Brevet FR2606845A1 — publié le 19880520

PALIER A FLUIDE La présente invention se rapporte aux paliers à fluide, et concerne en particulier la création et le maintien d'un interstice fluide entre le palier et l'élément rôtatif qu'il supporte. La création et le maintien d'un interstice fluide, courbe et consistant entre le palier et l'élément tournant est un point sensible pour la capacité de portage et pour la durée de vie du palier. Le brevet britannique n 1.562.511 décrit un palier à fluide qui est conçu pour satisfaire aux impératifs pré- cités. Ce palier comporte une paire d'organes montés de manière à avoir un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre, sur un film fluide, ce film étant dû au mouvement relatif entre une surface porteuse sur un des organes, et des surfaces porteuses sur une pluralité de coquilles élas- tiques qui sont maintenues en différents points de leur longueur entre ces organes. Chacune de ces coquilles élas- tiques est d'une épaisseur qui, par rapport à son autre dimension, est apte à s'opposer à ce que la coquille ne se déplace localement vers des positions de non-support en réponse à des accroissements, de pression de ce film fluide. Des organes sensibles à la charge sont montés entre cha- cune des coquilles et l'élément sur lequel les coquilles sont montées. Chaque organe sensible à la charge fournit, en réponse à des accroissements de pression dans le film fluide, des charges de réaction à deux endroits d'une co- quille sur des côtés opposés de celle-ci. La pression dans ledit film fluide a pour résultat de courber chacune de ces coquilles à la manière d'une feuille raide, de façon à mo- difier les formes de ces coquilles de sorte que les surfa- ces porteuses relatives à ces coquilles s'adaptent plus étroitement à la surface porteuse dudit élément dans les zones d'épaisseur minimale du film fluide. Le palier décrit ci-dessus est prévu pour être utilisé avec un arbre rotatif de façon à former un ensemble à palier fluide, dans lequel le support est préférentiellement réa- lisé en plaçant les organes sensibles à la charge entre les coquilles et le châssis,de telle sotte qu'une portion pré- déterminée de la charge due à la pression de fluide réagit sur le bord arrière de chaque coquille, et de telle sorte que le restant de la charge radiale réagit sur une position intermédiaire entre les extrémités de chaque coquille. Les réactions entre les coquilles et les organes sensibles à la chargede concert avec la charge en pression de fluide en- traînent une déformation de courbure impartie aux coquilles, ce qui modifie la forme des coquilles de façon qu'elles se conforment de plus près à la forme de la surface de l'organe supporté (arbre) dans la zone o l'interstice est d'épaisseur minimale, et créent une épaisseur d'interstice plus uniforme sur une plus grande longueur de la coquille. Les coquilles du palier ci-dessus mentionné sont néanmoins seulement capables d'avoisiner la forme requise dans la zone d'interstice minimale, comme on le voit sur la figure 4 jointe, de sorte que la capacité de portage est sévèrement compromise. - Le palier précité est aussi de structure complexe et souffre d'effets d'usure qui prennent naissance aux interfaces entre la coquille et le ressort et entre les deux coquilles. L'invention a pour but de fournir un palier à fluide qui réduit, et peut même supprimer les inconvénients pré- cités. Elle se rapporte donc à un palier à fluide qui comporte une paire d'éléments montés de façon à avoir un mouvement relatif, l'un par rapport à l'autre, sur un film fluide. Le premier de ces éléments est pourvu d'une pluralité de coquilles rigides ayant une extrémité amont, une extrémité aval et une surface portante adjacente au second élément, ladite coquille étant divisée en deux parties dont la première est située vers l'extrémité amont et dont la seconde est située vers l'extrémité aval, la surface portante étant profilée, sur la première partie, de sorte qu'un interstice défini entre elle-même et le second élément aille en se rétrécissant en direction de l'extrémité aval de la coquille, et sur la seconde partie de façon que l'interstice formé entre elle-même et le second élément reste substantiellement constant. L'invention sera bien comprise et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, au cours de la des- cription suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel: - Figure 1 représente un palier à fluide tel que dé- crit dans le brevet britannique n 1.562.511 et communément dénommé palier déformable à coquilles; - Figure 2 représente un palier à gaz et à coquilles profilées qui est conforme à l'invention; - Figure 3 est une vue éclatée d'une des coquilles du palier de la figure 2; - Figure 4 est un ensemble de courbes representant des profils d'interstice fluide pour un palier fluide dé- formable à coquilles; - Figure 5 est le même ensemble de courbes, mais relatif à un palier à gaz à coquilles profilées; - Figure 6 est une courbe des profils d'interstice fluide pour un palier à gaz à coquilles profilées travail- lant dans ses conditions optimales; - Figure 7 est une courbe montrant la variation de pression pour le palier à coquilles profilées travaillant dans ses conditions optimales; et - Figure 8 est un graphique comparatif des capacité de portage. En se reportant au dessin, la figure 2 est une vue schématique d'un ensemble à palier fluide 8, dans lequel un arbre 10 est porté en rotation dans un carter 12 au moyen d'un film fluide créé en fonctionnement entre la surface de l'arbre 10(a) et la surface 14(a) d'une ou plu- sieurs coquilles rigides 14. Chaque coquille 14 est pourvue d'un bord avant 14(b) et d'un bord arrière 14(c). Préféren- tiellement, la coquille 14 est divisée en deux portions dont une première portion 14(e) située du côté du bord amont et pourvue d'un profil qui est tel que l'interstice diminue progressivement jusqu'à une seconde portion 14(f), située vers l'extrémité aval et conformée pour maintenir un in- terstice 16 substantiellement constant. On voit sur la figure 3 que la partie à profil irrégulier peut être réalisée en dessinant un profil circulaire de rayon R, créé par un point qui est déplacé circonférentiellement en avant et radiale- ment vers l'extérieur, à partir d'une ligne centrale axiale 18, d'une quantité désignée par x et y respectivement. Le profil de la seconde portion 14 (f) peut être obtenu en dessinant un profil circulaire de rayon R à partir du centre 18. Chaque coquille 14 est pourvue d'un prolongement 24 à son bord avant 14(b) et d'une découpe évidée 26 à son bord arrière 14(c). A la fois la saillie 24 et l'évidement 26 sont pourvus de bords radiaux 28,30 et de bords circon- férentiels 32,24. Les coquilles 14 sont assemblées de façon que le bord radial 28 et le bord circonférentiel 32 à l'extrémité ar- rière 14(b) s'adaptent au bord radial 30 et au bord circon- férentiel 34 relatifs à l'extrémité arrière 14(c) de la prochaine coquille adjacente 14. On voit sur la figure 2 que la partie protubérante 24 et la partie évidée 26 peu- vent être dimentionnées de façon qu'à l'assemblage, les bords 28 et 30 coopèrent de façon à s'opposer à un dépla- cement radial centripète au-delà d'un point prédéterminé. On voit aussi que les coquilles 14 sont libres de se dé- placer radialement en direction centrifuge, de manière limitée, en glissant l'une sur l'autre au niveau des bords circonférentiels 32,34. Le mouvement centrifuge est limité par la force de contrainte d'une bande élastique 20 rapportée autour du côté radial extrême de ces coquilles 14. Les coquilles 14 sont positionnées dans le carter 22 par l'intermédiaire d'autres moyens élastiques représentés sur la figure 2 par un joint essuyeur 21. Le joint essuyeur 21 permet aux coquilles de flotter sur une zone limitée, de sorte qu'elles tolèrent tous les déplacements de l'arbre tout en continuant à jouer leur rôle de support de cet arbre. En fonctionnement, avec l'arbre tournant dans la direction de la flèche D, le fluide se répartit dans l'in- terstice profilé 16 et, lorsque la vitesse de rotation aug- mente, la pression du film fluide augmente jusqu'à entraî- ner l'écartement des coquilles par rapport à l'arbre 10, contre la force des moyens élastiques 20, de sorte que l'arbre tourne en étant totalement supporté par le film fluide. On remarquera que, en raison des effets de la force centrifuge et de la température à la fois sur l'arbre 10 et sur la coquille relativement rigide 14, il n'est pos- sible d'obtenir un profil d'interstice constant entre les deux que pour une seule condition de fonctionnement. La condition choisie peut, néanmoins, être celle pour laquelle le palier 8 travaille le plus fréquemment, ou celle pour laquelle la capacité de portage est la plus critique. Sur la figure 5, l'espace d'air est représenté pour les quatre conditions opératoires principales d'une co- quille qui est optimisée pour fonctionner à la vitesse de contingence minute de 2,5. On voit que l'interstice (re- présenté aussi figure 6) reste constant sur toute la lon- gueur de la seconde portion de coquille 14 et la condition optimisée, et que l'interstice a tendance à s'élargir à l'extrémité de la seconde portion 14(f) lorsque la vitesse de l'arbre 10 diminue jusqu'à la vitesse de ralenti à vide. En se reportant maintenant à la figure 8, qui illus- tre la capacité de portage dans une gamme de vitesses de fonctionnement, on voit que le palier fluide 8 à coquille profilée, qui est optimisé pour la condition opératoire correspondant à la contingence minute de 2,5, fournit une capacité de portage considérablement plus grande pour les vitesses de rotation initiales supérieures à 38.000 tours par minute, en comparaison avec une coquille déformable. On voit aussi que la coquille déformable a une capacité de portage légèrement meilleure aux vitesses moins critiques, c'est-à-dire en dessous de 38.000 tours par minute. - REVENDICATIONS - 1. Palier à fluide comportant une paire d'éléments montés de manière à avoir un mouvement relatif, l'un par rapport à l'autre, sur un film fluide, caractérisé en ce que le premier de ces éléments est pourvu d'une pluralité de coquilles rigides (14) ayant une extrémité amont (14b), une extrémité aval (14c) et une surface portante (14a) adjacente au second élément (10), ladite coquille (14) étant divisée en deux parties (14e) (14f), dont la première (14e) est située vers l'extrémité amont (14b)et dont la seconde est située vers l'extrémité aval (14c), la surface portante (14a) étant profilée sur la première partie (14e) de sorte qu'un interstice (16) défini entre elle-même et le second élément (10) aille en se rétrécissant en direc- tion de l'extrémité aval (14c) de la coquille, et sur la seconde partie (14f) de façon que l'interstice (16) formé entre elle-même et le second élément (10) reste substan- tiellement constant. 2. Palier à fluide selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le second élément (10) est un arbre de section circulaire, et en ce que les coquilles (14) sont réparties circonférentiellement autour de cet arbre (10). 3. Palier à fluide selon la revendication 1, carac- térisé en ce que chaque coquille (14) est pourvue d'une partie profilée à son extrémité avant (24) et à son extré- mité arrière (26) et en ce que chaque partie avant (24) coopère avec la partie arrière (26) de la coquille adja- cente suivante (14) pour s'opposer à ce que les coquilles (14) ne se déplacent radialement vers l'intérieur en deça d'un point prédéterminé tout en permettant à ces coquilles de se déplacer radialement vers l'extérieur. 4. Palier à fluide selon la revendication 1, carac- térisée en ce que chaque coquille (14) est pourvue d'une partie profilée (24) à son extrémité avant (14b), qui comporte une partie prolongée (24) ayant un bord radial (28) et un bord circonférentiel (32), ainsi que d'une partie profilée (26) à son extrémité arrière (14c) ayant un bord radial (30) et un bord circonférentiel (34). 5. Palier à fluide selon la revendication 4, caracté- risé en ce que les bords radiaux (28,30) à l'extrémité avant (14b) et à l'extrémité arrière (14c) coopèrent de façon à s'opposer à ce que les coquilles (14) ne se déplacent radia- lement vers l'intérieur en deça d'un point prédéterminé. 6. Palier à fluide selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le mouvement radial vers l'extérieur des co- quilles (14) est rendu possible en permettant à chaque co- quille (14) de glisser par rapport à la coquille adjacente voisine dans la zone desdits bords circonférentiels (32,34). 7. Palier à fluide selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le mouvement radial vers l'extérieur des co- quilles (14) est limité par l'action de moyens élastiques de retenue (21).