Brevet FR2640700A1 — publié le 19900622

La présente invention concerne un ventilateur compor- tant une cou!onne mobile, qui est placée de manière volante sur un arbre, lequel est logé dans un sabot d'appui compor- tant deux paliers à roulement situés à distance l'un de 1' autre. Des ventilateurs à paliers à roulement comportant une couronne mobile placée de manière volante, avec des vitesses périphériques allant jusqu'à 270 m/s sont étudiés pour fonc- tionner en dessous de la première vitesse critique de rota- tion (synchronisme). La haute rigidité d'ensemble requise à cet effet pour le système conduit à la construction d'arbres de gros diamètre impliquant des roulements à rouleaux cylin- driques de dimensions correspondantes du côté de la couronne mobile, qui sont spécifiquement peu charges. La faible char- ge statique des roulements et le jeu du coussinet exigé pour des raisons thermiques ont pour conséquence une forte aniso- tropie des paliers, qui influe notablement sur la détermina- tion théorique de la vitesse critique de rotation. S'agissant de la fabrication et du montage, cela signifie que les valeurs du jeu du coussinet prédéfinies doivent être maintenues dans d'étroites marges de tolérance. Dans le cas d'un montage de remplacement, des problèmes d'approvisionne- ment et de fabrication peuvent se poser, dès lors que paliers, sabots d'appui et arbres ne sont pas interchangeables à volon- té. A côté des problèmes techniques, le point de vue écono- mique est à prendre en considération. Les expérimentations avec des machines réalisées ont montré que les rotors montés dans des roulements à rouleaux cylindriques peu chargés spécifiquement peuvent réagir sensi- blement sur le défaut d'équilibrage, le jeu du coussinet et l'installation de la machine. Le problème de la présente invention revient donc à per- fectionner un ventilateur du type évoqué ci-dessus, dans le- quel les problèmes mis en évidence soient notablement minimi- sés. Ce problème est résolu avec un ventilateur caractérisé en ce que le palier à roulement côté couronne mobile est logé extérieurement dans un coussinet, qui est placé dans le sabot d'appui avec un jeu radial prédéterminé et en ce que la fente due à ce jeu est rendue étanche à ses extrémités axiales et est pourvue d'une arrivée d'huile externe, grâce à laquelle elle est maintenue pleine d'huile pendant le fonctionnement et en ce que l'on a prévu, agissant sur le coussinet, une disposition de ressort au moyen de laquelle le coussinet peut être centré en dépit de la charge statique de palier, tandis que le palier côté dispositif d'accouplement est de construction usuelle, comportant comme palier fixe un roule- ment à billes. La première vitesse critique de rotation est notable- ment abaissée grâce à la configuration conforme à la présen- te invention. Un fonctionnement surcritiaue est rendu possi- ble sans problème grâce à l'amortissement extérieur complé- mentaire de palier. L'exigence de rigidité centrale étudiée jusqu'ici pour les ventilateurs est de ce fait reléguée à l'arrière plan. Dans la construction conforme à la présente invention, il est en outre possible d'utiliser des roulements à rou- leaux cylindriques correctement chargés spécifiquement et de revenir ainsi pour l'essentiel à des pièces de série. En outre, s'agissant de la fabrication, aucune tolérance sor- tant de l'ordinaire n'est plus exigée. La présente invention est illustrée à titre d'exemple dans les dessins annexés et à l'aide de ceux-ci décrite dans le détail dans ce qui suit. La figure 1 montre une forme de réalisation du ventila- teur, partiellement en coupe. La figure 2 est une représentation agrandie du logement de l'arbre côté couronne mobile. La figure 1 représente un sabot d'appui 2, dans lequel l'arbre 4 est logé. Sur l'arbre 4, une couronne mobile 6, qui est ici une couronne mobile radiale, est placée de maniè- re volante. L'enveloppe du ventilateur est matérialisée par une paroi de bâti 8 comportant le passage de l'arbre 10. L' extrémité opposée 12 de l'arbre est configurée pour recevoir un dispositif d'accouplement. Le palier opposé à la couronne mobile 6 est un roulement à billes 14. Le logement de l'arbre 16 tourné vers la roue mobile présente un roulement à rouleaux cylindriques 20 pla- cé sur un épaulement de l'arbre 18. Le roulement à rouleaux cylindriques est enfoncé extérieurement dans un coussinet 22, qui est ajusté dans l'alésage de palier 24 du sabot d' appui 2 avec un jeu radial s. La fente annulaire 26 formée par ce jeu entre le périmètre extérieur dlu coussinet 22 et l'alésage de palier 24 est rendue étanche à ses deux extré- mités axiales par des joints toriques 28, qui se situent dans des rainures 30 sur le pourtour extérieur du coussinet 22. Le jeu s, c'est-à- dire la largeur radiale de la fente 26, se situe dans un ordre de grandeur de quelques dixièmes de mm. Dans la zone entre les joints 28, est placée une autre rainure 32, qui est reliée à une arrivée d'huile par l'in- termédiaire d'un canal d'arrivée d'huile 34 représenté en tirets. Cette rainure à huile 32 peut aussi être placée sur le côté intérieur de l'alésage de palier 24, tout comme les rainures 30 recevant les joints 28. La fixation axiale du palier 20 et l'étanchéité de 1' agencement du palier 16 sont réalisées de manière usuelle et correspondent fondamentalement à celles du palier 14 opposé à la couronne mobile. Le coussinet 22 est en outre pourvu d'un taraudage ra- dial 36, dans lequel est vissé un boulon 38, qui, à travers un alésage radial 40 du sabot d'appui, fait saillie au-delà de celui-ci, un jeu sensiblement le même que le jeu s étant prévu entre le boulon 38 et l'alésage 40. Cet alésage est placé de telle sorte que son axe soit situé en direction de la force statique de palier agissant sur le logement de 1' arbre 16. Sur le boulon 38 est placé extérieurement un res- sort à pression, qui est comprimé entre la face extérieure du sabot d'appui et un disque de butée 42, qui est réglable en direction axiale du boulon au moyen d'un écrou 44. Le res- sort à pression prévu est ici une colonne de ressort Belle- ville 46. Le boulon 38 faisant saillie vers l'extérieur est, ainsi que la colonne de ressort Belleville 46, enfermé de manière étanche dans un bottier 48. Celui-ci présente un couvercle en forme de marmite 50. La configuration du bottier est de préférence telle que, comme les dessins annexes le montrent, l'écrou 44 soit, en vue du réglage de la force du ressort, facilement accessible après enlèvement du cou- vercle 50. Lors du montage du ventilateur, la colonne de ressorts 46 est précontrainte de manière que le coussinet se situe dans le sabot d'appui au centre de l'alésage de palier 24. Puisque le boulon 38, sur lequel agit le ressort à pression, est placé de telle sorte que son axe soit situé en direction de la force statique de palier agissant sur le logement 16, le ressort à pression détermine une largeur régulière s de la fente. Les deux joints toriques 38 facilitent le maintien de cette largeur avec une précontrainte radiale lors de l'im- plantation. L'alésage d'arrivée 34 est placé n'importe o sur la périphérie de l'alésage de palier 24. L'alésage 34 est rac- cordé à un approvisionnement usuel en huile, l'huile étant maintenue sous une précontrainte de l'ordre de 3 à 5 bars. La précontrainte refoule l'huile dans le bottier 48 par 1' intermédiaire de l'alésage 40 et de ce fait désaère automati- quement le palier. Eu égard à la faible rigidité du ressort à pression, sous forme ici de la colonne de ressort Belleville 46, et à la rigidité complexe des joints toriques, le coussinet 22, qui est placé sur le roulement à rouleaux cylindriques 20, a vis-à-vis du sabot d'appui une très faible rigidité d'ap- pui. Une très profonde harmonisation du rotor est ainsi ob- tenue, c'est-à-dire que la première vitesse critique de ro- tation de synchronisme passe à une très faible valeur, rap- portée à la vitesse de rotation de fonctionnement. La vites- se critique de rotation se situe en général au-dessous de 1000 min-1. Les augmentations dynamiques d'amplitude qui apparais- sent au point de résonance sont effectivement atténuées par la fente remplie d'huile. L'effet d'atténuation repose sur un courant de déplacement dans la fente 26, qui est provoqué par le mouvement d'oscillation du coussinet de palier 22 dans l'alésage de palier 24. Le ressort à pression 46 -devrait avoir une faible raideur, afin de maintenir aussi isotrope que possible la matrice de raideur de l'agencement de palier 16, qui fait face à la couronne mobile et de ce fait obtenir un comportement de rotor largement isotrope. L'encombrement de la disposition de palier côté couronne mobile peut, s'agissant du type décrit ci-dessus, être main- tenu dans des normes suffisamment réduites, afin de ne pas dépasser ou ne dépasser que de très peu l'encombrement d'un roulement à rouleaux cylindriques de conception usuelle,com- me cela apparait dans la figure 1 en comparant les agence- ments de palier 14 et 16. Comme cela a déjà été évoqué, le roulement à rouleaux cylindriques de l'agencement côté couronne mobile peut être choisi de la manière usuelle, c'est-à-dire pour une charge spécifique correcte. De ce fait, on peut utiliser un simple palier de série. Du reste, aucune tolérance de fabrication sortant de l'ordinaire n'est en outre exigée pour l'agence- ment de palier 16. S'agissant des machines réalisées, avec des vitesses périphériques allant jusqu'à 270 m/s, les vitesses de rota- tion se situent entre 2000 et 6000 min Ces vitesses de rotation se situent substantiellement au-dessus de la pre- mière vitesse critique de rotation, qui peut sans difficul- té être inférieure à 1000 min-1 dans la disposition décrite. En cours de fonctionnement, les forces s'exerçant sur la couronne mobile sont efficacement amorties grâce à la fente remplie d'huile. La largeur s de la fente et la surface imprégnée d'hui- le, qui résulte du diamètre extérieur des coussinets 22 et de la longueur axiale entre joints 28, sont déterminantes pour l'atténuation que l'on peut obtenir. REVENDICATIONS 1. Ventilateur comportant une couronne mobile, qui est placée de manière volante sur un arbre, lequel est logé dans un support comportant deux paliers à roulement situés à dis- tance l'un de l'autre, caractérisé en ce que le palier à rou- lement côté couronne mobile (20) est logé extérieurement dans un coussinet (22), qui est placé dans un sabot d'appui (2) avec un jeu radial s et en ce que la fente (26) due au jeu est rendue étanche à ses extrémités axiales et est pourvue LO d'une arrivée d'huile externe, grâce à laquelle elle est maintenue pleine d'huile pendant le fonctionnement et en ce que l'on a prévu, agissant sur le coussinet (22) une dispo- sition de ressort (46), au moyen de laquelle le coussinet peut être centré en dépit de la charge statique, tandis que le palier côté dispositif d'accouplement est de construction usuelle comportant comme palier fixe un roulement à billes. 2. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fente (26) est rendue étanche latéralement par des joints toriques (28). 3. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coussinet (22) est pourvu sur sa périphérie entre les éléments d'étanchéité (28) d'une rainure périphérique (32) et en ce que l'arrivée d'huile externe (34) débouche dans le secteur de cette rainure. 4. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la disposition de ressort présente un boulon (38)tra- versant l'épaisseur du sabot d'appui, boulon qui, à son ex- trémité intérieure (36) est relié au coussinet (22) et sur lequel est place, côté extérieur du sabot d'appui un ressort à pression (46) encastré entre le sabot d'appui et une butée réglable (42,44) et en ce que la partie de la disposition de ressort s'étendant à l'extérieur du sabot d'appui est enfer- mée de manière étanche dans un bottier (48). 5. Ventilateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bottier (48) est pourvu dans le secteur de la bu- tée réglable (42,44) d'un couvercle amovible (50). 6. Ventilateur selon la revendication 4,caractérisé en ce que le ressort à pression prévu est une colonne de ressort Belleville (46)