Brevet FR2500091A1 — publié le 19820820

-1- La présente invention concerne un palier lisse radial travaillant à sec comprenant un corps de palier possédant des propriétés autolubrifiantes qui est appuyé dans la direction radiale. Des paliers lisses radiaux de ce genre com- portent du carbone comme matière de portée sont fré- quemment utilisés dans les appareils pour l'industrie chimique et pour les traitements industriels entre autres, dans les appareils à couches minces mais éga- lement dans d'autres domaines, par exemple dans les compresseurs travaillant sans huile, en raison de leurs bonnes propriétés de travail à sec et de leur insensi- bilité vis-à-vis de nombreuses substances chimiques. Il est connu que ces paliers subissent en fonctionne- ment une usure dont l'importance croit considérablement lorsqu'ils sont utilisés dans le vide ou dans un envi- ronnement à faible teneur en humidité. Le jeu de pa- lier qui résulte de cette usure du corps du palier en- traîne à son tour une détérioration des propriétés de 2C guidage et de glissement, ce qui rend indispensable un entretien régulier et adéquat. La présente invention a donc pour but de créer un palier lisse radial du genre cité au début du présent mémoire dans lequel on puisse largement éviter, avec une dépense d'entretien aussi faible que possible, la détérioration progressive des propriétés de guidage et de glissement. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait qu'en présence d'une sollicitation axiale, le corps de palier peut se déformer transversalement à la direction de la sollicitation et en ce qu'il est serré dans la direction axiale dans un dispositif de serrage qui exerce une pression sur lui. L'invention prend pour base le fait reconnu que l'on ne peu- pratiquement pas éviter totalement 250009C1 l'usure du corps de palier et/ou de l'arbre ou du tou- rillon et que ceci signifie qu'il faut éviter l'appari- tion d'un jeu de palier en dépit de la présence d'une usure. Le corps de palier chargé par le dispositif de serrage se corrige en présence d'usure, Grâce à sa déformabilité dans une direction qui s'étend transver- salement à sa surface de portée. De cette façon, l'en- lèvement de matière résultant de l'usure est compensé, de sorte qu'on évite l'apparition d'un jeu entre le corps de palier et l'arbre qui tourne dans ce dernier. Le palier peut être construit de manière qu'en desserrant le dispositif de serrage, on puisse inspecter et/ou démonter le corps de palier sans avoir à démonter l'arbre engagé dans le palier ou le coussi- net. Le corps de palier peut également servir de garni- ture d'étanchéité, en supplément de sa fonction de gui- dage de l'arbre. Le corps de palier est de préférence composé d'au moins une bague qui est formée par une ou plu- sieurs couches d'enroulement d'une bande qui est elle- même composée d'un lubrifiant solide ou qui contient un tel lubrifiant solide. Un tel corps de palier peut être réalisé d'une façon simple et, en même temps, lors de la fabrication, on peut sans grandes difficultés tenir compte des conditions qui règnent au point de montage du corps de palier. Un exemple de réalisation de l'objet de l'in- vention sera exposé ci-après avec plus de précision en 3C regard des dessins. Sur ces dessins, purement schéma- tiques, la Fig. 1 est une vue de côté et en partie en coupe longitudinale dl'an appareil à couche mince; la Fig. 2 représente à plus grande échelle ç5 que sur la Fig. 1 et en coupe la région du palier de -3- guidage de cet appareil à couche mince. L'appareil à couche mince représenté sur la Fig. 1 est d'un type de construction déjà connu et il comprend un récipient 1 à axe vertical qui renferme une chambre de traitement 2 et une chambre 3 de sépa- ration des vapeurs et collectrice de vapeurs disposée au-dessus de la première. A cette dernière chambre est raccordée une tubulure 4 de sortie des vapeurs. La ma- tière à traiter est introduite dans la chambre de trai- tement 2 par l'intermédiaire d'une tubulure d'arrivée 5. A l'extrémité inférieure de la chambre de traitement 2 est agencé un cône d'extraction 6 qui est muni d'une sortie de produit 7. La chambre de traitement 2 est en- tourée d'une enveloppe de chauffage ou de refroidisse- ment composée de deux segments 8 et 9. Chacun de ces deux segments 8 et 9 de l'enveloppe de chauffage ou de refroidissement est muni d'une tubulure d'arrivée 11 ou 13 respectivement et d'une tubulure de sortie 12 ou 14 respectivement pour le fluide de chauffage ou de re- froidissement. L'alimentation indépendante des deux segments 8 et 9 permet de chauffer la chambre de trai- tement 1 dans la région de l'un des deux segments 8 et 9 autrement que dans la région de l'autre segment. Par ailleurs, il est possible d'envoyer un fluide de re- froidissement à l'un des segments, 8 ou 9, et un fluide de chauffage à l'autre segment, 9 ou 8. A l'intérieur du récipient 1 est monté un rotor 13 entraîné en rotation et qui, d'une façon con- nue, joue le rôle de l'organe de traitement et pré- 3Q sente un arbre 14 qui s'étend parallèlement à l'axe du récipient. A cet arbre 14 sont réunis des racleurs 15, présentant la forme de palettes qui étalent la matière introduite par la tubulure d'arrivée 6 contre la paroi du récipient 1, dans la région de la chambre de traite- ment 2. A son extrémité supérieure, l'arbre 14 est re- 250009i -4- lié à une poulie à courroie 16 qui est reliée à un or- gane d'entraînement 18 par l'intermédiaire d'une cour- roie 17 pour la transmission du mouvement. Le support du rotor 13 ou de l'arbre 14 est assuré par deux paliers 19 et 20. Le palier supérieur 19 est réalisé sous la forme d'un palier combiné axial et radial et sért à assurer le guidage axial et radial de l'arbre 14. Ce palier supérieur 19 peut être constitué par exemple, 1G par un roulement oscillant à rouleaux. Le palier infé- rieur 20 est constitué par un palier lisse radial tra- vaillant à sec, ainsi qu'on l'expliquera de façon plus précise en regard de la Fig. 2. Ce palier inférieur 20 et le bout d'arbre qui tourne dans ce palier, sont re- liés au récipient 1 par l'intermédiaire d'un support 21 (un croisillon porte-palier). Le palier 20 sert uniquement à guider le rotor 13 ou l'arbre 14 et il n'est essentiellement soumis à aucune sollicitation. Sur la Fig. 2, sur laquelle les éléments correspondants à ceux de la Fig. 1 sont désignés par les mêmes numéros de référence on a représenté en coupe et à échelle agrandie la région du palier de guidage 20. Il y a lieu de considérer que le palier 20 repré- senté sur la Fig. 2 possède une construction légèrement différente de celle du palier 20 qui n'est représenté que schématiquement sur la Fig. 1. Par ailleurs, sur la Fig. 2, contrairement à la Fig. 1, le cone d'extrac- tion 6 est également muni d'une enveloppe de chauffage ou de refroidissement 22. Le rotor 13 est muni à son extrémité infé- rieure d'un coussinet 23 présentant une cavité 24 qui s'ouvre vers le bas. Dans la cavité 24 est agencé un corps de palier 25 fait d'une matière auto-lubrifiante qui s'appuie radialement contre le coussinet 23 sur le côté qui est à l'opposé de sa surface de portée 25a. -5- Le corps de palier 25 est d'une constitution telle que, en présence d'une sollicitation axiale, il se déforme transversalement à sa surface de portée 25a, c'est-à- dire dans la direction radiale. Le corps de palier 25 est composé d'un lubrifiant solide, par exemple de graphite ou de bisulfure de molybdène, ou bien encore il contient un tel lubrifiant solide. Dans l'exemple de réalisation considéré, le corps de palier 25 est composé de deux bagues 26 et 27 qui sont séparées l'une de l'autre par une rondelle 28. Chaque bague 26 ou 27 est composée de plusieurs couches enroulées 26a ou 27a d'une bande qui est composée en totalité ou en partie d'un lubrifiant solide. Dans le cas considéré, les bagues 26 et 27 sont constituées par une bande de graphite enroulée. Il va de soi que, suivant le besoin, le corps de pa- lier 25 peut être formé d'une seule bague ou également de plus de deux bagues. Pour pouvoir exercer une sollicitation dans la direction axiale sur le corps de palier 25 ou sur les bagues 26 et 27 il est prévu un dispositif de ser- rage. Ce dispositif comprend un ressort de compression 29 sur lequel la bague 27 prend appui par l'intermé- diaire d'une rondelle 30. Le ressort de compression 29 prend de son côté appui contre le fond 24a de la cavité 24. Sur le côté qui est à l'opposé du ressort de com- pression 29, le corps de palier 25, c'est-à-dire la bague 26, est soumise à l'action d'une bague de ser- rage 31 qui est fixée au coussinet 23 au moyen de vis 32. Sous l'effet du vissage des vis 32, la bague de serrage 31 est poussée dans la direction axiale, ce qui se traduit par un accroissement de la sollicitation du corps de palier 25. Au support 21 est fixé, d'une façon non repré- sentée en détail, un tourillon 33 qui est engagé dans la cavité 24 du coussinet 23 et que le corps de palier attaque par sa surface de guidage 25a. Le rotor est donc guidé par ce tourillon 33 par l'intermédiaire du corps de palier 25 et du coussinet 23. Par suite du serrage entre la bague de ser- rage 31 et le ressort de compression 29, le corps de palier 25 est soumis à une sollicitation dans la direc- tion axiale. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, ceci a pour effet que le corps de palier 25 se déforme élasti- quement transversalement à sa direction de sollicita- tion, c'est-à-dire transversalement à la surface de portée 25a. Etant donné que le corps de palier 25 est appuyé d'un côté sur le coussinet 23, cette déformation se produit en direction du tourillon, ce qui se traduit par une application parfaite de corps de palier 25 con- tre le tourillon 33. De cette façon, on est certain d'obtenir un bon guidage. Par réglage de la valeur de la sollicitation axiale du corps de palier 25 qui s'ef- fectue au moyen de la bague de serrage 31, on peut ré- gler la pression avec laquelle le corps de palier 25 est appliqué contre le tourillon 33. En présence d'un enlèvement de matière sur le corps de palier 25 et également éventuellement sur le tourillon 33 par suite de l'usure, le corps de pa- lier 25 se corrige automatiquement en raison de sa déformabilité sous sollicitation axiale. Ceci signifie que la perte de matière résultant de l'abrasion est compensée, de sorte qu'on évite la production d'un jeu de palier et que les propriétés de guidage et de rota- tion restent conservées. Lorsque la position de la bague de serrage 31 reste constante, le ressort de com- pression 29 a pour effet que la sollicitation axiale du corps de palier 25 reste suffisamment grande pour garan- tir en fonctionnement la correction mentionnée plus haut du corps de palier 25. -7- De la même façon, on évite l'apparition d'un jeu de palier qui pourrait provenir d'une différence de variation des dimensions entre les éléments du palier, c'est-à-dire entre le coussinet 23 et le tourillon 33 sous l'effet de la température. Toute modification éventuelle de la distance entre le tourillon 33 et le coussinet 23 est également compensée par une déforma- tion correspondante du corps de palier 25. Si un resserrage est nécessaire de temps à 1C autre, on peut à cet effet corriger la position de la bague de serrage 31 sans grande peine au moyen des vis 32. L'inspection ou le remplacement des bagues 26 et 27 peut s'effectuer sans démontage du rotor 13. Le corps de palier 25 est rendu accessible par dépose du c8ne d'extraction 6 et enlèvement de la bague de ser- rage 31. Les bagues 26 et 27 qui forment le corps de palier 25 peuvent être fabriquées sans difficulté aux dimensions voulues par enroulement d'une bande qui est composée d'un lubrifiant solide ou qui contient un tel lubrifiant solide. Grâce à l'utilisation d'une matière auto- lubrifiante pour le corps de palier 25, on peut se dis- penser de l'utilisazioL d'un lubrifiant qui, autrement, pourrait réagir chimiquement avec le milieu entourant le palier ou polluer ce milieu. Ceci est principalement important dans le cas o ce palier est utilisé dans un appareil chimique ou de traitement industriel. Par un choix approprié des matériaux utilisés pour le corps de palier 25 et pour le tourillon 33, ainsi que des propriétés superficielles (état de sur- face et dureté superficielle) du tourillon 33, on peut réduire l'usure à un minimum. En outre, grâce aux me- sures précitées et par le réglage de la pression d'ap- plication du corps de palier. 25, on peut faire en sorte -8- qu'il ne se produise pas d'échauffement excessif. Il va de soi que le palier lisse radial dé- crit plus haut peut Atre réalisé, dans ses différentes parties, autrement que représenté. Dans la suite, on indiquera quelques unes des variantes de constitution possibles. Naturellement, en remplacement d'un ressort de compression 29 on peut également utiliser d'autres éléments de compression possédant des propriétés élas- tiques du genre de celles des ressorts, par exemple, des rondelles Belleville ou des ressorts en caoutchouc. Dans certaines circonstances, on peut nême se dispenser d'un tel élément de compression élastiquement compres- sible au fond de la cavité 24. Par ailleurs, il est possible d'imposer à la bague de serrage 31 une pré- contrainte élastique en direction du corps de palier , par exemple au moyen de ressorts de compression interposés entre les vis 32 et la bague de serrage 31. Etant donné que, dans ce cas, la bague de serrage 31 assure une sollicitation axiale permanente du corps de palier 25, le ressort de compression 29 n'est plus né- cessaire. Par ailleurs, il n'est pas non plus indispen- sable que le corps de palier 25 soit composé de bagues enroulées 26, 27. Le corps de palier 25 peut présenter n'importe quelle configuration appropriée.et peut être composé de n'importe quelle matière appropriée pourvu qu'en présence d'une sollicitation axiale, le corps de palier 25 puisse se déformer transversalement à sa di- rection de sollicitation, c'est-à-dire dans sa direc- 0 tion radiale. Il va de soi qu'il est également possible d'adopter une cinématique inverse de celle du palier radial lisse 20 représenté sur la Fig. 2. Dans une telle forme de réalisation inversée, le tourillon 73 est fixé au rotor 13 tandis que le coussinet 23 est -9 _ solidaire du support 21. Dans ce cas, le coussinet 23 est fixe tandis que le tourillon 33 tourne avec le ro- tor 13. Le palier lisse radial 20 décrit plus haut peut également servir pour guider des arbres qui tour- nent d'un angle inférieur à 360 . C'est ainsi que, par exemple, on peut concevoir que, dans le cas d'un rotor 13 muni d'éléments racleurs tournants 15, de tels éléments racleurs tourillonnent dans des paliers lisses radiaux de ce type. Au lieu d'être cylindriques comme on l'a re- présenté, la cavité 24 du coussinet 23 et/ou le tou- rillon 33 peuvent présenter une forme qui s'élargit ou se rétrécit en cône vers le fond 24a de la cavité 24. Avec cette disposition, on peut faire en sorte que la pression avec laquelle le corps de palier 25 est appli- qué contre le tourillon 33 varie sur la longueur de ce dernier. Il est également possible de donner au corps de palier 25 une forme conique dans la direction axiale pour obtenir le même effet. e L'utilisation du palier lisse radial 20 dé- crit plus haut n'est naturellement pas limitée aux appareils à couche mince. Par exemple, un tel palier radial est bien approprié pour guider un arbre de n'im- porte quel appareil de chimie ou de traitement indus- triel, par exemple d'un filtre, d'une cuve à agitateur ou équivalent. Par ailleurs, ce palier peut également être utilisé dans d'autres domaines techniques, par exemple, dans des compresseurs travaillent sans huile. -1G- - REVEIENDIC.TIONS - I - Palier lisse radial travaillant à sec, comprenant un corps de palier possédant des propriétés auto-lubrifiantes et qui est appuyé dans la direction radiale, caractérisé en ce que, en présence d'une sol- licitation axiale, le corps de palier (25) peut se dé- former transversalement à la direction de la sollici- tation et en ce qu'il est serré dans la direction axiale dans un dispositif de serrage (29, 31, 52) qui exerce une pression sur lui. 2 - Palier lisse radial suivant la revendi- cation 1 caractérisé en ce que le dispositif de ser- rage comprend une contre-butée(24a) et un élément de serrage (31) qu'on peut déplacer dans la direction axiale. 3 - Palier lisse radial suivant la revendi- cation I ou 2 caractérisé en ce que le dispositif de serrage présente au moins un élément de pression élas- tiquement compressible (29). 4 - Palier lisse radial suivant la revendi- cation 3, caractérisé en ce que l'élément de pression est un ressort (29). - Palier lisse radial suivant l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que le corps de palier (25) est constitué par au moins une bague (26, 27) faite d'une matière constituée par un lubri- fiant sec ou qui contient un lubrifiant sec. 6 - Palier lisse radial suivant la revern- dication 5 caractérisé en ce que la bague (26, 27) est constituée par au moins une couche enroulée (26a, 27a) d'une bande qui est de préférence composée d'un lubri- fiant sec ou contient de préférence un tel lubrifiant sec. 7 - Palier lisse radial suivant la revendi- cation 5 ou 6 caractérisé en ce que le lubrifiant sec _11 - est du graphite ou du bisulfure de molybdène. 8 - Palier lisse radial suivant l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'appui radial (23) qui donne appui au corps de palier (25) présente une allure conique dans la direction axiale de ce corps. 9 - Palier lisse radial suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps de palier (25) présente une forme conique dans sa direc- tion axiale. - Emploi du palier lisse radial suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 en qualité de palier (20) dans un appareil de traitement indus- triel. 11 - Emploi suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le palier lisse radial (20) est utilisé pour guider le rotor (13) d'un appareil à couche mince.