Palier fluide La présente invention est relative à un pa lier fluide.
On connaît depuis longtemps des paliers dits autolubrifiants dont la surface de touril- lonnement est formée par l'une des faces cy lindriques d'un manchon de métal poreux gé néralement saturé avant son utilisation dans un bain d'huile ou autre lubrifiant. En fonction nement, ces paliers assurent, par exsudation, une lubrification suffisante sans nécessiter le renouvellement du lubrifiant, et ceci, pendant des périodes de temps relativement longues. Il est également connu de munir de tels paliers autolubrifiants d'une réserve d'huile sous pres sion pouvant être renouvelée lorsqu'elle est épuisée, cette huile étant amenée à la surface de tourillonnement à travers les pores du man chon de métal perméable.
Il est même connu de créer un renouvellement permanent du lu brifiant à partir d'une source appropriée, de manière à maintenir une pellicule lubrifiante autour de l'élément tournant.
Malheureusement, les paliers autolubrifiants ne sont susceptibles de fonctionner dans de bonnes conditions que si le degré de viscosité du lubrifiant et la vitesse de l'arbre, ou autre élément tourillonné dans le palier; sont com pris dans une gamme prédéterminée. En outre, même dans le cas où le lubrifiant est conti nuellement renouvelé, sa pression statique n'est jamais suffisante pour supporter l'élément tournant de façon qu'il ne soit jamais en con tact direct avec le palier. En tout cas; il est impossible, avec ces paliers, de supprimer le contact .métal sur métal lorsque l'élément tour nant est au repos.
Au contraire, dans un autre type de paliers connus, dits paliers fluides , l'élément tour nant est flottant dans un manchon non po reux, grâce à l'apport continu d'un flux de fluide de support circulant à travers un espace annulaire ménagé volontairement entre l'élé ment tournant et la surface de tourillonnement, ce flux étant maintenu à une pression suffi sante pour éviter tout contact métal sur métal entre le manchon et l'élément tournant, quelle que soit la vitesse de rotation de ce dernier.
La différence essentielle entre les paliers autolubrifiants et les paliers fluides réside en ce qu'on peut utiliser, dans ce dernier type de palier, comme moyen de support, tout fluide, qu'il soit liquide ou gazeux, visqueux ou non visqueux, alors que dans les paliers autolubri- fiants, comme leur nom l'indique, le fluide est nécessairement un lubrifiant.
Les paliers fluides offrent l'avantage consi dérable, dû à la suppression mentionnée ci-des sus de tout contact métal sur métal entre l'élé ment tournant et la surface de tourillonnement, de réduire au minimum l'usure, le frottement et autres effets parasites.
Il est particulièrement intéressant d'alimen ter ces paliers avec un fluide pratiquement non visqueux, de façon à réduire encore davantage le frottement exercé sur l'élément tournant. Les paliers fluides donnent d'excellents résultats, en particulier aux grandes vitesses de rotation et, lorsqu'on désire obtenir une grande précision de centrage. Malheureusement, la construction de ces paliers présente une certaine complexité, en particulier en raison du fait que le fluide sous pression qui assure le support de l'élé ment tournant est nécessairement amené, si l'on désire obtenir un bon équilibrage dudit élément, à travers tout un réseau de canalisa tions, de passages, de rainures, etc... qui tra versent la paroi du coussinet ou du tourillon.
La présente invention vise à pallier cet in convénient. A cet effet, le palier fluide, objet de l'invention, est caractérisé par le fait qu'il comporte un manchon poreux d'in haut degré de perméabilité, sur l'une des faces cylindri ques duquel un élément tournant est touril- lonné, un espace annulaire étant ménagé entre ces deux organes, l'autre surface cylindrique dudit manchon constituant l'une des parois d'une chambre d'alimentation qui reçoit en permanence un fluide sous une pression telle que<B>-</B>le fluide, qui après avoir traversé ledit manchon pénètre dans ledit espace annulaire,
maintienne constamment ledit élément tour nant dans une position centrée par rapport à la surface de tourillonnement du manchon, le fluide en question étant, par ailleurs, continuel lement évacué dudit espace annulaire vers un espace à pression plus faible.
Grâce à cette disposition, l'alimentation de l'espace annulaire compris entre le manchon et l'élément tourillonné est assurée à travers une multiplicité d'orifices constitués par les pores du manchon et qui, en raison même de leur grand nombre, se trouvent naturellement distribués de façon uniforme tout autour dudit élément. On obtient ainsi une meilleure distri bution du fluide sous pression que dans les pa liers fluides connus. En outre, un tel palier est d'un prix de revient très faible du fait qu'on trouve aisément dans le commerce des man chons poreux de tous types et de tous degrés de porosité, ce qui évite les opérations coûteuses nécessaires, pour former le réseau de passages complexes prévus jusqu'ici dans les paliers fluides.
On peut, dans un tel palier fluide utiliser comme fluide de support de l'air comprimé ce qui permet de supprimer pratiquement tout frottement sur l'élément tournant, un tel palier n'entrant pas en vibration, comme les paliers à air connus, à certaines vitesses critiques, de sorte que l'élément tourillonné peut atteindre dans un tel palier, des vitesses de rotation très grandes.
Il est évident que le degré de perméabilité du manchon poreux doit être choisi en fonction des conditions de fonctionnement, dans cha que cas particulier, ce choix étant aisément dé terminé par quelques essais préliminaires.
Ce degré de perméabilité du manchon po reux pourra, par exemple, être choisi tel que la pression statique dans l'espace annulaire soit sensiblement égale à la moitié de la pression d'alimentation.
En effet, des calculs et des expériences ont montré que, par suite de la distribution uni forme assurée par le nombre énorme d'orifices d'entrée constitués par les pores de son man chon, un tel palier oppose à toute variation de la position radiale de l'arbre, une variation correspondante de la résultante des pressions dans le fluide interposé entre l'arbre et le pa lier. Cette propriété, qu'on peut désigner sous le nom de rigidité , est optima pour la va leur particulière du degré de perméabilité in diquée dans le paragraphe précédent.
Dans la forme d'exécution la plus simple, le manchon poreux peut assurer le tourillonne- ment d'un arbre et peut être logé dans un sup port convenable ; l'évacuation dudit fluide peut s'effectuer par les extrémités du palier.
Pour rendre encore plus uniforme la dis tribution du fluide autour de l'élément tour nant, la chambre d'alimentation peut être cons tituée par un espace entourant ledit manchon, ladite chambre étant, de préférence, alimentée à sa partie inférieure. La rigidité en un point donné du palier est d'autant plus sensible que ce point est plus voisin, d'unie zone d'évacuation à basse pmes- sion. On peut, en conséquence, prévoir plu sieurs zones d'évacuation dans le palier pour obtenir une plus grande rigidité.
A cet effet, on peut prévoir des moyens tels que des rainures longitudinales qui consti tuent, à l'intérieur même du palier, des zones d'évacuation complémentaires.
Le manchon poreux peut être en métal fritté et l'on peut usiner certaines parties de sa surface de manière à les rendre imperméables par obturation des pores, ce qui permet de contrôler l'entrée du fluide de support dans cer taines zones du manchon.
Les dessins ci-annexés représentent à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du pa lier selon l'invention. La fig. 1 est une coupe longitudinale axiale de la forme d'exécution la plus simple du pa lier fluide. La fig. la est une coupe transversale sui vant la ligne la-la de la fig. 1. La fig. 2 est une coupe transversale d'une autre forme d'exécution dans laquelle le palier est muni de rainures d'évacuation longitudi nales.
La fig. 3 est une coupe longitudinale sui vant la ligne 3-3 de la fig. 2.
Les fig. 4 et 5 sont des coupes longitudi nales d'une autre forme d'exécution dans la quelle le palier est muni de butées axiales.
La fig. 6 est une coupe longitudinale d'une forme d'exécution comprenant un élément tour nant vertical.
Les fig. 7 et 8 sont des coupes, respective ment longitudinale et transversale, d'une va riante dans laquelle l'élément poreux annu laire est compris entre des surfaces cylindriques non coaxiales.
Dans la forme d'exécution la plus simple du palier représentée sur les fig. 1 et la, un man chon cylindrique poreux 1 d'épaisseur uniforme assure le tourillonnement d'un arbre 2, un espace annulaire étant ménagé volontairement entre ces deux organes. Le manchon 1 est logé dans un support imperméable 3 muni d'une chambre annulaire 4 alimentée en permanence par un fluide sous pression, tel que de l'air comprimé, comme indiqué en 5, à partir d'une source convenable (non représentée), par l'in termédiaire d'un orifice d'entrée 5a.
Dans un tel palier, le fluide amené en 5 se répartit tout d'abord dans la chambre 4, tra verse la paroi poreuse 1, circule dans un espace annulaire 30 uniformément distribué autour de l'arbre 2, compris entre ledit arbre et le man chon 1, et est finalement évacué en 6 par les extrémités du palier dans une zone de pres sion plus faible qui peut être l'atmosphère si le palier est alimenté en air comprimé.
Lorsque l'arbre est exactement centré dans le palier, si celui-ci est alimenté de façon sy métrique, dans un plan donné normal à son axe, la pression statique dans le flux annulaire est la même tout autour de l'arbre, tandis que, quand celui-ci est désaxé, la pression augmente dans la zone où la section transversale du flux se trouve ainsi réduite et vice-versa. De plus, les variations de la pression du fluide dans le palier sont plus sensibles à proximité d'une zone de faible pression ; d'une manière géné rale, il convient donc de prévoir autant de zo nes à basse pression que possible, pour aug menter la rigidité du palier.
En particulier, il est avantageux de subdiviser la surface interne du manchon en un certain nombre de zones de tourillonnement distinctes, au moyen de rai nures longitudinales destinées à évacuer le fluide vers une zone à pression plus faible. De telles rainures sont représentées, par exemple, en 7, sur les fig. 2 et 3.
Il est avantageux d'utiliser un manchon perméable en métal fritté. Dans ce cas, il peut être intéressant de rendre imperméables cer taines zones de la surface du palier pour éviter un débit de fluide exagéré. On y parvient aisé ment par simple usinage des zones intéressées. Ainsi, on peut usiner les rainures longitudina les 7 des fig. 2 et 3, de manière à les rendre imperméables.
Un tel usinage a pour effet d'ob turer au moins partiellement les pores du mé tal dans la zone usinée, comme indiqué en traits renforcés, ce qui évite tout écoulement parasite entre la chambre 4 et les rainures 7, les lignes d'écoulement du fluide étant déviées autour des zones imperméables. Il est particu lièrement intéressant d'usiner de cette manière les rainures utilisées pour l'évacuation du fluide de support, tandis que l'alimentation s'effectue sur toute la périphérie du manchon poreux à travers les pores naturels de celui-ci.
Pour obtenir un palier combiné de butée et de tourillonnement, on peut utiliser la perméa bilité des extrémités du manchon 1 pour créer et maintenir une pellicule de fluide sous pres sion entre les bords extrêmes dudit manchon et des surfaces de butée prévues à cet effet sur l'arbre. Ces surfaces de butée sont constituées par les bords intérieurs de deux bagues calées en rotation sur l'arbre. Si le palier de butée n'a à supporter que des efforts axiaux limités, ou encore dans le cas où le jeu axial 31 n'est pas limité à une très faible valeur, il est pos sible d'utiliser la disposition représentée sur la fig. 4.
Dans les autres cas, il est préférable de créer une zone de basse pression aux extré mités du palier sous la forme de rainures cir culaires 8 (voir fig. 5) communiquant avec l'évacuation, par exemple par l'intermédiaire de passages radiaux 9 qui peuvent être avantageu sement disposés dans le plan des rainures lon gitudinales 7 si le manchon est du type repré senté sur les fig. 2 et 3.
Alors que toutes les formes d'exécution dé crites ci-dessus étaient des paliers femelles, on comprendra aisément que l'on peut utiliser des paliers fluides poreux mâles. Dans l'exemple représenté sur la fig. 6, la référence 1 désigne un pivot fixe constitué par un manchon po reux du type utilisé dans les formes d'exécution précédemment décrites ; 2 est un rotor creux tourillonné sur le pivot 1 ; 3 est un support fixe comportant un orifice d'entrée 5 alimen tant une chambre 4a constituée par le fond d'un évidement tronconique dans lequel est im planté le pivot 1.
L'intérieur 4b du pivot 1 constitue le prolongement de la chambre d'ali mentation 4 a et le fluide de support est amené dans l'espace annulaire compris entre le rotor 2 et le manchon poreux 1 à travers les pores naturels de ce dernier à partir de la chambre 4b-4a. Des orifices d'évacuation 6 sont ména gés dans la paroi du rotor 2 pour assurer l'éva cuation permanente du fluide de support à par tir de l'espace annulaire.
Sur la fig. 6, les traits renforcés indiquent des zones imperméables de la surface extérieure du palier poreux. On comprendra aisément qu'en raison de la présence desdites zones im perméables, le fluide de support amené dans la . chambre 4a-4b s'écoule nécessairement unique ment vers la surface de tourillonnement active du manchon poreux. De plus, dans cet exem ple, ladite surface est subdivisée en deux zones 14 par une rainure circulaire imperméable re présentée en traits renforcés et une butée axiale extrême représentée en 13 assure le flottement du rotor 2 en direction axiale.
Tous les paliers décrits ci-dessus compor tent un coussinet ou un tourillon poreux d'épaisseur uniforme sur toute sa longueur axiale. Or, dans certains cas, il peut être inté ressant de créer des zones de pression préfé rentielles dans certaines régions radiales du pa lier, par exemple pour compenser le poids de l'arbre ou, plus généralement, une charge appli quée à celui-ci dans une direction bien déter minée. Un tel palier dissymétrique peut être réalisé de différentes manières.
A titre d'exemple, on a représenté sur les fig. 7 et 8 un palier dans lequel le manchon poreux 1 est limité par deux surfaces cylindri ques non coaxiales. Dans l'exemple représenté, l'axe de la surface interne du manchon poreux 1 est décalé vers le bas pour augmenter la pres sion dans la partie inférieure de l'espace annu laire 30 ménagé entre l'arbre 2 et le man chon 1. Pour le reste, ce palier est agencé et fonctionne de la manière décrite précédem ment.
Bien entendu, la forme du manchon po reux du palier, de même que le nombre et l'aire des zones imperméables prévues sur les sur faces actives dudit manchon pour contrôler la direction et le débit de l'écoulement à travers celui-ci peuvent varier suivant les cas particu liers.