Dispositif comprenant un rotor, un arbre et un palier à gaz hydrodynamique Cette invention a pour objet un dispositif com prenant un rotor, un arbre et un palier à gaz hydro dynamique. Dans un tel palier, la pression du gaz dans le palier dépend uniquement du mouvement relatif entre les surfaces de support et non, comme dans le cas d'un palier à gaz du type hydrostatique, de l'écoulement d'un gaz sous pression entre les sur faces de support. Ce palier peut supporter rotative- ment un rotor à grande vitesse (c'est-à-dire un rotor tournant à plus de 1000 tours par minute).
Les essais qui ont été faits jusqu'à présent avec de tels paliers ont révélé qu'il est extrêmement difficile d'obtenir l'alignement très précis de deux paliers à gaz portant les extrémités opposées de l'arbre du rotor. Un arbre de grande longueur atteint sa vitesse critique pour un nombre de tours inférieur à celui pour lequel un arbre court de même diamètre atteint la sienne. Il s'ensuit que les deux paliers devaient, dans le cas de rotors à très grande vitesse, être placés si près l'un de l'autre que ceci imposait une limite indésirable à la longueur du rotor. L'invention vise à fournir un tel dispositif ne présentant pas ces désavantages et pouvant supporter un rotor à grande vitesse.
Le dispositif faisant l'objet de la présente inven tion est caractérisé en ce que le palier constitue le seul support pour le rotor et en ce que ce dernier présente un alésage cylindrique axial formant une surface de palier continue et montée avec un jeu minime sur une surface de palier coopérante d'un arbre stationnaire présentant un diamètre uniforme sur une partie au moins de sa longueur, le rapport entre la longueur de recouvrement de ces surfaces de palier et leur diamètre moyen étant au moins égal à un, de manière qu'un gaz dans ledit jeu agisse comme seul fluide de lubrification pour ces surfaces.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif objet de rin- vention.
La fig. 1 est une coupe d'un compresseur com prenant la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe verticale d'une broche de métier à filer textile comprenant la seconde forme d'exécution. La fig. 3 est une vue en plan, à plus grande échelle, prise suivant 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en plan d'un ressort repré senté à la fig. 2. Le compresseur illustré à la fig. 1 comprend un carter cylindrique 11 qui est ajusté sur une chemise de refroidissement 12 disposée autour du corps de stator 17 d'un moteur électrique entraînant le com presseur. La chemise 12 est soudée au carter 11 en 13 et 14.
Elle présente un passage hélicoïdal 15 pour un fluide de refroidissement qui peut entrer par un ajutage non représenté destiné à être vissé dans un trou taraudé 16 du carter 11, et le fluide peut ensuite s'écouler à travers des moyens non représentés à partir d'un espace annulaire 16a. Les enroulements de champ du moteur électrique sont montrés en 18, 18.
L'extrémité inférieure du carter 11 est pourvue d'une plaque d'extrémité amovible 19 ajustée par emboîtement qui est maintenue en position par des écrous vissés sur des goujons 20, 20 disposés suivant un cercle, la partie emboîtée étant pourvue d'une rondelle d'étanchéité. Une extrémité d'un arbre sta tionnaire 22 est pourvue d'une partie d'extrémité de diamètre réduit 23 ajustée sans jeu dans un trou cen tral 24 de la plaque d'extrémité 19. Cet arbre pré sente une bride radiale 25 qui bute contre la surface intérieure de ladite plaque d'extrémité avec une ron delle d'étanchéité 26 entre elles. L'arbre est maintenu stationnaire par une vis d'arrêt 27.
L'extrémité opposée (ou extérieure) de l'arbre 22 est de diamètre réduit comme indiqué en 28 et est em boîtée dans une ogive d'entrée 29 du passage d'entrée des gaz dans le compresseur. L'ogive d'entréeestpour- vue d'ailettes de guidage 30 d'une pièce avec ellequila relient à un anneau extérieur 31, et ce dernier est appliqué contre l'épaulement d'un alésage d'une pla que d'extrémité opposée 32 du carter par une con nexion 33 fixée à la plaque d'extrémité 32 par des écrous vissés sur des goujons 34 disposés suivant un cercle.
La plaque d'extrémité 32 elle-même est main tenue en position par des écrous vissés sur des gou jons 35 disposés suivant un cercle et s'étendant à tra vers une plaque radiale 36 soudée en 37, 37 à l'exté rieur du carter<B>11.</B>
Une douille 38 montée rotativement avec un jeu minime sur l'arbre 22 présente, vers l'extrémité inté rieure de l'arbre, une bride radiale 39 contre laquelle l'extrémité intérieure du rotor 40 du moteur électri que est fixée. Ce jeu minime est de préférence tel que le rapport entre sa largeur radiale et le rayon de l'arbre 22 ne dépasse pas 50X 10-4. Ce rapport peut être égal à environ 6 X 10-4. Comme montré, le rotor 40 du moteur est fixé à la bride 39 par des vis 41 disposées en cercle engagées dans un anneau 42 coulé sur les extrémités adjacentes des conducteurs du rotor.
La surface de l'alésage de la douille et la surface coopérante de l'arbre présentent la qualité de fini conforme à la pratique bien connue dans le domaine des paliers à gaz, et le rapport entre leur longueur de recouvrement et leur diamètre moyen (ou le diamètre de l'arbre 22) n'est pas inférieur à 1 et de préférence pas inférieur à 3. Il peut être égal à environ 5.
Une extension tubulaire 43 du rotor 44 de com presseur est emboîtée sur l'autre extrémité (ou extré mité extérieure) de la douille et dirigée vers l'inté rieur du dispositif, cette extension présentant une bride radiale 45 pour sa fixation au moyen de vis 46 disposées suivant un cercle, à un anneau 47 coulé sur les extrémités adjacentes des conducteurs du rotor. De cette façon, le rotor du compresseur et le rotor du moteur électrique sont alignés et rendus tous deux solidaires de la douille 38.
Le rotor 44 du compres seur, qui est du type centrifuge, présente également une extension tubulaire 48 dirigée vers l'extérieur qui s'étend en ménageant un jeu suffisant entre elle et la partie de diamètre réduit 28 de l'arbre station naire, jusqu'à proximité de l'extrémité intérieure de l'ogive d'entrée 29 dont elle est séparée par un léger jeu axial. Il existe seulement un jeu de travail entre l'aubage 49 du rotor du compresseur et la plaque d'extrémité 32. Cette dernière, en combinaison avec un anneau 50, fixé au moyen de vis 51 disposées suivant un cercle à l'extrémité adjacente du carter 11, forme un canal annulaire 52 dans lequel décharge le compresseur.
Des aubes de diffuseur 53 pour le com presseur sont formées sur un anneau 53a qui est fixé à l'anneau 50 par des vis 54 disposées suivant un cercle.
L'anneau 50 présente une bride 55 dirigée radia- lement vers l'intérieur qui forme partie du carter du stator du compresseur et qui est espacée de la face adjacente du rotor 44. Ce jeu établit une communi cation entre les extrémités d'entrée des aubes de diffuseur 53 et une chambre 56 ; cette dernière com munique à travers un trou 57 percé dans l'extension 43 avec une chambre 58. L'espace entre la partie 28 de l'arbre et l'extension 48 du rotor du compresseur, et le jeu axial entre les extrémités adjacentes de l'extension 48 et de l'ogive 29 établissent également une communication entre l'entrée du compresseur et la chambre 58.
On voit donc que la chambre 58 contient le mê me gaz que celui qui est refoulé par le compresseur, mais à une pression intermédiaire entre les pressions d'entrée et de sortie du compresseur, et que la pres sion maximum dans ladite chambre sera limitée par les fuites à travers ledit jeu vers l'admission du com presseur. La chambre 56 communique, en outre, avec tous les autres espaces vides à l'intérieur du car ter 11, de sorte que ledit gaz est amené à proximité de l'extrémité opposée de la douille 38. De cette façon ledit gaz peut être admis suivant les nécessités, dans le jeu minime entre la douille 38 et l'arbre 22 aux deux extrémités du palier.
Un palier de butée à gaz est utilisé qui présente un anneau de palier de butée rotatif 59, maintenu contre un épaulement de la douille 38 par un écrou 60, et qui coopère avec un anneau de palier de butée stationnaire 61 pour supporter la poussée provenant du rotor du compresseur. La surface éloignée de l'anneau 61 (c'est-à-dire sa surface supérieure dans la figure) est pourvue de deux sièges diamétralement opposés en forme de surfaces sphériques pour les surfaces adjacentes de billes de support 62, 62 pour les surfaces opposées desquelles des sièges semblables sont prévus dans l'extrémité axiale adjacente d'un anneau flottant 63.
A son extrémité axiale opposée l'anneau 63 est pourvu de deux sièges diamétrale ment opposés en forme de surfaces sphériques pour les surfaces adjacentes de billes de support 64 qui sont décalées de 90,1 par rapport aux billes 62 et coopèrent avec des sièges semblables de l'extrémité axiale adjacente d'une plaque de butée interne 65.
Cette plaque est fixée à la chemise 12 par des vis 66 disposées suivant un cercle et elle supporte également des vis d'ancrage espacées circonférentiellement, dont l'une est montrée en 67, pour une extrémité d'un ressort de traction respectif 68 dont l'autre extrémité est ancrée à une goupille 69 fixée à l'anneau de palier de butée stationnaire 61. De cette façon les ressorts tendent à déplacer l'anneau 61 du palier de butée dans la direction maintenant les billes 62 et 64 logées dans leurs sièges coopérants.
En montant ainsi l'anneau de palier 61 on assure le maintien d'un contact uniforme entre les surfaces de butée des anneaux 59 et 61 même si l'une ou l'autre des surfaces de butée est légèrement déviée de la normale précise à l'axe du palier.
La surface de butée de l'anneau stationnaire 61 est pourvue de rainures en forme de spirales loga rithmiques, comme on le verra dans la seconde for me d'exécution (fig. 3).
On voit que des anneaux d'étanchéité 70 et 71 sont prévus pour la chambre de refoulement annu laire 52, et que le carter composite pour le moteur électrique et le compresseur est rendu hermétique ment étanche à l'exception de l'entrée et de la sortie pour le gaz du compresseur. Le rapport entre la longueur et le diamètre du palier à gaz entre la douille 38 et l'arbre 22 est tel, conformément à la pratique courante bien connue dans le domaine des paliers à gaz, que la rupture du film de gaz soit empêchée lorsque le palier est utilisé pour le but pour lequel il a été construit.
Si du gaz s'échappait du jeu minime à la suite de changements de la tem pérature ou de la pression, son remplacement sera assuré par la réserve de gaz présente aux deux extré mités de la douille 38 et qui a été mentionnée ci- dessus. Toute la disposition évite la nécessité d'utili ser un autre lubrifiant, et ce caractère a une valeur particulière dans les cas où il s'agit de comprimer un gaz qui doit être maintenu exempt d'huile ou de graisse lubrifiante, par exemple.
On voit que du moment qu'il n'est pas néces saire, comme dans les dispositifs connus, d'obtenir l'alignement de deux paliers espacés, et que du mo ment que l'arbre stationnaire 22 est plus court que l'arbre rotatif utilisé jusqu'ici et d'une longueur égale au moins à la somme des longueurs des deux paliers utilisés précédemment, la capacité de charge du pa lier 22, 38 est plus grande que celle des dispositifs connus utilisant un arbre rotatif de même diamètre que celui dudit arbre stationnaire.
On voit également que du moment que l'arbre 22 est stationnaire, il ne doit pas transmettre de couple, contrairement à ce qui se passait dans le cas de l'arbre rotatif des dispositifs connus, mais que le couple est transmis par l'extension tubulaire 43 du rotor du compresseur (cette dernière étant de plus grand rayon que l'arbre 22, ce qui a pour conséquence que la vitesse critique de la masse en rotation est plus élevée) et non par la douille 38 et que celle-ci n'est, par conséquent, soumise à aucune force tendant à la déformer.
Notons que l'une au moins des surfaces de palier pourrait présenter entre ses extrémités une partie en retrait afin que le palier soit partagé en au moins deux parties espacées axialement. La broche 72 de métier à filer textile représentée aux fig. 2 à 4 présente un alésage axial ayant un jeu minime avec un arbre vertical stationnaire 73, ce jeu, comme dans le cas de la fig. 1, étant de pré férence tel que le rapport entre sa largeur radiale et le rayon de l'arbre 73 soit égal à environ 6 X 10-4.
Un arbre 75 qui tourne avec la broche 72 est gou pillé en 74 à l'intérieur du sommet de cette broche 72. Une fuite d'air 75a est destinée à faciliter l'assemblage des parties.
L'arbre stationnaire 73 est goupillé à proximité de son pied en 76 dans un élément fileté 77 qui s'étend à travers un trou ménagé dans une table de travail 78 et est fixé en place par un écrou de blo cage 79.
Le pied de la broche 72 est pourvu d'une bride 80 s'étendant radialement dont la surface inférieure constitue l'une des deux surfaces de butée destinées à supporter le poids de la broche et des éléments qu'elle porte ainsi que sa charge par l'intermédiaire d'un film d'air.
L'autre de ces deux surfaces de palier de butée est fournie par le dessus d'un anneau stationnaire 81 supporté de façon flottante auquel le soulèvement nécessaire est imparti par un ressort annulaire 82 courbé latéralement de façon à présenter axialement de chaque côté trois lobes d'espacement angulaire uniforme et qui prend appui sur la tête 83 de l'élé ment 77. Ce ressort annulaire remplit également la même fonction que l'anneau 63 et les billes 62, 64 de la fig. 1.
Pour empêcher une rotation de l'anneau 81, celui-ci présente du côté inférieur, des trous 84 dans lesquels s'engagent avec jeu des goupilles 85 maintenues en place dans la tête 83.
Afin de protéger le palier de butée formé entre la bride 80 et l'anneau 81 on utilise un anneau de recouvrement 86 fendu axialement dont les parties peuvent être mises en position de manière qu'une bride inférieure 87 vienne s'engager dans une rainure périphérique d'extrémité de la tête 83 et qu'une bride supérieure 88 s'étende avec jeu dans une gorge péri phérique de la bride 80 de la broche. Cet anneau de recouvrement est maintenu en place par un anneau de retenue non fendu 89 présentant une bride infé rieure 90 qui est coincée entre la bride 87 et la table de travail 78.
La surface de palier de butée de l'anneau station naire 81, de même que celle de l'anneau 61 de la fig. 1, peut être agencée comme montré à la fig. 3. Elle est pourvue de rainures 91 très peu profondes en forme de spirales logarithmiques (qui ont, par exemple, une profondeur de l'ordre d'un centième de mm) qui se recourbent dans le sens voulu pour donner un effet de cisaillement optimum du gaz dans le palier de butée, afin d'engendrer une force opti mum tendant à séparer l'une de l'autre les deux surfaces de palier de butée.