Brevet FR2916499A1 — publié le 20081128

Coussinet à coquille mince refroidie. L'invention concerne un coussinet hydrodynamique, à lobes fixes ou cylindrique, susceptible d'être utilisé dans des applications à forte charge radiale et vitesses d'arbres élevées. Elle a plus particulièrement trait à un système de refroidissement de tels coussinets. Les conditions précitées se rencontrent notamment dans le cas des coussinets d'arbre pignon de réducteurs ou de multiplicateurs de vitesse à engrenages de forte puissance, par exemple sur des turbomachines. Dans ces applications, les coussinets sont munis de moyens de distribution d'huile froide sous pression, à des fins de lubrification et de refroidissement des composants en contact. Le dimensionnement des coussinets hydrodynamiques destinés à ces applications est par ailleurs réalisé pour qu'il ne soit pas possible de faire travailler la surface de glissement desdits coussinets au-delà d'une limite de pression imposée. Cette limitation est en particulier destinée à préserver un coefficient de sécurité dans la tenue mécanique en endurance du matériau antifriction constituant la surface de glissement du coussinet. Dans l'hypothèse d'efforts radiaux importants exercés par l'arbre rotatif, la condition de pression limite précitée oblige à choisir des diamètres de soie importants. Ceci peut conduire à faire fonctionner le coussinet à des vitesses de soie élevées. Dans ces conditions de fonctionnement, le laminage de l'huile injectée entre le coussinet et l'arbre qui résulte de cette vitesse élevée conduit à une création importante de calories dans la zone de gradient maximal de vitesse dans le film d'huile entre l'arbre et le matériau antifriction du coussinet. Une partie de ces calories est évacuée par convection par le débit d'huile traversant le coussinet. Une autre partie se transmet par conduction dans l'arbre et dans le corps du coussinet. L'observation de la distribution des températures dans le film d'huile d'un coussinet hydrodynamique de conception standard montre que les températures les plus élevées se situent dans une zone angulaire réduite allant de la position angulaire de la charge jusqu'à la sortie du lobe fixe. Les zones du coussinet hors de la zone de charge restent à des températures plus basses, c'est-à-dire plus proche de la température d'injection sous pression de l'huile "froide" dans le coussinet. Le flux de chaleur transmis par conduction du film d'huile vers le corps du coussinet est très élevé dans la zone angulaire de charge. La distribution des températures dans ledit film s'établit en fonction du flux local de chaleur évacuée, qui dépend notamment de la résistance thermique entre la zone de film minimal du coussinet et la température froide aux limites du support de palier. L'objectif principal de la présente invention est de contrôler et de réduire la température dans le film d'huile par réduction de la résistance thermique de conduction dans le corps du coussinet. A cet effet, le système de refroidissement de l'invention, s'appliquant à in coussinet hydrodynamique d'allure annulaire disposé dans un corps support, et muni de moyens de distribution d'huile froide sous pression vers un arbre tournant dans le coussinet, se caractérise à titre principal en ce qu'il est constitué d'une coquille annulaire mince dont la surface externe est montée ajustée dans l'alésage du corps support, des rainures étant pratiquées dans ledit alésage, lesdites rainures étant alimentées en huile froide prélevée en aval des moyens de distribution. Ce réseau de rainures permet de faire circuler de l'huile au dos de la coquille mince. Les rainures sont parcourues par de l'huile prélevée sur le système de distribution d'huile froide, à l'entrée du corps support du coussinet. Le débit dans le réseau des rainures permet d'évacuer une partie des calories produites par le laminage de l'huile dans la zone de film minimale du coussinet, calories transmises ensuite par conduction à travers la paroi mince de la coquille. La configuration du réseau de rainures, qui autorise un certain débit et contrôle la répartition de l'huile froide, joue bien entendu un rôle important pour obtenir le résultat recherché. Ainsi, selon une possibilité, les rainures sont pratiquées dans le corps support sous la forme d'un réseau de rainures axiales. Alternativement, le réseau peut se présenter sous la forme de rainures circonférentielles. Selon une autre configuration encore, le réseau peut être constitué par des rainures hélicoïdales. En général, ce débit d'huile circule dans le réseau, puis sort de chaque côté du corps dans lequel est placée la coquille et s'évacue enfin par gravité dans un 30 carter contenant ledit coussinet. Grâce à la convection thermique assurée par le débit d'huile, la température au dos de la coquille se réduit, ce qui entraîne une baisse globale des températures à l'intérieur de la coquille mince, et en particulier des températures les plus élevées situées dans la zone angulaire de film d'épaisseur minimale. 35 La réduction de température recherchée peut être d'importance variable, selon les applications et suivant le débit d'huile de refroidissement du corps. Pour une réduction moyenne de température, l'utilisation d'une coquille mince en acier comme matériau de base est suffisante. Dans une hypothèse de conditions de fonctionnement plus critique du coussinet en vitesse et en charge, il est possible d'utiliser une coquille en métal à forte conductibilité thermique, comme par exemple un alliage à base de cuivre. Grâce au mode d'assemblage ajusté de la coquille dans un corps massif en acier, les efforts radiaux importants exercés par les soies des arbres peuvent en effet être supportés par un coussinet en un tel alliage sans risque de matage des surfaces extérieures d'appui de la coquille. Dans une perspective d'évacuation de la chaleur autant que pour assurer une tenue mécanique correcte selon l'invention, le corps support du coussinet 10 mince peut être réalisé en acier. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence à un exemple illustré par les figures suivantes correspondant au cas des rainures axeiales : la figure 1 est une vue en perspective du coussinet selon l'invention ; 15 la figure 2 représente, toujours en vue perspective, le même coussinet suivant une autre orientation ; la figure 3 est une vue en section transversale d'un corps support dans lequel le coussinet montré aux figures précédentes est monté ajusté ; et - la figure 4 montre une section longitudinale du même corps support. 20 En référence aux figures 1 et 2, le coussinet est formé d'une coquille annulaire (1) mince présentant en l'occurrence quatre lobes dissymétriques, et doté d'orifices (2, 3, 4, 5) de passage d'huile lubrifiante vers l'arbre rotatif. L'invention s'applique cependant évidemment à d'autres types de coussinets, par exemple des coussinets cylindriques simples. 25 Selon l'invention, cette coquille mince (1) est formée de deux demies coquilles (6, 6') qui sont destinées à être ajustées dans un corps support (7) lui-même composé de deux parties hémicylindriques (8, 8') solidarisées par exemple par goupillage, et qui apparaît aux figures 3 et 4. L'huile destinée à refroidir la coquille et à lubrifier l'arbre en rotation arrive par 30 l'orifice (9) et est répartie via une gorge semi circonférentielle (10) vers un réseau de rainures axiales (11). Ce réseau de rainures (11) est pratiqué dans la partie (8) du corps support (7) qui correspond en pratique à la demie coquille (6) contenant le ou les lobes de charge, la plus critique en termes de refroidissement. La gorge (10) permet par ailleurs l'alimentation directe des 35 orifices (2 et 5) de la demie coquille (6). L'huile de lubrifiant est également distribuée, via des canaux axiaux (14, 15), aux orifices (3, 4). Ces canaux axiaux (14, 15) sont alimentés, en sortie des rainures (11), par des gorges périphériques (13, 13'). Des orifices latéraux (12, 12') permettent enfin l'évacuation de l'huile, par gravité, dans un carter (non représenté). Les moyens de distribution d'huile froide sous pression ne sont pas représentés, et alimentent le système via l'orifice (9). II apparaît par conséquent clairement que les rainures (11) sont effectivement disposées immédiatement en aval de ces moyens, c'est-à-dire avant d'avoir subi une élévation significative de température. Le réseau de rainure (11) permet bien de faire circuler l'huile au dos de la demie coquille (6), celle qui doit évacuer le flux de chaleur le plus élevé puisqu'elle comporte le lobe de charge. Le débit dans le réseau de rainure (11) permet d'évacuer ai moins une partie des calories qui sont produites par le laminage de l'huile dans la zone de charge. L'exemple ci-dessus n'est bien entendu pas limitatif de l'invention, qui englobe des variantes configurationnelles affectant par exemple le réseau de rainures, comme déjà mentionné : ces rainures peuvent être circonférentielles, hélicoïdales ou autres. Les matériaux choisis, pour peu qu'ils répondent à la fonction prévue, peuvent également différer des exemples ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Système de refroidissement pour coussinet hydrodynamique d'allure annulaire disposé dans un corps support (7), muni de moyens de distribution d'huile froide sous pression vers un arbre tournant dans le coussinet, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une coquille annulaire mince (1) dont la surface externe est montée ajustée dans l'alésage dudit corps support (7), des rainures (11) étant pratiquées dans ledit alésage, lesdites rainures (1'1) étant alimentées en huile froide prélevée en aval des moyens de distribution. 2. Système de refroidissement pour coussinet hydrodynamique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les rainures (11) sont pratiquées dans le corps support (7) sous la forme d'un réseau de rainures axiales. 3. Système de refroidissement pour coussinet hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (11) sont pratiquées dans le corps support (7) sous la forme d'un réseau de rainures circonférentielles. 4. Système de refroidissement pour coussinet hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (11) sont pratiquées dans le corps support (7) sous la forme d'un réseau de rainures hélicoïdales. 5. Système de refroidissement pour coussinet hydrodynamique selon l'une quelconque de revendications précédentes, caractérisé en ce que la coquille (1) est en acier. 6. Système de refroidissement pour coussinet hydrodynamique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la coquille (1) est en alliage à base de cuivre à forte conductibilité thermique. 7. Système de refroidissement pour coussinet hydrodynamique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le 30 corps support (7) est en acier.