Brevet FR2624226A1 — publié le 19890609

PALIER DOUBLE La présente invention concerne un palier double constitué de manière à procurer un palier de pression statique et un palier à roulement ; elle concerne plus particulièrement un palier double capable de supporter une charge élevée en utilisant, selon les besoins, soit le palier de pression statique, soit le palier à roulement. On utilise le sodium liquide comme fluide de refroidissement dans les surregénérateurs rapides. Des dispositions sont prises pour recycler ce sodium liquide entre le récipient sous pression et le système de refroidissement. On utilise une pompe à sodium comme dispositif pour recycler le sodium liquide, cette pompe à sodium étant, du point de vue du mode de fonctionnement, soit du type mécanique, soit du type électromagnétique. La pompe à sodium 1 du type mécanique fonctionne, comme on le voit sur la figure 1, pour évacuer le sodium liquide arrivant par un orifice d'entrée 4 par un orifice d'évacuation 5, grâce à la rotation d'un rotor 3 monté sur un arbre tournant 2. Dans ce type mécanique de pompe à sodium 1, l'arbre tournant 2 doit etre supporté par un palier. Toutefois, si on utilise un palier lubrifié par une huile de lubrification, celleci peut se mélanger avec le sodium liquide. En conséquence, on utilise comme lubrifiant le sodium liquide en circulation lui-même. Toutefois, on est confronté au problème que le coefficient de frottement devient excessivement élevé si on utilise le sodium liquide ayant les caractéristiques décrites ci-dessus pour lubrifier le palier, du fait que le sodium a une faible viscosité,mais qu'il présente une activité chimique très élevée. En conséquence, 1 t abrasion d'un palier utilisant comme lubrifiant le sodium liquide lui-même devient excessivement élevée. Il en résulte que la durée de vie du palier devient insuffisante. En conséquence, on utilise pour supporter l'arbre tournant 2 un palier de pression statique 6 du type sans contact et présentant une durée de vie relativement longue. Ce palier de pression statique 6 est alimenté en sodium liquide dont la pression a été élevée du fait de la rotation du rotor 3 entre l'arbre et le palier à des fins de lubrifié cation de ce dernier. Le sodium liquide est introduit dans un intervalle 26 par l'intermédiaire d'un orifice d'arrivée 9 formé dans un carter de palier 8 et un orifice d'arrivée 10 formé dans une portion cylindrique 61 du palier de pression statique 6, cet intervalle 26 étant disposé entre la portion cylindrique 61 et le manchon 15 fixé sur l'arbre tournant 2. Le sodium liquide ainsi introduit dans l'intervalle 26 circule à travers cet intervalle 26 dans la direction axiale de sorte qu'il s'évacue des deux portions terminales verticales 27 et 28. Comme décrit ci-dessus, l'arbre tournant 2 est supporté par la pression du sodium liquide circulant à travers l'intervalle 26. Le sodium liquide sortant de la portion terminale 27 dans la portion supérieure de l'intervalle 26 déborde à l'extérieur de la pompe par un orifice de débordement 32, représenté sur la figure 5. Le sodium liquide sortant de la portion terminale inférieure 28 de l'intervalle 26 est repris par le rotor 3 par l'intermédiaire d'un orifice d'arrivée 23 dans le rotor. Dans le type décrit ci-dessus de pompe à sodium 1, la charge est supportée, à l'état normal, par le palier de charge statique décrit ci-dessus 6, tandis que l'état glissant du palier est, autant que possible, maintenu en revêtant la sur face du palier d'un matériau anti-friction, si une charge excessive produite pendant une courte période de temps et dû à un tremblement de terre est appliqué sur le palier. D'autre part, lorsqu'on désire protéger des tremblements de terre une centrale nucléaire et non seulement les surrégénérateurs rapides, on estime la charge résultant de l'hypothèse d'un tremblement de terre de grande amplitude qui ne peut pas être réellement produit. Toutefois, du fait que le palier de pression statique 6 dans le type décrit ci-dessus de pompe à sodium 1 ne peut supporter qu'une charge insuffisante, si on applique la charge estimée dans les réacteurs nucléaires, le palier de pression statique 6 peut être endommagé du fait d'un glissement entre le palier 6 et l'arbre tournant 2, ce qui peut provoquer un blocage du palier. En conséquence, un but de la présente invention est de procurer un palier double dans lequel les dommages causés au palier de pression statique résultant du glissement de celuici peuvent être réduits en faisant supporter la charge par le palier de pression statique à l'état normal, tandis. qu'une charge excessive lors d'un état d'urgence est supportée par un palier à roulement permettant d'encaisser une charge élevée. L'invention procure donc un palier double comportant un arbre tournant, un palier à roulement disposé à l'extérieur de cet arbre tournant et contenant des éléments de roulement tels que des rouleaux, un palier de pression statique disposé à l'extérieur de ce palier à roulement et comportant une portion cylindrique,et un fusible mécanique reliant ce palier à roulement et cet arbre tournant, l'arbre tournant étant supporté par le palier de pression statique dans un état de rotation normale et, lors de l'application d'une charge excessive, ce fusible mécanique étant rompu par la charge impliquée sur lui de sorte que l'arbre tournant est alors supporté par le palier à roulement. Dans une réalisation particulière de l'invention, ce palier double comporte des moyens pour prélever du sodium liquide par la rotation de l'arbre tournant, d'où il résulte que ce sodium liquide, dont la pression a été élevée du fait de ce prélèvement est amené à un intervalle disposé entre la portion cylindrique et le palier à roulement par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée formé dans cette portion cylindrique du palier de pression statique. Dans une autre réalisation, un couvercle est prévu au-dessus du palier à roulement et du palier de pression statique, une partie du sodium liquide amené dans l'intervalle disposé entre la portion cylindrique et le palier à roulement est évacuée par ce couvercle, tandis qu'une autre partie est amenée à un intervalle entre un manchon fixé sur l'arbre tournant et la couronne extérieure du palier à roulement. Le fusible mécanique se présente sous la forme d'une barre, d'une plaque, d'un fil métallique ou d'une broche de fixation dont une portion centrale est amincie. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de réalisations préférées, données ci-après à titre d'exemple seulement, en liaison avec le dessin joint sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe verticale illustrant une réalisation de la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne A-A de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe verticale montrant une autre réalisation de la presente invention - la figure 4 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne A-A sur la figure 3 - la figure 5 est une vue schématique en coupe verticale illustrant un exemple d'une pompe à sodium mécanique conventionnelle - la figure 6 est une vue en coupe verticale, à grande échelle, illustrant un agencement de palier de la pompe à sodium conventionnelle ; et - la figure 7 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne A-A de la figure 6. On va décrire maintenant une première réalisation de la présente invention en se reportant aux figures 1 et 2. Une pompe à sodium 1 évacue du sodium liquide,qui arrive par un orifice d'entrée 4, par un orifice d'évacuation 5, grâce à la rotation d'un rotor 3 monté sur la portion inférieure d'un arbre tournant 2. Dans cette réalisation, un palier à roulement 7, comportant des éléments de roulement 7, tels que des rouleaux, est disposé à l'intérieur d'un palier de pression statique 6 comportant une portion cylindrique 61, c'est-à-dire que le palier à roulement 7 est disposé dans une portion adjacente à l'arbre tournant 2. Le palier de pression statique 6 est constitué d'une manière analogue au palier conventionnel décrit ci-après. Le palier de pression statique 6 comportant la portion cylindrique 61 est disposé à l'intérieur d'un carter de palier 8 ; le sodium liquide pénètre dans le palier à travers des orifices 9 et 10, ménagés respectivement dans le carter de palier 8 et dans la portion cylindrique 61. Le sodium liquide circule, par l'intermédiaire des orifices d'entrée 9 et 10, dans un intervalle 11 situé entre le palier de pression statique 6 et le palier à roulement 7. Le sodium liquide, qui a ainsi circulé, est évacué par l'extrémité supérieure 12 et par l'extrémité inférieure 13 de l'intervalle 11 après avoir traversé verticalement cet intervalle 11. Le palier à roulement 7 est constitué comme suit une couronne extérieure 14A du palier 7 est disposée à l'intérieur du palier de pression statique 6. Des éléments de roulement 71 sont tenus à l'intérieur de la couronne extérieure 14A. Ces éléments de roulement 71 sont disposés en contact avec un manchon 15 fixé sur l'arbre tournant 2. I1 est préférable de constituer le palier à roulement 7 et le manchon 15 par un matériau présentant une excellente résistance à l'usure dans le sodium liquide, par exemple un matériau à base de stellite ou un matériau à base de céramique fine, etc. La couronne extérieure 14A du palier à roulement 7 et le manchon 15 fixé sur l'arbre tournant 1 sont couplés ensemble de telle manière que les surfaces supérieures 16 et 17 de ces deux composants sont reliées l'une à l'autre par un fusible mécanique 18. I1 en résulte que le palier à roulement 7 est fixé sur la portion adjacente à l'arbre tournant 2. Le fusible mécanique 18 est, par exemple, un arbre analogue à une barre ayant une mince portion centrale de sorte que cette mince portion puisse être rompue lors de l'application d'une charge excessive. Le palier à roulement 7 est mis en service en même temps que la rupture de cette mince portion. Du fait que, à l'état normal, le palier à roulement 7 ne fonctionne pas, les éléments de roulement 71 ne sont pas abrasés. La limite de rupture du fusible mécanique 18 est définie comme suit : la charge portante maximale, créée par la pression statique sur la surface intérieure du palier 6 en cas d'urgence, est préalablement fixée. La résistance de glissement, définie par la charge de contact et le coefficient de frottement, se substitue à la pression statique s'exerçant sur la surface intérieure du palier 6 si la charge excède le niveau fixé précité. Le fusible mécanique 18 est agencé pour être rompu par la résistance de glissement décrite ci-dessus. Un couvercle 19 est formé à la fois au-dessus du manchon 15 et du palier de pression statique 6. Le sodium liquide est introduit dans le couvercle 19 par l'extrémité supérieure 12 de l'intervalle 1l .après qu'il a traversé cet intervalle 11 disposé entre le palier de pression statique 6 et la couronne extérieure 14A du palier 7. Le sodium liquide introduit dans le couvercle 19 se partage en une partie à évacuer à travers un orifice d'évacuation 20 alésé dans le couvercle 19 et une partie à faire redescendre par un intervalle 21 formé entre la couronne extérieure 14A du palier à roulement 7 et le manchon 15 et s 'évacuant à travers l'extrémité inférieure 22 de l'intervalle 21. Ce sodium liquide descendant à travers l'intervalle 21 refroidit le palier à roulement 7 qui a été mis en service lors de l'urgence.Le sodium liquide descendu à travers les intervalles 11 et 21 est à nouveau repris par le rotor 3 par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée 23 dans ce rotor. La réalisation ainsi constituée fonctionne comme suit La rotation du rotor 3 entraine l'introduction du sodium liquide, par l'intermédiaire des orifices d'entrée 9 et 10 disposés respectivement dans le carter de palier 8 et le palier de pression statique 6, dans l'intervalle 11 disposé entre la portion cylindrique 61 du palier de pression statique 6 et la couronne extérieure 14A du palier à roulement 7. Le sodium liquide ainsi introduit passe verticalement à travers l'intervalle 11 et est évacué de l'extrémité supérieure 12 et de l'extrémité inférieure 13 de l'intervalle 11. L'arbre tournant 2 est supporté par la pression du sodium liquide passant à travers l'intervalle 11. Le sodium liquide s'évacuant de l'extrémité supérieure 12 de l'intervalle 11 s'évacue en outre à travers l'orifice d'évacuation 20 dans le couvercle 19 et ensuite il déborde de la pompe à travers un orifice de débordement (voir figure 5). Le sodium liquide, qui est passé à travers l'extrémité inférieure 13 de l'intervalle 11, est repris à l'intérieur du rotor 3 par l'orifice d'admission 23 dans ce rotor. A l'état normal, le palier de pression statique décrit cidessus 6 est seul en service, tandis que le palier à roulement 7 ne fonctionne pas du fait qu'il est fixé par le fusible mécanique 18 à la portion adjacente à l'arbre tournant 2 de façon à empêcher l'abrasion des éléments roulants 71. Si une charge excessive, due à un tremblement de terre ou l'analogue, apparaît, la résistance de glissement agissant sur le palier 6 devient suffisamment importante pour que le fusible mécanique 18 soit rompu. I1 en résulte la mise en service du palier à roulement 7. La charge, qui était trop importante pour être supportée par le palier de pression statique 6, est supportée par ce palier à roulement 7. Une partie du sodium liquide introduit dans le couvercle 19 passe vers le bas dans l'intervalle 21 disposé entre la couronne extérieure 14A du palier à roulement 7 et le manchon 15, et elle s'évacue de l'extrémité inférieure 22. Ainsi, le palier à roulement 7, qui est en service en cas d'urgence, est lubrifié et refroidi. Le sodium liquide s'évacuant de l'extrémité inférieure 22 de l'intervalle 21 est repris dans l'intérieur du rotor 3 à travers l'orifice d'arrivée 23 formé dans ce rotor. Du fait que le sodium liquide a une faible viscosité, mais a une activité chimique élevée, le coefficient de frottement du palier à roulement serait élevé si ce palier à roulement était utilise dans le sodium liquide. En conséquence, il n'est pas souhaitable d'utiliser le palier à roulement dans le sodium liquide pendant une longueur période. Toutefois, du fait que la durée d'un tremblement de terre est relativement courte, par exemple de l'ordre de 60 secondes, la durée de vie du palier à roulement 7 ne soulève aucun problème. On va maintenant décrire une autre réalisation de la présente invention, en se reportant aux figures 3 et 4. Les parties qui sont identiques à celles décrites en se reportant aux figures 1 et 2 reçoivent les mêmes repères. Dans cette réalisation, le palier à roulement 7 est disposé à l'extérieur du palier de pression statique 6, ctest-à-dire dans la portion adjacente au carter de palier 8. Le palier à roulement 7, constitué par les éléments de roulement 71 et par la couronne intérieure 14B, est disposé sur l'intérieur du carter de palier 8. Ses éléments de roulement sont disposés entre le carter de palier 8 qui sert de couronne extérieure et la couronne intérieure 14B. Un support 24 est disposé au-dessus du carter de palier 8. Ce support 24 et la surface supérieure de la couronne intérieure 14B du palier de roulement 7 sont raccordés par un fusible mécanique 18. I1 en résulte que le palier à roulement 7 se trouve fixé au carter de palier 8. Le palier de pression statique 6 est disposé sur l'intérieur du palier de roulement 7. Des orifices d'entrée 9 et 25 sont respectivement prévus dans le carter de palier 8 et dans la couronne intérieure 14B du palier à roulement 7 ; un orifice d'entrée 10 est prévu pour le palier de pression statique 6. Le sodium liquide est introduit dans l'intervalle 26 formé entre le palier de pression statique 6 et le manchon 15 fixé sur l'arbre tournant 2 à travers les orifices d'entrée 9,25 et 10. La réalisation ainsi réalisée et représentée sur les figures 3 et 4 fonctionne comme suit La rotation du rotor 3 provoque l'introduction du sodium liquide dans l'intervalle 26 formé entre le palier de pression statique 6 et le manchon 15, par l'intermédiaire des orifices d'entrée 9,25 et 10,respectivement dans le carter de palier 8, le palier à roulement 7 et le palier de pression statique 6. Le sodium liquide passe verticalement à travers l'intervalle 26 et s'évacue de l'extrémité supérieure 27 et de l'extrémité inférieure 28 de cet intervalle 26. La pression du sodium liquide traversant cet intervalle 26 supporte l'arbre tournant 2. A l'état normal, le palier de pression statique décrit cidessus 6 est seul en service, mais, si une charge excessive due à un tremblement de terre ou l'analogue apparaît, le fusible mécanique 18 est rompu, comme dans la réalisation décrite ci-dessus, de sorte que le palier à roulement 7 est mis en service. Il en résulte que ce palier à roulement 7 supporte une charge élevée qui serait trop élevée pour être supportée par le palier de pression statique 6. Une partie du sodium liquide introduit à travers l'orifice d'entrée 9 dans le carterde palier 8 passe verticalement à travers l'intervalle 29 disposé entre le carter de palier 8 et la couronne intérieure 14B du palier à roulement 7, et elle s'évacue ensuite de l'extrémité supérieure 30 et de l'extrémité inférieure 31 de l'intervalle 29. I1 en résulte que le palier à roulement 7 est lubrifié et refroidi dans cet état d'urgence. Plusieurs réalisations selon la présente invention sont décrites ci-dessus. Toutefois, la présente invention n'y est pas limitée. Par exemple, le fusible mécanique peut se presenter de façon flexible sous la forme d'une plaque, d'un fil métallique, d'une broche d'arrêt ou d'une vis de fixation. La position du fusible mécanique n'est pas limitée à la position décrite dans les réalisations ci-dessus. Par exemple, dans la réalisation représentée sur la figure 1, il peut être monté à tout endroit en satisfaisant seulement I'exigence qu'il doit être monté au niveau de l'emplacement entre le palier à roulement 7 et 11 arbre tournant 2 prenant en sandwich les éléments de roulement 71. Dans la réalisation représentée sur la figure 3, il peut être disposé à tout endroit satisfaisant seulement 1' exigen- ce qu il doit être raccordé à l'emplacement entre le palier à roulement 7 et le carter de palier prenant en sandwichles éléments de roulement 71. Selon la présente invention, l'arbre tournant est supporté par le palier de pression statique d'un type sans contact et, de ce fait, présente une longue durée de vie à l'état normal ; par ailleurs, le palier à roulement est mis en service du fait de la rupture du fusible mécanique lorsqu'une charge excessive, due à un tremblement de terre ou l'analgo gue,s'exerce et ne peut plus être supportéepar le palier de pression statique. En conséquence, on-obtient une amélioration de la durée de vie de la pompe mécanique sur laquelle est monté ce palier de pression statique et d'autres équipements, du fait qu'on peut empêcher tout dommage ou tout grippage provoqué par le glissement du palier de pression statique. Revendications 1. - Palier double,caractérisé en ce qu'il comporte un arbre tourant (2), un palier à roulement (7) disposé à l'extérieur de cet arbre tournant et contenant des éléments de roulement (71) tels que des rouleaux, un palier de pression statique (6) disposé à l'extérieur de ce palier à roulement et comportant une portion cylindrique (61), et unfusible mécanique (18) reliant le palier à roulement (7) et l'arbre tournant (2), d'où il résulte que l'arbre tournant est supporté par le palier de pression statique dans un état de rotation normale et, lorsqu'une charge excessive est appliquée, ce fusible mécanique est rompu par la charge appliquée sur lui, de sorte que l'arbre tournant (2) est supporté par le palier à roulement (7). 2. - Palier double selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour prélever du sodium liquide par la rotation de cet arbre tournant, d'où il résulte que ce sodium liquide,dont la pression a été élevée du fait de ce prélèvement, est amené dans un intervalle (11) formé entre la portion cylindrique (61) et le palier à roulement (7) par un orifice d'entrée (10) formé dans la portion cylindrique du palier de pression statique. 3. - Palier double selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un couvercle (19) est prévu au-dessus du palier à roulement (7) et du palier de pression statique (6), qu'une partie du sodium liquide amené à cet intervalle (11) formé entre cette portion cylindrique (61) et ce palier à roulement (7) est évacuéedu couvercle, et en ce que l'autre partie est amenée à l'intervalle (21) entre un manchon (15) fixé sur l'arbre tournant (2) et la couronne extérieure (14B) du palier à roulement (7). 4. - Palier double selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fusible mécanique (18) se présente sous la forme d'une barre, d'une plaque, d'un fil métallique ou d'une broche de fixation dont une portion centrale est amincie. 5. - Palier double, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre tournant (2), un palier de pression statique (6) disposé à l'extérieur de cet arbre tournant (2) et comportant une portion cylindrique, un palier à roulement (7) disposé à l'extérieur de cette portion cylindrique et contenant des éléments de roulement (71) tels que des rouleaux ; et un fusible mécanique (18) raccordant le côté de ce palier à roulement à fixer et la portion cylindrique, d'où il résulte que l'arbre tournant (2) est supporté par le palier de pression statique (6) dans l'état de rotation normale et que, lorsqu'une charge excessive est appliquée, le fusible mécanique (18) est rompu par cette charge qui lui est appliquée, de sorte que l'arbre tournant est maintenant supporté par le palier à roulement. 6. - Palier double selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour prélever du sodium liquide par la rotation de l'arbre tournant, d'où il résulte que ce sodium liquide, dont la pression a été élevée du fait du prélèvement,est amené par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée (25) dans le palier à roulement (7) et d'un orifice d'entrée (10) dans le palier de pression statique (6), dans un intervalle (29) formé entre une couronne intérieure (14B) de ce palier à roulement (7) et un carter de palier (8)et dans un intervalle (26) formé entre la portion cylindrique et un manchon (15) fixé sur l'arbre tournant. 7. - Palier double selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fusible mécanique se présente sous la forme d'une barre, d'une plaque, d'un fil métallique ou d'une broche de fixation dont la portion centrale est amincie.