Brevet FR2684149A1 — publié le 19930528

La présente invention concerne un palier, notamment pour pompe ou turbine, et plus particulièrement pour pompe multiétagée. Les pompes multiétagées à roues axiales sont constituées par l'assemblage dans un corps de pompe d'un grand nombre de cellules comprenant chacune une roue axiale ouverte tournante servant d'impulseur, suivie d'un redresseur fixe par rapport au corps de la pompe. L'arbre des roues est supporté par deux paliers d'extrémité. En raison du grand nombre d'étages de la pompe, la distance entre lesdits paliers d'extrémité peut devenir trop importante pour permettre d'obtenir une ligne d'arbre sous critique. Il est donc nécessaire, si l'on ne veut pas dépasser la première vitesse critique de flexion de la ligne d'arbre, d'ajouter un palier au moins entre les deux paliers d'extrémité. Habituellement, pour ne pas avoir à multiplier les dispositifs d'étanchéité et ne pas rendre trop complexe le dessin du corps de pompe, le nouveau palier est placé à l'intérieur de la pompe. La solution classique à cet égard est de disposer ce ou ces paliers intermédiaires au niveau d'une cellule entre le redresseur et l'arbre. L'invention propose, quant à elle, un palier à roue axiale, alors même que les roues axiales sont habituellement ouvertes et non flasquées. Un tel palier peut être disposé, dans le cas d'une pompe multiétagée, à la place d'une roue axiale classique. Cette nouvelle disposition présente de nombreux avantages par rapport à la solution antérieure classique précitée : elle permet de profiter d'un plus grand diamètre pour le palier et donc d'accroître les performances de celui-ci ; également, elle permet un meilleur contrôle du fluide alimentant ce palier intermédiaire. La présente invention a donc pour objet un palier portant au moins partiellement, dans un corps, un arbre, ledit palier étant caractérisé en ce que les parois intérieures dudit corps définissent un canal hydraulique, et en ce que ledit palier comporte au moins une roue à ailettes qui est coaxiale audit arbre et qui lui est solidaire, ladite roue étant ceinturée par un flasque dont la géométrie est complémentaire de la géométrie intérieure du corps au niveau de ladite roue, pour réaliser avec celui-ci le susdit palier. Avantageusement ledit palier est un palier hydrodynamique. Préférentiellement alors, la surface extérieure dudit flasque est cylindrique, la surface intérieure du corps du palier à son niveau étant munie de lobes alimentés en fluide de sustentation , cependant, l'utilisation de patins oscillants reste envisageable. De façon avantageuse, les lobes dont est muni le corps du palier sont, par exemple, séparés entre eux par des rainures axiales, au niveau desquelles débouchent des tuyauteries d'alimentation en fluide de sustentation. De préférence, ces tuyauteries d'alimentation sont ménagées dans le corps du palier. Selon une autre réalisation avantageuse, le palier ainsi réalisé est un palier hydrostatique, la surface extérieure dudit flasque et la surface intérieure du corps du palier qui est en regard ayant des géométries complémentaires qui définissent pour le palier des alvéoles de sustentation. De préférence alors, la surface intérieure du corps du palier est sensiblement cylindrique, les alvéoles de sustentation étant ménagées sur la surface extérieure du flasque ceinturant la roue, lesdites alvéoles étant en communication, par l'intermédiaire de gicleurs traversant ledit flasque, avec le canal hydraulique du corps du palier. Le corps du palier peut être muni de rainures circulaires disposées au niveau des lèvres axiales terminant les alvéoles, lesdites rainures circulaires étant reliées à une aspiration basse pression. De façon avantageuse alors, les surfaces dudit flasque et des pièces de part et d'autre de la roue munie dudit flasque, qui se trouvent en regard, sont munies de moyens, tels que des joints-labyrinthes, destinés à créer des pertes de charges importantes entre les parois du flasque qui se trouvent au niveau du canal hydraulique du corps du palier et les parois dudit flasque qui se trouvent au niveau desdites rainures circulaires. Dans une réalisation préférée, ledit flasque est de section radiale sensiblement en forme de T, dont la couronne extérieure ceinture au moins partiellement les pièces de part et d'autre de la roue auxquelles il est associé. L'invention a encore pour objet une machine du type pompe (à arbre menant entraînant le fluide) ou turbine (à arbre mené entraîné par le passage du fluide) comportant un tel palier, et notamment une pompe multiétagée à palier de ce type. Dans le cas d'une pompe, de façon avantageuse, le fluide de sustentation est le fluide circulant dans le palier en raison de la différence de pression amont - aval existante sur l'impulseur. Des rainures axiales peuvent faciliter cette circulation. D'une autre façon, le fluide de sustentation peut être le fluide issu du refoulement de la pompe. Dans le cas où le fluide circulant dans la pompe est un fluide multiphasique, la portion de fluide utilisée comme fluide de sustentation est préférentiellement envoyée après piquage au refoulement dans un réservoir de décantation, dans lequel le liquide et le gaz se séparent avant que ledit fluide soit injecté au niveau dudit palier. La description qui suit de plusieurs modes de réalisation possibles pour l'invention est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la Figure 1 est une représentation en demi-coupe et en demi-vue de côté d'une pompe multiétagée conforme à l'invention - la Figure 2 est une représentation en perspective avec arraché d'une cellule d'une telle pompe ; - la Figure 3 est une vue en coupe radiale avec arraché au niveau d'une roue munie d'un palier, d'une pompe conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la Figure 4 est une demi-vue en coupe longitudinale avec arraché au niveau d'une roue munie d'un palier, d'une pompe conforme à un deuxième mode de réalisation possible pour l'invention. On se réfère à la Figure 1. Sur cette Figure, a été représentée montée sur un bâti B une pompe 1 de type multiétagée comportant en série quinze cellules 2 montées sur un arbre A porté par notamment deux paliers extérieurs 3 et 4. Ces différentes cellules 2 sont montées dans un corps de pompe 5, principalement cylindrique. Elles définissent avec ledit corps de pompe 5 un canal hydraulique alimenté à une extrémité dudit corps de pompe 5 par un distributeur d'entrée 6. Le fluide traversant ladite pompe est évacué à l'autre extrémité du corps de pompe 5 après passage dans une volute collectrice 7. Au niveau de la cellule centrale, référencée par 2a, de ladite pompe multiétagée, est disposé un palier intermédiaire supportant avec les paliers 3 et 4, l'arbre A. Aux extrémités du corps de pompe 5, sont montés sur la ligne d'arbre des moyens d'étanchéité 5a et 5b. Un circuit de refoulement R est encore prévu sur ce corps de pompe 5 pour renvoyer la portion de fluide bloquée au-delà de la volute 7 par les moyens d'étanchéité 5b sur le distributeur d'entrée et abaisser ainsi la pression régnant dans cette cavité. Ce circuit de refoulement R est interne au corps de pompe 5, mais a été représenté pour plus de clarté sur la Figure 1 par des traits mixtes à l'extérieur du corps de pompe 5. On se réfère plus particulièrement à la Figure 2. Sur cette Figure, a été représentée une cellule 2 de type classique. Une telle cellule comprend une roue 8 à ailettes 8a en hélice et un redresseur 9 à ailettes 9a monté entre deux roues 8 successives. La roue 8 est solidaire de l'arbre A de la pompe, tandis que le redresseur 9 est quant à lui fixe par rapport au corps de pompe 5, lesdites ailettes 9a s'étendant dudit corps de pompe 5 jusqu'à une entretoise 9b solidaire de l'arbre A, et séparant deux roues 8 consécutives, lesdites ailettes 9a respectant un jeu fonctionnel avec ladite entretoise 9b. Le passage de fluide dans le corps de pompe 5 a été indiqué schématiquement sur la Figure par deux flêches F. Sur la Figure 3, a été représenté un mode de réalisation possible du palier intermédiaire de la cellule 2a. Cette cellule 2a comprend une roue, référencée 10, dont les ailettes 10a sont ceinturées par un flasque 11 de section circulaire qui en est solidaire. Ce flasque 11 a la forme d'une couronne dont la surface extérieure est cylindrique et dont la surface intérieure dépend de la géométrie de la roue 10. Pour réaliser un palier hydrodynamique avec ce flasque 11, la paroi intérieure du corps de pompe 5 est taillée avec des lobes 12. Ces lobes 12 sont avantageusement mais non nécessairement séparés entre eux par des rainures 13, s'étendant avec une épaisseur radiale parallèlement à l'axe de l'arbre A sur toute la longueur du palier. Ces rainures 13 permettent classiquement de faciliter la circulation de fluide au niveau dudit palier. Aux fonds de ces rainures radiales, débouchent des alimentations 13a en fluide de sustentation. Une telle alimentation 13a peut déboucher dans lesdites rainures 13, soit à l'une des extrémités du palier, soit en une position quelconque de celui-ci ; on privilégie en général sur ce type de palier une alimentation assurant une bonne répartition du fluide sur l'ensemble du palier. Le fluide est avantageusement choisi comme étant le fluide traversant la pompe. Les alimentations 13a sont alors, par exemple, des piquages P sur la volute de refoulement 7, ainsi que cela a été représenté schématiquement sur la Figure 1. Dans le cas d'un fluide multiphasique, ledit fluide aura transité par un réservoir de décantation (non représenté) dans lequel le liquide et le gaz se séparent, et sera injecté au niveau des rainures radiales 13a après piquage dans la partie inférieure du réservoir. De façon classique, un tel réservoir (non représenté sur les Figures) possède à cet effet un orifice de tropplein situé à mi-hauteur ainsi qu'un piquage situé dans la partie supérieure pour l'évacuation des gaz, les deux orifices étant reliés à l'aspiration. La pression fournie au refoulement est suffisante pour alimenter les rainures radiales 13. Néanmoins, l'utilisation d'une pompe auxiliaire peut être envisagée lorsque le dimensionnement l'exige. Un filtre, par exemple cyclone, peut être installé sur le trajet du fluide de refoulement. Le dimensionnement du palier, ainsi que les matériaux utilisés pour sa réalisation dépendent de la nature du fluide transporté (masse volumique, viscosité, capacité calorifique, conductibilité thermique, nature des particules polluant éventuellement le fluide) et des caractéristiques de la pompe. Compte tenu des conditions ambiantes auxquelles est soumis ce palier 11, 12, sa géométrie exacte doit être choisie de façon à le rendre le plus stable possible, notamment pour contrôler son comportement et éviter le phénomène d'excitation de l'arbre à une fréquence proche de la moitié de la vitesse de rotation. A cet effet, ce palier pourra être choisi à lobes asymétriques, ou encore à patins. Un tel palier hydrodynamique présente l'avantage d'être d'une réalisation très compacte et d'un faible encombrement radial. On se réfère maintenant à la Figure 4. Sur cette Figure, a été représenté un autre mode de réalisation possible pour le palier de la cellule 2a. La roue de cette cellule 2a a été référencée sur cette Figure par 110. De part et d'autre de cette roue 110, s'étendent deux redresseurs ou diffuseurs 109 solidaires du corps de pompe 5, et dont les ailettes 109a s'étendent jusqu'à l'axe A. Le palier intermédiaire comprend un flasque 14 ceinturant les ailettes 110a de ladite roue 110. Sur la surface extérieure sensiblement cylindrique dudit flasque 14, ont été taillées des alvéoles 15. Ces alvéoles 15 sont alimentées à la pression HP, dans le canal hydraulique au niveau de la roue 110, par passage de fluide dans des perçages radiaux ou gicleurs 16, qui traversent ledit flasque 14, dudit canal hydraulique jusqu'auxdites alvéoles 15. Le flasque 14 est une couronne à section radiale en forme de T, dont la barre "centrale" 14a prolonge radialement la roue 110 et ses ailettes 110a, et dont la barre "horizontale" 14b réalise une couronne extérieure, dont les parois sont directement en regard des parois intérieures du corps de pompe 5, avec lesquelles elles ont sensiblement même diamètre. Les diffuseurs 109, en amont et en aval de la roue 110, ont des formes complémentaires de celles dudit flasque 14, et notamment de sa couronne 14b, et doivent être usinés de façon à ne laisser qu'un jeu fonctionnel faible entre eux et la roue 110 ainsi équipée dudit flasque 14. Le corps de pompe 5 est muni de deux rainures circulaires 17, 18 disposées de part et d'autre de la couronne extérieure 14b et des alvéoles 15, au niveau des lèvres séparant lesdites alvéoles 15 des extrémités circulaires de la couronne extérieure 14b. Ces rainures circulaires 17, 18 sont reliées à une aspiration basse pression BP par des conduits 17a, 18a ménagés dans le corps de pompe 5. Des joints-labyrinthes 19 sont usinés sur les surfaces cylindriques extérieures des diffuseurs 109 qui sont en regard des parois intérieures des couronnes 14b, de façon à créer des pertes de charges entre le canal hydraulique de la pompe et les rainures circulaires 17, 18 plus importantes que celles existant entre les rainures circulaires 17, 18 et les piquages à l'aspiration. Ainsi, la pression régnant dans les rainures 17, 18 est proche de la pression d'aspiration BP. La pression existant dans les alvéoles 15 est donc une pression intermédiaire entre la pression HP dans les roues et la pression d'aspiration BP. Cette différence de pression est suffisante pour créer la sustentation. Les matériaux utilisés et caractéristiques dimensionnelles et dynamiques du palier sont issus des règles de l'art et fonction des caractéristiques de la pompe, de la nature du fluide (polyphasique ou non), de sa nocivité, de la quantité des particules charriées, etc. ... Ainsi, le nombre d'alvéoles, leur profondeur, la largeur des lèvres axiales, le jeu radial, le diamètre des gicleurs d'alimentation, etc... seront déterminés de façon classique en fonction des besoins. On notera que la configuration en forme de T du flasque 14 permet de réaliser un palier dont la largeur est supérieure à celle de la roue. D'autres configurations de palier hydrostatique sont bien entendu encore possibles. En particulier, le flasque du palier pourra être à section uniquement rectangulaire. Egalement, les alvéoles pourront être taillées dans la partie statique du palier, c' est-à- dire dans le corps de pompe, la pression d'alimentation étant alors avantageusement obtenue par un piquage au refoulement ou une injection extérieure. Egalement, la position du palier dans le corps de pompe permet d'optimiser la différence de pression entre l'alimentation et le milieu ambiant en fonction des caractéristiques demandées au palier, le type d'alimentation de palier étant fonction de sa position. Egalement encore, les joints-labyrinthes pourront être remplacés par tout autre dispositif d'étanchéité dynamique : jeu réduit, joints frottants, joints à lèvre intégrés au niveau du flasque formant palier et des pièces en regard. Les pertes de charges de chaque circuit d'écoulement (des alvéoles vers le canal hydraulique, des alvéoles vers les rainures circulaires puis l'aspiration) sont déterminées de manière à choisir la pression régnant dans les rainures circulaires en fonction des caractéristiques recherchées pour le palier. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Palier portant au moins partiellement dans un corps (5), un arbre (A), caractérisé en ce que les parois intérieures dudit corps définissent un canal hydraulique, et en ce que ledit palier comporte au moins une roue (10, 110) à ailettes qui est coaxiale audit arbre (A) et qui lui est solidaire, ladite roue étant ceinturée par un flasque (11, 14) dont la géométrie est complémentaire de la géométrie intérieure du corps (5) au niveau de ladite roue (10, 110), pour réaliser avec celui-ci le susdit palier. 2. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est du type hydrodynamique. 3. Palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface extérieure du flasque (11) est cylindrique, la surface intérieure du corps (5) à son niveau étant munie de lobes (12) alimentés en fluide de sustentation. 4. Palier selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lobes (12), dont est muni le corps (5), sont séparés entre eux par des rainures axiales (13), au niveau desquelles débouchent des tuyauteries d'alimentation (13a) en fluide de sustentation. 5. Palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est du type hydrostatique, la surface extérieure dudit flasque (14) et la surface intérieure du corps (5) qui est en regard ayant des géométries complémentaires qui définissent pour ledit palier des alvéoles de sustentation. 6. Palier selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface intérieure du corps (5) est sensiblement cylindrique, les alvéoles de sustentation (15) étant ménagées sur la surface extérieure du flasque (14) ceinturant la roue. 7. Palier selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdites alvéoles (15) sont en communication, par l'intermédiaire de gicleurs (16) traversant ledit flasque (14), avec le canal hydraulique (HP) défini dans ledit corps (5). 8. Palier selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit corps (5) est muni de rainures circulaires (17, 18) disposées au niveau des lèvres axiales terminant les alvéoles (15), lesdites rainures circulaires (17, 18) étant reliées à une aspiratin basse pression (BP). 9. Palier selon les revendications 7 et 8 prises en combinaison, caractérisé en ce que les surfaces dudit flasque (14) et des pièces (109) de part et d'autre de la roue (110) munie dudit flasque (14), qui se trouvent en regard, sont munies de moyens, tels que des jointslabyrinthes (19), destinés à créer des pertes de charges importantes entre les parois du flasque qui se trouvent au niveau du canal hydraulique du corps (5) du palier, et les parois dudit flasque (14) qui se trouvent au niveau desdites rainures circulaires (17, 18). 10. Palier selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ledit flasque (14) est de section radiale sensiblement en forme de T, sa couronne extérieure (14b) ceinturant au moins partiellement les pièces (109) de part et d'autre de la roue (110) auxquelles il est associé. 11. Machine du type pompe ou turbine comportant un palier selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Pompe multiétagée selon la revendication 11. 13. Pompe comportant un palier selon la revendication 3 prise seule ou en combinaison, caractérisée en ce que le fluide de sustentation est le fluide issu du refoulement de la pompe. 14. Pompe selon la revendication 13, dans le cas où le fluide circulant dans la pompe est un fluide multiphasique, caractérisée en ce que la portion de fluide, utilisée comme fluide de sustentation, est envoyée après piquage au refoulement dans un réservoir de décantation, dans lequel le liquide et le gaz se séparent avant que ledit fluide soit injecté au niveau dudit palier.