Brevet FR2590626A1 — publié le 19870529

L'invention concerne un dispositif pour le montage de l'arbre du rotor d'un turbocompresseur à gaz d'échappe- ment. Cet arbre est ainsi monté dans deux roulements inté- rieurs au rotor, disposés entre la turbine et le compresseur. Le dispositif comporte aussi des moyens élastiques agissant dans le sens axial et qui poussent contre les pièces rou- lantes (billes) les chemins de roulement des bagues, les- quelles coopèrent dans chaque palier à roulement et peuvent se déplacer axialement l'une par rapport à l'autre. Comme on le sait, un tel dispositif ressort par exemple de la demande de brevet W0 80/02585. Dans ce document précité WO 80/02585, on décrit notamment un turbocompresseur à gaz d'échappement, dont l'arbre est monté dans le bâti grâce à deux roulements inté- rieurs ou incorporés, c'est-à-dire disposés entre le com- presseur et la turbine. Grâce à un ressort pré-tendu appuyé au roulement opposé et agissant axialement, une poussée est exercée sur une bague de roulement extérieure qui peut se déplacer axialement vers le bâti; de cette façon, les rouleaux ou pièces roulantes du palier à roulement sont poussées contre le chemin de roulement extérieur de la bague et contre le chemin de roulement élaboré dans l'arbre. Comme l'arbre peut aussi coulisser axialement par rapport au bâti, que le chemin de roulement intérieur de l'autre roulement est aussi élaboré dans l'arbre et que la bague extérieure de ce roulement est fixée axialement au bâti, les pièces roulantes de ce roulement sont également poussées contre leurs chemins de roulement par la prétension du ressort. Selon la demande de brevet DE-B 1 088 769, les bagues des roulements à billes d'une soufflerie entraînée par une turbine sont poussées de manière analogue. Grâce au ressort, une force constante est appliquée aux roulements dans toutes les conditions de fonctionnement et l'on évite ainsi un jeu dans les roulements. En parti- culier aux hauts régimes de rotation, comme il s'en produit par exemple dans les turbocompresseurs à gaz d'échappement, il est nécessaire pour une grande durée de service que le contact entre les pièces roulantes et leurs chemins de roulement, ainsi que leur roulement sur ces chemins, s'effec- tuent en permanence sans jeu. Il y a cependant un incon- vénient, qui réside dans la perte de roulement par frotte- ment résultant de forces d'appui inutilement fortes en par- ticulier aux bas régimes. Ceci vient du fait que la préten- sion du ressort est réglée de façon à créer des forces d'appui suffisamment élevées pour les hauts régimes de rotation; mais ces forces d'appui élevées s'exercent aussi aux bas régimes de rotation, o elles ne devraient pas être, et de beaucoup, aussi élevées. L'invention a pour objet de décrire un disposi- tif permettant de diminuer la perte de roulement par frotte- ment et qui cependant garantit un roulement correct et par là une grande longévité des roulements. Pour atteindre cet objectif et pousser contre les pièces roulantes les chemins de roulement des bagues des paliers à roulement, le dispositif de l'invention comporte un ou des vérin(s) pneumatique(s) accouplé(s) à ces bagues déplaçables axialement, et la chambre de compression de ces vérins pneumatiques communique avec une chambre de gaz du compresseur. Les pièces roulantes sont ainsi poussées en permanence, mais de façon modulable en fonction du régime de rotation, contre leurs chemins de roulement. Elles rou- lent ainsi de façon bien définie sur ces chemins et il ne se produit pas d'usure par suite de glissements ou de varia- tions de charge. Par suite de la mise en communication de la chambre de compression du ou des vérins avec la chambre de gaz du compresseur, la pression de charge et, donc, la poussée du ou des vérins est diminuée aux bas régimes de rotation. Comme la hauteur de la pression de charge du com- presseur dépend du régime de rotation, les forces d'appui sont également variables en fonction du régime de rotation. Les surfaces de piston du vérin pneumatique sont déterminées de telle façon qu'à bas régime, il n'y ait que le frottement le plus faible possible dans le roulement. Mais à haut régime les forces d'appui sont suffisamment élevées pour assurer un fonctionnement sans dommage du roulement. Grâce à la pres- sion de charge qui croît de pair avec le régime, on dispose aussi à haut régime des forces d'appui considérablement plus élevées nécessaires. En plus du vérin, on peut, dans une variante de l'inventin, introduire aussi au moins un ressort monté en parallèle ou en série. Ce ressort est mis sous une tension telle qu'aux bas régimes de rotation, il exerce sur les rou- lements une poussée minimale, qui est cependant nettement plus faible que celle nécessaire aux hauts régimes. Des exemples d'exécution de l'invention sont repré- sentés dans les dessins et sont décrits plus précisément dans ce qui suit Sur les dessins: la figure 1 est une coupe transversale d'un turbo- compresseur à gaz d'échappement comportant la possibilité d'insérer un vérin pneumatique agissant sur les pièces rou- lantes, et la figure 2 est un détail d'un turbocompresseur, correspondant à la figure 1, avec des surfaces de piston d'un vérin pneumatique ménagées dans une bague et des parties du bâti. Dans le turbocompresseur 1 à gaz d'échappement représenté en coupe transversale sur la figure 1, l'arbre 3, aux extrémités duquel sont fixées la roue 4 de turbine et la roue 5 de compresseur, est monté dans un palier à rou- lement ou roulement 19 situé du côté du compresseur, et dans un palier à roulement, ou roulement, 20, situé du côté turbine, dont les pièces roulantes sont en forme de billes 21, 22. Les bagues extérieures 9, 10 des roulements à billes sont fixées, de manière à ne pas pouvoir elles-mêmes tourner, dans un support tubulaire 8 de roulements, qui est lui-même fixé dans le logement 2 des roulements du turbocompresseur 1 à gaz d'échappement. A l'intérieur de ce logement, les pièces roulantes 22 du roulement 20 à billes à disposition oblique, situé du côté de la turbine, sont en contact avec le chemin de roulement ménagé dans l'arbre 3. Le roulement 19, situé du côté du compresseur, est muni d'une bague intérieure 13 fixée à l'arbre 3. Pour la lubrification du roulement à billes et pour créer un film amortisseur entre les parois du support 8 de roulements et les bagues extérieures 9 et , sont prévus des conduits d'huiles dans le support 8 des roulements et dans le logement 2 des roulements. De plus, un conduit 17 est prévu pour faire communiquer la chambre 18 de gaz du compresseur et la chambre 16 de compression d'un vérin pneumatique 14 qui est placé entre une face fron- tale de la bague extérieure 10 et un épaulement intérieur du support 8 des roulements. La chambre 16 de compression du vérin pneumatique 14 pourrait cependant aussi, comme cependant non représenté, être en communication avec une chambre de gaz de la turbine. Le vérin pneumatique 14 comporte des couvercles annulaires de cylindre, qui font office de surfaces de piston, confi- nent au support 8 des roulements et sont isolés de manière étanche par rapport à ce support. Entre la bague extérieure 9 du roulement à billes 20, situé du côté de la turbine et le couvercle de cylindre du vérin pneumatique 14 tourné vers cette bague, se trouve un ressort faible 15. La figure 2 est un détail d'une coupe transversale, correspondant à la figure 1, d'un turbocompresseur 1 à gaz d'échappement, dans la zone du palier à roulement 19 situé du côté du compresseur. Dans ce cas, les surfaces de piston du vérin pneumatique 14 sont formées sur la bague extérieure et le support 8 des roulements, ce qui présente l'avan- tage de diminuer le nombre de pièces à monter. Pour mainte- nir une poussée minimale aux bas régimes, le ressort 15 s'appuie aux bagues du côté du compresseur et du côté de la turbine. La force qui résulte de la pression créée dans le vérin pneumatique et s'appliquant sur la surface de pis- ton s'exerce en direction axiale sur la bague 10, ce qui pousse les pièces roulantes 21 contre leur chemin de roule- ment sur la bague intérieure 13. Comme la bague 13 est soli- daire de l'arbre 3, mais que l'arbre est monté de façon à pouvoir se déplacer axialement, il se produit un déplacement axial de l'arbre 3 jusqu'à ce que le jeu du roulement 20 soit compensé et que les pièces roulantes 22 s'appuient sur leurs chemins de roulement dans la bague 9 et sur l'arbre 3. Pour éviter une inutile perte de roulement par frottement, il est nécessaire de faire varier la force d'appui avec le régime de rotation, c'est-à-dire qu'il est souhaitable qu'aux bas régimes de rotation les forces d'appui soient considérablement plus basses qu'aux hauts régimes. Comme avec l'accroissement du régime de rotation, la pression de charge augmente et que cette pression s'applique au vérin pneumatique 14, il s'ensuit qu'aux bas régimes de rotation, le vérin pneumatique exerce une poussée faible et, aux hauts régimes de rotation, une poussée considérablement plus forte. Ainsi, en particulier aux bas régimes de rotation, on dispose, du fait de la réduction de la perte de roulement par frotte- ment, d'une énergie plus importante, qui peut être utilisée par exemple lors d'un processus d'accélération. Un ressort , de préférence monté en parallèle avec le cylindre pneu- matique, est réglé de façon qu'on n'aille pas en dessous d'une force d'appui minimale et que, dès le démarrage du turbocompresseur 1 à gaz d'échappement, les pièces roulantes soient poussées contre leurs chemins de roulement. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif, décrit et représenté, de paliers de montage d'un arbre de rotor de turbocompresseur à gaz d'échappement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de paliers de montage de l'arbre d'un turbocompresseur & gaz d'échappement dans deux roulements intérieurs disposés entre la turbine et le compresseur, ce dispositif comportant des moyens élastiques agissant axiale- ment, qui poussent contre les pièces roulantes les chemins de roulement des bagues qui coopèrent dans chaque palier à roulement et peuvent se déplacer axialement l'une par rapport à l'autre, et étant caractérisé en ce que, pour exercer cette poussée, des vérins pneumatiques (14) sont accouplés à des bagues déplaçables axialement des roulements et en ce que la chambre de compression des vérins pneumatiques (14) commu- nique avec une chambre (18) de gaz du compresseur. 2. Dispositif de paliers de montage selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que, entre le support (8) de roulements qui reçoit les bagues extérieures (9,10) des rou- lements, d'une part, et l'arbre (3) qui porte les bagues inté- rieures (11,12), des roulements, d'autre part, des dépla- cements axiaux relatifs sont admis et en ce qu'un vérin pneu- matique (14), appuyé sur le support (8) de roulements, est accouplé avec une bague extérieure (10) tandis que l'autre bague extérieure (9) et les bagues intérieures (11, 12) s'appuient axialement sur le support (8) de roulements ou sur l'arbre (3). 3. Dispositif de paliers de montage selon la reven- dication 2, caractérisé en ce que le vérin pneumatique (14) est doté de surfaces de piston annulaires et entoure l'arbre (3). 4. Dispositif de paliers de montage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les surfaces de piston d'un vérin pneumatique sont formées sur une bague extérieure (10) d'un roulement et sur le support. (8) des roulements. 5. Disposiitif de paliers de montage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un ressort (15), exerçant des forces d'appui suffisantes aux bas régimes du turbocompresseur a gaz d'échappement, est disposé en série ou en parallèle avec le vérin pneumatique (14).