Brevet FR2634143A1 — publié le 19900119

ORGANI D'ENTRAINE.ENT D'Uiîe CENTRIFUGEUSE La présente invention concerne des ultracentri- fageuses utilisées dans la biologie, dans la biDphy- sique, dans la médecine ainsi que dans d'autres branches de la science et de la technique et de plus a notamment pour Dbjet un organe d'entratnement d'une ce ntrifugeuse. La concepticn de l'organe d'entrai- nement qui serait simple, stable et fiable et donne- rait la possibilité de la réparation aisée est un des problèmes importants. qu'on.doit résoudre à la.mise au point des centri fugeuses. On connaet bien un organe d'entraînement d'une ultracentrifugeuse comportant un corps, abritant un stator, et deux plateaux-paliers dans les paliers des- quels est monté un arbre du rotor du moteur électri- que. Un arbre flexible est lié à l'arbre du rotor et monté avec possibilité de tourner dans un dispositif d'amortissement. Des cavités et des canaux sont prévus dans le corps de l'organe d'entrainement pour la cir- culation d'un agent frigorifique. Dans cet organe d'ent- ratnement, les paliers de l'arbre du rotor sont mon- tés dans les différents plateaux. San conséquence, on dait surmonter de grandes difficultés pour assurer la coaxialité de la conception. L'autre inconvénient de cet organe d'entraînement réside dans la nécessité de mettre les paliers dans les plateaux-paliers à la presse ce qui supprim.e l'interchangeabilité.tant des paliers que des plateaux-paliers eux-mêm-.Dans ce cas, l'opé- ration de démontage de l'organe d'entraînement néces- site un temps i pDrtant et une grande main d'oeuvre. Encore.un autre inconvénient de la conception connue réside 'dans la résistance thermique entre la surface du stator du motçur électrique et l'agent frigorifique qui y circule. C'est pourquoi le refroidissement de la surface du stator se montre peu efficace et, enfin, 634 1 43 --2-- on n'a pas prévu dans cette conception le refroidis- sement du dispositif d'a=ortisse.ent. On connait également un organe d'entraîne=ent dtzucentrifugeuse (US, A, 4322030) comportant un corps dans lequel sont logés un stator et un rotor, dont l'arbre est monté dans un palier d'appui et de butée et est lié rigidement à un arbre flexible, fixé avec possibilité de tourner dans le disposizif d'amor- tissement, le corps étant réalisé avec des canaux pour la circulation de l'agent frigorifique et du lubrifiant, respectivement L'organe d'entratnement rapide est disposé dans le vide et son rDo6r peut être retiré conjointement avec la broche du corps ce qui assure sa réparation aisée. Cependant, grâce au fait que les paliers sont mon- tés dans les éléments isolés du corps, on assure stric- te-ment leur coaxialité dans le coDps. En outre, pour remplacer ces derniers on a besoin soit d'assurer la fabrication précise des éléments de fixation des élé- ments soit deremplacer totalement le corps conjointe- ment avec ces éléments. D'autre parts meme un faible écart de la coaxialité du montage des paliers augmente le niveau de vibrations et, par conséquent, baisse la fiabilité de l'organe d'entratnement de la centri- fugeuse.:L'autre inconvénient de l'organe d'entraînA- ment connm susmentionné de la centrifugeuse réside dans l'absence de refroidisse.ment du dispositif d'amortissem.ent ce qui crée de mauvaises conditions pour son fonction- nement, surtout, en cas de son utilisation pendant une longue période. Encore un inconvénient de l'orzane d'entratnement connu réside dans le fait qu'il existe une résistance thermique entre la surface du stator de l'organe d'entraïnement et l'agent frigorifique qui circule.Même dans le cas o la conductibilité tberrilique du matériau du corps est élevée, le refroidissement du stator ne sera pas efficace du -3- fait que tout l'organe d'entratnement est disposé dans le vide. De ce fait, les conditions de fonctionnement du rotor et du dispositif d'amortissement deviennent mauvaises. On s'est donc proposé de mettre au point un organs d'entratnement d'une centrifugeuse dans lequel la posi- tion stable du palier par rapport au rotor permettrait d'assurer un haut taux de coaxialité, de supprimer les vibrations indésirables et d'élever par cela :mêe la fiabilité de fonctionnement de l'organe d'ent- raînement et d'élever également la stabilité thermique et l'aptitude de la construction à la réparation. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un organe d'entraînement d'une centrifugeuse comportant un corps dans lequel sont logés un stator et un rotor, dont l'arbre est monté dans un palier à charge radiale et axiale et est lié radialement par un arbre flexible fixé avec possibilité de tourner dans un dispositif d'amortissement, le corps étant pourvu de canaux pour la circulation d'un lubrifiant et d'un agent frigorifi- que respectivement, caractérisé, salon l'invention, en ce qu'on a pratiqué, dans le rotor, un trou borgne situé coaxialement à l'axe de rotation du rotor et en ce que le palier à charge radiale et axiale possède une surface de butée et une surface de glissement radiale et est fixé dans le rotor à l'aide d'un disposi- tif d'amortissement de façon que la surface de glis- sement radiale soit disposée au moins partiellement dans la trou borgne du rotor, en ce que des canaux sont pratiqués dans ledit palier à charge radiale et axiale pour assurer la circulation du lubrifiant suivant la surface de butée et la surface radiale du palier à charge radiale et axiale. Par ce mode de réalisation, on assure une position stable du palier à charge radiale et axiale par rapport a rotor, un haut taux de coaxialité ce qui supprime -4- des vibrations indésirables et influe d'une manière favorable sur la fiabilité du fonctionnement de l'or- gane d'entraînement. L'opération de démontage de l'organe d'entraine- ment pour la réparation consiste à déposer seulement le dispositif d'amortissement. Après cela, on retire librement le pali r à charge radiale et axiale et le rotor du corps. L'avantage important réside encore en ce que la réalisation de cette opération ne nécessite pas de déposer l'organe d'entraînement de la centrifugeuse. L'autre avantage important réside en ce qu'en réalisant ladite opération il est possible de remplacer le rotor du moteur électrique. Tous ces particularités contribuentà.la construction la simplicité et la fiabilité et, en particulier, elles assurent son aptitude à la réparation. Il est avantageux de réaliser le corps de l'or- gane d'entraînement sous la forme d'un élément unique et de pratiquer des rainures verticales dans celui- ci au voisinage du dispositif d'amortissement et de relier ces rainures aux canaux du corps pour la cir- culation de l'agent frigorifique -qt de lier les canaux du corps pour la circulation du lubrifiant aux canaux du palier à charge radiale et axiale. Ce mode améliore également la coaxil.ité grâce à la création d'une construction monolithique et assure l'optimisation du régire thermique. A cet effet, il est avantageux de pratiquer sur la surface extérieure du stator une gorge en spirale qui forme avec la surface intérieure du corps une ca- vité qui est liée aux canaux du corps pour la cir- culation de l'agent frigorifique. On assure ainsi l'évacueation immediate de la chaleur de la surface du stator et un refroidissezent supplémentaire du rotoDr du zoteur. électrique 3 grâce aux canaux inclinés à travers lesquels s'écoule le lubrifiant à partir de la surface radiale dudit palier. TDus ces facteurs assurent l'optimisation du régima thermique du moteur électrique de l'organe d'entraînement. En outre, la conception prévoit le refroidissement du dispositif d'amor- tissement du fait qu'il est possible de disposer les rainures verticales d'une manière concentrique par rapport au dispositif d'amortissement, ce qui améliore également en les conditions du fonctionnement de l'organe d'entraîne- ment et, par conséquent, élève sa fiabilité. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexes dans lesquels: - la figure I représente un organe d'entraînement d'une centrifusgeuse avec un rotor en coupe longitudinale, selon l'invention; - la figure 2 représente un dispositif d'amortisse- ment pourvue d'un palier à charge radiale et axiale et un rotor du moteur électrique, selon l'invention; - la figure 5 représenta un corps d'un organe d'ent- raînement de la centrifugeuse en axonométrie avec une coupe partielle pour la meilleure compréhension de l'es- sentiel de l'invention. L'organe d'entraînement de la centrifugeuse (ficure 1) comporte un corps 1, réalisé sous la forme d'unélézent unique dans lequel est logé un stator 2. Un arbre 3 d'un rotor 4 d'un moteur électrique est nonté dans un palier à charge radiale et axiale 5 qui est fixé par un dispositif d'amortissement 6. Un arbre flexible 7 est monté dans le dispositif avec possibilité de ro- tation. Le bout inférieur de l'arbre 7 est lié rigidement -6- à l'arbre 3 qui est lié, & son tour, rigide.ment au rotor 4 par unae.vis 8. Le stator 2 est fixé dans le corps 1 à l'aide d'un couvercle 9. Le dispositif d'amortissement 6 (figEure 2) comprend un palier 10 à vide. La circulation du lubrifiant pour les paliers 5 et 10 (figure 1) se fait à travers les canaux 11, 12, 15, 14 du corps 1.. Dans ce cas, le lubrifiant est amené aux paliers 10 et 5 r les canauxçl1 et 12 respectivement et l'évacuatiDn du lubrifiant à partir de ces paliers 10 et 5 s'effectue A travers les canaux-13 et 14 respectivement. Une gorge en spirale est pratiquée sur la surface ex- térieure du stator 2. 31lle forme, avec la surface intérieure du corps 1,. une-caviti 15, liée, d'une part, à un canal d'entrée 16 de l'amenée de l'agent frigorifique et mise en communication, d'autre part, par un canal 17 à des rainures verticales 18, pratiquées dans le corps 1 de manière concentricue par rapport au dispositif d'azortissement 6. L'agent frigorifique est évacué à travers le canal 19. Pour améliorer le refridisseent du rotor 4 on a prévu dans celui-ci des canaux débouchants inclinés 20 à travers lesquels le lubrifiant est évacué depuis le palier à charge radiale et axiale 5. L'évacua- tion du lubrifiant des canaux 20 se fait à travers un canal 21. En conséquence, on assure le refroidissement efficace du stator 2, du rotor 4, du dispositif d'amortissement 6 et de tout l'ensemble du corps 1. Un élément d'emmanchement 22 est fixé sur la broche 7 pour le montage du rotor 23 de la centrifugeuse. Pendant le foDr.ctionnement de l'organe d'entraineent, la vitesse de rotation du rotor 25 de la centrifugeuse est contrôlée à l'aide d'un capteur 24. Sur-la figure 2, on a représenté supplémentairement un canal 11a dans le dispositif d'amortissement 6 à travers lequel le lubrifiant-p'rvient dans le palier 10 et les canaux 12a et 12b d'introduction du lubrifiant dans le palier à charge radiale et axiale 5. L'évacuation -7- dulhbrifiLant à partir du palier, à&Carge radiale et axiale 5 se fait par le canal 14a à partir du palier 10 par les canaux 13a, 13b et 13c du dispositif d'amortissement 6. Le palier 5 à charge radiale et axiale comport.e une surface de butte 5a de glissement et la surface 5b de glis- sement radiale. Le bout inférieur 25 du palier 5 à charge radiale et axiale est logé dans un trou borgne 26 du rotor 4 et est posé par sa face extrême 27 vers le bas. Le trou borgne 26 est disposé d'une manière coaxiale à l'axe de rotation du rotor 4. Le palier 5 à charge radiale et axiale est fixé dans le trou borgne 26 du rotor 4 à l'aide d'un dispositif d'amortissement 6, la surface de glissement radiale étant disposée au moins partiellement dans un trou borgne 26 du rotor 4., Un alésage 28 est prévu sur la surface radiale 5b pour l'amélioration de la condition du.refroidissement du palier 5 à charge radiale et axiale. La figure 3 représente la disposition des canaux 11, 12, 13, 14, 19-dans le corps I ainsi que des rainures 18 du rDoor 4 et du palier 5 à charge radialeet axiale. L'organe d'entraînement fonctionne de la manière suivante. Avant de mettre la centrifugeuse en marche, on pose l'eleimiLnt d'emmanchement 22 (figure 1) sur le rotor 23 de la centrifugeuse. A l'application de l'alimentation, le moteur électrique de l'organe d'entraînement se met en marche et tourne l'arbre flexible 7 et, par conséquent, le rotor 25 de la centrifugeuse. La fréquence de rotation de la cçentrifugeuse est contrôlée en continu par le capteur 24. 3n même temps, le lubrifient est refoulé de force dans les canaux i1l et 12 et arrive aux paliers 5 et 10 à travers les canasx 12a et lia (figure 2). Le lubrifiant assure le fonctionnement normal des paliers 5 et 10 et supprime la possibilité de l'augmentation de leur tempéra- ture jusqu' à une limite inadmissible. -8- L'évacuation du lubrifiant à partir du palier à charge radiale et axiale 5 se fait par les-c6r.aux 14 (figure 1) et 14a (figure 2) et à partir du palier 10 par les canaux 13a, 13b, 13e et 13 (figure 1). Le lubrifiant écoulé de la surface radiale 5b (figure 2) est aspiré à la rotation du rotor 4 dans les canaux inclinés 20 et, étant entré en contact avec la surface du rotor 4, assure l'évacuation directe de la chaleur et améliore, par conséquent, son refroidissement. L'évacuation de la chaleur de la surface du stator 2 se fait de canière analogue ranis, dans ce cas, à l'aide de-l'agent frigorifique. Dans ce cas, l'agent frigorifique circulant par le canal 17 (figure 1) parvient au dispositif d'amortissement 6 en assurant son refroidissement. La pression créé par un système de graissage (non représenté) assure la formation d'une pellicule mince entre la sur- face d'appui 5a (figure 2) du palier à charge radiale et axiale 5 et une surface correspondante de l'arbre 3 du rotor 4 ainsi qu'entre la surface radiale 5b et la sur- face correspondante de cet arbre 3. En résultat, le frotte- ment entre lesdites surfaces susmentionnées diminuent à une valeur minimale ce qui est très important pour l'obter.tion d'une grande fréqusnce de rotation du rotor 23 (figure 1) de la centrifu.euse. Le dispositif d'amortissement 6 est destiné à rep:Dlir deux fonctions: en premier- lieu, il fixe l'arbre flexible 7 avec possibilité de rotation en assurant la possibi- lité au rotor 23 de Ia centrifugeuse de passer la fréquence critique de rotation' en deuxième lieu, il crée un joint étanche entre l'organe d'entraînement et sa chambre (non représentée) dans laquelle se trouve le rotor 23 de la centrifugeuse. A la 'mise en marche de la centrifugeuse, on crée dans sa chambre un taux imposé de dépression en vue de minimiser la résistance du milieu de l'air à la rotation du rotor 23 de la centrigeuse. 2 6 3 4 1 43 -9- La construction est caractérisée par une rigidité optimale. En assurant la position stable du palier à charge radiale et axiale 5 fixé dans le rotor 4 à l'aide du dispositif d'amortissement 6 ainsi qu'en réalisait le corps I en une seule. pièce on obtient un baut degré de coaxialité de ces ensembles et on supprime les vibra- tions indésirables et on élève la fiabilité de la construc- tion. Sn mettant le palier 5 à charge radiale et axiale, le rotor 4 et le dispositif d'amortissement 6 et le stator dans le corps réalisé en une seule pièce, on assure l'op- timisation de la rigidité de.l'organe d'entrainement et Dn simplifie au maximum son assemblage et son désas- semblage. Dans ce cas, on crée la possibilité de remplacer le palier 5 à charge radiale et axiale et le rotor 4 et on assure ainsi en général l'aptitude de l'organe d'entraInement à la réparation. Tous ces avantages donnent la possibilité de réaliser le volume minimal des travaux de réparation, de supprimer les opérations nécessitant une grande main d'oeuvre qui nécessite la dépose de l'orgar.e d'entraînement de la centrifugeuse. Sfil est nécessaire de rer.:placer le rotor 23 de la centrifugeuse la conception donnée ds l'organe d'entral- nement assure sa dépose sûre et simple. Les gorges en spirale pratiquées sur la surface du stator 2 ainsi quae. 1s rainures verticales 18 ménagées dans le corps 1 monolithiqoue d'une manière concentrique par rapport au dispositif d'amortissement 6 assurent l'évacuation directe de la chaleur de la surface du stator 2 et le refroidissement supplémentaire du rotor 4 ainsi que du dispositif d'azortissement 6. -10- RV3NIDICATIO;S 1. Organe d'entratnement d'une centrifugeuse copor- tant un corps (1) dans lequel sont logés un stator (2) et un rotor (4) dont l'arbre (3) est monté dans un palier (5) à charge radiale et axiale et est lié radialement par un arbre flexible (7) fixé avec possibilité de tourner dans un dispositif d'amortissement (6), le corps (1) étant oburvu de canaux (11, 12, 13, 14, 17, 19, 21), les canaux (11 à 14) étant destinés à la circulation d'un lubrifiant tandis que les canaux (16, 17, 19, 21) sont destinés à la circulation d'un agent frigorifique, c a r a c t é r i s é en ce qu'on a pratiqué, dans le rotor (4), un trou burgne (26) situé coaxialement à l'axe de rotation du ro'or (4) et en ce que le palier (5) à charge radiale et axiale possede une surface de butée (5a) et une surface de glissement radiale (5b) et est fixé dans le rotor (4) à l'aide d'un dispositif d'aMor- tisse-ent (6) de façon que la surface de glissement ra- diale soit disposée au moins partiellement dans le trou borgne (26) du rotor (4), en ce que des canaux (12a, 12b, 14a) sont pratiqués dans ledit palier à charge radiale et axiale(5) pour assurer la circulation du lubri- fiant suivant la surface de butée (5a) et la surfaçe radiale (5b) du palier à charge radiale et axiale. 2. Organe d'entratnement selon la revendication 1, a c a r a c t é r i s é en ce que le corps (1) est ralisê sous la forme d'un élément unique dans lequel sont pra- tiquées des rainures verticales (18), situées au voi- sinage da dispositif d'assemblage (G) et mises en coD- o munication avec les canaux (16, 17, 19, 21) du corps (1) pour la circulation de l'agent frigorifique et en ce que les canaux (12, 14) du corps (1) pour la circulation du lubrifiant sont liés aux canaux (12a, 14a) du palier à charge radiale et axiale (5) respectivement. -11- 3. Organe d'entratnement selon la revendication 2, c a r a c t é r i s-6 en ce qu'on a pratiqué sur la surface extérieure du stator (2) une gorge en spirale qui forme avec la surface intérieure du corps (1) une cavité (15) mise en communication avec les canaux (16, 17) du corps (1) pour la circulation de l'agent frigo- rifique. 4. Organe d'entratnement selon la revendication 2, c a r a c t 6 r i s 6 en ce que les rainures verticales (18) sont disposées d'une manière,concentrique par rapport au dispositif d'amortissement (6).