Brevet FR2645644A1 — publié le 19901012

Certaines pompes à combustibLe liquide, telles au'elles sont par exemple mises en oeuvre dans Les engins spa- tiaux, sont montées sur des paliers à bilLes traversés par une fraction du fluide pompé pour en assurer Le refroidissement. De telles conditions d'utilisation sont très récentes, si bien qu'on ne dispose d'aucunes connaissances quant au comportement des écoulements au travers d'un paLier à biLles ou à L'influence de ces écoulements sur le fonctionnement d'un paLier. Il existe donc un besoin d'acquérir des connaissances dans ce domaine pour tenter de maîtriser les paramètres de construction des roulements dédiés à cette utilisation. Il est en effet important de pouvoir prévoir Leur comportement et par conséquent, déterminer les données constructives qui dicteront un comportement souhaité, car ces dispositifs sont prévus pour un unique fonctionnement. a présente invention entend proposer un dispositif d'études permettant d'observer les phénomènes d'écoulement au travers d'un roulement à billes et ainsi de proposer ou de valider certaines hypothèses quant à ces phénomènes. A cet effet, l'invention a donc pour objet un dispositif d'étude du comportement de L'écoulement d'un fluide au travers d'un roulement comportant entre une bague intérieure et une bague extérieure des organes roulants, qui comprend, - un arbre dont une extrémité porte La bague intérieure du roulement, - une première enceinte tubulaire fixe dont une extrémité axiale possède une ouverture de passage étanche de L'arbre, tandis que son extrémité opposée est au contact etanche de la bague extérieure du roulement, - une seconde enceinte fixe annulaire limitée par deux parois cylindriques coaxiaLes, fermée à l'une de ses extrémités, tandis qu'à L'autre extrémité la paroi extérieure est en contact étanche avec La bague extérieure du roulement et la paroi intérieure est en contact étanche avec L'extrémité de l'arbre portant la bague intérieure - une surface d'entraînement solidaire en rotation de la bague extérieure, - les première et seconde enceintes possédant des ouvertures au voisinage de Leur extrémité fermée, pour leur branchement en série sur un circuit de circulation d'un fLuide. Dans un mode préféré de réalisation de ce dispositif, la surface d'entrainement de La bague extérieure est constituée par la surface extérieure d'un manchon cylindrique solidaire de la bague extérieure qui emboîte de manière étanche les extrémités de chaque enceinte. Afin de pouvoir examiner les écoulements, la bague intérieure et les organes roulants sont en acier tandis que la bague extérieure et la cage du roulement sont en matériau transparent. D'autres caractéristiques apparaltront au cours de la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation du dispositif selon L'invention qui permettra en outre d'en préciser les avantages. Il sera fait référence au dessin annexé qui représente par une figure unique en coupe axiale, un ode de réalisation de ce dispositif. Le roulement 1 mis en oeuvre dans ce dispositif comporte une bague intérieure 2, des organes roulants 3 (ici des billes), une bague extérieure 4 et une cage 5. La construction de ce roulement est classique quant à ses pièces constitutives et celles-ci peuvent correspondre à toutes les sortes de roulements pouvant exister (à bille à contacts simples, obliques, à rouleaux cylindriques, à rouleaux coniques, à aiguiLles...). En revanche il est construit à une échelle importante de manière à permettre une meilleure visualisation des phénomènes à observer. En outre, leur charge sera minime ce qui permet d'utiliser des matériaux transparents notamment pour la bague extérieure 4 et la cage 5. A titre d'exemple, pour un appareil d'essai dans lequel la différence des vitesses de rotation entre La bague intérieure et la bague extérieure peut atteindre 3500 tours, le diamètre interne du roulement sera de 125 millimètres, Le diamètre des billes de l'ordre de 35 millimètres et leur centre évoluant sur un diamètre de 187,5 millimètres. La largeur 1 du roulement sera de l'ordre de 60 millimètres. La bague intérieure 2 du roulement 1 est montée de manière classique sur l'extrémité 6a d'un arbre 6 qui est logé dans une enceinte tubulaire 7 fixe. L'arbre 6 traverse le fond 7a de l'enceinte tubulaire de manière étanche. La partie de L'arbre extérieure à l'enceinte est destinée à être accouplée à des moyens moteurs 8 pour L'entrainer en rotation à une vitesse déterminée et réglable. L'extrémité 7b de l'enceinte voisine du roulement 1 est au contact étanche de la bague extérieure 4 de ce roulement. Pour réaliser de manière simple ce contact, on a prévu un manchon 9 solidaire de la bague 4 (ici'rcprésenté en une seule pièce mais qui peut y être rapportée) dont une extrémité 9a emboîte l'extrémité 7b de l'enceinte 7. L'étanchéité est alors assurée par une garniture 10 intercalée entre enceinte et manchon. Au voisinage de sa paroi de fond 7a, L'enceinte 7 comporte un boitier d'alimentation-évacuation il qui communi- que avec le volume interne de L'enceinte au moyen d'orifices 12 ménagés dans sa paroi et qui permet la connection de l'enceinte à un circuit de circulation d'un fluide schématisé en 13. De l'autre côté du roulement, le dispositif comporte une seconde enceinte 14 fixe qui, annulaire, comporte une paroi intérieure 15 et une paroi extérieure 16 ainsi qu'une paroi de fond 17. La paroi 16 est un tube qui est, par son extrémité 16a opposée au fond 17, emboîte dans L'extrémité 9b du manchon 9 opposée à L'extrémité 9a, avec une garniture d'étanchéité entre eux. La paroi intérieure 15 peut être également tubulaire ou définie par la surface extérieure d'un arbre plein. A son extrémité opposée au fond 17, elle reçoit de manière étanche l'extrémité 6b de L'arbre 6, avec entre elLes une garniture d'étanchéité 19. De même que pour L'enceinte 7, L'enceinte 14 est connectée au circuit 13 par un boîtier 20 de répartition ou collecte du fluide circulant dans l'enceinte et des orifices 21 ménagés dans la paroi extérieure 16. Enfin, il faut noter que la surface extérieure 9c du manchon 9 peut recevoir une courroie d'entrainement pour faire tourner la bague extérieure. Cet entrainement peut, bien entendu, être réalisé au moyen d'autres organes (pignons poulies....). L'appareil selon l'invention ainsi monté permet de réaliser un certain nombre d'expériences sur le comportement de l'écoulement d'un fluide au travers d'un roulement. Par exemple, on fait circuler ce fluide depuis le bottier Il vers le bottier 20 dans les enceintes 7 et 14, l'arbre tournant, le manchon 9 étant maintenu immobile. On comprend que le fluide est déjà animé d'une rotation autour de l'arbre par l'effet d'entrainement de ce dernier avant de traverser le roulement où la bague intérieure, les bilLes et La cage tournent à des vitesses différentes. Grâce à des particules en suspension dans Le fluide, à des mpyens d'imagerie (prises de vue rapide, vidéo, utilisation de Lasers...) on peut, au travers de la bague extérieure 4 transparente, suivre l'évolution du fluide dans le roulement. En outre, on peut monter des capteurs de pression en amont et en aval du roulement pour mesurer les pertes de charge au passage. La variation des vitesses d'entrainement et du débit admis permet de modifier les conditions des expériences. On peut également, pour faciliter notamment la visualisation, faire tourner la bague 4 à une vitesse contraire de celle de l'arbre 6, telle que la cage 4 reste immobile. On admet alors le fluide depuis le boitier 20 en direction du boitier 11. L'enceinte 14 peut alors comporter des moyens 22 (faisceaux de passages parallèles) pour rendre l'écoulement avant te roulement te plus axial possible. L'écoulement au travers du roulement dépendra dans ce cas essentiellement de la modification de la section, de la vitesse des billes tournant sur elles-mêmes et de l'effet de la rotation de L'arbre 6 en aval de l'écoulement Le dispositif permet donc de simuler une typologie d'écoulements et de relever le comportement du fluide au travers d'un roulement. On peut bien entendu faire varier ta nature du fluide, sa viscosité, sa température, ses conditions de pression, son débit ... pour balayer une grande plage de paramètres variables. Les résultats de ces essais devraient permettre de prédire le comportement des roulements de pompe de combustible liquide à très basse température fonctionnant dans les engins spéciaux à plues de 40.000 t/minute. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étude du comportement de l'écoulement d'un fluide au travers d'un roulement (1) comportant entre une bague intérieure (2) et une bague extérieure (4) des organes roulants (3), caractérisé en ce qu'il comprend - un arbre (6) dont une extrémité (6a) porte la bague inté rieure (2) du roulement (1), - une première enceinte tubuLaire t7) fixe dont une extrémité axiale (7a) possède une ouverture de passage étanche de l'arbre (6) tandis que son extrémité opposée (7b) est au contact étanche de la bague extérieure (4) du roulement (1), - une seconde enceinte (14) fixe annulaire limitée par deux parois cylindriques (15,16) coaxiales, fermée à l'une de ses extrémités tandis qu'à l'autre extrémité la paroi extérieure (16) est en contact étanche avec la bague extérieure (4) du roulement et la paroi intérieure (15) est en contact étanche avec l'extrémité (6b) de L'arbre (6) portant la bague intérieure (2), - une surface d'entrainement (9c) solidaire en rotation de la bague extérieure (4), - les première et seconde enceintes possédant des ouvertures (12, 21) au voisinage de leur extrémité fermée, pour leur branchement en série sur un circuit (13) de circulation d'un fluide. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface (9c) d'entraSnement de la bague extérieure est constituée par la surface extérieure d'un manchon (9) cyLindrique soLidaire de la bague extérieure (4) qui emboîte de manière étanche les extrémités (7b, 16a) de chaque enceinte (7,14). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte des organes moteurs dtentrainement de L'arbre et du manchon. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la bague intérieure (2) et les organes roulants (3) sont en acier, tandis que la bague extérieure (4) et La cage (5) du roulement (1) sont en matériau transparent. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précedentes caractérisé en ce que le fluide comporte des particules de visualisation des écoulements.