Brevet FR3011895A1 — publié le 20150417

PSL 1 ENSEMBLE COUSSINET, SUPPORT DE COUSSINET POUR UNE POMPE DE CIRCULATION La présente invention concerne un ensemble coussinet, support de coussinet, un procédé de fabrication d'un tel ensemble, un ensemble rotorique pour une pompe de circulation à moteur à rotor noyé et une pompe de circulation à moteur à rotor noyé. Les pompes de circulation de fluide à rotor noyé sont utilisées en génie climatique, notamment dans les installations de chauffage à eau chaude, dans le bouclage des circuits de distribution d'eau chaude sanitaire, ainsi que dans les installations à énergie renouvelable (solaire, pompes à chaleur, air conditionné, ... ). Dans la technologie des moteurs à rotor noyé, utilisée pour les pompes de circulation, le rotor du moteur se trouve dans une cavité dite rotorique, remplie du fluide véhiculé par la pompe. La cavité rotorique est remplie du fluide pour des raisons de lubrification des paliers (ou coussinets) supportant l'arbre du rotor, de refroidissement du moteur, et de silence de fonctionnement, tout en évitant la présence d'air dans le fluide, ce qui provoquerait une augmentation du bruit de fonctionnement. Cependant, du fait de leur utilisation dans une installation de chauffage, les pompes de circulation sont soumises à des contraintes thermiques importantes. Par suite, les composants de ces pompes peuvent se dilater et subir des déformations de type fluage. Il en résulte que la fixation des composants de ces pompes de circulations, classiquement réalisée par frettage, ne permet d'assurer le maintien en place de ces composants et, par conséquent, l'intégrité de ces pompes de circulation. Ce problème est particulièrement sensible pour la fixation des coussinets sur les supports de coussinet. Les coussinets reçoivent l'arbre qui permet d' entrainer en rotation la turbine grâce au moteur alors que les supports de coussinet sont destinés à assurer le maintien en position desdits coussinets. Par suite, lorsque la fixation du coussinet par rapport au support de coussinet ne permet plus d'assurer le maintien en position de ces éléments, le support de coussinet est inopérant et la position du coussinet est susceptible d'être modifiée. Le coussinet n'assure plus sa fonction et il y a un risque d'endommagement prématuré de la pompe de circulation. Il existe donc un besoin pour un moyen d'assurer le positionnement des coussinets par rapport aux supports de coussinet, qui soit moins sensible aux contraintes thermiques que le frettage. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un ensemble coussinet, support de coussinet, présentant une résistance aux contraintes thermiques accrue. R:\34500 \34519 PSL\34519--131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 1/12 519 PSL 2 Pour se faire, l'invention propose un procédé de fabrication d'un ensemble coussinet, support de coussinet pour un arbre d'un moteur d'une pompe de circulation d'un fluide à rotor noyé comprenant les étapes consistant à : - fournir l'un parmi un coussinet et un support de coussinet, et - réaliser l'autre parmi un support de coussinet et un coussinet par surmoulage dudit un parmi le coussinet et le support de coussinet. Selon des modes de réalisation préférés, le procédé selon l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le procédé comprend les étapes consistant à : - fournir un support de coussinet, et - réaliser le coussinet par surmoulage du support de coussinet ; - le procédé comprend les étapes consistant à : - fournir un coussinet, et - réaliser le support de coussinet par surmoulage du coussinet ; - ledit un parmi le coussinet et le support de coussinet qui est surmoulé pour réaliser l'autre parmi le support de coussinet et le coussinet, comporte un relief, de préférence des cannelures axiales, pour empêcher la rotation dudit l'autre parmi le support de coussinet et le coussinet, par rapport audit un parmi le coussinet et le support de coussinet ; - le surmoulage est réalisé de manière à laisser des ouvertures axiales dans le support de coussinet ; - le support de coussinet comporte au moins une projection radiale, réalisée lors du surmoulage le cas échéant ; - le support de coussinet présente au moins un renfoncement sur sa surface radialement externe ; - la au moins une projection radiale s'étend dans ledit au moins un renfoncement ; - ledit support de coussinet comporte un logement, réalisé lors du surmoulage le cas échéant, adapté à coopérer avec un ergot d'un élément filtrant pour fixer l'élément filtrant par rapport audit support de coussinet ; et - le support de coussinet comporte, sur une face radialement externe, une section de passage de fluide, réalisée lors du surmoulage le cas échéant. L'invention se rapporte également à un ensemble coussinet, support de coussinet obtenu par un procédé tel que décrit ci-avant, dans toutes ses combinaisons. L'invention se rapporte également à un ensemble rotorique pour une pompe de circulation à moteur à rotor noyé comprenant : - une cartouche formant une cavité, R:\34500 \34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 2/12 519 PSL 3 - deux ensembles coussinet, support de coussinet tel que décrit ci-avant, reçus dans la cavité dans la cartouche, et - un arbre associé à un rotor dans la cavité dans la cartouche, l'arbre étant reçu dans les coussinets des ensembles coussinet, support de coussinet et s'étendant en partie en dehors de la cavité dans la cartouche. L'ensemble rotorique peut comprendre en outre un élément de filtration fermant la cavité dans la cartouche. L'élément de filtration peut être fixé sur un support de coussinet d'un ensemble coussinet, support de coussinet. L'invention se rapporte enfin à une pompe de circulation à moteur à rotor noyé, comprenant : - un corps de pompe comprenant un stator, - un ensemble rotorique tel que décrit ci-avant, dans toutes ses combinaisons, fixé dans le corps de pompe de telle sorte que le rotor associé à l'arbre est sensiblement disposé au milieu du stator, et - une turbine sur la portion de l'arbre s'étendant en dehors de la cavité de la cartouche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés de l'invention, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, qui montrent : - la figure 1, une représentation partielle en coupe axiale d'un exemple ensemble rotorique pour une pompe de circulation à moteur à rotor noyé ; - la figure 2, une représentation en perspective d'une vue arrachée de l'ensemble rotorique de la figure 1, dépourvu de son rotor ; - la figure 3, un premier ensemble coussinet, support de coussinet mis en oeuvre dans l'ensemble rotorique des figures 1 et 2, - la figure 4, un deuxième ensemble coussinet, support de coussinet mis en oeuvre dans l'ensemble rotorique des figures 1 et 2, - la figure 5, les étapes de fixation d'une bague flottante sur l'ensemble coussinet, support de coussinet de la figure 4, - la figure 6, une représentation partielle en coupe axiale d'un deuxième exemple d'ensemble rotorique, et - la figure 7, une représentation en coupe axial d'un troisième exemple d'ensemble rotorique. Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la présente description les éléments identiques aux différents exemples ne sont pas décrits en regard de chacun R:\34500 \34519 PSL\34519--131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 3/12 519 PSL 4 de ces exemples. En d'autres termes, seules les différences entre les différents exemples sont décrites de manière détaillées, les éléments communs étant décrit en regard d'un seul exemple. La figure 1 représente un ensemble rotorique 10 pour une pompe de circulation à moteur à rotor noyé. Cet ensemble rotorique 10 comprend essentiellement : - une cartouche 12, par exemple en matériau composite (comme du PES - pour Polyethersulfone - ou du PPS - pour Polysulfure de phénylène), en acier inoxydable ou en PES chargé de fibre de carbone, présentant une face avant 14 sensiblement plane, la cartouche délimitant une cavité cylindrique 16 débouchant au niveau de la face avant 14 de la cartouche 12, la cavité étant fermée à son extrémité arrière, opposée à son débouché dans la face avant 14 de la cartouche 12, - un arbre 18 reçu dans la cavité 16 de manière qu'une extrémité 20 de l'arbre 18 s'étende en dehors de la cavité 16, l'arbre 18 étant creux pour permettre la circulation de fluide depuis le fond de la cavité 16 vers l'extrémité 20 de l'arbre 18 qui s'étend en dehors de la cavité 16, - un ensemble arrière 22 et un ensemble avant 24 coussinet, support de coussinet qui sont destinés à guider en rotation l'arbre 18 et à le maintenir en position dans la cavité 16, - un rotor 26, réalisé par un bobinage ou un aimant permanent, cylindrique, solidaire en rotation de l'arbre 18, et - un élément de filtration 28 fermant la cavité. Ici, l'élément de filtration 28 est une bague flottante. En variante, l'élément de filtration 28 peut être un obturateur, un joint à lèvre ou un filtre fermant la cavité 16. L'ensemble rotorique 10 peut notamment être fabriqué comme cela va être expliqué ci-après. On commence par réaliser les deux ensembles 22, 24 coussinet, support de coussinet tels qu'illustrés aux figures 3 et 4. Pour ce faire, on fournit un coussinet 30 et on moule, sur le coussinet 30, le support de coussinet 32. En d'autres termes, le coussinet est surmoulé pour former le support de coussinet 32. Cette façon de procéder est particulièrement avantageuse. En effet, la réalisation du support de coussinet 32 par surmoulage du coussinet 30 permet d'obtenir une fixation fiable et homogène de ces deux pièces, même en cas de contraintes thermiques élevées. Le support de coussinet 32 peut par exemple être réalisé en graphite ou en céramique. R:\34500 \34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 4/12 519 PSL Pour empêcher la rotation du support de coussinet 32 par rapport au coussinet 30, ce dernier peut être muni de cannelures 34, notamment de cannelures axiales, visibles sur la coupe partielle représentée sur la figure 1. Bien entendu d'autres reliefs peuvent être imaginés qui permettent également d'empêcher la rotation du support de 5 coussinet 32 par rapport au coussinet 30 et qui peuvent être surmoulés. En outre, la réalisation du support de coussinet 32 par surmoulage du coussinet 30 permet de réaliser un ensemble 22, 24 coussinet, support de coussinet présentant de nombreuses caractéristiques et fonctions avantageuses pour un tel ensemble. Ainsi, par exemple, le surmoulage du coussinet 30 pour former le support de coussinet 32 peut être réalisé de manière que ce dernier présente des renfoncements 36 sur sa surface radialement externe 37. En l'espèce, le support de coussinet 32 de l'ensemble arrière 22 comporte quatre tels renfoncements 36, alors que le support de coussinet 32 de l'ensemble avant 24 n'en comporte que deux. Les renfoncements 36 sont destinés à recevoir des bossages 38 (voir figure 2) formés sur la paroi intérieure de la cavité 16 dans la cartouche 12, pour empêcher ou tout du moins limiter la rotation de l'ensemble coussinet, support de coussinet par rapport à la cartouche 12. La position angulaire des ensembles 22, 24 dans la cavité 16 de la cartouche 12 est ainsi assurée. Il est à noter qu'il est possible de laisser un jeu entre les bossages de la paroi interne de la cavité de la cartouche et les renfoncements de la surface externe du support de coussinet, ceci afin de permettre la circulation de fluide dans la cavité. Le surmoulage du coussinet 30 peut également être réalisé de manière que le support de coussinet 32 présente des orifices 39 destinés à permettre la circulation de fluide dans la cavité 16 de la cartouche 12. Le surmoulage du coussinet 30 peut être réalisé de manière que le support de coussinet 32 soit adapté à recevoir des déflecteurs permettant de guider la circulation de fluide dans la cavité 16 de la cartouche 12 et/ou des éléments filtrant pour filtrer le fluide circulant dans la cavité 16. En outre, le surmoulage du coussinet 30 peut être réalisé de manière que le support de coussinet 32 présente une forme complexe, par exemple à deux couronnes - au moins partielles - reliées par une âme, ceci afin que l'ensemble coussinet, support de coussinet puisse absorber des contraintes de serrage axiales et radiales élevées. On a ainsi, généralement une première couronne radialement interne délimitant le logement de réception du coussinet et une deuxième couronne radialement externe présentant les éléments nécessaires à la fixation de l'ensemble coussinet, support de coussinet dans la cavité dans la cartouche. Ainsi, le surmoulage du coussinet 30 peut être réalisé pour former un ou plusieurs ergots radiaux 40. Ces ergots radiaux 40 s'étendent de préférence dans l'un R:\34500 \34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 5/12 519 PSL 6 des renfoncements 36 formés dans la surface radialement externe du support de coussinet 32. Les ergots radiaux 40 sont destinés à pénétrer dans un logement 42 correspondant formé dans la paroi de la cavité 16 de la cartouche 12, pour clipper l'ensemble coussinet, support de coussinet dans la cavité 16. Ainsi, la position axiale de l'ensemble coussinet, support de coussinet est assurée. Dans le cas où les ergots radiaux 40 s'étendent dans les renfoncements 36 formés dans la surface radialement externe du support de coussinet, alors les logements 42 sont formés dans les bossages 38 formés sur la paroi intérieure de la cavité 16 dans la cartouche 12. L'ensemble avant 24 coussinet, support de coussinet est en outre réalisé de manière à former un moyen de fixation de l'élément de filtration 28. Pour ce faire, on réalise le support de coussinet 32 en surmoulant le coussinet 30 de manière à former deux logements opposés 44 formés dans des surfaces en projection radialement vers l'intérieur. L'élément de filtration 28 présente des appendices 46 de forme correspondante. On fixe ainsi l'élément de filtration 28 sur le support de coussinet 32 en mettant en oeuvre un système de fixation du type à baïonnette : on passe les appendices 46 dans la surface vide en forme de couronne dans laquelle les deux surfaces en projection s'étendent radialement vers l'intérieur. Puis on tourne la bague flottante 28 par rapport au support de coussinet, jusqu'à clipper les appendices 46 dans les logements 44. Pour faciliter le clippage des appendices 46 dans les logements 44, la surface voisine de ces logements peut être biseautée pour favoriser l'introduction des appendices 46 dans les logements 44. Une autre différence de l'ensemble avant 24 réside dans le fait qu'une section de passage 48 peut être formée sur la surface radialement externe 38 du support de coussinet pour permettre la circulation de fluide non filtrée par l'élément filtrant 28 dans la cavité. La section transversale de la section de passage est inférieure à 1 mm2. En outre, la section de passage est ici réalisée sous la forme d'une rainure longitudinale sur la surface radialement externe du support de coussinet. Cependant, cette section de passage peut prendre d'autres formes, comme par exemple une rainure circonférentielle, sur la surface radialement externe du support de coussinet. La figure 6 illustre un deuxième exemple 100 d'ensemble rotorique. L'ensemble rotorique 100 selon ce deuxième mode de réalisation se différencie du premier par la façon de procéder pour fabriquer les ensembles avant 22 et arrière 24 coussinet, support de coussinet. Ici, en effet, pour réaliser ces ensembles, on fournit un support de coussinet 32 (présentant toutes les caractéristiques décrites ci-avant en regard du premier exemple) et on réalise le coussinet 30 en surmoulant le support de coussinet 32. Le support de coussinet peut notamment être réalisé par moulage, notamment s'il est matériau R:\34500 \34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 6/12 519 PSL 7 composite. Le coussinet, lui, est réalisé par surmoulage du support de coussinet, en utilisant de préférence un matériau présentant de bonnes caractéristiques tribologiques comme par exemple du PEEK - pour Polyétheréthercétone - ou du POM - pour Polyoxyméthylène. Là encore, en procédant de la sorte, on assure une fixation fiable et pérenne du coussinet par rapport au support de coussinet. En outre, cette solution permet de réduire la quantité de matière ayant de bonnes caractéristiques tribologiques nécessaire pour former l'ensemble puisqu'on ne fait que recouvrir le support de coussinet. La figure 7 illustre enfin un troisième exemple 200 d'ensemble rotorique, mis en place dans une pompe de circulation. Dans ce troisième exemple 200, les supports de coussinet 32 sont dans un matériau résistant à la compression, peu sensible au fluage et acceptant le surmoulage, comme, à titre d'exemple, en métal - typiquement en laiton - en matériau fritté ou encore en céramique. Les supports de coussinet 32 peuvent alors être réalisés par usinage, frettage, matriçage ou moulage, notamment, en fonction des cas. Comme pour le deuxième exemple, les supports de coussinets 32 présentent ici une section en T, la barre horizontale du T étant entièrement reçue dans une gorge de section complémentaire formée par le coussinet 30. Cela peut être réalisé facilement lorsque le coussinet 30 est réalisé en surmoulant le support de coussinet 32. Cette coopération de forme du coussinet et du support de coussinet assure le maintien en position relative de ces pièces. Par ailleurs, selon le troisième exemple représenté, le coussinet 30 arrière ne présente pas d'ergot 40 adapté à coopérer avec un logement formé dans la cartouche 12. Bien entendu, en variante, le coussinet 30 avant ou arrière peut présenter un tel ergot, la cartouche présentant alors un logement complémentaire. Enfin, la cartouche 12 est, selon le troisième exemple, réalisée sous la forme d'un bouchon 202 (ou flasque) qui bouche une extrémité arrière d'une chemise 204, une pièce 206 formant la face avant 14 de la cartouche 12 étant soudée à la chemise, au niveau de son extrémité opposée au bouchon 202. Le bouchon 202 est soudé sur la chemise 204. Les soudures sont réalisées de manière à rendre la cartouche 12 étanche. Il est à noter que la cartouche pourrait également être réalisée en une seule pièce dans ce troisième exemple, comme dans les premier et deuxième exemples présentés. De même, la cartouche selon les premier et deuxième exemple présentés pourrait également être formée comme indiqué ci-dessus par trois pièces soudées deux par deux, comme cela est représenté sur la figure 7. Les ensembles rotoriques 10, 100, 200 peuvent notamment être mis en oeuvre dans une pompe de circulation à moteur à rotor noyé. Pour fabriquer une telle pompe R:\34500 \34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 7/12 519 PSL 8 de circulation à partir de cet ensemble rotorique, il suffit de fixer l'ensemble rotorique dans un corps de pompe comprenant un stator de telle manière que le rotor associé à l'arbre est sensiblement disposé au milieu du stator, et de fixer une turbine sur la portion de l'arbre qui s'étend hors de la cavité de la cartouche. L'ensemble rotorique peut notamment être monté dans un tube d'entrefer étanche, lui-même monté de manière ajusté radialement à l'intérieur du stator. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux seuls exemples décrits ci-avant mais est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Ainsi, l'arbre 18 n'est pas forcément creux mais peut, au contraire, être plein. R:\34500 \34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 8/12 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un ensemble (22 ; 24) coussinet, support de coussinet pour un arbre (18) d'un moteur d'une pompe de circulation d'un fluide à rotor noyé comprenant les étapes consistant à : - fournir l'un parmi un coussinet (30) et un support de coussinet (32), et - réaliser l'autre parmi un support de coussinet (32) et un coussinet (30) par surmoulage dudit un parmi le coussinet (30) et le support de coussinet (32). 10 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes consistant à : - fournir un support de coussinet (32), et - réaliser le coussinet (30) par surmoulage du support de coussinet (32). 15 3. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes consistant à : - fournir un coussinet (30), et - réaliser le support de coussinet (32) par surmoulage du coussinet (30). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit un parmi le 20 coussinet (30) et le support de coussinet (32) qui est surmoulé pour réaliser l'autre parmi le support de coussinet (32) et le coussinet (30), comporte un relief (34), de préférence des cannelures axiales, pour empêcher la rotation dudit l'autre parmi le support de coussinet (32) et le coussinet (30), par rapport audit un parmi le coussinet (30) et le support de coussinet (32). 25 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le surmoulage est réalisé de manière à laisser des ouvertures axiales (39) dans le support de coussinet (32). 30 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le support de coussinet (32) comporte au moins une projection radiale (40), réalisée lors du surmoulage le cas échéant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le support de 35 coussinet (32) présente au moins un renfoncement (36) sur sa surface radialement externe (37). R:\34500 \34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 9/12519 PSL 10 8. Procédé selon les revendications 6 et 7, dans lequel la au moins une projection radiale (40) s'étend dans ledit au moins un renfoncement (36). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit support de coussinet (32) comporte un logement (44), réalisé lors du surmoulage le cas échéant, adapté à coopérer avec un ergot (46) d'un élément filtrant (28) pour fixer l'élément filtrant (28) par rapport audit support de coussinet (32). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support de coussinet (32) comporte, sur une face radialement externe (37), une section de passage de fluide (48), réalisée lors du surmoulage le cas échéant. 11. Ensemble (22 ; 24) coussinet, support de coussinet obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 15 12. Ensemble rotorique (10 ; 100 ; 200) pour une pompe de circulation à moteur à rotor noyé comprenant : - une cartouche (12) formant une cavité (16), - deux ensembles (22 ; 24) coussinet, support de coussinet selon la 20 revendication 11, reçus dans la cavité (16) dans la cartouche (12), et - un arbre (18) associé à un rotor (26) dans la cavité (16) dans la cartouche (12), l'arbre (18) étant reçu dans les coussinets (30) des ensembles (22 ; 24) coussinet, support de coussinet et s'étendant en partie en dehors de la cavité (16) dans la cartouche (12). 25 13. Ensemble rotorique selon la revendication 12, comprenant en outre un élément de filtration (28) fermant la cavité (16) dans la cartouche (12). 14. Ensemble rotorique selon la revendication 13, dans lequel l'élément de filtration 30 (28) est fixé sur un support de coussinet (32) d'un ensemble (24) coussinet, support de coussinet. 15. Pompe de circulation à moteur à rotor noyé, comprenant : - un corps de pompe comprenant un stator, 35 - un ensemble rotorique (10 ; 100 ; 200) selon l'une des revendications 12 à 14, fixé dans le corps de pompe de telle sorte que le rotor associé à l'arbre est sensiblement disposé au milieu du stator, et R:\34500\34519 PSL \34519-131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 10/12 19 PSL 11 une turbine sur la portion de l'arbre s'étendant en dehors de la cavité de la cartouche. RA34500\34519 PSL\34519--131011-dde tq déposée.docx 13/10/11 11/12