Brevet FR2934339A1 — publié le 20100129

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un palier de secours insensible à la charge axiale pour une machine tournante à paliers magnétiques présentant un entrefer moyen par rapport à un rotor, le palier de secours comprenant au moins des premier et deuxième organes de roulement tels qu'un jeu radial dont la valeur Er/2 est de l'ordre de la moitié de l'entrefer radial moyen Er des paliers magnétiques est ménagé entre chacun des premier et deuxième organes de roulement et le rotor, et des jeux axiaux cu sont ménagés de part et d'autre de l'ensemble des premier et deuxième organes de roulement entre cet ensemble et des premier et deuxième éléments de butée axiale solidaires du rotor. Art antérieur On a déjà décrit, notamment dans les documents de brevet FR 2613791 et EP 1 395 758 B1, un dispositif de secours mécanique dénommé palier de secours, destiné à garantir la totale intégrité d'une machine tournante à paliers magnétiques actifs, en cas de surcharge des paliers magnétiques ou en cas de défaillance du dispositif de contrôle électrique ou électronique ou encore lors d'un arrêt de la suspension magnétique. Dans le document EP 1 395 758 B1, on a en particulier proposé un palier de secours comprenant comme illustré sur la figure 2, un double roulement comprenant pour chaque roulement une bague statorique 1, une bague rotorique 2 et des éléments de roulement 3 disposés entre les bagues statorique 1 et rotorique 2. Les bagues rotoriques 2 sont séparées du rotor 6 par un jeu radial 4 et sont également séparées des premier et deuxième éléments de butée axiale 7, 8 par des jeux axiaux 5. Un élément intermédiaire de support 9 est interposé entre les bagues statoriques 1 et un élément statorique 10, avec un jeu radial 11, 13 par rapport à l'élément statorique 10 qui est fixé au stator 15. Des ressorts 12 fixés des deux côtés extrêmes de l'élément intermédiaire de support 9 agissent axialement sur l'organe de roulement en exerçant une précharge bidirectionnelle. Un moyen d'amortissement dans le sens radial est interposé dans le jeu 13 et un moyen de contact à très faible frottement 14 est réalisé entre les faces opposées perpendiculairement à l'axe de rotation, des éléments intermédiaires 9 et statorique 10. Un tel dispositif de secours peut jouer son râle d'amortisseur quel que soit le sens de la charge axiale. Toutefois, un tel type de montage ne permet pas d'éviter les dilatations thermiques du roulement dans son logement, lesquelles dilatations thermiques sont susceptibles de contraindre fortement les billes et les bagues et d'entraîner une destruction du roulement. Pour remédier à cet inconvénient, une solution envisageable pourrait consister à interposer un second dispositif élastique 13' pouvant être analogue au moyen d'amortissement interposé dans le jeu 13, à l'interface entre les bagues extérieures 1 du roulement constituant les bagues statoriques et l'élément intermédiaire 9 servant de support à ces bagues statoriques, afin d'autoriser des dilatations sans contrainte du roulement. Bien qu'apportant une amélioration à l'art antérieur et permettant de résoudre le problème des dilatations thermiques, une telle solution présente cependant l'inconvénient d'augmenter la déflexion radiale du montage. Définition et objet de l'invention La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un palier de secours présentant une grande sécurité de 25 fonctionnement et une usure limitée, L'invention vise plus particulièrement à permettre à la fois de limiter l'élévation de température du roulement et les conséquences des dilatations thermiques du roulement et à limiter la déflexion radiale du montage. 30 Ces buts sont atteints grâce à un palier de secours insensible à la charge axiale pour une machine tournante à paliers magnétiques présentant un entrefer moyen par rapport à un rotor, le palier de secours comprenant au moins des premier et deuxième organes de roulement tels qu'un jeu radial dont la valeur Er/2 est de l'ordre de la moitié de l'entrefer 35 radial moyen Er des paliers magnétiques est ménagé entre chacun des premier et deuxième organes de roulement et le rotor, et des jeux axiaux Ef, sont ménagés de part et d'autre de l'ensemble des premier et deuxième organes de roulement entre cet ensemble et des premier et deuxième éléments de butée axiale solidaires du rotor, caractérisé en ce que le premier organe de roulement est monté directement dans un premier élément intermédiaire de support coaxial à un élément statorique, en ce que le deuxième organe de roulement est monté dans un deuxième élément intermédiaire de support également coaxial audit élément statorique, en ce que les premier et deuxième éléments intermédiaires de support présentent un plan de contact selon un plan radial perpendiculaire à l'axe du palier et sont réunis par un élément de précontrainte élastique agissant dans le sens axial en autorisant une dilatation ou un écartement des premier et deuxième éléments intermédiaires de support et des premier et deuxième organes de roulement dans le sens axial, et en ce qu'un moyen d'amortissement dans le sens radial est interposé entre d'une part les premier et deuxième éléments intermédiaires de support et d'autre part l'élément statorique. De façon plus particulière, le palier de secours comprend deux plaques annulaires d'extrémité présentant un très faible coefficient de frottement qui sont fixées sur l'élément statorique et entre lesquelles les éléments intermédiaires de support sont insérés avec jeu. L'élément de précontrainte élastique peut comprendre un ressort hélicoïdal. Selon un premier mode de réalisation possible, le moyen d'amortissement comprend un ruban métallique ondulé intercalé entre les faces cylindriques opposées des éléments intermédiaires de support et de l'élément statorique centrées sur l'axe du palier. Selon un autre mode de réalisation possible, le moyen d'amortissement comprend un anneau visco-élastique intercalé entre les faces cylindriques opposées des éléments intermédiaires de support et de l'élément statorique centrées sur l'axe du palier. Selon une première application de l'invention, le palier de secours comprend un rotor central et des premier et deuxième organes de roulement disposés à l'extérieur autour de ce rotor central, Selon une autre application de l'invention, le palier de secours 35 comprend un rotor périphérique en forme de tube et des premier et deuxième organes de roulement disposés à l'intérieur face au rotor périphérique. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples, en références aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en demi-coupe axiale d'un palier de secours selon l'invention, adapté pour limiter à la fois l'élévation de température du roulement et la déflexion radiale, et - la figure 2 est une vue en demi-coupe axiale d'un palier de secours de l'art antérieur modifié pour réduire les effets d'une élévation de température du roulement. Description détaillée de modes de réalisation préférentiels On a représenté sur la figure 1 un mode de réalisation préférentiel d'un palier de secours conforme à l'invention. Le palier de secours illustré sur la figure 1 est destiné à être utilisé en combinaison avec un palier magnétique actif non représenté sur le dessin. On voit sur la figure 1 un rotor 106 et un stator 115 qui peuvent présenter différentes configurations, c'est-à-dire qu'en particulier le rotor 106 peut être soit à l'intérieur, soit à l'extérieur du stator 115. Le palier de secours comprend essentiellement un double roulement 100A, 100B. Chaque roulement 100A, 100E comprend une bague statorique 101A, respectivement 1018, une bague rotorique 102A respectivement 102B et des éléments de roulement 103A respectivement 103E disposés entre les bagues statorique et rotorique 101A, 102A, respectivement 101B, 102B. En service normal des paliers magnétiques radiaux auxquels est associé le palier de secours, les bagues rotoriques 102A, 102B, des roulements sont séparées du rotor 106 par un jeu radial 104 dont la valeur Er/2 est de l'ordre de la moitié de celle de l'entrefer Er des paliers magnétiques. La valeur du jeu radial Er/2 peut être avantageusement comprise 35 entre 0,15 mm et 0,3 mm mais peut aussi se situer en dehors de ces valeurs suivant l'application. Les bagues rotoriques 102A respectivement 102E sont séparées respectivement d'un premier élément de butée axiale 107 et d'un deuxième élément de butée axiale 108 par des jeux axiaux 105 dont la valeur ea est avantageusement comprise entre environ 0,2 mm et 0,5 mm mais peut aussi se situer en dehors de ces valeurs suivant l'application. Ces jeux axiaux permettent au roulement de présenter un mouvement axial dans les deux sens lors d'une charge axiale. Conformément à l'invention, le premier roulement 100A est monté dans un premier élément de support intermédiaire 109A. Un moyen amortisseur 113 est interposé entre ce premier élément de support intermédiaire 109A et un élément de support 110 qui est fixé au stator 115 à l'aide d'éléments de liaison 119 tels que des vis. Le deuxième roulement 100B est également monté dans un deuxième élément de support intermédiaire 109B. Le moyen amortisseur 113 est également interposé entre ce deuxième élément de support intermédiaire 109B et l'élément de support statorique 110. Les premier et deuxième éléments intermédiaires de support 109A, 109B présentent un plan de contact selon un plan radial perpendiculaire à l'axe du palier et du rotor 106. Les deux éléments intermédiaires de support 109A, 109B sont réunis par un élément de précontrainte élastique 112, par exemple sous la forme d'un ressort hélicoïdal qui agit dans le sens axial en autorisant une dilatation des premier et deuxième roulements grâce à l'écartement des éléments intermédiaires 109A, 109B et des premier et deuxième roulements dans le sens axial. Les éléments intermédiaires de support 109A, 109E sont insérés avec jeu entre deux plaques annulaires d'extrémité 116, 117 qui sont fixées sur l'élément statorique 110 à l'aide de moyens de liaison 118 tels que des boulons. Ces plaques sont choisies pour avoir un très faible coefficient de frottement et une surface maximale. Le moyen d'amortissement 113, intercalé entre des faces cylindriques des éléments de support intermédiaires 109A, 109B situées du côté du stator et une face cylindrique de l'élément statorique 110 située en regard des éléments de support intermédiaires 109A, 109B peut être constitué par un ruban métallique ondulé ou par un anneau viscoélastique. Les roulements 100A et 100B sont encastrés respectivement dans les premier et deuxième éléments intermédiaires de support 109A, 109B du côté opposé au plan de contact des éléments intermédiaires 109A, 109B. Quelle que soit la charge axiale appliquée au système de palier de secours, le frottement radial venant de cette charge axiale ne peut s'opposer au libre mouvement radial du système grâce au faible coefficient de frottement des plaques 116 et 117. Les roulements 100A et 100B sont montés directement dans les éléments intermédiaires de support 109A, 109B qui constituent deux éléments de support mis en précharge élastique par le ressort 112. Compte tenu des excellents contacts thermiques entre les bagues statoriques 101A, 101E et les éléments intermédiaires de support 109A, 109B, les dilatations thermiques de ces bagues statoriques 101A, 101B sont fortement limitées. Par ailleurs, sous l'effet de la dilatation thermique des bagues rotoriques 102A, 102E et des billes 103A, 103B, ces dernières exercent une pression sur les bagues statoriques 101A, 101E suivant l'angle de contact des roulements. Sous cet effort, les deux éléments intermédiaires de support 109A, 109B peuvent s'écarter sans contrainte excessive d'une pièce quelconque de l'ensemble. Le montage qui vient d'être décrit présente ainsi le double avantage de limiter la déflexion radiale, grâce à l'absence d'interposition d'un quelconque moyen d'amortissement entre les bagues statoriques 101A, 101B et les éléments intermédiaires de support 109A, 109B, et de limiter l'élévation de température des roulements ainsi que les risques de destruction liés aux dilatations dès lors que les éléments intermédiaires de support 109A, 109E en au moins deux parties peuvent se dilater ou s'écarter sans contrainte et autorisent l'écartement des bagues statoriques 101A, 101B des roulements ainsi que des dilatations sans contrainte des roulements. REVENDICATIONS1. Palier de secours insensible à la charge axiale pour une machine tournante à paliers magnétiques présentant un entrefer moyen par rapport à un rotor (106), le palier de secours comprenant au moins des premier et deuxième organes de roulement (100A, 100B) tels qu'un jeu radial (104) dont la valeur Er/2 est de l'ordre de la moitié de l'entrefer radial moyen er des paliers magnétiques est ménagé entre chacun des premier et deuxième organes de roulement (100A, 100B) et le rotor (106), et des jeux axiaux �a (105) sont ménagés de part et d'autre de l'ensemble des premier et deuxième organes de roulement (100A, 100B) entre cet ensemble et des premier et deuxième éléments de butée axiale (107, 108) solidaires du rotor (106), caractérisé en ce que le premier organe de roulement (100A) est monté directement dans un premier élément intermédiaire de support (109A) coaxial à un élément statorique (110), en ce que le deuxième organe de roulement (100B) est monté dans un deuxième élément intermédiaire de support (109B) également coaxial audit élément statorique (110), en ce que les premier et deuxième éléments intermédiaires de support (109A, 109B) présentent un plan de contact selon un plan radial perpendiculaire à l'axe du palier et sont réunis par un élément de précontrainte élastique (112) agissant dans le sens axial en autorisant une dilatation ou un écartement des premier et deuxième éléments intermédiaires de support (109A, 109B) et des premier et deuxième organes de roulement (100A, 100B) dans le sens axial, et en ce qu'un moyen d'amortissement (113) dans le sens radial est interposé entre d'une part les premier et deuxième éléments intermédiaires de support (109A, 109B) et d'autre part l'élément statorique (110). 2. Palier de secours selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux plaques annulaires d'extrémité (116, 117) présentant un très faible coefficient de frottement qui sont fixées sur l'élément statorique (110) et entre lesquelles les éléments intermédiaires de support (109A, 109B) sont insérés avec jeu. 3. Palier de secours selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de précontrainte élastique (112) comprend un ressort hélicoïdal. 4. Palier de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen d'amortissement (113) comprend un ruban métallique ondulé intercalé entre les faces cylindriques opposées des éléments intermédiaires de support (109A, 109B) et de l'élément statorique (110) centrées sur l'axe du palier. 5. Palier de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen d'amortissement (113) comprend un anneau visco-élastique intercalé entre les faces cylindriques opposées des éléments intermédiaires de support (109A, 109B) et de l'élément statorique (110) centrées sur l'axe du palier. 6. Palier de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor central (106) et des premier et deuxième organes de roulement (100A, 100B) disposés à l'extérieur autour de ce rotor central (106). 7. Palier de secours selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor périphérique en forme de tube et des premier et deuxième organes de roulement disposés à l'intérieur face au rotor périphérique.