Brevet FR3055678A1 — publié le 20180309

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un agencement de palier axial pour un arbre d'entraînement d'un compresseur centrifuge. Arrière-plan de l'invention De manière connue, un agencement de palier axial pour un arbre d'entraînement d'un compresseur centrifuge peut comporter : - une première plaque de palier axial et une deuxième plaque de palier axial, également appelées première et deuxième plaques de butée, étant parallèles et ayant chacune une forme de bague annulaire, la première plaque de palier axial ayant une première surface orientée axialement vers la deuxième plaque de palier axial et une deuxième surface opposée à. la première surface de la première plaque de palier axial, la deuxième plaque de palier axial ayant une première surface orientée axialement vers la première plaque de palier axial et une deuxième surface opposée à la première surfàce de la deuxième plaque de palier axial, - une bague d'écartement enserrée entre les premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial au niveau de parties extérieures radiales des première et deuxième plaques de palier axial, la bague d'écartement définissant une distance axiale entre les première et deuxième plaques de palier axial, et - un manchon de palier étant fixé à un bloc compresseur et venant en 25 butée contre la deuxième surface de la deuxième plaque de palier axial, de manière à serrer les première et deuxième plaques de palier axial et la bague d'écartement contre une surface de contact prévue sur le bloc compresseur. Lors du fonctionnement, une partie de bride radiale de l'arbre d'entraînement s'étend dans un espace défini entre la surface intérieure de la 30 bague d'écartement et des parties intérieures radiales des premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial, et coopère avec lés premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial afin de limiter un mouvement axial de l'arbre d'entraînement. Dans un tel compresseur, notamment lors du fonctionnement à très 35 haute vitesse, des conditions de température élevée peuvent se produire, provoquant des contraintes thermiques et des déformations dans des 3055678 2 composants de compresseur, par exemple lorsque des composants de matériaux à dilatation thermique différente sont fixés les uns aux autres et/ou lorsqu'il y a un gradient thermique élevé dans les parties solides. Les agencements de palier axial sont particulièrement importants, où la 5 partie de bride radiale de l'arbre d'entraînement tourne entre les première et deuxième plaques de palier axial, avec de très petits jeux entre les parties rotatives et fixes. Des contraintes mécaniques introduites dans l'agencement de palier axial par des tolérances de montage et d'assemblage du compresseur ou en 10 raison d'une dilatation thermique non uniforme précitée peuvent détériorer le positionnement parallèle des première et deuxième plaques de palier axial. Cela peut conduire au grippage de l'agencement de palier axial et à la réduction de la durée de vie du compresseur centrifuge. 15 Résumé de l'invention L'objet de la présente invention est de fournir un agencement de palier axial amélioré qui peut surmonter les inconvénients rencontrés dans des agencements de palier axial conventionnels. 20 Un autre objet de la présente invention est de fournir un agencement de palier axial qui est fiable, et qui est particulièrement non soumis aux déformations précitées. Selon l'invention, un tel agencement de palier axial comporte : - une première plaque de palier axial ayant une forme de bague 25 annulaire, la première plaque de palier axial ayant une première surface et une deuxième surface opposée à la première surface respective, - une bague d'écartement venant en butée contre la première surface de la première plaque de palier axial au niveau d'une partie extérieure radiale de la première plaque de palier axial, 30 - un manchon de palier étant fixé à un bloc compresseur, caractérisé en ce que l'agencement de palier axial comporte en outre un élément élastique agencé entre la deuxième surface de la première plaque de palier axial et le bloc compresseur, et en ce que l'élément élastique sollicite axialement la première plaque de palier axial et la bague d'écartement avec 35 une force prédéterminée contre une surface de butée du manchon de palier. 3055678 3 Une telle configuration de l'agencement de palier axial, et en particulier la présence de l'élément élastique, permet, lorsqu'une dilatation thermique se produit, un glissement axial de la première plaque de palier et de la bague d'écartement par rapport au bloc compresseur, et évite ainsi les déformations 5 desdites parties qui pourraient conduire au grippage desdites parties et à la réduction de la durée de vie du compresseur centrifuge. L'agencement de palier axial peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de butée du 10 manchon de palier s'étend transversalement, et par exemple de manière essentiellement perpendiculaire, à un axe longitudinal du manchon de palier. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de butée est située au niveau d'une extrémité axiale du manchon de palier. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément élastique est une 15 rondelle élastique annulaire, de préférence du type Belleville. Selon un mode de réalisation de l'invention, la force prédéterminée exercée par l'élément élastique sur la première plaque de palier axial se trouve dans la plage de 1000 à 2000 N, de préférence d'environ 1500 N. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément élastique est en 20 contact avec une partie extérieure radiale de la deuxième surface de la première plaque de palier axial. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément élastique est en contact avec une partie extérieure radiale de la deuxième surface de la première plaque de palier axial, à un rayon proche du rayon moyen de la bague 25 d'écartement. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément élastique est agencé dans un évidement annulaire formé dans une surface axiale du bloc compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, un jeu axial est prévu entre 30 la deuxième surface de la première plaque de palier axial et la surface axiale du bloc compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le jeu axial entre la deuxième surface de la première plaque de palier axial et la surface axiale du bloc compresseur se trouve dans la plage de 20 prn. 35 Selon un mode de réalisation de l'invention, le manchon de palier est configuré pour supporter de manière rotative l'arbre d'entraînement. 3055678 4 Selon un mode de réalisation de l'invention, le manchon de palier comporte au moins une partie de palier radial, et par exemple au moins une partie de palier à gaz radial. Selon un mode de réalisation de l'invention, le manchon de palier est 5 configurée pour entourer l'arbre d'entraînement et pour coopérer avec la surface extérieure de l'arbre d'entraînement. Selon un mode de réalisation de l'invention, le bloc compresseur comporte un épaulement annulaire contre lequel s'appuie le manchon de palier, et par exemple la surface de butée du manchon de palier. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'agencement de palier axial comporte en outre un élément de fixation fixé au bloc compresseur et serrant de manière axiale le manchon de palier contre le bloc compresseur, et par exemple contre l'épaulement annulaire du bloc compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le manchon de palier 15 comporte un épaulement annulaire contre lequel s'appuie l'élément de fixation. Selon un mode de réalisation de l'invention, le manchon de palier comporte une partie enserrée entre le bloc compresseur et l'élément de fixation. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de fixation est fixé par vissage au bloc compresseur. 20 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément élastique et le manchon de palier sont agencés de manière coaxiale. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'agencement de palier axial comporte en outre une deuxième plaque de palier axial ayant une forme de bague annulaire, la deuxième plaque de palier axial ayant une première surface orientée axialement vers la première plaque de palier axial et une deuxième surface opposée à la première surface de la deuxième plaque de palier axial, la bague d'écartement étant serrée entre les premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial au niveau de parties extérieures radiales des première et deuxième plaques de palier axial, la bague d'écartement définissant une distance axiale entre les première et deuxième plaques de palier axial, le manchon de palier venant en butée contre la deuxième surface de la deuxième plaque de palier axial, l'élément élastique sollicitant axialement les première et deuxième plaques de palier axial et la bague d'écartement avec la force prédéterminée contre la surface de butée du manchon de palier. Selon un mode de réalisation de l'invention, les première et deuxième plaques de palier axial sont parallèles l'une à l'autre. 3055678 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, la deuxième plaque de palier axial est formée en tant que partie intégrante du manchon de palier. La présente invention se rapporte également à un compresseur centrifuge comportant un arbre d'entraînement et un agencement de palier axial 5 selon l'invention. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'arbre d'entraînement comporte une partie de bride radiale s'étendant dans un espace entre des parties intérieures radiales des premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, la bague d'écartement entoure la partie de bride radiale de l'arbre d'entraînement. Selon un mode de réalisation de l'invention, un jeu axial est prévu entre la partie de bride radiale de l'arbre d'entraînement et les premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le jeu axial entre la partie de bride radiale de l'arbre d'entraînement et les premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial se trouve dans la plage de 10 pm. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur centrifuge est configuré pour introduire du fluide gazeux entre la partie de bride radiale de 20 l'arbre d'entraînement et les premières surfaces des première et deuxième plaques de palier axial pour former un palier à gaz axial pour l'arbre d'entraînement. Ces avantages et d'autres apparaîtront de la lecture de la description suivante compte tenu du dessin ci-joint représentant, à titre d'exemples non 25 limitatifs, des modes de réalisation d'un compresseur centrifuge comportant un agencement de palier axial selon l'invention. Brève description des dessins 30 La description détaillée suivante de deux modes de réalisation de l'invention est mieux comprise lorsqu'elle est lue conjointement avec les dessins annexés, étant, toutefois, entendu que l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation spécifiques divulgués. La figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un 35 compresseur centrifuge comportant un agencement de palier axial selon un premier mode de réalisation de l'invention. 3055678 La figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle du compresseur centrifuge de la figure 1. La figure 3 est une vue agrandie d'un détail de la figure 2. La figure 4 est une vue agrandie d'un détail de la figure 3. 5 La figure 5 est une vue en perspective d'un élément élastique de l'agencement de palier axial de la figure 1. La figure 6 est une v40 schématique en coupe longitudinale d'un compresseur centrifuge comportant un agencement de palier axial selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. 10 Description détaillée de l'invention La figure 1 représente un compresseur centrifuge 2 qui peut être par exemple un compresseur centrifuge à deux étages. Le compresseur centrifuge 15 2 comporte un arbre d'entraînement 3 s'étendant le long d'un axe longitudinal A. Selon le mode de réalisation montré sur les figures, l'arbre d'entraînement 3 comporte une partie de palier intermédiaire 4, une partie de roue 5 agencée au niveau d'une première partie d'extrémité axiale de la partie 20 de palier intermédiaire 4, et une partie d'entraînement 6 agencée au niveau d'une deuxième partie d'extrémité axiale de la partie de palier intermédiaire 4. En particulier, la partie de palier intermédiaire 4 comporte une partie de palier cylindrique 7 et une partie de bride radiale 8 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la partie de palier cylindrique 7. La partie de bride radiale 8 a 25 une forme de disque plat, et comporte une première face d'extrémité axiale 8.1 et une deuxième face d'extrémité axiale 8.2 opposée à la première face d'extrémité axiale 8.1. L'arbre d'entraînement 3 peut être constitué par exemple d'acier à haute résistance, de matériaux céramiques, ou de combinaisons de ceux-ci. 30 Le compresseur centrifuge 2 comporte en outre au moins une roue 9 reliée à la partie de roue 5 de l'arbre d'entraînement 3, et configurée pour comprimer un fluide frigorigène. Le compresseur centrifuge 2 peut par exemple comporter deux roues 9 agencées selon une configuration dos à dos. Le compresseur centrifuge 2 comporte également un moteur électrique 35 11 configuré pour entraîner en rotation l'arbre d'entraînement 3 autour de l'axe longitudinal A. Le moteur électrique 11 est avantageusement agencé dans une 3055678 chambre basse pression, et comporte un stator 11.1 et un rotor 11.2. Selon un mode de réalisation de l'invention, le rotor 11.2 est relié à la partie d'entraînement 6 de l'arbre d'entraînement 3. À cet effet, la partie d'entraînement 6 peut comporter un alésage axial dans lequel le rotor 11.2 est 5 agencé. Le rotor 11.2 peut par exemple être fermement ajusté, tel qu'ajusté par pression ou ajusté par contraction, dans l'alésage axial. Le compresseur centrifuge 2 comporte en outre un agencement de palier axial, également appelé agencement de palier de butée, agencé dans la chambre basse pression et configuré pour limiter un mouvement axial de l'arbre 10 d'entraînement 3 au cours du fonctionnement. L'agencement de palier axial peut être un agencement de palier axial fluide, et par exemple un agencement de palier axial à gaz. Selon le mode de réalisation montré sur les figures, l'agencement de palier axial comporte une première plaque de palier axial 12 et une deuxième 15 plaque de palier axial 13 ayant chacune une forme de bague annulaire, et étant agencées en parallèle. La première plaque de palier axial 12 a une première surface 12.1 orientée axialement vers la deuxième plaque de palier axial 13 et une deuxième surface 12.2 opposée à la première surface 12.1, tandis que la deuxième plaque de palier axial 13 a une première surface 13.1 orientée 20 axialement vers la première plaque de palier axial 12 et une deuxième surface 13.2 opposée à la première surface 13.1. Les parties intérieures radiales des premières surfaces 12.1, 13.1 des première et deuxième plaques de palier axial 12, 13 définissent un espace dans lequel la partie de bride radiale 8 de l'arbre d'entraînement 3 s'étend. En 25 particulier, les premières surfaces 12.1, 13.1 des première et deuxième plaques de palier axial 12, 13 sont respectivement configurées pour coopérer avec les première et deuxième faces d'extrémité axiale 8.1, 8.2 de la partie de bride radiale 8. Selon un mode de réalisation de l'invention, un jeu axial est prévu entre 30 la partie de bride radiale 8 de l'arbre d'entraînement 3 et les premières surfaces 12.1, 13.1 des première et deuxième plaques de palier axial 12, 13. Un tel jeu axial se trouve avantageusement dans la plage de 10 prn. L'agencement de palier axial comporte en outre une bague d'écartement 14 entourant la partie de bride radiale 8 de l'arbre d'entraînement 3, et étant 35 enserrée entre les premières surfaces 12.1, 13.1 des première et deuxième plaques de palier axial 12, 13 au niveau de parties extérieures radiales des 3055678 8 première et deuxième plaques de palier axial 12, 13. La bague d'écartement 14 définit une distance axiale entre les première et deuxième plaques de palier axial 12, 13, ladite distance axiale étant légèrement supérieure à la largeur de la partie de bride radiale 8. 5 L'agen-dement de palier axial comporte également un manchon de palier 15 entourant l'arbre d'entraînement, et étant fixé à un bloc compresseur 16 du compresseur centrifuge 2. Avantageusement, le manchon de palier 15 s'étend le long de la partie de palier intermédiaire 4 de l'arbre d'entraînement. Le manchon de palier 15 comporte une surface de butée 17 venant en 10 butée contre la deuxième surface 13.2 de la deuxième plaque de palier axial 13. La surface de butée 17 est située au niveau d'une extrémité axiale du manchon de palier 15, et s'étend de manière transversale, et de manière avantageusement perpendiculaire, à l'axe longitudinal A de l'arbre d'entraînement 3. 15 Selon le mode de réalisation montré sur les figures, le bloc compresseur 16 comporte un épaulement annulaire 18 contre lequel s'appuie le manchon de palier 15, et plus précisément la surface de butée 17 du manchon de palier 15. De plus, l'agencement de palier axial comporte un élément de fixation 19 fixé, par exemple par vissage, au bloc compresseur 16 et serrant axialement le 20 manchon de palier 15 contre le bloc compresseur 16, et plus particulièrement contre l'épaulement annulaire 18 du bloc compresseur 16. Selon le mode de réalisation montré sur les figures, le manchon de palier 15 comporte un épaulement annulaire 21 contre lequel s'appuie l'élément de fixation 19, et le manchon de palier 15 est en partie enserré entre le bloc 25 compresseur 16 et l'élément de fixation 19. L'agencement de palier axial comporte en outre un élément élastique 22 agencé entre la deuxième surface 12.2 de la première plaque de palier axial 12 et le bloc compresseur 16. L'élément élastique 22 sollicite axialement les première et deuxième plaques de palier axial 12, 13 et la bague d'écartement 30 14 avec une force prédéterminée, par exemple se trouvant dans la plage de 1000 à 2000 N, et de préférence d'environ 1500 N, contre la surface de butée 17 du manchon de support 15. Avantageusement, l'élément élastique 22 est une rondelle élastique annulaire, de préférence du type Belleville, agencée de manière coaxiale avec le manchon de palier 15 et l'arbre d'entraînement 3. 35 L'élément élastique 22 est avantageusement agencé dans un évidement annulaire 23 formé dans une surface axiale du bloc compresseur 16, et est en 3055678 contact avec une partie extérieure radiale de la deuxième surface 12.2 de la première plaque de palier axial 12, à un rayon proche du rayon moyen de la bague d'écartement 14. L'élément élastique permet, notamment lorsqu'une dilatation thermique 5 se produit dans le compresseur centrifuge, un glissement axial des première et deuxième plaques de palier axial 12, 13 et de la bague d'écartement 14 par rapport au bloc compresseur 16, et évite ainsi les déformations desdites parties qui pourraient conduire à la réduction de la durée de vie du compresseur centrifuge. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, un jeu axial C est prévu entre la deuxième surface 12.2 de la première plaque de palier axial 12 et la surface axiale du bloc compresseur 16 munie de l'évidemment annulaire 23. Ledit jeu axial C se trouve avantageusement dans la plage de 20 pm. Selon le mode de réalisation montré sur les figures, le manchon de palier 15 15 est configuré pour supporter de manière rotative l'arbre d'entraînement 3. En particulier, le manchon de palier 15 comporte une partie de palier radial 24 ayant une surface intérieure configurée pour -coopérer avec la surface extérieure de la partie de palier cylindrique 7 de l'arbre d'entraînement 3. Par conséquent, le manchon de palier 15 forme un palier à manchon radial, et par 20 exemple un palier à manchon radial à gaz. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur centrifuge 2 est configuré de sorte que le fluide gazeux soit introduit entre la partie de bride radiale 8 de l'arbre d'entraînement 3 et les premières surfaces 12.1, 13.1 des première et deuxième plaques de palier axial 12, 13 pour former un palier à gaz 25 axial pour l'arbre d'entraînement 3. Le compresseur centrifuge 2 est également configuré de sorte que le fluide gazeux soit introduit entre la partie de palier cylindrique 7 de l'arbre d'entraînement 3 et la surface intérieure de la partie de palier radial 24 pour former un palier à gaz radial pour l'arbre d'entraînement 3. Selon un autre mode de réalisation de l'invention montré sur la figure 6, 30 la deuxième plaque de palier axial 13 peut être formée en tant que partie intégrante du manchon de palier 15. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs, mais au contraire, elle englobe tous les modes de réalisations de celle-ci. 35 REVENDICATIONS1. Agencement de palier axial pour un arbre d'entraînement (3) d'un comprésseur centrifuge (2), l'agencement de palier axial comprenant : - une première plaque de palier axial (12) ayant une forme de bague annulaire, la première plaque de palier axial (12) ayant une première surface (12.1) et une deuxième surface (12.2) opposée à la première surface (12.1) de la première plaque de palier axial (12), - une bague d'écartement (14) venant en butée contre la première surface (12.1) de la première plaque de palier axial (12) au niveau d'une partie extérieure radiale de la première plaque de palier axial (12), - un manchon de palier (15) étant fixé à un bloc compresseur (16), caractérisé en ce que l'agencement de palier axial comporte en outre un élément élastique (22) agencé entre la deuxième surface (12.2) de la première plaque de palier axial (12) et le bloc compresseur (16), et en ce que l'élément élastique (22) sollicite axialement la première plaque de palier axial (12) et la bague d'écartement (14) avec une force prédéterminée contre une surface de butée (17) du manchon de palier (15). 2. Agencement de palier axial selon la revendication 1, dans lequel l'élément élastique (22) est une rondelle élastique annulaire. 3. Agencement de palier axial selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la force prédéterminée exercée par l'élément élastique (22) sur la première plaque de palier axial (12) se trouve dans la plage de 1000 à 2000 N. 4. Agencement de palier axial selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'élément élastique (22) est en contact avec une partie extérieure radiale de la deuxième surface (12.2) de la première plaque de palier axial (12). 5. Agencement de palier axial selon la revendication 4, dans lequel l'élément élastique (22) est en contact avec une partie extérieure radiale de la deuxième surface (12.2) de la première plaque de palier axial (12), à un rayon proche du rayon moyen de la bague d'écartement (14). 6. Agencement de palier axial selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément élastique (22) est agencé dans un évidement annulaire (23) formé dans une surface axiale du bloc compresseur (16). 3 0 5 5 6 7 8 11 7. Agencement de palier axial selon la revendication 6, dans lequel un jeu axial est prévu entre la deuxième surface (12.2) de la première plaque de palier axial (12) et la surface axiale du bloc compresseur (16). 8. Agencement de palier axial selon l'une quelconque des revendications 5 1 à 7, dans lequel le manchon de palier (15) est configuré pour supporter de manière rotative l'arbre d'entraînement (3). 9. Agencement de palier axial selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant en outre un élément de fixation (19) fixé au bloc compresseur (16) et serrant axialement le manchon de palier (15) contre le bloc compresseur 10 (16). 10. Agencement de palier axial selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant en outre une deuxième plaque de palier axial (13) ayant une forme de bague annulaire, la deuxième plaque de palier axial (13) ayant une première surface (13.1) orientée axialement vers la première 15 plaque de palier axial (12) et une deuxième surface (13.2) opposée à la première surface (13.1) de la deuxième plaque de palier axial (13), la bague d'écartement (14) étant enserrée entre les premières surfaces (12.1, 13.1) des première et deuxième plaques de palier axial (12, 13) au niveau de parties extérieures radiales des première et deuxième plaques de palier axial (12, 13), 20 la bague d'écartement (14) définissant une distance axiale entre les première et deuxième plaques de palier axial (12 13), le manchon de palier (15) venant en butée contre la deuxième surface (13.2) de la deuxième plaque de palier axial (13), l'élément élastique (22) sollicitant axialement les première et deuxième plaques de palier axial (12, 13) et la bague d'écartement (14) avec la force 25 prédéterminée contre la surface de butée (17) du manchon de palier (15). 11. Agencement de palier axial selon la revendication 10, dans lequel la deuxième plaque de palier axial (13) est formée en tant que partie intégrante du manchon de palier. 12. Compresseur centrifuge (2) comportant un arbre d'entraînement (3) 30 et un agencement de palier axial selon l'une quelconque des revendications 1 à 11. 13. Compresseur centrifuge (2) selon la revendication 12, dans lequel l'arbre d'entraînement (3) comporte une partie de bride radiale (8) s'étendant dans un espace entre les parties intérieures radiales des premières surfaces (12.1, 13.1) des première et deuxième plaques de palier axial (12, 13). 3055678 12 14. Compresseur centrifuge selon la revendication 13, dans lequel un jeu axial est prévu entre la partie de bride radiale (8) de l'arbre d'entraînement (3) et les premières surfaces (12.1, 13.1) des première et deuxième plaques de palier axial (12, 13). 5 15. Compresseur centrifuge (2) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le compresseur centrifuge (2) est configuré pour introduire du fluide gazeux entre la partie de bride radiale (8) de l'arbre d'entraînement (3) et les premières surfaces (12.1, 13.1) des première et deuxième plaques de palier axial (12, 13) pour former un palier à gaz axial pour l'arbre d'entraînement (3). 10