Brevet FR2893684A1 — publié le 20070525

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des machines tournantes à paliers magnétiques actifs et plus particulièrement à l'agencement des paliers de secours de ces machines. Art antérieur io Toute machine tournante à paliers magnétiques actifs dispose en général d'un dispositif de secours dit paliers de secours permettant de protéger les parties internes de cette machine tournante en cas de défaillance de ces paliers magnétiques ou de leur électronique de commande ou de contrôle. Ces paliers de secours qui présentent un jeu is avec le rotor et ne sont pas en rotation en fonctionnement normal, sont en général de type roulement à billes, sans cage et lubrifiés à sec pour ne pas introduire d'hydrocarbure dans des machines réputées sans huile et fonctionnant, dans la majorité des applications, dans un environnement d'air filtré ou de gaz propres. 20 Toutefois, dans certaines applications très spécifiques de type subsea , les turbomachines (compresseurs en tête de puits de forage ou moteurs en fond de mer par exemple) équipées de paliers magnétiques et des paliers de secours associés doivent supporter des gaz corrosifs ou des gaz sales chargés de particules et il est alors important de s'assurer 25 que ces paliers de secours garderont leur propriétés en cas de besoin, c'est-à-dire même après de longues semaines, mois, voire années de non mise en rotation. Or actuellement, rien ne permet de garantir un bon fonctionnement des paliers de secours dans un tel environnement de gaz corrosifs ou 30 chargés de particules. Objet et définition de l'invention La présente invention a pour objet d'assurer cette garantie de bon fonctionnement en proposant un agencement des paliers de secours d'une machine tournante dont le rotor est supporté par des paliers magnétiques actifs, qui évite la dégradation par corrosion ou accumulation de particules. Ce but est atteint par un agencement de palier de secours pour un rotor de machine tournante évoluant dans un environnement de gaz corrosifs ou chargés de particules et supporté sans contact par au moins io un palier magnétique actif, un palier de secours étant destiné à supporter le rotor en cas de défaillance du palier magnétique actif, caractérisé en ce que ledit palier de secours est monté dans une cavité interne dudit rotor, des moyens rotatifs d'étanchéité étant en outre prévus entre ledit rotor et un support fixe de ladite machine tournante pour isoler ledit palier de 15 secours desdits gaz corrosifs ou chargés de particules. Avec cet agencement particulier, le palier de secours ne supporte plus d'accumulation de particules. Son fonctionnement peut ainsi être garanti même dans des conditions extrêmes de très grande accélération et de très grandes charges. 20 Selon le mode de réalisation envisagé, lesdits moyens rotatifs d'étanchéité peuvent comporter un joint labyrinthe, une bague flottante en carbone ou un joint ferro-fluidique. Avantageusement, ledit palier de secours comporte au moins une bague rotorique séparée d'une paroi interne dudit rotor par un jeu et au 25 moins une bague statorique montée dans un support annulaire rattaché au dit support fixe de la machine tournante par une paroi de liaison. Ladite paroi de liaison peut comporter un passage pour permettre l'admission d'un gaz propre en vue de réaliser une purge. De préférence, ledit palier de secours est formé en acier inoxydable 30 de type Z1000D17 ou analogue et en ce qu'il comporte des éléments de roulements élaborés dans le même matériau ou en matériau céramique. Il est avantageusement lubrifié à sec par dépôt de PTFE, de DLC, de WS2 ou de MoS2, ou tout autre lubrifiant analogue. Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique partielle d'une machine tournante à paliers magnétiques actifs comportant un premier exemple io d'un agencement de palier de secours selon l'invention, - la figure 2 est une demi-vue schématique partielle d'une machine tournante à paliers magnétiques actifs comportant un deuxième exemple d'un agencement de palier de secours selon l'invention, et - la figure 3 une demi-vue schématique partielle d'une machine tournante is à paliers magnétiques actifs comportant un agencement de palier de secours selon l'art antérieur. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel La figure 1 montre une demi-vue partielle d'une machine tournante, 20 par exemple un compresseur, à paliers magnétiques actifs de l'art antérieur. Cette demi-vue montre un support vertical 10 sur lequel est monté un des paliers magnétiques actifs radiaux de cette machine disposés avantageusement de part et d'autre de la partie centrale du compresseur (non représenté). Ce palier 12 qui peut être chemisé ou non 25 sert à supporter sans contact un arbre central ou rotor 14 dont l'entraînement en rotation est assuré par le moteur électrique d'entraînement. Le maintien vertical du rotor est assuré classiquement par des paliers magnétiques axiaux qui ne sont pas non plus représentés sur la figure. Un détecteur 16 de la position radiale du rotor 14 par rapport au 30 support vertical 10 est associé comme il est connu au palier magnétique actif radial 12. De même, un détecteur axial (non représenté) est associé au palier magnétique axial. Enfin, classiquement un palier de secours radial 18 complète la suspension magnétique du rotor pour supporter ce dernier en cas de défaillance du palier magnétique actif radial 12. Ce palier de secours comporte par exemple une paire de roulements à contacts obliques ou un roulement rigide comprenant pour chaque roulement une bague statorique, une bague rotorique et des éléments de roulement (billes ou rouleaux) disposés entre les bagues statorique et rotorique. Il est représenté dans une position dans laquelle les paliers magnétiques radiaux de la machine tournante (dont un seul est représenté sur la figure) sont en service normal, c'est-à-dire que les io bagues rotoriques de l'organe de roulement sont séparées du rotor 14 par un jeu radial 20 dont la valeur est en général de l'ordre de la moitié de celle de l'entrefer des paliers magnétiques radiaux. Dans la plupart des applications, ce palier de secours fonctionne dans une ambiance d'air filtré ou de gaz propre et il n'est donc pas soumis 15 à la corrosion ou à une accumulation de particules comme le sont, au contraire, les paliers de secours des figures 2 et 3. En effet, sur ces figures, un gaz corrosif ou chargé de particules circule entre le support vertical 10 et le rotor 14 et notamment dans l'entrefer du palier magnétique actif 12. 20 Selon l'invention, il est proposé un nouvel agencement du palier de secours 18 de telle sorte que celui-ci n'est plus soumis à la corrosion ou à l'accumulation de particules provenant du gaz circulant entre le support vertical et le rotor. Dans le premier exemple de réalisation de la figure 2, pour protéger 25 le palier de secours des particules véhiculées par le gaz, celui-ci est disposé à l'intérieur d'une cavité 22 pratiquée dans le rotor 14 et il est isolé de ce gaz par des moyens rotatifs d'étanchéité disposés entre ce rotor et le support fixe 10, comme un joint à labyrinthe 24, de sorte qu'une accumulation de particules notamment par gravité n'est plus 30 possible au niveau de ce palier de secours. Plus précisément, les bagues rotoriques du palier 18 sont séparées d'une paroi interne 26 du rotor parallèle à son axe de rotation par le jeu radial 20 et les bagues statoriques sont montées dans un support annulaire 28 rattaché au support vertical 10 par une paroi de liaison perpendiculaire 30, le joint à labyrinthe 24 étant monté entre cette paroi perpendiculaire et un rebord circonférentiel de la paroi interne 26. Un passage 32 est avantageusement disposé en aval du joint 24 pour permettre l'admission d'un gaz propre en vue de réaliser une purge. Dans le second exemple de réalisation de la figure 3, le palier de secours est toujours disposé à l'intérieur de la cavité 22 pratiquée dans le rotor 14 mais il est maintenant isolé du gaz corrosif ou chargé de lo particules par des moyens rotatifs d'étanchéité du type ferro-fluidique disposés entre le rotor et le support vertical. Cette étanchéité ferro-fluidique est obtenue classiquement par un fluide magnétique 34 qui est maintenu en position autour du rotor sous l'action d'un champ magnétique créé par un aimant permanent 36 monté dans le support vertical. Le 15 circuit magnétique fermé formé de cet aimant, de deux pièces polaires 38A, 38B disposées de part et d'autre de cet aimant et du rotor dont au moins une partie est magnétiquement perméable concentre le flux magnétique de façon à former un joint liquide autour du rotor. Comme précédemment, les bagues rotoriques du palier 18 sont 20 séparées de la paroi interne 26 du rotor par le jeu radial 20 et les bagues statoriques sont montées dans le support annulaire 28 rattaché au support vertical 10 par la paroi de liaison perpendiculaire 30. Le choix du dispositif d'étanchéité dépend des conditions de fonctionnement de la machine tournante et notamment la vitesse de 25 rotation du rotor, les joints ferro-fluidiques ne supportant pas des vitesses de rotation élevées. On notera aussi l'utilisation possible comme dispositif d'étanchéité d'une bague flottante en carbone. De préférence, quel que soit l'exemple de réalisation envisagé, le palier de secours est fabriqué en acier inoxydable de type Z1000D17 ou 30 analogue avec des éléments de roulements élaborés dans le même matériau ou en matériau céramique. La lubrification est de type sec par dépôt de polytétrafluoroéthylène (PTFE), de Diamon Like Carbon (DLC), de bisulfure de tungstène (WS2) ou de bisulfure de molybdène (MoS2), ou tout autre lubrifiant analogue. REVENDICATIONS 1. Agencement de palier de secours pour un rotor (14) de machine tournante évoluant dans un environnement de gaz corrosifs ou chargés de particules et supporté sans contact par au moins un palier magnétique actif (12), un palier de secours (18) étant destiné à supporter le rotor en cas de défaillance du palier magnétique actif, caractérisé en ce que ledit palier de secours est monté dans une cavité interne (22) dudit rotor, des moyens rotatifs d'étanchéité (24 ; 34-38) étant en outre prévus entre ledit io rotor et un support fixe (10) de ladite machine tournante pour isoler ledit palier de secours desdits gaz corrosifs ou chargés de particules. 2. Agencement de palier de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens rotatifs d'étanchéité comportent un joint labyrinthe. 15 3. Agencement de palier de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens rotatifs d'étanchéité comportent un joint ferro-fluidique. 4. Agencement de palier de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens rotatifs d'étanchéité comportent une 20 bague flottante en carbone. 5. Agencement de palier de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit palier de secours comporte au moins une bague rotorique séparée d'une paroi interne (26) dudit rotor par un jeu (20) et au moins une bague statorique montée dans un support annulaire 25 (28) rattaché au dit support fixe de la machine tournante par une paroi de liaison (30). 6. Agencement de palier de secours selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite paroi de liaison comporte un passage (32) pour permettre l'admission d'un gaz propre en vue de réaliser une purge. 30 7. Agencement de palier de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit palier de secours est formé en acier inoxydablede type Z100OD17 ou analogue et en ce qu'il comporte des éléments de roulements élaborés dans le même matériau ou en matériau céramique. 8. Agencement de palier de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit palier de secours est lubrifié à sec par dépôt de 5 PTFE, DLC, WS2 ou MoS2, ou tout autre lubrifiant analogue.