Brevet FR2516995A1 — publié le 19830527

L'invention se rao Dorte aénéralement aux paliers hydrodynamiques à film de fluide et concerne en particulier des paliers employant une ou plusieurs feuilles pour éta- blir et maintenir un film de fluide dans le palier et un élément de support élastique accommodant les déformations de la feuille et les excursions de l'élément rotatif du palier. Les efforts récents pour perfectionner les paliers à grande vitesse, tels que les paliers utilisés dans les unités à turbo-compresseur employéesdans les machines mo- dernes de circulation d'air pour la ventilation et le re- froidissement des compartiments d'avion, ont mené au déve- loppement des paliers hydrodynamiques à film de fluide, tels que décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 4 082 375, 4 247 155, 4 116 503, 4 133 585, 3 636 534 et 4 225 196 Généralement, le palier hydrodynamique à film de fluide, tel que les paliers décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique mentionnés ci-avant, fonctionne selon le principe de l'établissement et du maintien d'un film de fluide pressurisé entre un élément rotatif, tel qu un arbre ou une butée rotative, et un élément adjacent, tel qu'une feuille lisse ou un moyen semblable, ce film de fluide pressurisé, quelquefois désigné comme coin de film de fluide, formant le support lubrifié pour l'élément rota- tif. Dans le cas de paliers hydrodynamiques semblables au palier de butée décrit dans le brevet des Etats-Unis d' Amérique 4 225 196 mentionné cihaut, les formes des coins de fluide sont déterminées par la distance angulaire entre l'élément rotatif ou la butée rotative et plusieurs feuil- les disposées circonférentiellenient autour d'un élément stationnaire Selon la pratique courante l'on a pourvu ce type de palier d'éléments de support élastiques ou de res- sorts relativement rigides et disposés entre les feuilles et l'élément stationnaire pour le maintient de la forme désirée des coins des films de fluide pour un large gamme de conditions de charge, les ressorts résistant à la dé- formation de la feuille due à sa pressurisation par les coins de film de fluide Cependant, il est évident au spé- cialiste que cette rigidité va aux dépens de la souplesse du palier et en conséquence de sa portance En outre, de tels ressorts rigides réduisent la capacité du palier de pouvoir atténuer des perturbations de l'élément rotatif résultant, par exemple, de variations ou de déséquilibres de la charge appliquée. L'invention a donc pour objet principal de fournir un palier hydrodynamique à film de fluide perfectionné ayant un support adéquat pour les feuilles utilisées dans le pa-, lier pour la formation des coins de film de fluide en vue d'obtenir des caractéristiques améliorées du palier en ce qui concernesa souplesse, sa portance et son atténuation. Selon la présente invention le palier hydrodynamiquel à film de fluide comporte un élément de retenue station- naire, un élément rotatif formant, ensemble avec l'élément stationnaire,un espace dans lequel sont situés un ou plu- sieurs éléments de feuille ainsi que deux séries d'élément J de support élastiques non-couplés ensemble disposés entre les éléments de feuille de l'élément stationnaire L'une d ces séries agit pour préserver les formes des coins de film de fluide établies et maintenues entre l'élément rota- tif et les feuilles en résistant à la déformation des feuilles due a leur pressurisation L'autre série fournit des caractéristiques de souplesse adéquates au palier pour obtenir de meilleures caractéristiques de portance et d' atténuation Selon le mode de réalisation préféré les deux séries d'éléments élastiques sont superposées l'une par rapport à l'autre et sont disposées sur les côtés opposés d'au moins une plaque ou feuille de séparation. Le palier hydrodynamique selon l'invention sera main- tenant décrit en plus grand détail en référence aux des- sins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue de côté en élévation du pa- lier hydrodynamique à film de fluide selon la présente in- vention. La figure 2 est une représentation en perspective, à pièces éclatées, du palier hydrodynamique de la fiaure 1. La figure 3 est une vue d'extrémité d'un palier ra- dial construit selon les caractéristiques de la présente invention. Tel que représenté sur les dessins, un nalier axial ou de butée hydrodynamique à film de fluide 10 selon la présente invention comporte un élément stationnaire ou base 14 aussi désigné parfois comme plaque de butée et un élé- ment rotatif d'appui superposé 20 délimitant un espace 22 avec l'élément stationnaire 15. La plaque de buté rotative tourne dans la direction de la flèche et elle est portée par exemple par un rotor tournant à grande vitesse, par exemple d'un moteur élec- trique à grande vitesse ou d'un rotor à ailettes du type utilisé par exemple dans les unités à turbo-compresseur fonctionnant à grande vitesse et utilisées par exemple C dans les machines de circulation d'air pour le refroidisse-s ment et la pressurisation des compartiments d'avion. Au dessus de la base 15, et disposée circonférentiel' lement autour de celle-ci, est prévue une première série de ressorts ou d'éléments de support élastiques 25 tron- qués en forme de secteurs et ondulés, comportant chacun séparation 40 plate et annulaire est placée sur la pre- mière plaque de séparation 30 et fournit une surface de montage pour une seconde série de ressorts ou d'éléments de support élastiques 45 tronqués, en forme de secteurs et ondulés, comportant chacun plusieurs élévations de surfaces espacées et élastiques, et étant attachés chacun à la plaque 40 par soudage, brasage ou d'une autre façon appro- priée Alors que les ondulations des ressorts 25 et 45 re- présentées sur les dessins s'étendent en direction radiale il est évident que la présente invention n'est pas limitée à une telle configuration des ondulations Il est précisé que dans le cas d'une fixation des ressorts 25 à l'élément 1 stationnaire 15, la plaque de séparation 30 n'est pas né- cessaire, la plaque 40 fournissant alors une surface de montage pour les ressorts 45 et également un moyen pour transférer la charge radialement vers l'extérieur vers les ressorts 25 Egalement attachées à la plaque 40 par de tel- les techniques de raccordement appropriées et s'étendant au dessus des ressorts 45, sont plusieurs feuilles 50 tronquées en forme de secteur et attachées le long de leurs parties de bord correspondant à la plaque 40 en des en- droits situés près des bords des ressorts 45 Tel que re- présenté, à partir de leurs parties de bord attachées, lesi feuilles 50 s'étendent angulairement vers la plaque d'appui rotative 20 pour former avec celle-ci des espaces cuneifor- mes 55 Les feuilles et les ressorts de même que les pla- ques de séparation peuvent être fabriquées de n'importe- quelle manière à résistance et élasticité appropriée connuà dans l'état de la-technique L'on a constaté que l'alliages Inconel (R) à base de Nickel est bien approprié pour des i paliers employés dans les machines de circulation d'air. Par exemple pour un palier employé dans une unité de turbo-compresseur tournant avec une vitesse de 50 000 à 000 tours par minute utilisée dans un système de con- ditionnement d'air, les feuilles 50 ont une épaisseur de l'ordre de 0, 0127 à 0,1524 cmet les plaques de séparation et 40 ont une épaisseur d'environ 0,0102-0,0127 cm. Pour une telle application le palier a un diamètre de 7,62 à 10,16 cm En outre, chacun ou tous ces éléments peuvent être revêtus avec un revêtement à faible friction connu pour minimiser l'usure des éléments du palier lors de la mise en marche. Il est évident au spécialiste que le palier 10 fonc- tionne selon le principe de la formation d'une pression hv drodynamique dans la partie de l'espace 22 entre la plaque d'appui rotative 20 et les feuilles 50 Lorsque la plaque d'appui rotative tourne dans la direction indiquée dans le dessins, du fluide de la couche limite adjacente à la sur- face intérieure de la plaque d'appui rotative est pompée dans la direction de convergence des espaces cunéiformes 55 Cela produit des régions à haute pression adjacentes aux bords libres des feuilles et des régions à pression plus faibles près des parties attachées à la plaque de séparation 40 pour former ainsi un film de fluide dans des espaces, ce film supportant l'élément d'appui rotatif et empêchant celui-ci de venir en contact avec les feuilles. Dans un palier à plusieurs feuilles, les ressorts qui supportent les feuilles sont normalement prévus pour deux buts différents En premier lieu, les ressorts doivent fournir un moyen de support qui résiste à la déformation des feuilles sous pression pour maintenir une géométrie optimale du film de fluide En second lieu, les ressorts doivent fournir la souplesse générale du palier pour l'at- ténuation et la portance désirée du palier Ces deux exi- gences sont normalement incompatibles avec une seule sériel de ressorts Par exemple, pour obtenir la résistance appro- priée à la flexion des feuilles et à la détérioration des coins de fluide sous les conditions de fonctionnement, l' on a besoin de ressorts ayant une constante de rappel rela- tivement élevée Cependant, pour fournir la souplesse adé- quate du palier pour la portance générale et l'atténuation des perturbations de la plaque d'appui rotative, des res- sorts avec une plus petite constante de rappel sont exigéesl mais une telle petite constante de rappel n'est pas appro- priée pour le maintien d'une forme de coin appropriée et risque de provoquer le contact entre la plaque d'appui ro- tative et les feuilles sous les conditions de fonctionne- ment, risquant ainsi l'endommagement de ces éléments et l'endommagement du palier. En conséquence, l'on comprend que pour une souplesse et une atténuation adéquates, les ressorts doivent avoir une constante de rappel relativement faible, alors que pour le maintient d'une géométrie optimale du film de fluide, sous toutes les conditions de fonctionnement, la constante de rappel des ressorts doit être relativement élevée Par la présente invention ces exigences sont réalisées par la première et la second série des ressorts 25 et 45 non- couplés ensemble Les ressorts 45 qui supportent les feuil- les sont beaucoup plus rigides (constante de rappel plus élevée) que les ressorts 25 disposés sur l'élément station- naire 30 En conséquence, les ressorts 45 résistent à la flexion des feuilles 50 à cause de leur pressurisation par le film de fluide pour les différentes conditions de fonc w tionnement du palier Cependant, les ressorts 45 fournis- sent une souplesse suffisante au palier pour accommoder le mouvement des plaques de séparation en vue d'une atté- nuation adéquate des déséquilibres de la plaque d'appui rotative et pour accommoder des excursions de cette plaque| sous toutes les conditions de charge, de vitesse et de fonctionnement Sous des conditions de charge ou de dés- équilibres extrêmement sévères, lorsque les ressorts 25 ont été comprimés jusqu'à leur limite, les ressorts 45 étant quelque peu plus rigides, seront encore suffisement souples pour permettre une certaine flexion des feuilles pressurisées par les coins de fluide pour réduire le ris- que d'un contact à grande vitesse entre la plaque d'appui rotative et les feuilles et la possibilité d'un endommage- ment inhérent du palier. Alors que la présente invention vient d'être décrite ci-avant par rapport à un palier de butée, il est évident que l'invention est également appliquable à un palier ra- dial Tel que représenté sur la figure 3, un palier radial selon la présente invention comporte un élément de retenue| 60 et plusieurs feuilles 65 formant des espaces cunéiform s entre les feuilles et un tourillon 75 Dans le cas d'un tel palier radial les feuilles et la seconde série de ressorts 80 sont attachées et retenues par un séparateur cylindrique fendu 85 disposé concentriquement par rapport au tourillon et espacé radialement vers l'extérieur de celui-ci Le séparateur est de préférence ouvert le long de son côté pour permettre son expansion radiale vers l'exté- rieur sous l'influence de sa pressurisation par le film de fluide La première série de ressorts est formée dans ce palier radial par un ressort 90 continu, ondulé et cy- lindrique disposé entre le séparateur et l'élément de re- tenue Les ressorts 80 fournissent la résistance à la flexion des feuilles pour optimaliser la géométrie du film de fluide tandis que le ressort 90, qui est plus souple que les ressorts 80 permet l'expansion radiale du sépara- teur 85, pour accommoder des excursions du tourillon dues à la charge appliquée et aux déséquilibres du palier. Alors que selon la description précédente la seconde série des ressorts a une constante de rappel plus élevée que la première série, il est évident que les constantes de rappel actuelles et la différence entre ces constantes de rappel dépendent des dimensions et de la charge appli- quée au palier de même que des déséquilibres attendues de l'élément rotatif du palier. REVENDICATIONS 1 Palier hydrodynamique à film de fluide comportant un élément de retenue stationnaire ( 15; 60), un élément ro- tatif ( 20; 75) délimitant avec l'élément de retenue un es-'- pace entre ces éléments, au moins un élément de feuille lisse ( 50; 65) disposé à l'intérieur de cet espace, l'élé- ment rotatif étant supporté sur un film de fluide pressuri- sé-maintenu par mouvement relatif entre l'élément rotatif et l'élément de feuille, le palier comportant en outre-au moins un élément de support élastique ( 25; 90) disposé à l'intérieur dudit espace et accommodant par sa déformation. élastique des excursions de l'élément rotatif dues à la charge appliquée et aux déséquilibres de celui-ci, carac- térisé par au moins un second élément de support élastique ( 45; 80) ayant une rigidité plus élevée que celle du premier élément de support élastique ( 25; 90) et étant non-couplé à celui-ci, ce second élément de support élastique étant situé entre le premier élément de support élastique ( 25,90) et l'élément rotatif ( 20,75) pour résister à la flexion dudit élément de feuille pour maintenir une géométrie optit male du film de fluide sous les conditions de fonctionne- ment du palier. 2 Palier hydrodynamique selon la revendication 1, I caractérisé en ce que le premier et le second élément élas 4 tique ( 45,25; 80,90) sont formés par des éléments ondulés, comportant chacun plusieurs élévations de surface élasti-} ques et espacées. 3 Palier hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le second élément élastique ( 45,25; 80,90) sont disposés de façon contiguë à et aux côtés opposés d'au moins un élément de séparation lisse ( 30,40; 85). 4 Palier hydrodynamique selon la revendication 3, caractérisé en ce-que l'élément stationnaire est une pla- que de buté ( 15), l'élément rotatif est une plaque d'appui ( 20), l'élément de feuille lisse étant formé par plusieurs feuilles ( 50) dont chacune est fixée le long de l'un de ces bords audit élément de séparation ( 40) et le premier et le second élément de support élastique ( 25,45) étant formés par des éléments ondulés disposés chacun au-dessous de ces feuilles. Palier hydrodynamique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les feuilles ( 50) et les éléments de support élastiques ( 25,45) sont en forme de secteurs tron- qués.