Brevet FR2583993A1 — publié le 19870102

DECANTEUSE CENTRIFUGE DU TYPE PENDULAIRE L'invention se rapporte à une décanteuse centrifuge du type pendulaire, comportant un rotor qui comprend une cuve tournante et un arbre rotatif vertical reliant ladite cuve à un moteur d'entraînement en rotation, cet arbre étant suspendu au moyen d'une rotule centrée sur son axe, supportée par un siège conjugué fixe et supportant l'arbre par l'intermédiaire d'un palier qui permet la rotation de celui-ci dans la rotule, les surfaces actives de la rotule et de son siège étant limitées à des zones sphériques équatoriales relativement étroites, tandis que des ressorts de compression, régulièrement répartis autour de l'arbre et assurant le rappel de celui-ci en position neutre, sont interposés entre des points solidaires de la rotule et des points fixes. L'expression "zones sphériques équatoriales" signifie que les surfaces en cause s'étendent entre deux plans parallèles voisins de l'équateur de la rotule, l'axe de l'arbre rotatif étant considéré comme la ligne des pôles de celle-ci. Des machines comportant une suspension à rotule ainsi conçue présentent l'avantage, par rapport à celles o la rotule et son siège sont constitués par des calottes polaires, d'assurer un parfait maintien de l'arbre en direction transversale. Par contre, étant donné que les surfaces actives de la rotule et de son siège s'étendent non pas sensiblement horizontalement, comme dans le cas de calottes polaires, mais sensiblement verticalement, le poids de l'équipage rotatif soutenu par la rotule dans son siège engendre des contraintes considérables au niveau de ces éléments, d'o s'ensuit l'existence de frottements de valeur élevée entre leurs surfaces de contact. Ces frottements créent des risques d'instabilité dans le fonctionnement de la décanteuse en cas de balourd, et ce d'autant plus que la charge de l'équipage rotatif est importante. L'invention a pour but de diminuer les frottements entre la rotule et son siège, en réduisant l'influence néfaste du poids de l'équipage mobile sur les conditions de contact entre ces deux éléments de suspension. A cet effet, selon l'invention, les ressorts de rappel précités sont agencés de façon que la force élastique qu'ils exercent sur la rotule du fait de leur compression soit dirigée de bas en haut et compense au moins partiellement le poids (essentiellement celui du rotor et de sa charge) que supporte la rotule dans son siège. Cette disposition assure une reprise dudit poids par les ressorts en déchargeant la rotule et son siège, lesquels n'ont pratiquement plus qu'une fonction de guidage de l'arbre, et cela d'autant mieux que la compensation du poids est plus parfaite, avec disparition concomitante des forces de frottement engendrées par l'effet dudit poids. Du fait de l'absence de frottement, il est indispensable de munir la machine d'amortisseurs visqueux qui contrôlent les mouvements de la rotule et assurent la stabilité du fonctionnement dans toutes les conditions de charge. De préférence, les ressorts sont mis sous précontrainte, leur degré de précontrainte étant réglable, par exemple à l'aide d'un organe de compression dont la position est ajustable. De préférence, les ressorts sont couplés à la rotule et à son siège par l'intermédiaire de deux plateaux sensiblement horizontaux, savoir un premier plateau solidaire de la rotule et un second plateau fixe, solidaire du siège de celle-ci. Lorsque le premier plateau est situé au-dessus du second plateau, les ressorts peuvent être interposés entre les deux plateaux, ou encore être disposés au-dessus du premier plateau. Dans le premier cas, chacun des ressorts peut prendre appui directement sur le second plateau et, sur le premier plateau, par l'intermédiaire d'une douille vissée dans ce plateau, permettant par rotation de régler la précontrainte du ressort. Dans le second cas, il convient que l'extrémité inférieure de chaque ressort prenne appui sur le second plateau par l'intermédiaire d'une colonnette respective sur laquelle le ressort est monté et qui traverse le premier plateau, ce dernier prenant appui sur l'extrémité supérieure dudit ressort par l'intermédiaire d'une entretoise de liaison, laquelle est constituée par un manchon coaxial à la colonnette et enveloppant le ressort, fermé à son extrémité supérieure par un bouchon fileté de position réglable par vissage dans le manchon, et à son extrémité inférieure par un fond offrant un trou central fileté dans lequel se visse une douille traversant le premier plateau avec la colonnette et possédant une collerette sur laquelle repose ce plateau. Lorsque la décanteuse comporte un carter qui enveloppe la' suspension à rotule, les plateaux et les ressorts de rappel, il convient de prévoir, en vue du réglage de la précontrainte des ressorts, des ouvertures dans ledit carter en regard des organes de réglage correspondants. Le rappel angulaire du rotor en position neutre peut être assuré, outre par les ressorts de compensation du poids du rotor, par des ressorts de rappel complémentaires. Dans une variante avantageuse, les ressorts de compensation du poids du rotor sont dimensionnés et agencés de façon à assurer à eux seuls le rappel angulaire du rotor en position neutre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. La figure I représente, en coupe axiale, une décanteuse centrifuge selon l'état antérieur de la technique. La figure 2 représente, à plus grande échelle, la suspension à rotule de la décanteuse de la figure 1, aménagée conformément à l'invention suivant deux formes de réalisation. Les figures 3 et 4 représentent, à échelle encore agrandie, respectivement la partie droite et la partie gauche de l'objet de la figure 2. La machine représentée à la figure I comporte un rotor comprenant une cuve tournante 1 et un arbre vertical 2. La cuve 1, destinée à recevoir la charge à centrifuger, est reliée par l'arbre 2 à un moteur 3 d'entraînement en rotation situé à la partie supérieure de la machine. L'arbre 2 est suspendu de façon pendulaire par une rotule 4 montée dans un siège annulaire 5 à surface intérieure sphérique, de sorte qu'il peut exécuter de légers déplacements angulaires autour du centre 6 de la rotule 4. L'arbre 2 traverse une dalle de protection 7 par une ouverture 8 laissant un certain jeu autour de lui pour que lesdits déplacements angulaires ne soient pas entravés. Pour la même raison, sur la partie de l'arbre 2 située entre la rotule 4 et le moteur 3 est interposé un organe d'accouplement souple 9. Le siège 5 est monté dans un support annulaire 10 solidaire d'un carter 11 fixe enveloppant le mécanisme de suspension à rotule. Ce carter supporte le moteur 3 et est assujetti à la dalle de protection 7. L'arbre 2 tourne à l'intérieur de la rotule 4, laquelle est stationnaire, dans un palier comprenant des roulements à billes (non visibles sur la figure) calés dans un passage cylindrique pratiqué à travers la rotule 4 et se continuant à l'intérieur d'un manchon 12 situé au- dessous de celle-ci, avec laquelle il fait corps. Egalement solidaire de la rotule est prévu un plateau 13 qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe 14 de l'arbre 2. Ce plateau est traversésur son pourtour par quatre colonnettes 15, disposées parallèlement à l'axe 14 et régulièrement réparties autour de la rotule 4, qui sont fixées, à leur extrémité inférieure, à un second plateau 16 fixe constitué par une bride amnlaire solidaire du support 10 du siège 5 et située au-dessous du plateau 13. Sur chaque colonnette 15 est enfilé un ressort de compression 17 interposé entre le plateau 13 et une rondelle 30 calée au sommet de la colonnette. Les ressorts 17, qui peuvent être formés par des empilages de bagues de caoutchouc ou de 31 rondelles Belleville, ou encore par des ressorts hélicoidaux, constituent des organes élastiques de rappel de l'arbre 2 en position verticale. Par ailleurs, les mouvements de l'arbre 2 autour du centre 6 de la rotule 4 sont freinés par des amortisseurs non représentés. Il ressort de la figure 1 que, les parties actives de la rotule 4 et de son siège 5 étant limitées à des zones sphériques voisines de l'équateur 30, la surface de ces parties actives est peu inclinée par rapport à la verticale, de sorte qu'elles sont le siège d'efforts considérables dus au poids de l'équipage rotatif, auxquels s'ajoutent les forces de compression des ressorts 17. Il en résulte des frottements perturbateurs de valeur élevée. Ces frottements peuvent certes être réduits par l'interposition d'une pellicule de matière lubrifiante, telle que du Téflon, entre la rotule 4 et son siège 5; mais une telle mesure se révèle en pratique insuffisante. Considérant maintenant la figure 2, on voit (dans sa partie droite) que chaque ressort 17 est, selon l'invention, interposé entre les plateaux 13 et 16. Il en résulte que les forces de compression développées par les ressorts 17 tendent à repousser vers le haut le plateau 13, sur lequel elles agissent en sens contraire du poids de l'ensemble du rotor à soulager, constitué par la cuve tournante 1, l'arbre 2 et la rotule 4, y compris le manchon 12 lié à celle-ci. L'action de ce poids sur la suspension à rotule peut ainsi être réduite, et même annulée si l'on règle chacun des n ressorts 17 de façon qu'il développe un effort de compression égal au poids précité divisé par n. La figure 3 montre comment sont agencés les ressorts 17 illustrés dans la partie droite de la figure 2. Chacun de ces ressorts est monté sur une colonnette de guidage 31 fixée, comme les colonnettes 15 de la figure 1, au plateau fixe 16. Sur la colonnette 31 est également montée une douille 32, le ressort 17 étant susceptible d'être comprimé entre cette douille et le plateau 16. Le degré de précontrainte applicable ainsi au ressort est réglable en imprimant un mouvement de rotation à la douille 32, dont la surface extérieure filetée se visse dans un trou fileté pratique dans le plateau 13, via une ouverture 24 prévue au sommet du carter 11 en regard de chacun des ressorts 17. Après réglage de la précontrainte, chaque douille 32 est bloquée à l'aide d'un contre-écrou d'arrêt 33. Dans la partie gauche de la figure 2 est montrée une variante de montage des ressorts 17. Cette variante est également illustrée par la figure 4. Ici, on utilise des colonnettes 18 comparables aux colonnettes 15 et 31 précitées fixées au plateau 16. Toutefois, les colonnettes 18 traversent librement le plateau 13 solidaire de la rotule 4 et se prolongent audessus de celui-ci pour recevoir les ressorts 17 respectifs. Chacun de ces ressorts 17 prend appui par son extrémité inférieure sur la colonnette correspondante, donc sur le plateau fixe 16, et ce par l'intermédiaire d'une rondelle 19 reposant sur un épaulement 20 de la colonnette. Quant au plateau 13, il prend appui sur le dessus du ressort 17, par l'intermédiaire d'une entretoise constituée par un manchon 21 enveloppant le ressort, fermé à sa partie supérieure par un boubhon fileté 22 et monté par vissage de son fond 21a sur une douille 23. Cette douille, qui est immobilisée en rotation par un organe d'arrêt 29, traverse l'ouverture de passage de la colonnette 18 dans le plateau 13 et se termine par une collerette 23a sur laquelle ce dernier vient prendre appui. La position du bouchon 22 dans le manchon 21 et de ce dernier par rapport Q la douille 23, donc au plateau 13, est réglable par vissage ou dévissage de ces éléments. Gela permet de régler le degré de précontrainte conféré à chacun des ressorts 17. Ces réglages sont rendus possibles par la présence d'ouvertures 24 prévues au sommet du carter 11 en regard des ressorts 17 et des organes 21, 22 associés. Dans le présent exemple, les manchons 21 émergent du carter 11 par les ouvertures 24. Une fois les réglages faits, le bouchon 22 est bloqué au moyen d'une vis 25 brochant sur une fente 26 que comporte le bouchon; de même, le manchon 21 est immobilisé au moyen d'une pièce d'arrêt 27 introduite dans l'une des encoches 28 que comporte la tête du manchon. Du fait de leur disposition en couronne autour de l'axe 14 du rotor, les ressorts 17 confèrent par ailleurs à la suspension rotule une raideur angulaire KO donnée par la formule (en moment appliqué par unité d'angle d'inclinaison de l'arbre 2): Kn R2k K o R est la distance des ressorts à l'axe 14 et k la raideur linéaire de chaque ressort. Or, le constructeur d'une décanteuse centrifuge de type pendulaire recherche géneralement une raideur angulaire de valeur déterminée pour la suspension, qui assure un fonctionnement stable de la machine et l'obtention d'un niveau vibratoire le plus faible possible. Cette raideur angulaire, désignée par POr, peut être atteinte soit par l'adjonction de ressorts de rappel angulaire complémentaires qui peuvent être disposés soit parallèlement, soit perpendiculairement à l'axe 14. Dans le premier cas, il convient que ces ressorts complémentaires ne soient pas préchargés, afin de ne pas perturber l'action de soulagement de la rotule des ressorts 17. Il est également possible d'optimiser les caractéristiques et les paramètres de montage deadits ressorts 17, de façon à réaliser la; condition KOr = Ke, les ressorts 17 assurant alors non seulement le soulagement de la rotule, mais encore le rappel angulaire de celle-ci avec la valeur voulue. Aux ressorts précités sont associés des amortisseurs nécessaires au fonctionnement stable de la machine à tous les régimes. Ces amortisseurs peuvent être disposés soit parallèlement à l'axe 14, entre le plateau 13 et des points fixes respectifs, soit perpendiculairement audit axe, entre le manchon 12 et des points fixes respectifs. REVENDICATIONS 1. Décanteuse centrifuge du type pendulaire, comportant un rotor qui comprend une cuve tournante et un arbre rotatif vertical reliant ladite cuve à un moteur d'entraînement en rotation, cet arbre étant suspendu au moyen d'une rotule centrée sur son axe, supportée par un siège conjugué fixe et supportant l'arbre par l'intermédiaire d'un palier qui permet la rotation de celui-ci dans la rotule, les surfaces actives de la rotule et de son siège étant limitées à des zones sphériques équatoriales relativement étroites, tandis que des ressorts de compression, régulièrement répartis autour de l'arbre et assurant le rappel de celuici en position neutre, sont interposés entre des points solidaires de la rotule et des points fixes, caractérisée par le fait que les ressorts (17) sont agencés de façon que la force élastique qu'ils exercent sur la rotule (4) du fait de leur compression soit dirigée de bas en haut et compense au moins partiellement le poids des organes que supporte la rotule. 2. Décanteuse centrifuge selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les ressorts (17) sont mis sous précontrainte et que leur degré de précontrainte est réglable. 3. Décanteuse centrifuge selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le réglage de la précontrainte de chacun des ressorts (17) s'effectue à l'aide d'un organe de compression (32, 22) dont la position est ajustable. 4. Décanteuse centrifuge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les ressorts (17) sont couplés à la rotule (4) et à son siège (5) par l'intermédiaire de deux plateaux (13, 16) sensiblement horizontaux, savoir un premier plateau (13) solidaire de la rotule (4) et un second plateau (16) fixe, solidaire du si'ge (5) de celle-ci. 5. Décanteuse centrifuge selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le premier plateau (13) est situé au- dessus du second plateau (16). 258s3993 6. Décanteuse centrifuge selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les ressorts (17) sont interposés entre les deux plateaux (13 et 16). 7. Décanteuse centrifuge selon la revendication 6, caractérisée par le fait que chacun des ressorts (17) prend appui directement sur le second plateau (16) et, sur le premier plateau (13), par l'intermédiaire d'une douille (32) vissée dans ce plateau, permettant par rotation de régler la précontrainte du ressort. 8. Décanteuse centrifuge selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les ressorts (17) sont disposés au- dessus du premier plateau (13), l'extrémité inférieure de chaque ressort prenant appui sur le second plateau (16) par l'intermédiaire d'une colonnette (18) respective sur laquelle le ressort est monté et qui traverse le premier plateau (13), tandis que ce dernier prend appui sur l'extrémité supérieure dudit ressort (17) par l'intermédiaire d'une entretoise de liaison (21), laquelle est constituée par un manchon (21) coaxial à la colonnette (18) et enveloppant le ressort (17), fermé à son extrémité supérieure par un bouchon fileté (22) de position réglable par vissage dans le manchon (21), et à son extrémité inférieure par un fond (21a) offrant un trou central fileté dans lequel se visse une douille (23) traversant le premier plateau (13) avec la colonnette (18) et possédant une collerette (23a) sur laquelle repose ce plateau. 9. Décanteuse centrifuge selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, comportant un carter qui enveloppe la suspension à rotule, les plateaux et les ressorts de rappel, caractérisée par le fait que des ouvertures (24) sont ménagées dans ledit carter (11) en regard des organes de réglage (32, 22) de la précontrainte des ressorts (17). 10. Décanteuse centrifuge selon l'une quelconque des revendication I à 9, caractérisée par le fait que les ressorts (17) sont des ressorts hélicoidaux ou sont constitués par des bagues élastiques ou des rondelles Belleville empilées. 11. DIcanteuse centrifuge selon l'une quelconque des revendication 1 à 10, caractérisée par le fait que le rappel angulaire du rotor en position neutre est assuré, outre par les ressorts (17) de compensation du poids du rotor, par des ressorts de rappel complémentaires. 12. Décanteuse centrifuge selon l'une quelconque des revendications I à 10, caractérisée par le fait que les ressorts (17) de compensation du poids du rotor sont dimensionnés et agencés de façon à assurer à eux seuls le rappel angulaire du rotor en position neutre.