Brevet FR2580049A1 — publié le 19861010

I - EXPOSE DU PROBLEHE I.1 - Introduction La ligne d'arbre d'une machine tournante pendulaire se compose essentiellement (se reporter aux figures 2 et 2bis ) - d'un arbre (1) entrainé à sa partie supérieure par un rotor électrique et entraînant à sa partie inférieure le rotor de procédé (bol de centrifugeuse, rotor compresseur, rotor de turbine, etc...), non représenté, - d'un palier comportant 2 roulements (3) et (4) solidaires de la partie mâle (5) d'une rotule tourillonnant à l'intérieur de la partie femelle (6). Sous l'effet du poids du rotor, le contact entre les parties mâles et femelles s'effectue en A. Sous l'effet des forces centrifuges, l'arbre a donc tendance à se déplacer latéralement à l'intérieur du jeu horizontal. Par contre, quand les déplacements deviennent importants, la rotule mâle oscille autour de son centre. Il arrive très fréquemment que les amplitudes de la rotule mâle deviennent très importantes, surtout au passage des vitesses critiques et en cas d'instabilités (instabilité spirale divergente). Il importe donc d'adjoindre des amortisseurs (2H et 2V) dont le but est de réduire les amplitudes. La liaison par ressort en caoutchouc non représentée sur les figures 2 et .2 bis entre parties mâle et femelle remplit cette fonction. Mais ltexpérience montre que dans bien des cas, elle est insuffisante. Les amortisseurs, objet de ce brevet, ont pour but de palier les carences des systèmes élastiques existants. Ils sont basés sur le principe du "effet de rapprochement". I.2. Principe de l'invention a) principe de 1"'effet de rapprochement" (figures 3 et 4) Quand le piston (7) se rapproche de la partie fixe (9) à une vitesse V, l'huile (8) ou tout autre fluide emprisonné dans ltes- pace annulaire entre piston et partie fixe est chassée vers l'ex térieur. Dans ce mouvement, des forces de pression prennent naissance. Ces forces F s'opposent au déplacement du piston créant ainsi l'amortissement souhaité. Le rapport F c = v est caractéristique de l'amortisseur. Le dimensionnement, les jeux et la qualité de l'huile sont choisis en fonction de la valeur c désirée. Le jeu au droit du film d'huile est généralement faible. Or en cas d'instabilité, il peut arriver que les déplacements deviennent beaucoup plus importants. I1 faut donc prévoir des débattements supplémentaires ; ceux-ci sont obtenus par le déplacement du plateau (voir figure 3). Pour les faibles vitesses v, ctest-à-dire, pour des déplacements petits du piston, le plateau (9) plaqué par les ressorts (11) sur la butée (10) reste immobile. Par contre, lorsque les déplacements deviennent important, le jeu h devient très petit, la force F devient alors très grande et provoque le déplacement du plateau par compression des ressorts. Lorsque la vitesse v change de sens, la force F disparaît et le plateau reprend sa position contre la butée. b) principe de l'amortisseur hydrodynamique avec plateau mobile et double effet de rapprochement" de la figure 4 Dans le double "effet de rapprochement, les deux faces du piston jouent un rôle identique. Le facteur c se trouve ainsi doublé. c) utilisation des logements de ressorts pour augmenter l'amortissement de la figure 5 En cas de déplacements importants, l'huile emprisonnée dans le logement de ressort développe des forces qui viennent s'ajouter aux "effets de rapprochement" déjà mentionnés (piéces (14) et (15). Il - DIFFERENTS MODES DE REALISATION (figures 2 ou 2 bis) Les amortisseurs peuvent travailler soit horizontalement, soit verticalement, Dans la position horizontale, on travaille d'abord à l'intérieur du jeu horizontal ; l'efficacité s'en trouve augmentée. II.1 Description de l'amortisseur hydrodynamique avec plateau mobile et double "effet de rapprochement" de la figure 6 Le piston (7) se déplace dans le jeu h lorsque la force F est inférieure à la force d'application développée par les ressorts (11) sur le plateau. Quand la force F devient supérieure à la force développée par les ressorts, les plateaux mobiles (9) s1 effacent et autorisent les déplacements importants du piston (rôle de sécurité). Il apparaît donc, qu'au voisinage de la position d'équilibre, la raideur du système est nulle et la fonction d'alignement que doit assurer la rotule peut être ainsi remplie facilement. Seuls sont à vatnere les frottements solides au droit des parties mâles et femelles de la rotule. Le ressort inférieur (4) se débat à l'intérieur d'un logement qui assure son guidage et contribue à "l'effet visqueux classique" ("dash pot") qui peut être augmenté par l'adjonction des pièces (lit) et (15) de la figure 5. Le ressort supérieur se débat le long du piston qui assure son guidage. Pendant les phases transport et montage, il est impératif que le piston soit bloqué dans sa position d'équilibre (jeux égaux de part et d'autre des faces latérales). Ce blocage est assuré par les élastomères 10 et il ou par des ressorts. Il peut aussi être assuré par un étrier 20 Les orifices de remplissage non représentés sur la figure sont prévus. L'étanchéité (18) du piston est assurée soit par des joints coulissants, soit par une membrane ou tout autre dispositif du commerce. II.2 DESCRIPTION DE L'AHORTISSEUR HYDRODYNAMIQUE AVEC PLATEAU HO BILE ET DOUBLE EFFET DE RAPPROCHEMENT" DANS UNE BOITE DE LA FIGURE 7 La figure 7 est identique à la figure 6 hormis le fait que les deux fonctions suivantes ont été séparées - "effet de rapprochement" assuré à l'intérieur d'une boîte étanche, - sécurité assurée par les mêmes ressorts qui maintiennent les deux plateaux contre les butées. La distance entre butées est égale à ltépaisseur du carter mobile. NOTA : le carter possède des butées pour plaquer en position les plateaux. II.3 DESCRIPTION DE L'AMORTISSEUR HYDRODYNAMIQUE AVEC PLATEAU HOBILE ET "DOUBLE EFFET DE RAPPROCHEMENT" DANS UNE BOITE DE LA FIGURE 8 La figure 8 est identique à la figure 7 hormis le fait que les butées ont été supprimées et la position d'équilibre est celle des deux ressorts. II.4 DESCRIPTION DE L'AMORTISSEUR HYDRODYNAMIQUE AVEC PLATEAU HOBILE ET "DOUBLE EFFET DE RAPPROCHEMENT" DANS UN CARTER DE LA FIGURE 9 La figure 9 est identique à la figure 8 hormis le fait que les deux ressorts ont été placés dans un logement du carter (12) séparé de celui de l'amortisseur hydrodynamique. Ce moyen d'assemblage n'est pas exclusif. NOTA : les deux fonctions "effet de rapprochement" et sécurité" ont été séparées. II.5. DESCRIPTION DE L'AMORTISSEUR HYDRODYNAMIQUE AVEC "EFFET DE RAPPROCHEMENT" ANNULAIRE ENTRE LE PISTON 7 ET LE CYLINDRE 17 DE LA FIGURE 10 Dans les amortisseurs précédents, "l'effet de rapprochement" se fait entre les faces planes du piston et les plateaux. Dans ce cas, "l'effet de rapprochement" se fait dans l'espace annulaire qui sépare le piston (7) du cylindre (17) (voir figure n" 10 ). Le principe de "l'effet de rapprochement" annulaire est identique à celui de "l'effet de rapprochement" plan : quand le piston se déplace latéralement, l'huile emprisonnée dans l'espace annulaire se déplace à la fois horizontalement et verticalement. Du fait de la viscosité de l'huile, des forces d'amortissement analogues à la force F de la figure 2 prennent naissance. Pour permettre les débattements importants au passage des vitesses critiques et en cas d'instabilité, le cylindre (17) est solidaire du cylindre (12) par l'intermédiaire de 2 o-rings (11) Pour permettre le centrage du piston durant les opérations de montage, des ressorts (13) sont prévus. Comme dans la figure 2, le piston est solidaire de la partie mobile de la rotule et le cylindre (12) est solidaire du plateau fixe ou inversement. Les o-rings peuvent être remplacés par des ressorts (11) dont le tarage est réglable au moyen de vis accessibles de l'extérieur non représentées sur la figure. L'étanchéité est assurée par la membrane (18) III REVENDICATIONS Les revend cations du présent brevet sont caractérisées par 1. l'amortisseur objet du brevet est basé sur le principe de l'effet de rapprochement, simple ou double ("squeeze film"). Il est caractérisé en ce qu il est constitué par un piston qui se rapproche d'une partie fixe à une vitesse v dans un fluide et en ce qu'il utilise les forces de pressions prenant naissance au cours de ce mouvement. 2. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les plateaux maintenus en place par des ressorts contre des butées s'effacent lorsque les débattements deviennent importants au moment du passage des vitesses critiques et en cas d'instabilité, 3. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le positionnement peut être soit horizontal soit vertical, ou toute autre position intermédiaire. Dans le positionnement horizontal, l'amortisseur commence à travailler dès que la rotule mâle se déplace radiale-ment à l'intérieur de la rotule femelle. On augmente de la sorte l'efficacité de l'amortisseur au voisinage de sa position d'équilibre. La fonction alignement de la rotule est alors remplie de façon aisée. 4. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les systèmes de blocage par ressort ou élastomère, sont prévus pour toutes les opérations de transport et de montage. Leur raideur est nettement plus faible que celle des ressorts qui plaquent les plateaux mobiles sur leur butée. 5. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le carter de l'amortisseur est solidaire soit du massif de béton (19) : cette solution évite les couplages, soit du bâti de la machine (19) . Dans ce cas, il est indispensable que la fixation soit suffisamment rigide pour ne pas introduire de mode parasite. 6. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les logements de ressort contribuent à l'amortissement grâce à l'effet visqueux classique. 7. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les circulations d'huile le long des faces latérales du piston contribuent aussi à l'amortissement visqueux classique. 8. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les élastomères et les ressorts de blocages peuvent éventuellement être remplacés par des dispositifs du type étrier. Dans le cas de l'amortisseur de la figure 10, les revendications sont identiques aux précédentes en posant que les déplacements axiaux du piston sont remplacés par des déplacements radiaux. Dans ce cas, les revendications complémentaires sont 9. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les déplacements axiaux relatifs entre le piston et le cylindre intérieurs sont également amortis par l'effet visqueux classique et "l'effet de rapprochement" entre la face plane du piston et le fond du cylindre. 10.Dispositif amortisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que des trous d'équilibre non représentés entre la partie supérieure et la partie inférieure du piston sont prévus et évitent les surpressions. SOMMAIRE DES INDICES 1 arbre de la machine tournante 2V amortisseur vertical objet du brevet 2H amortisseur vertical objet du brevet 3 roulement supérieur 4 roulement inférieur 5 partie mâle de la rotule 6 partie femelle de 1a rotule 7 piston 8 film d'huile 9 plateau semi fixe 10 butées 11 ressorts 12 carter de l'amortisseur 13 carter de réglage et de transport 14 guide du ressort 15 butée guide 16 épaulement 17 cylindre semi-fixe 18 étanchéité 19 carter de la machine ou massif béton