Brevet FR2960928A1 — publié le 20111209

BUTEE A PATINS ET MACHINE TOURNANTE COMPRENANT UNE TELLE BUTEE L'invention concerne une butée à patins pour une machine tournante. Il est connu de FR-A-1 200 013 et FR-A-1 141 857 d'assurer la répartition de la charge appliquée sur des patins appartenant à un premier élément en liaison pivot avec un second élément, au moyen d'une butée à patins constituée de disques qui recouvrent de manière étanche des cavités reliées entre elles par des conduits et qui renferment un liquide sous pression, chaque patin venant en appui sur un disque. En fonctionnement, lorsqu'un défaut géométrique quelconque apparaît au niveau des éléments en liaison pivot, il est sensiblement instantanément annulé par une déformation des disques engendrée lors d'une phase transitoire, durant laquelle se produit un transfert de fluide entre les cavités, qui maintient la charge exercée par les patins aux disques à une valeur sensiblement constante. La procédure de remplissage d'un tel dispositif est complexe car le liquide doit occuper la totalité de l'espace des cavités et des conduits de liaison. De plus, ce dispositif présente des risques de fuite du liquide et d'intrusion d'air au niveau des surfaces de contact entre les éléments qui forment les cavités et les conduits. Enfin, les opérations de maintenance sont longues et nécessitent l'arrêt du dispositif afin de vider le liquide, démonter le système et le remplir à nouveau, ce qui est coûteux. Le but de l'invention est de simplifier l'installation et la maintenance d'une butée à patins et d'en améliorer la fiabilité. A cet effet, l'invention a pour objet une butée à patins dans laquelle chaque patin repose sur un volume de liquide enfermé dans une cavité reliée à des cavités voisines par des conduits. Une telle butée comprend plusieurs enveloppes convexes délimitant chacune à elle seule une cavité et reliées entre elles par des conduits. Les enveloppes convexes et les conduits forment ensemble un sous-ensemble fonctionnel creux qui délimite un volume fermé rempli par le liquide. Ainsi, le liquide est confiné dans un chapelet d'enveloppes qui forme le sous-ensemble fonctionnel et qui le dissocie des autres éléments constitutifs de la butée à patins. Un chapelet en un seul tenant simplifie la procédure de remplissage, limite les problèmes de fuites ainsi que les risques d'intrusion de bulles d'air et permet de réduire la durée et la complexité des opérations de maintenance. En effet, il peut être acheminé déjà rempli sur son site d'utilisation. Selon des aspects avantageux de l'invention, une telle butée à patins peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : 2 - Chaque enveloppe comprend deux demi-coques disposées de part et d'autre d'une vessie souple et chaque conduit comprend un tuyau souple inséré dans une gaine. Avantageusement, les demi-coques et les gaines sont en acier, et les vessies et les tuyaux souples sont en élastomère. - En alternative, chaque enveloppe est formée d'une pièce déformable en acier. Les deux extrémités du sous-ensemble fonctionnel ne sont pas raccordées entre elles. - La butée est munie d'un capteur qui mesure la pression du liquide dans le volume fermé. - Les enveloppes ont la géométrie d'un cylindre de faible épaisseur dont les faces supérieures et inférieures sont délimitées par deux disques horizontaux en situation installée et qui présente un bourrelet annulaire à sa périphérie. - Le sous-ensemble fonctionnel est globalement circulaire, centré sur un axe vertical en situation installée et situé dans un plan perpendiculaire à cet axe. L'invention concerne également une machine tournante comprenant une partie tournante solidaire en rotation avec un anneau reposant sur un film d'huile en contact avec des patins d'une butée telle que mentionnée ci-dessus, la butée étant en appui sur une partie fixe de la machine tournante. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celles-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'une butée à patins conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe partielle de principe d'une turbine hydraulique incorporant une butée à patins conforme à l'invention ; la figure 2 est une vue en perspective d'un chapelet d'enveloppes déformables appartenant à la butée représentée à la figure 1 ; la figure 3 est une vue éclatée en perspective du détail III à la figure 2 ; la figure 4 est une coupe à plus grand échelle selon la ligne IV-IV à la figure 2 ; la figure 5 est une vue éclatée en perspective pour un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et la figure 6 est une coupe analogue à la figure 4 pour une butée à patins conforme au deuxième mode de réalisation. Une turbine hydraulique T est partiellement représentée à la figure 1 et comprend un anneau 101 solidaire en rotation de la roue d'une turbine T qui n'est pas représentée et qui tourne autour d'un axe vertical Z, lorsque la turbine T fonctionne. L'anneau 101 est supporté par rapport à une structure fixe 102 au moyen d'un palier formé par un film d'huile 103 défini entre la surface inférieure 1012 de l'anneau 101 et les surfaces supérieures respectives 1042 de huit patins 104 régulièrement répartis autour de l'axe Z,. Les patins 104 appartiennent à une butée 1 à patins qui permet d'ajuster la hauteur des différentes surfaces 1042 par rapport à la structure 102, pour garantir la continuité du film d'huile 103. La butée 1 comprend, outre les patins 104, un bloc de transfert de charge 105 et une entretoise 106 disposés l'un en dessous de l'autre sous chaque patin 104. Entre chaque bloc de transfert de charge 105 et l'entretoise 106 disposée en dessous de lui, il est prévu une enveloppe déformable 4 dont le volume intérieur V4 forme une cavité. Ainsi, le nombre d'enveloppes 4 est égal au nombre de patins 104 de la turbine T. Un sous-ensemble fonctionnel 2, en forme de chapelet, est constitué par les huit enveloppes 4 et les sept conduits 6 qui les relient entre elles. Ce sous-ensemble peut être manipulé de façon unitaire, indépendamment des autres pièces constitutives de la butée 1. La butée 1 à patins a pour fonction d'assurer une répartition homogène d'une charge appliquée par la turbine T sur les patins 104. On note V6 le volume intérieur d'un conduit 6. Les volumes V4 et les volumes V6 constituent ensemble le volume intérieur fermé V2 du chapelet 2. Les enveloppes 4 sont convexes. Elles entourent chacune un volume V4 par le dessus, par le dessous et par les côtés, sauf au niveau de la jonction avec les conduits 6. Le volume V2 du chapelet 2 est entièrement rempli d'un liquide 10 pouvant, par exemple, être de l'huile, de l'eau additivée avec un anti-rouille ou du silicone liquide. Le chapelet 2 constitue donc un sous-ensemble de circulation du liquide 10. En d'autres termes, le liquide 10 peut circuler librement à l'intérieur du volume V2 et le chapelet 2 est dissociable des autres pièces mécaniques qui constituent la butée 1. En configuration installée, le chapelet 2 est fixe et encaisse, au niveau des enveloppes déformables 4 et par l'intermédiaire des patins 104, des blocs 105 et des entretoises 106, une charge provenant de l'anneau 101. Le chapelet 2 est globalement circulaire, centré sur l'axe Z, et situé dans un plan perpendiculaire à l'axe Z,. Les enveloppes sont en forme de cylindres d'axe A4 parallèle à l'axe Z, de faible épaisseur, la distance radiale entre les axes Z, et A4 étant égale au rayon du cercle décrit par le chapelet 2. La circonférence des enveloppes 4 est bordée d'un bourrelet torique ayant son axe de révolution confondu avec l'axe A4. Les conduits 6 sont des tubes de section ronde dont l'axe longitudinal présente un rayon de courbure égal au ou voisin du rayon du cercle décrit par le chapelet 2. En fonctionnement, les différences de charge appliquées par les éléments 104 à 106 sur les enveloppes 4 sont compensées par de faibles déplacements des enveloppes 4 provoqués par la pression du liquide 10 à l'intérieur du chapelet 2. De cette façon la charge appliquée aux enveloppes 4 est uniformément répartie sur chacune des enveloppes 4. Les enveloppes déformables 4 présentes à chaque extrémité 21 et 22 du chapelet 2 ne sont pas raccordées entre elles, ce qui permet de remplir facilement le chapelet 2 par une extrémité 21, la deuxième extrémité 22 étant bouchée. En variante, le chapelet 2 peut aussi former une boucle fermée, permettant lors des variations de la charge un déplacement plus rapide du liquide 10 et donc un rééquilibrage des charges plus rapide. Lors du remplissage du chapelet 2, le liquide 10 est à la pression atmosphérique. La pression interne du liquide 10 résulte de la mise en charge des enveloppes 4 lorsque le chapelet 2 est en configuration installée et supporte les charges appliquées par les patins 104. Un capteur 8 est intégré au chapelet 2 pour mesurer la pression du liquide 10 dans le volume V2. Le capteur est, en pratique, placé sur l'extrémité 21 du chapelet 2, l'autre extrémité 22 étant munie d'un dispositif non représenté de remplissage du chapelet 2, tel qu'un bouchon à vis ou une valve. Le capteur 8 émet, à destination d'une unité de commande non représentée, un signal représentatif de la pression du liquide 10. Ce signal permet de détecter une éventuelle fuite de liquide 10. Comme il ressort plus particulièrement des figures 3 et 4, chaque enveloppe 4 comprend une coque bipartite 42 qui comprend deux demi-coques rigides 422 et 424 entre lesquelles est disposée une vessie souple 44. Chaque conduit 6 comprend une gaine rigide 62 dans laquelle est inséré un tuyau souple 64. Les demi-coques rigides 422 et 424 comprennent chacune un disque 429, perpendiculaire à l'axe Z, en configuration installée, qui présente un bourrelet 428 de section semi-circulaire à sa périphérie. Les demi-coques 422 et 424 sont ainsi convexes. Une portion annulaire plane 430 prolonge le disque 429 à l'extérieur du bourrelet 428 pour permettre la mise en contact de chaque paire de demi-coques 422 et 424 lors de l'assemblage du chapelet 2. Des canaux de liaison 426 d'axe longitudinal radial et de section semi-circulaire, sont situés en deux points diamétralement opposés de la portion annulaire plane 430 et permettent de raccorder les demi-coques 422 et 424 aux gaines 62 en autorisant la circulation du liquide 10 entre les vessies souples 44 et les tuyaux 64. Chaque vessie 44 est pourvue d'une partie radiale externe 448 qui épouse la forme intérieure des bourrelets 428. Ainsi, chaque enveloppe 4 présente, à sa périphérie, un bourrelet annulaire 48 rempli de liquide 10 et à section circulaire. En pratique, les vessies 44 et les tuyaux 64 peuvent être en élastomère et les demi-coques rigides 422 et 424 et les gaines 62 en acier. Les vessies souples 44 ont une géométrie complémentaire de celle des surfaces en vis-à-vis des demi-coques 422 et 424, de manière à permettre leur encapsulage entre les demi-coques. Le sous-ensemble 2 peut être constitué par le raccordement des vessies 44 et des tuyaux 64 préalablement revêtus de leurs gaines 64, puis par la mise en place des demi-coques 422 et 424. Ce sous-ensemble ou chapelet 2 peut être rempli en liquide 10 sur son site de fabrication avant d'être expédié sur son site d'utilisation où il peut être manipulé comme un organe autonome et mis en place entre les éléments 105 et 106 de la butée 1, sans nécessiter de remplissage en liquide 10. Ceci est avantageux non seulement lors de la mise en place de la turbine T mais également lors d'une opération de maintenance au cours de laquelle le chapelet 2 peut faire l'objet d'un échange standard. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 5 et 6, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent les mêmes références. Ce sous-ensemble fonctionnel ou chapelet 2 est constitué d'enveloppes 4 formées de coques 46 en acier reliées entre elles par des gaines 62 en acier. Les coques 46 ont la même géométrie que les enveloppes 4 du premier mode de réalisation et sont élastiquement déformables sous l'effet de la pression extérieure exercée par les blocs de transfert de charge 105 et les entretoises 106 et de la pression intérieure exercée par le liquide 10. Des disques 429 sont assemblés avec des bourrelets 428 au niveau des jointures annulaire J, et J2 situées respectivement sur le dessus et le dessous des coques convexes ou creuses 46. Les bourrelets 428 sont assemblés avec les gaines 62 au niveau d'une jointure annulaire J3. Un bourrelet 48 rempli de liquide 10 est ainsi formé à la périphérie de l'enveloppe 4. En pratique, les différents éléments constitutifs du chapelet 2 peuvent être en acier et assemblées par soudage au niveau des points de soudure J,, J2 et J3. La figure 2 montre un chapelet 2 qui comporte huit enveloppes 4 et huit patins 104. En variante non représentée, la butée 1 peut comporter un nombre de patins 104 différent de huit et le chapelet 2 autant d'enveloppes 4 que le nombre de patins 104. Dans une variante non représentée de l'invention, l'axe longitudinal des conduits 6 peut avoir un rayon de courbure différent du rayon du cercle décrit par le chapelet 2, par exemple un rayon de courbure supérieur au rayon du cercle décrit par le chapelet 2. Par ailleurs, la section des conduits peut ne pas être circulaire. Dans tous les modes de réalisation, les enveloppes 4 définissent, de par leurs volumes intérieurs respectifs V4, un ensemble de cavités qui existent indépendamment des patins 104 et des entretoises 106. En d'autres termes, les enveloppes 4 délimitent le contour de ces cavités. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, les conduits 6 peuvent ne pas être en partie composés d'acier, mais par exemple entièrement en matériau thermoplastique. La butée 1 à patins décrite ci-dessus est représentée pour une turbine. Cependant, l'invention peut s'appliquer à toute machine hydraulique tournante, voire à une machine tournante autre que hydraulique, par exemple à un alternateur, à une machine outil ou à un télescope. REVENDICATIONS1.- Butée (1) à patins dans laquelle chaque patin (104) repose sur un volume de liquide (10) enfermé dans une cavité (V4) reliée à des cavités voisines par des conduits (6), caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs enveloppes convexes (4) délimitant chacune à elle seule une cavité (V4) et reliées entre elles par des conduits (6), et en ce que les enveloppes convexes et les conduits forment ensemble un sous-ensemble fonctionnel (2) creux qui délimite un volume fermé (V2) rempli par le liquide (10). 2.- Butée (1) à patins selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque enveloppe (4) comprend deux demi-coques (422, 424) disposées de part et d'autre d'une vessie souple (44) et en ce que chaque conduit (6) comprend un tuyau souple (64) inséré dans une gaine (62). 3.- Butée (1) à patins selon la revendication 2, caractérisée en ce que les demi- coques (422, 424) et les gaines (62) sont en acier. 4.- Butée (1) à patins selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les vessies (44) et les tuyaux souples (64) sont en élastomère. 5.- Butée (1) patins selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque enveloppe (4) est formée d'une pièce déformable en acier (46). 6.- Butée (1) à patins selon l'une des revendications précédentes, caractérisée 25 en ce que les deux extrémités (21, 22) du sous-ensemble fonctionnel (2) ne sont pas raccordées entre elles. 7.- Butée (1) à patins selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est munie d'un capteur (8) qui mesure la pression du liquide (10) dans le 30 volume fermé (V2). 8.- Butée (1) à patins selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les enveloppes (4) ont la géométrie d'un cylindre d'axe (A4) de faible épaisseur dont les faces supérieures et inférieures sont délimitées par deux disques (429) 35 horizontaux en situation installée et qui présente un bourrelet annulaire (48) à sa périphérie. 5 9.- Butée (1) à patins selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le sous-ensemble fonctionnel (2) est globalement circulaire, centré sur un axe (Z,) vertical en situation installée et situé dans un plan perpendiculaire à l'axe (Z,). 10.- Machine tournante (T) comprenant une partie tournante solidaire en rotation avec un anneau (101) reposant sur un film d'huile (103) en contact avec des patins (104) d'une butée (1) selon l'une des revendications précédentes, la butée (1) étant en appui sur une partie fixe (102) de la machine tournante (T).