l'espace 4 sous pression. 2 4 8 6 1 7 9 En outre, une chambre de détente 63 doit être ména- gée entre les deux alvéoles de manière à assurer l'é- chappement du fluide vers le conduit 13. Dans les exemples représentés figures 1 et 2, le manchon est libre en rotation, son mouvement lui étant imprimé par les frottements du fluide sur ses parois. Toutefois, il peut être nécessaire d'obliger le man- chon 5 à avoir une vitesse de rotation déterminée, no- tamment une vitesse de rotation égale à la moitié de celle de l'arbre 1, comme représenté figures 3a et 3b. Les moyens requis peuvent être avantageusement consti- tués par la combinaison d'une roue dentée 31 solidaire de l'arbre 1, d'une autre roue dentée 32 solidaire du manchon 5, ces deux roues étant concentriques, une plu- ralité de pignons 33, 34 transmettant le mouvement de rotation de la roue 31 à la roue 32, avec un rapport de transformation déterminé, et constituant, par exemple, un réducteur de vitesse. Bien que seuls certains modes de réalisation de l'invention aient été décrits, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente inven- tion. En particulier, le manchon 5 peut être entraîné en rotation par tout autre moyen, par exemple au-moyen d'un moteur auxiliaire. REVENDICATIONS 1.- Palier hydrostatique à fluide sous pression pour arbre tournant à grande vitesse dans un bâti fixe, caractérisé en ce qu'un manchon (5) est disposé coaxia- lement audit arbre (1) dans une chambre ménagée à cet effet entre ledit bâti (3) et ledit arbre, des alvéoles alimentés en fluide étant respectivement ménagés dans ledit arbre et dans ledit bâti, en regard et de part et d'autre dudit manchon, de telle manière qu'un mouve- ment de rotation autour de son axe puisse être imprimé audit manchon. 2.- Palier selon la revendiation 1, caractérisé en ce que la face interne (16) dudit manchon (5) est cylin- drique, deux séries d'alvéoles alimentés en fluide étant ménagées dans l'arbre en regard dudit manchon, entre lesquels un alvéole additionnel est également ménagé pour l'échappement du fluide, tandis que la face externe (17) dudit manchon affecte une forme partiellement sphérique, l'alvéole ménagé dans le bâti en regard affectant une forme partiellement complémentaire. 3.- Palier selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, ledit arbre étant vertical, un alvéole est ménagé dans ledit bâti à la base dudit manchon, de manière à assurer la sustentation de ce der- nier. 4.- Palier selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que moyens additionnels sont prévus pour entraîner en rotation ledit manchon autour de son axe. 5.- Palier seln la revendication 4, caractérisé en ce que ledit manchon est pourvu d'une roue dentée (32) concentrique d'une roue dentée (31) solidaire dudit ar- bre, une pluralité de pignons (33,34) coopérant avec lesdites roues, de manière à imprimer un mouvement de ro- tation au manchon lors de la rotation dudit arbre. 6.- Palier selon la revendication 5, caractérisé en 2 4 8 6 1 7 9 ce que lesdits pignons (33,34) sont disposés de manière à constituer un réducteur de vitesse.