Brevet FR2509397A1 — publié le 19830114

Palier segmentaire articulé La présente invention concerne des perfectionnements apportés à un palier segmentaire destiné à supporter un arbre tournant et à amortir les vibrations de cet arbre, en particu- lier un arbre d'entrainement de turbine à gaz De façon plus spécifique, la présente invention concerne un système efficace et simple d'amortissement de vibrations pour un palier segmen- taire articulé qui, en plus d'amortir énergiquement l'amplitude d'oscillations, aussi haute soit-elle, des vibrations qui sont engendrées par du balourd existant dans l'ensemble tournant, en particulier lors du passage aux vitesses critiques à de faibles régimes de fonctionnement, permet également de modifier à volonté l'élasticité du palier de support d'arbre et, par con- séquent, les vitesses critiques, tout en maintenant pratiquement inchangées les dimensions globales du palier. On utilise généralement un palier segmentaire articulé quand il faut supporter des arbres de grandes dimensions sujets à des vibrations lorsqu'un tel palier peut supporter des charges importantes et amortir lesdites vibrations. Le palier segmentaire articulé connu dans la technique est constitué facilement par un ensemble de sabots ou patins en matière antifriction rigide montés de façon pivotante et à des distances angulaires égales sur la surface intérieure d'un élément annulaire de support de sabots disposé autour de l'arbre à supporter et contenu dans un boîtier de support extérieur, la chambre dans laquelle sont disposés les sabots étant remplie d'huile de lubrification sous pression* Dans ce type de palier, l'action d'amortissement des oscillations engendrées par les vibrations de l'arbre est due au fait que ces vibrations font osciller les sabots montés pivotants de telle sorte que les intervalles entre lesdits sabots et, respectivement, l'arbre à supporter et l'élément annulaire de support de sabots varient continuellement, en donnant naissance,dans les cavités qui sont formées, à des dé- placements rapides d'huile ayant pour conséquence d'engendrer dans lesdites cavités une action de pompage et d'aspiration ayant des effets d'amortissement indiscutables Toutefois, ces paliers connus présentent une série de défauts, dont le plus important est qu'ils ne peuvent pas absorber complètement le balourd ayant un certain niveau car le degré de variation desdits intervalles dont dépend l'effet d'amortissement est minimal Ici encore, la rigidité de la structure, c'est-à-dire l'impossibilité d'une variation de l'élasticité du palier segmentaire articulé 5 lentraine un autre inconvénient en ce sens que l'on ne peut pas modifier de façon appropriée la limite critique de la vitesse pour la faire sortir de la plage normale de fonctionnement des arbres devant être supportés. Enfin, il convient de remarquer que les paliers connus et les structures qui les supportent n'ont généralement pas une rigidité uniforme dans le plan horizontal et dans le plan vertical, de sorte que les vitesses critiques théoriques se trouvent divisées. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités et de permettre de réaliser un nouveau palier segmentaire articulé qui amortit les vibrations de façon très efficace, dont on peut faire varier facilement l'élasticité afin de modifier à volonté la limite de vitesse critique, et qui présente une rigidité radiale uniforme, tandis que les dimensions globales sont maintenues pratiquement inchangées par rapport à celles des paliers connus. On obtient essentiellement ce résultat en disposant des lames de ressort de façon angulairement équidistante entre la surface extérieure de l'élément annulaire de support de sabots et la surface intérieure susjacente du bottier de support extérieur, lesdits ressorts étant immergés dans l'huile de lubrification. De façon plus spécifique, le palier segmentaire articulé, constitué par une série de sabots en matière antifriction rigide, montés de façon pivotante à des distances angulaires égales sur la surface intérieure d'un élément annulaire de support de sabots disposé autour de l'arbre à supporter et contenu dans un bottier de support extérieur dont les parois frontales sont pourvues de joints d'étanchéité pour l'huile de lubrification qui remplit la chambre dans laquelle sont disposés les sabots précités, est caractérisé, selon la présente invention, par le fait qu'entre la surface extérieure dudit élément de support de sabots et la surface intérieure sus- jacente dudit bottier de support extérieur est disposée une série de lames de ressort maintenues en position de façon angu- lairement équidistante par des axes de positionnement latéraux supportés par ledit bottier de support extérieur, la chambre annulaire dans laquelle sont placées lesdites lames de ressort étant également remplie par ladite huile lubrifiante, des moyens étant également prévus pour presser de façon élastique ledit élément annulaire de support de sabots axialement contre l'une desdites parois frontales du bottier de support extérieur. Les avantages d'une telle structure apparaissent immédiatement. En premier lieu, l'élément de support complet avec ses sabots suit maintenant les déplacements de l'arbre à supporter en étant contré par la rigidité des lames de ressort En d'au- tres termes, le système n'est plus rigide mais est élastique et on peut à volonté faire varier son élasticité en remplaçant les lames de ressort par d'autres lames de ressort de rigidité différente Par ailleurs, si le balourd de l'arbre à supporter entraine un déplacement de la bague de support de sabots, cette bague comprime les lames de ressort en les courbant et en modi- fiant ainsi les intervalles entre ces lames de ressort et l'élément annulaire de support de sabots et le bottier de support extérieur, ces variations étant alors plus importantes et mettant en jeu des zones plus grandes, -ce qui entraîne des déplacements d'huile importants avec pour conséquence un effet d'amortissement considérable Ici encore, l'effet d'amortissement du palier se trouve encore accru par le frottement entre l'élément annulaire de support de sabots et la paroi frontale du bottier de support extérieur qui sont maintenus pressés élastiquement l'un contre l'autre par lesdits moyens. Un autre avantage réside par conséquent dans la compa- cité considérable de la structure, dont les dimensions globales sont légèrement plus grandes dans la direction radiale unique- ment mais non pas dans la direction axiale par rapport aux dimensions globales des paliers connus. Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, les lames de ressort précitées ont une largeur égale à la longueur de l'élément annulaire de support de sabots et sont découpées dans une bague unique ayant un rayon plus grand que celui de la bague de support de sabots. De cette manière, il est possible d'obtenir des rayons et des épaisseurs de ressort avec des tolérances très strictes et d'une manière économique et simple, en obtenant ainsi l'uniformité des intervalles créés par lesdits ressorts et, par conséquent, une répartition uniforme des charges, ce qui donne une structure ayant une rigidité uniforme dans toutes les directions. Une autre caractéristique de la présente invention réside dans le fait que lesdits moyens utilisés pour presser de façon élastique ledit élément annulaire de support de sabots contre l'une desdites parois frontales du bottier de support extérieur sont constitués par une série de ressorts hélicoïdaux, qui sont disposés dans une série correspondante de cavités axiales situées de façon angulairement équidistantes sur la circonférence dudit élément annulaire de support de sabots et qui coopèrent avec l'autre desdites parois frontales du bottier de support extérieur, Enfin, selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, ledit élément annulaire de support de sabots comprend une rainure circulaire dans sa surface extérieure ainsi que des trous traversants radiaux destinés à faciliter le passage de l'huile de lubrification. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés donnés à titre purement illustra- tif et non limitatif, et sur lesquels: la figure 1 est une coupe latérale partielle d'un palier segmentaire articulé comprenant le système d'amortisse- ment de vibrations selon la présente invention; la figure 2 est une coupe avant suivant II-II de la figure 1 du palier segmentaire articulé. En se référant aux figures, on voit que la référence 1 désigne un arbre de turbine à gaz devant être supporté par le palier segmentaire articulé 2 Ce palier 2 consiste en une série de sabots ou patins 3 i (la figure 2 montre cinq sabots 31, 32, 33, 34 et 35) en matière antifriction rigide qui sont disposés angulairement autour de l'arbre 1 et qui sont supportés de façon pivotante à l'aide de pivots 4 par la surface inté- rieure de l'élément annulaire 5 de support de sabots qui est contenu dans un bottier de support extérieur 6 fermé à l'avant par deux parois frontales 7 et 8 qui sont fixées à ce bottier par des vis 9 Les parois frontales 7 et 8 sont également pour- vues de joints d'étanchéité, 10 et 11 respectivement pour retenir l'huile de lubrification qui est amenée sous pression à travers le conduit d'alimentation 12 présent dans ledit bol- tier 6 et qui remplit complètement la chambre annulaire 13 dans laquelle sont disposés lesdits sabots 3 i* Entre la surface extérieure dudit élément annulaire 5 de support de sabots et la surface annulaire intérieure susjacente dudit bottier de support extérieur 6 est également disposée une série de lames de ressort 14 i (la figure 2 montre cinq lames de ressort 141, 142, 143, 144 et 145) maintenues en position de façon angulairement équi- distante par des paires d'axes de positionnement latéraux, et 16 respectivement, supportés par ledit bottier 6. Ces lames de ressort 14 i ont une largeur égale à la longueur de l'élément annulaire de support de sabots (voir figure 1) et on les réalise en découpant une bague unique ayant un rayon supérieur au rayon dudit élément 5 de support de sabots, cela de manière que l'on obtienne à coup sftr une uniformité des intervalles 17 et 18 créés - Pour que le passage de l'huile de lubrification du conduit 12 à la chambre 13 soit facilité et pour que l'huile remplisse totalement la chambre annulaire 19 dans laquelle se trouve lesdites lames de ressort 14 i, l'élément annulaire 15 de support de sabots comporte une rainure circulaire 20 dans sa surface extérieure, ainsi que des trous traversants radiaux 21. Enfin, l'élément annulaire 5 de support de sabots comprend également une série de cavités axiales circulaires 22 logeant une série correspondante de ressorts hélicoïdaux 23 qui coopèrent avec ladite paroi frontale 7 du bottier de support extérieur 6 pour presser élastiquement l'élément annu- laire de support de sabots contre l'autre paroi frontale 8. REVENDICATIONS 1 Palier segmentaire articulé, constitué par une série de sabots ( 3 i) en matière antifriction rigide montés de façon pivotante à des distances angulaires égales sur la surface intérieure d'un élément ( 5) de support de sabots disposé autour de l'arbre ( 1) à supporter et contenu dans le bottier de support extérieur ( 6), dont les parois avant ( 7, 8) sont munies de joints d'étanchéité ( 10, 11) pour retenir l'huile de lubrification qui remplit sous pression la chambre ( 13) dans laquelle lesdits sabots sont disposés, caractérisé par le fait qu'entre la surface extérieure dudit élément annulaire ( 5) de support de sabots et la surface intérieure susjacente dudit bottier de support extérieur ( 6) est disposée une série de lames de ressort ( 14 i) maintenues en position à des distances angulaires égales par des axes de positionnement latéraux ( 15, 16) supportés par ledit bottier de support extérieur ( 6), la chambre annulaire dans laquelle sont disposées lesdites lames de ressort étant également remplie d'huile de lubrification, des moyens étant également prévus pour presser de façon élas- tique ledit élément annulaire de support de sabots axialement contre l'une desdites parois frontales du bottier de support extérieur'. 2 Palier segmentaire articulé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens destinés à presser de façon élastique ledit élément annulaire de support de sabots axialement contre l'une ( 8) desdites parois avant du bottier de support extérieur sont constitués par une série de ressorts hélicoïdaux ( 23) qui sont introduits dans une série correspondante de cavités axiales ( 22) disposées de façon angulairement équidistante sur la circonférence dudit élément annulaire de support de sabots et qui coopèrent avec l'autre ( 7) desdites parois frontales du bottier de support extérieur. 3 Palier segmentaire articulé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites lames de ressort ( 14 i) ont une largeur égale à la longueur de l'élément annulaire ( 5) de support de sabots et qu'ils sont formeés par découpage d'une seule bague ayant un rayon supérieur à celui de la bague de support de sabotso 4 Palier segmentaire articulé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément annulaire ( 5) de support de sabots comprend une rainure circulaire ( 20) sur sa surface extérieure ainsi que des trous radiaux traversants ( 21)o