Brevet FR2534980A1 — publié le 19840427

B 7031 -1 2534980 EC/f f Turbopompe moléculaire montée magnétiquement avec amortissement des vibrations L'invention concerne une turbopompe moléculaire compor- tant des paliers magnétiques radiaux passifs, ainsi que des paliers axiaux mécaniques ou électromagnétiques. Pour le montage sans lubrifiant des rotors de turbopompes moléculaires on utilise différentes -versions de paliers magnétiques La demande de brevet DE publiée sous le No 23 49 033 et le brevet FR N O 1 475 765 décrivent des turbopompes moléculaires comportant des paliers magné- tiques actifs régulés électroniquement La demande de brevet DE publiée sous le N O 28 25 551 décrit une turbo- pompe moléculaire avec un support hybride Dans ce cadre, le rotor est maintenu radialement au moyen de paliers magnétiques passifs, tandis que suivant la direction axiale on utilise des paliers mécaniques. Dans les deux types de montage les rotors se comportent comme des gyrostats retenus élastiquement Par conséquent,, il apparaît différentes possibilités de vibrations Les vibrations peuvent être provoquées de l'extérieur par des secousses ou provenir comme par exemple dans le cas de l'agencement de la demande de brevet DE publiée sous le N' 28 25 551, de forces de frottement dans le palier axial mécanique. Les types suivants de vibrations du rotor sont possibles dans différentes gammes de fréquences l 1 Vibrations de précession avec une fréquence d'envi- ron 0,1 à 10 Hz La fréquence dépend de la vitesse de rotation, des moments d 'inertie et des constantes de rappel des paliers du rotor. 2534980. 2 Vibrations parallèles du rotor perpendiculairement à l'axe de rotation Les fréquences de ces vibrations sont déterminées par les constantes de rappel des paliers ma- gnétiques et par la masse du rotor et sont comprises en- tre 30 et 100 Hz. 3 Vibrations de nutation qui dépendent de la vitesse de rotation et du rapport des moments d'inertie longitu- dinalement et transversalement par rapport à l'axe de rotation Elles apparaissent dans les gammes allant de 300 à 1500 Hz. Pour éviter les vibrations possibles, des paliers magné- tiques régulés de façon active peuvent être amortis élec- troniquement Des montages magnétiques passifs, par exem- ple suivant le préambule de la première revendication et dans la demande de brevet DE publiée sous le numéro 28 25 551 ont tendance, dans le cas de fortes secousses, à vibrer suivant un ou plusieurs des types mentionnés ci-dessus Des forces de frottement peuvent notamment provoquer des vibrations de nutation en présence de pa- liers mécaniques Si les amplitudes des vibrations ou oscil- lations dans les paliers magnétiques dépassent le jeu existant, le rotor doit être ramené dans sa position ini- tiale par les paliers de réception existants, ce qui se traduit par un fort freinage et une usure des paliers de réception Ceci est valable pour tous les rotors compor- tant des paliers magnétiques radiaux passifs en dépit du type du montage axial. Le problème à la base de l'invention est d'assurer, sur des turbopompes moléculaires comportant des paliers ma- gnétiques radiaux passifs, un amortissement des vibra- tions grâce auquel les vibrations ou oscillations provo- quées de l'extérieur et par la pompe elle-même sont amorties de façon efficace, et de garantir un fontionne- ment sans vibrations ou oscillations, sûr et stable de la pompe pour toutes les fréquences jusqu'à la vitesse 3 253498 e de rotation nominale. Ce problème est résolu suivant l'invention grâce à une combinaison de deux dispositifs d'amortissement diffé- rents, c'est-à-dire-grâce au fait que pour l'amortisse- -ment des vibrations suivant la direction des plans des paliers magnétiques il est prévu un dispositif d'amortis- sement direct et indirect Le dispositif d'amortissement direct est un dispositif d'amortissement à courant de Foucault, constitué par des bagues en cuivre ou en un autre matériau bon conducteur du point de vue électrique qui sont enfilées sur les stators des paliers magnétiques et le dispositif d'amortissement indirect étant consti- tué par une plate-forme qui porte les stators des paliers magnétiques et qui est accrochée à des ressorts qui n'au- torisent que des mouvements perpendiculaires par rapport à la direction axiale de la pompe, la plate-forme étant couplée au carter fixe par l'intermédiaire d'un amortis-. seur de vibrations connu en soi, et par conséquent amor- tie. Un dispositif d'amortissement direct pour les fréquences plus élevées agit comme un amortissement à courant de Foucault Il est constitué par des bagues, en cuivre ou un autre matériau bon conducteur du point de vue élec- trique, qui sont enfilées sur les stators des paliers magnétiques radiaux Dans le cas d'oscillations ou vi- brations, il apparaît dans cès bagues des variations de champs magnétique qui produisent des courants de Foucault avec des forces d'amortissement. Ces forces d'amortissement sont proportionnelles à la fréquence des vibrations ou oscillations qui apparais- sent et par conséquent conviennent notamment à l'amortis- semant des vibrations présentant des fréquences plus élavées. Pour des vibrations présentant des fréquences plus fai- bles, il est prévu un dispositif d'amortissement qui 4 2534980 est constitué par une plate-forme qui porte un stator de paliers magnétiques et qui est accrochée à des ressorts qui n'autorisent que des mouvements perpendiculaires à la direction axiale de la pompe La plate-forme est cou- plée au carter fixe par l'intermédiaire d'amortisseurs de vibrations Ce faisant, le rotor est couplé à la plate- forme par l'intermédiaire du palier magnétique radial -Ce palier magnétique transmet également les forces d'amortis- sement au rotor L'agencement est conçu de manière à obte- riir un amortissement suffisant pour des fréquences faibles. Dans la gamme de la fréquence propre de la plate-forme, qui est donnée par la masse de la plate-forme y compris le stator du palier magnétique et les constantes de rap- pel des ressorts, l'amortissement est maximum Pour des fréquences plus élevées, il diminẻ. Les forces d'amortissement sont représentées en fonction des fréquences d'oscillation sur le diagramme (fig 2). La courbe A représente l'allure des forces d'amortisse- ment de l'amortissement direct-, et la coube B l'allure des forces d'amortissement de l'amortissement indirect. La courbe C représente les forces d'amortissement du dis- positif d'amortissement combiné, constitué par l'amortis- sement direct et l'amortissement indirect, en fonction de la fréquence d'oscillation Grâce à cette combinaison, on obtient un amortissement efficace sur toute la gamme des oscillations qui apparaissent On ne peut obtenir un amortissement direct efficace que pour des fréquences élevées, en raison de l'espace limité dans l'entrefer à air des paliers magnétiques. L'amortissement indirect est supérieur de quelques puis- sances de dix à l'amortissement direct dans le cas de faibles fréquences. - Pour obtenir des conditions optimales, la constante de rappel des ressorts, auxquels est accrochée la plate- forme, est adaptée à la constante de rappel du palier 2534980 magnétique associé Il est également possible de ne pré- voir l'amortissement indirect que sur un des deux paliers magnétiques, de préférence du côté du vide préliminaire de la pompe. L'invention sera maintenant illustrée à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation préfé- ré mais non limitatif représenté aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un exemple de réalisation du dispo- sitif suivant l'invention; et la figure 2 représente les forces d'amortissement en fonction de la fréquence de vi- bration ou d'oscillation. Le dispositif suivant l'invention est illustré par l'exem- ple de réalisation de la figure 1 La référence 1 désigne le rotor et la référence 2 désigne les disques rotoriques d'une turbopompe moléculaire Les disques statoriques 3 sont placés alternativement entre les disques rotoriques 2 Les paliers magnétiques radiaux sont constitués par les rotors 4 et 4 ' de paliers magnétiques et les stators et 5 ' de paliers magnétiques Dans le présent exemple de réalisation, le support axial est représenté par des paliers axiaux mécaniques 7 et 7 ' Comme support axial on peut également utiliser un dispositif électromagnéti- que Des bagues 6 et 6 ' en cuivre ou en un autre matériau bon conducteur du point de vue électrique sont enfilées sur les stators 5 et 5 ' des paliers magnétiques Lors de l'apparition de perturbations, des variations du champ magnétique produisent dans ces bagues des courants de Foucault qui produisent des forces d'amortissement pro-a portionnelles à la fréquence. Dans le cas de l'amortissement indirect pour des basses fréquences, des mouvements de la plate-forme 8 disposée sur des ressorts 9 placés verticalement, qui sont provo- qués par des vibrations ou oscillations du rotor, sont empêchés efficacement par les amortisseurs hydrauliques 10 6 2534980 connus en soi qui y sont couplés Les ressorts 9 guident la plate-forme suivant la direction axiale, mais permet- tant des mouvements perpendiculaires. La figura 2 représente l'allure des forces d'amortissement, sous forme logarithmique, en fontion de la fréquence de vibration ou d'oscillation La courbe A représente l'al- lure des forces d'amortissement directes qui sont prrpor- tionnelles à la fréquence et par conséquent ne devien- nent efficaces que pour des fréquences plus élevées La courbé B représente les forces d'amortissement indirectes dont l'effet le plus important apparaît pour des fréquen- ces faibles dans la gamme de la fréquence propre de la plate-forme La courbe C représente l'effet résultant des deux courbes A et B On obtient de ce fait un amortisse- ment efficace pour toutes les fréquences de vibration ou d'oscillation qui apparaissent. 7 253498 @ Revendications 1 Turbopompe moléculaire comportant des paliers magnéti- ques radiaux passifs, ( 4,5 et 4 ', 5 '), ainsi que des pa- liers axiaux mécaniques ou électromagnétiques, caractéri- séeèn ce que pour l'amortissement des'vibrations suivant la direction des plans des paliers magnétiques il est prévu un dispositif d'amortissement direct et indirect; le dispositif d'amortissement direct est un dispositif d'amortissement à courant de Foucault, constitué par des bagues ( 6,6 ') an cuivre ou en un autre matériau bon conduc- teur du point de vue électrique qui sont enfilées sur les stators ( 5,5 ') des paliers magnétiques, et le dispositif d'amortissement indirect étant constitué par une plate- forma ( 8) qui porte les stators des paliers magnétiques et qui est accrochée à des ressorts ( 9), qui n'autorisent que des mouvements perpendiculaires par rapport à la di- rection axiale de la pompe, la plate-forme ( 8) étant cou- plée au carter fixe ( 11) par l'intermédiaire d'un amortis- saur de vibrations ( 10), connu an soi, et par conséquent amortie. 2 Turbopompe moléculaire suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'amortissement in- direct se trouve sur les deux stators ( 5,5 ') des paliers magnétiques et que la constante de rappel des ressorts ( 9) auxquels est suspendue la plate-forme ( 8) est respective- ment adaptéeà la constante de rappel radiale du palier ma- gnétique associé. 3 Turbopompe moléculaire suivant la revendication 1, caractérisée en ca qu'un seul dispositif d'amortissement direct se trouve sur un palier, et que, sur l'autre palier est prévu aussi bien un dispositif d'amortissement direct qu'un dispositif d'amortissement indirect, la constante de rappel des ressorts ( 9) auxquels est suspendue la plate- forme ( 8) étant adaptée à la constante de rappel radiale du palier magnétique associé.