FR2668554A1 - Rotating machine with an axial stop which retracts automatically by elastic deformation under the effect of centrifugal force - Google Patents
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Abstract
Description
Machine tournante à butée axiale auto-éclipsable par déformation
élastique sous l'effet de la force centrifuge.Rotating machine with axial stop self-retractable by deformation
elastic under the effect of centrifugal force.
Domaine de l'invention
La présente invention concerne une machine tournante véhiculant un fluide, comprenant un arbre tournant monté par l'intermédiaire de paliers radiaux sur un bâti à l'intérieur d'un carter et présentant une poussée axiale de l'arbre dans un sens prédéterminé pendant les phases transitoires de démarrage et d'arrêt.Field of the invention
The present invention relates to a rotary machine conveying a fluid, comprising a rotary shaft mounted by means of radial bearings on a frame inside a casing and having an axial thrust of the shaft in a predetermined direction during the phases start and stop transients.
L'invention concerne ainsi les machines tournantes intervenant dans des circuits fluides, que ces machines soient motrices, comme les pompes centrifuges, ou réceptrices, ctest-à-dire produisant un couple. The invention thus relates to rotary machines operating in fluid circuits, whether these machines are driven, such as centrifugal pumps, or receptors, that is to say producing a torque.
Certaines machines présentent une poussée axiale en fonctionnement. Cette poussée est habituellement absorbée par une butée passive, telle qu'une butée à billes ou un roulement à gorges profondes. Lorsqu'on recherche des machines très performantes, présentant notamment une puissance massique élevée, c'est-à-dire impliquant une vitesse et une pression élevées, les poussées axiales sont si fortes qu'un équilibrage axial actif s'impose. I1 est réalisé par des dispositifs tels qu'un plateau d'équilibrage ou une contrepompe sur les pompes centrifuges. Some machines have an axial thrust during operation. This thrust is usually absorbed by a passive stop, such as a ball stop or a deep groove bearing. When looking for high performance machines, particularly with a high specific power, that is to say involving a high speed and pressure, the axial thrusts are so strong that an active axial balancing is required. It is produced by devices such as a balancing plate or a counter pump on centrifugal pumps.
Mais de tels dispositifs ne sont efficaces que lorsque la vitesse et la pression qui lui est associée dépasse une fraction prédéterminée de la vitesse nominale. Pour les phases de démarrage et d'arrêt, un système d'équilibrage axial complémentaire est à apporter. However, such devices are only effective when the speed and the pressure associated therewith exceeds a predetermined fraction of the nominal speed. For the starting and stopping phases, an additional axial balancing system must be provided.
D'autres machines ne présentent pas, de par leur principe, de poussée axiale à vitesse et pression nominales. Elles peuvent cependant en présenter une pendant les phases de démarrage et d'arrêt et appellent aussi pour ces phases un système d'équilibrage axial complémentaire. Other machines do not, in principle, have axial thrust at nominal speed and pressure. They can however present one during the start and stop phases and also call for these phases an additional axial balancing system.
Il faut encore signaler que le rendement de ces machines dépend de façon importante des jeux axiaux de fonctionnement des divers organes portés par le rotor, et par voie de conséquence du jeu axial de ce rotor, qu'on est amené à réduire au minimum, notamment dans le cas d'applications spatiales. It should also be noted that the performance of these machines depends significantly on the axial clearance of operation of the various members carried by the rotor, and consequently on the axial clearance of this rotor, which is brought to minimize, in particular in the case of space applications.
Art antérieur
On connaît déjà la mise en oeuvre, dans des machines tournantes, de butées axiales magnétiques asservies qui permettent d'assurer une concordance parfaite de la poussée et de la contrepoussée, tout en maintenant l'arbre tournant dans une position axiale constante avec une grande précision. La mise en oeuvre de butées axiales magnétiques asservies implique cependant des contraintes de masse et de volume aussi bien pour la butée que pour son système d'alimentation, de sorte qu'un tel système de butée axiale ne peut pas être applicable à tous les types de machines tournantes.Prior art
We already know the implementation, in rotating machines, of controlled axial magnetic stops which allow to ensure a perfect match of the thrust and the counter-thrust, while keeping the rotating shaft in a constant axial position with great precision . The implementation of controlled magnetic axial stops, however, involves mass and volume constraints for both the stop and its supply system, so that such an axial stop system cannot be applicable to all types. of rotating machines.
On connaît par ailleurs des butées axiales fixes par rapport au carter et à l'arbre tournant réalisées par exemple à partir de roulements à gorges profondes. De tels systèmes de butée axiale sont exclus pour des vitesses de rotation et des rendements très élevés tels que ceux qui sont exigés dans l'industrie spatiale. There are also known fixed axial stops relative to the housing and the rotating shaft produced for example from deep groove bearings. Such axial stop systems are excluded for very high speeds and yields such as those required in the space industry.
La Société Pratt & Whitney a proposé, dans le cadre d'une turbopompe haute pression prévue pour le moteur principal d'une navette spatiale (SSME), de mettre en oeuvre une butée hydrostatique à alimentation indépendante qui ne fonctionne qu'au démarrage et à l'arrêt. Ce système présente l'inconvénient d'intervenir dans les jeux axiaux de la pompe, ou de nécessiter la réalisation d'un asservissement assez complexe de la pression hydrostatique de la butée à la position axiale de l'arbre. De plus, des organes extérieurs à la machine sont dans tous les cas nécessaires. The Pratt & Whitney Company has proposed, within the framework of a high-pressure turbopump intended for the main engine of a space shuttle (SSME), to implement a hydrostatic stop with independent supply which only works at start-up and the stop. This system has the drawback of intervening in the axial clearances of the pump, or of requiring the production of a fairly complex control of the hydrostatic pressure of the stop to the axial position of the shaft. In addition, organs external to the machine are in all cases necessary.
La Société Rockwell International Corporation a encore proposé, dans le même cadre d'une turbopompe haute pression, d'utiliser une butée à billes qui absorbe les poussées axiales de démarrage et d'arrêt. Dans un tel système, un dispositif d'équilibrage axial intervient quand la vitesse dépasse une valeur prédéterminée de la vitesse nominale Les deux pistes de la butée s'écartent de sorte que les billes peuvent alors "flotter" entre les deux pistes. The Rockwell International Corporation has also proposed, in the same context of a high pressure turbopump, to use a thrust ball bearing which absorbs axial start and stop thrusts. In such a system, an axial balancing device intervenes when the speed exceeds a predetermined value of the nominal speed. The two tracks of the stopper move apart so that the balls can then "float" between the two tracks.
Malgré sa simplicité, ce système présente l'inconvénient de nécessiter des jeux axiaux compatibles avec deux positions axiales de l'arbre. Ces jeux sont notamment ceux des roulements, des joints d'étanchéité, du rouet s'il s'agit d'une pompe centrifuge. Ce système exige donc des chaînes de cotes parfaitement étudiées et d'une très grande précision de réalisation dès qu'il s'agit d'obtenir des rendements élevés. Despite its simplicity, this system has the drawback of requiring axial clearances compatible with two axial positions of the shaft. These clearances are in particular those of the bearings, seals, of the impeller in the case of a centrifugal pump. This system therefore requires perfectly studied dimension chains and very high production precision when it comes to obtaining high yields.
Un système de butée axiale à bille éclipsable sous l'action du fluide de travail de la machine tournante, conçu par la Société Rockwell International Corporation est décrit dans le document US-A-4 865 529 et sera brièvement commenté en référence à la figure 20. A system of axial thrust ball retractable under the action of the working fluid of the rotary machine, designed by the company Rockwell International Corporation is described in document US-A-4,865,529 and will be briefly commented on with reference to FIG. 20 .
Sur la figure 20, on voit une turbopompe 210 comprenant une partie avant 212 formant pompe et une partie arrière 214 formant turbine. Un arbre central 222 traversant l'ensemble de la turbopompe coopère à ses extrémités avant et arrière avec des systèmes de butée axiale 220, 284, à bille 262, 282 qui agissent dans les phases de démarrage et d'arrêt pour transmettre la poussée et supporter l'arbre 222 tandis que dans les phases de fonctionnement nominal l'arbre est supporté par des paliers radiaux fluides 228, 272.Chaque butée axiale 220, 284 comprend une pièce fixe 250, 294 à l'intérieur de laquelle est disposée axialement une pièce de support de bille 256, 206 préchargée par un ressort 264, 212 du type rondelle Belleville et présentant une portée hémisphérique 258, 208 pour recevoir la bille 262, 282 respectivement qui, pendant les phases de démarrage et d'arrêt, se trouve en contact avec une autre portée hémisphérique 248, 296 formée à l'extrémité de l'arbre tournant. En régime nominal, les pièces de support de bille 256, 206 subissent un léger déplacement axial contre l'action des ressorts 264, 212 pour permettre un escamotage des billes 262, 282 qui ne sont alors plus en contact avec les portées hémisphériques 248, 296 formées aux extrémités de l'arbre 222. In FIG. 20, we see a turbopump 210 comprising a front part 212 forming a pump and a rear part 214 forming a turbine. A central shaft 222 passing through the whole of the turbopump cooperates at its front and rear ends with axial stop systems 220, 284, with ball 262, 282 which act in the starting and stopping phases to transmit the thrust and support the shaft 222 while in the nominal operating phases the shaft is supported by fluid radial bearings 228, 272. Each axial stop 220, 284 comprises a fixed part 250, 294 inside which is axially disposed a part ball support 256, 206 preloaded by a spring 264, 212 of the Belleville washer type and having a hemispherical bearing 258, 208 for receiving the ball 262, 282 respectively which, during the starting and stopping phases, is in contact with another hemispherical bearing 248, 296 formed at the end of the rotating shaft. In nominal mode, the ball support parts 256, 206 undergo a slight axial movement against the action of the springs 264, 212 to allow retraction of the balls 262, 282 which are then no longer in contact with the hemispherical bearings 248, 296 formed at the ends of the shaft 222.
L'éclipsage des supports de bille 256, 206 s'effectue sous l'action combinée du fluide appliqué à l'intérieur de l'arbre 222 par des canaux 244, 280, de l'action du piston d'équilibrage 281 qui déplace axialement l'arbre tournant 222 en s'éloignant de la bille 262 de la butée axiale avant, et, dans une très faible mesure de la pression des gaz détendus de turbine exercée sur la pièce de support de bille 206 située à l'arrière.The eclipsing of the ball supports 256, 206 takes place under the combined action of the fluid applied to the inside of the shaft 222 by channels 244, 280, from the action of the balancing piston 281 which moves axially the rotating shaft 222 moving away from the ball 262 from the front axial stop, and, to a very small extent, the pressure of the expanded turbine gases exerted on the ball support part 206 located at the rear.
Dans un tel système connu de butée axiale éclipsable sous l'action de la pression d'un fluide, les frottements sont importants au niveau des organes de transmission de poussée constitués par les billes 262, 282 dans la mesure où ces billes ne sont solidaires ni de l'arbre 222 ni de la pièce support 256, 206, mais sont interposées entre un organe tournant 222 et une pièce 256, 206 elle-même immobile en rotation. L'utilisation de ressorts sous forme de rondelles Belleville 264, 212 accentue les frottements et empêche un ajustement progressif de la raideur de sorte que les efforts obtenus ne peuvent pas être déterminés de façon précise.L'action de la pression du fluide de refroidissement sur les billes 262, 282 par les canaux 244, 280 ne peut pas non plus être ajustée dans une large plage de valeurs, dans la mesure où la pression à l'entrée du canal avant 244 est égale à celle que produit l'inducteur 240, la pression à l'entrée du canal arrière 280 est égale à la pression de refoulement, et les sections des canaux 244 et 280 sont faibles. L'existence d'une fuite interne recyclée à l'avant par le canal 244 et d'une fuite vers la turbine à l'arrière par le canal 280 contribuent cependant a diminuer le rendement, et la chaîne des cotes axiales des différents éléments de la turbopompe exige un calcul élaboré et une précision d'exécution élevée. In such a known system of axial stop which can be eclipsed under the action of the pressure of a fluid, friction is high at the level of the thrust transmission members constituted by the balls 262, 282 insofar as these balls are neither integral nor of the shaft 222 nor of the support part 256, 206, but are interposed between a rotating member 222 and a part 256, 206 itself stationary in rotation. The use of springs in the form of Belleville washers 264, 212 accentuates the friction and prevents a gradual adjustment of the stiffness so that the forces obtained cannot be determined precisely. The action of the pressure of the coolant on the balls 262, 282 via the channels 244, 280 can also not be adjusted over a wide range of values, insofar as the pressure at the inlet of the front channel 244 is equal to that produced by the inductor 240, the pressure at the inlet of the rear channel 280 is equal to the discharge pressure, and the sections of the channels 244 and 280 are small. The existence of an internal leak recycled at the front by channel 244 and a leak towards the turbine at the rear by channel 280, however, contribute to reducing the efficiency, and the chain of axial dimensions of the different elements of the turbopump requires sophisticated calculation and high execution precision.
On connait par ailleurs des régulateurs à masselottes centrifuges, utilisés notamment dans la construction automobile, qui comprennent des masselottes articulées soumises à des moyens de rappel élastiques et dont la position dépend de la vitesse angulaire de rotation d'un arbre entraînant le régulateur, de telles masselottes commandant les déplacements axiaux d'un organe coulissant coaxial à l'axe de rotation du régulateur.De tels types de mécanismes à masselottes articulées sont toutefois inadaptés à des machines tournantes présentant des vitesses de rotation et des rendements très élevés, telles que celles qui sont utilisées dans le domaine spatial et l'incorporation de tels dispositifs au sein de machines tournantes véhiculant un fluide pénaliserait la fiabilité de l'ensemble de la machine, et impliquerait notamment un accroissement de masse important du fait de la nécessité de mettre en oeuvre des articulations de très gros diamètres. There are also known regulators with centrifugal weights, used in particular in automobile construction, which include articulated weights subjected to elastic return means and whose position depends on the angular speed of rotation of a shaft driving the regulator, such weights controlling the axial displacements of a sliding member coaxial with the axis of rotation of the regulator. Such types of mechanisms with articulated weights, however, are unsuitable for rotary machines having very high speeds of rotation and yields, such as those which are used in the space field and the incorporation of such devices within rotary machines conveying a fluid would penalize the reliability of the whole of the machine, and would imply in particular a significant increase in mass due to the need to implement joints of very large diameters.
Objet et description succincte de l'invention
L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités et à permettre de réaliser de façon simple et efficace l'éclipsage d'un système de butée axiale dans une machine tournante intervenant dans un circuit fluide en dehors des phases de démarrage et d'arrêt pour lesquelles se produit une poussée axiale, l'éclipsage du système de butée axiale s'opérant automatiquement lorsqu'une fraction prédéterminée de la vitesse nominale, est dépassée.Subject and brief description of the invention
The object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks and to allow simple and effective eclipsing of an axial abutment system to be carried out in a rotary machine operating in a fluid circuit outside the start and stop phases for which an axial thrust occurs, the eclipsing of the axial stop system taking place automatically when a predetermined fraction of the nominal speed is exceeded.
L'invention vise encore à réaliser une machine tournante véhiculant un fluide, dans laquelle les frottements ainsi que le temps de fonctionnement et la vitesse d'entraînement d'un système de butée axiale sont réduits au minimum de manière à augmenter la longévité du système de butée axiale, sans affecter le fonctionnement et le rendement de la machine. The invention also aims to produce a rotary machine conveying a fluid, in which the friction as well as the operating time and the drive speed of an axial stop system are reduced to the minimum so as to increase the longevity of the axial stop, without affecting the operation and performance of the machine.
Un autre objet de l'invention consiste à réaliser une machine tournante équipée d'un système à butée axiale pouvant compenser une poussée axiale dans une large plage de valeurs. Another object of the invention consists in making a rotary machine equipped with an axial stop system capable of compensating for an axial thrust over a wide range of values.
Ces buts sont atteints grâce à une machine tournante véhiculant un fluide, comprenant un arbre tournant monté par l'intermédiaire de paliers radiaux sur un bâti à l'intérieur d'un carter et présentant une poussée axiale de l'arbre dans un sens prédéterminé pendant les phases transitoires de démarrage et d'arrêt, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un système de butée axiale auto-éclipsable monté entre l'arbre tournant de la machine et le carter de celle-ci, ledit système de butée axiale auto-éclipsable comprenant une partie de butée translatable déformable élastiquement sous l'action de la force centrifuge et rapportée à l'extrémité de l'arbre tournant, une partie de butée tournante symétrique autour de l'axe de rotation de l'arbre tournant et montée sur le carter dans le prolongement axial de la partie de butée déformable, à l'aide d'un palier susceptible de supporter les efforts axiaux venant de la partie de butée déformable, et un organe de transmission de la poussée axiale de la partie de butée déformable vers la partie de butée tournante, ledit organe de transmission de poussée étant solidaire de la partie de butée tournante et conformé de manière à être en contact avec la partie de butée déformable, sans exercer d'effort sur celle-ci, lorsque la machine est au repos, et à entraîner la partie de butée tournante par l'intermédiaire d'un frottement purement statique avec la partie de butée déformable de transmission de poussée, lorsque la machine est en rotation et exerce une poussée axiale.La partie de butée déformable est configurée de manière à se contracter longitudinalement en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre tournant et à réaliser un débrayage par rapport à l'organe de transmission de poussée à partir d'une vitesse de rotation prédéterminée de l'arbre tournant. These aims are achieved by a rotary machine conveying a fluid, comprising a rotating shaft mounted by means of radial bearings on a frame inside a casing and having an axial thrust of the shaft in a predetermined direction for transient start and stop phases, characterized in that it further comprises a self-eclipsing axial stop system mounted between the rotating shaft of the machine and the casing thereof, said self axial stop system -clipsable comprising a translatable stop part resiliently deformable under the action of centrifugal force and attached to the end of the rotating shaft, a symmetrical rotating stop part around the axis of rotation of the rotating shaft and mounted on the casing in the axial extension of the deformable abutment part, using a bearing capable of withstanding the axial forces coming from the deformable abutment part, and an org donkey for transmitting the axial thrust from the deformable stop part towards the rotary stop part, said thrust transmission member being integral with the rotary stop part and shaped so as to be in contact with the deformable stop part, without exerting force on the latter, when the machine is at rest, and in driving the rotary abutment part by means of purely static friction with the deformable abutment part of the thrust transmission, when the machine is in rotation and exerts an axial thrust. The deformable abutment part is configured so as to contract longitudinally as a function of the speed of rotation of the rotating shaft and to disengage from the thrust transmission member from '' a predetermined rotation speed of the rotating shaft.
Par la mise en oeuvre d'une partie de butée tournante dont l'organe de transmission de poussée est solidaire, les frottements sont réduits au minimum, d'autant plus que l'arbre est supporté par des paliers radiaux indépendants dans toutes les phases de fonctionnement. La présence d'un dispositif déformable par la force centrifuge lié au rotor réduit encore les frottements et permet un ajustement aisé des caractéristiques par construction, qui autorise l'obtention d'efforts précis. Le système de butée axiale est de conception et de réalisation simples et implique une très faible consommation d'énergie qui a une influence tout-à-fait négligeable sur le rendement de la machine. Le déplacement axial de l'arbre est très faible et le système de butée axiale n'intervient pas dans la détermination des jeux axiaux de l'ensemble rotor.L'obtention de l'écartement de la butée est facile à régler sur la vitesse de rotation désirée, en jouant sur les caractéristiques mécaniques de la partie de butée déformable sous l'effet de la force centrifuge. By the implementation of a part of a rotary stopper of which the thrust transmission member is integral, the friction is reduced to a minimum, all the more so since the shaft is supported by independent radial bearings in all the phases of operation. The presence of a device deformable by centrifugal force linked to the rotor further reduces friction and allows an easy adjustment of the characteristics by construction, which allows obtaining precise forces. The axial stop system is simple in design and construction and involves very low energy consumption which has a completely negligible influence on the performance of the machine. The axial displacement of the shaft is very low and the axial stop system does not intervene in the determination of the axial clearances of the rotor assembly. Obtaining the spacing of the stop is easy to adjust on the speed of desired rotation, playing on the mechanical characteristics of the stop part deformable under the effect of centrifugal force.
L'extrémité de la partie de butée déformable coopérant avec l'organe de transmission de poussée axiale peut être constituée par exemple par une surface plane, ou concave, par exemple conique ou hémisphérique. The end of the deformable abutment part cooperating with the axial thrust transmission member can consist, for example, of a flat, or concave, for example conical or hemispherical surface.
L'organe de transmission de la poussée axiale de la partie de butée tournante peut lui-même être constitué par une surface plane ou convexe et comprendre par exemple une bille ou plusieurs billes précontraintes. The member for transmitting the axial thrust of the rotary stop part may itself be constituted by a flat or convex surface and comprise, for example, a ball or several pre-stressed balls.
Il est toutefois également possible de permuter les rôles des organes d'appui entre la partie de butée déformable et la partie de butée tournante. However, it is also possible to swap the roles of the support members between the deformable stop part and the rotary stop part.
Ainsi, l'extrémité de la partie de butée déformable coopérant avec l'organe de transmission de poussée axiale, peut être constituée par une bille tandis que l'organe de transmission de poussée axiale est lui-même constitué par une surface plane ou concave, par exemple conique ou hémisphérique. Thus, the end of the deformable abutment part cooperating with the axial thrust transmission member, can be constituted by a ball while the axial thrust transmission member is itself constituted by a flat or concave surface, for example conical or hemispherical.
Selon un mode particulier de réalisation, la partie de butée déformable comprend une première partie cylindrique solidaire de l'extrémité de l'arbre tournant et coaxiale à celui-ci, une deuxième partie cylindrique coaxiale à la première partie cylindrique, coulissant sur l'arbre, et interposée entre cette dernière et l'organe de transmission de la poussée axiale, et une pluralité de bras déformables par la force centrifuge diposés essentiellement dans une pluralité de plans axiaux répartis autour de l'axe de l'arbre tournant, reliés auxdites première et deuxième parties cylindriques coaxiales et tendant à rapprocher celles-ci pour provoquer une contraction longitudinale à partir de ladite vitesse de rotation prédéterminée v'. According to a particular embodiment, the deformable abutment part comprises a first cylindrical part integral with the end of the rotating shaft and coaxial with it, a second cylindrical part coaxial with the first cylindrical part, sliding on the shaft , and interposed between the latter and the member for transmitting the axial thrust, and a plurality of arms deformable by centrifugal force disposed essentially in a plurality of axial planes distributed around the axis of the rotating shaft, connected to said first and second coaxial cylindrical parts and tending to bring them together to cause a longitudinal contraction from said predetermined speed of rotation v '.
Dans ce cas, les bras les bras rattachés aux première et deuxième parties cylindriques coaxiales peuvent comprendre chacun des premier et second demi-bras inclinés par rapport à l'axe de l'arbre tournant, qui sont formés d'une seule pièce avec respectivement les première et deuxième parties cylindriques coaxiales et sont soudés entre eux par leurs extrémités libres dans un plan radial à une certaine distance desdites première et deuxième parties cylindriques coaxiales. In this case, the arms the arms attached to the first and second coaxial cylindrical parts may comprise each of the first and second half-arms inclined with respect to the axis of the rotating shaft, which are formed in one piece with respectively the first and second coaxial cylindrical parts and are welded together by their free ends in a radial plane at a distance from said first and second coaxial cylindrical parts.
Les demi-bras soudés ensemble peuvent être disposés dans un même plan axial ou encore dans des plans axiaux voisins légèrement décalés et présentent des extrémités libres élargies recourbées pour comprimer la soudure solidarisant les extrémités libres des deux demi-bras. The half-arms welded together can be arranged in the same axial plane or even in neighboring axial planes slightly offset and have enlarged free ends curved to compress the weld securing the free ends of the two half-arms.
Les bras déformables peuvent encore être constitués chacun par une pièce sensiblement en forme de V ou de U soudée à chacune de ses extrémités respectivement à la première partie cylindrique et à la deuxième partie cylindrique. The deformable arms can also each be constituted by a substantially V-shaped or U-shaped piece welded at each of its ends respectively to the first cylindrical part and to the second cylindrical part.
Selon une disposition applicable à la plupart des modes de réalisation, la partie de butée déformable comprend une première partie cylindrique solidaire de l'extrémité de l'arbre tournant, une deuxième partie cylindrique coaxiale à la première partie cylindrique et coulissant dans celle-ci, les première et deuxième parties cylindriques étant reliées par des élastiques déformables par la force centrifuge disposés essentiellement dans une pluralité de plans axiaux répartis autour de l'axe de l'arbre tournant et reliant les première et deuxième parties cylindriques de manière à rapprocher celles-ci dans le sens axial à partir de ladite vitesse de rotation prédéterminée V1. According to an arrangement applicable to most embodiments, the deformable abutment part comprises a first cylindrical part integral with the end of the rotating shaft, a second cylindrical part coaxial with the first cylindrical part and sliding therein, the first and second cylindrical parts being connected by elastics which are deformable by centrifugal force, arranged essentially in a plurality of axial planes distributed around the axis of the rotating shaft and connecting the first and second cylindrical parts so as to bring them together in the axial direction from said predetermined speed of rotation V1.
Dans une application avantageuse de la disposition précédente, chaque ensemble déformable comprend une rampe inclinée formée entre ladite deuxième partie cylindrique et une douille extérieure coaxiale solidaire de celle-ci, une lame ressort ancrée sur la première partie cylindrique et disposée essentiellement longitudinalement par rapport à elle avec une extrémité libre recourbée vers l'intérieur, et un rouleau en contact avec ladite rampe inclinée et retenu par ladite extrémité libre recourbée de la lame ressort, de telle sorte que, à partir de ladite vitesse de rotation prédéterminée V1, l'écartement vers l'extérieur de l'extrémité recourbée de la lame ressort provoque un déplacement radial du rouleau agissant sur la rampe et provoquant un recul de la deuxième partie cylindrique vers la première partie cylindrique. In an advantageous application of the preceding arrangement, each deformable assembly comprises an inclined ramp formed between said second cylindrical part and an outer coaxial sleeve integral with the latter, a spring leaf anchored on the first cylindrical part and disposed essentially longitudinally relative to it with a free end curved inwards, and a roller in contact with said inclined ramp and retained by said free end curved with the leaf spring, so that, from said predetermined speed of rotation V1, the spacing towards the outside of the curved end of the leaf spring causes a radial displacement of the roller acting on the ramp and causing a recoil from the second cylindrical part towards the first cylindrical part.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'examples en référence aux dessins annexés sur lesquels
Brève description des dessins
- Les figures 1 à 4 sont des vues schématiques en demicoupe axiale montrant quatre positions successives d'un arbre de machine tournante équipée d'un système de butée axiale auto-éclipsable selon l'invention,
- la figure 5 est une vue en perspective d'une butée déformable mise en oeuvre selon un mode particulier de réalisation de l'invention et comprenant une pluralité de bras déformables soudés selon un plan radial,
- la figure 6 est une vue en coupe, selon le plan VI-VI de la figure 7, de la butée déformable de la figure 5,
- la figure 7 est une vue d'extrémité selon la flèche F, de la figure 6, de la butée déformable de la figure 5,
- la figure 8 est une vue en élévation d'une butée déformable à bras déformables mise en oeuvre selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention,
- les figures 9 et 10 sont des vues en coupe respectivement selon le plan IX-IX de la figure 10 et selon le plan X-X de la figure 9, de la butée déformable de la figure 8,
- la figure 11 est une vue en élévation d'une butée déformable à bras déformables croisés mise en oeuvre selon encore un autre mode particulier de réalisation de l'invention,
- la figure 12 est une vue en coupe axiale selon le plan
XII-XII de la figure 13, de la butée déformable de la figure 11,
- la figure 13 est une vue d'extrémité de la butée déformable de la figure Il selon la flèche F2,
- la figure 14 est une vue en élévation d'une butée déformable à bras d'une seule pièce, mise en oeuvre selon encore un autre mode particulier de réalisation de l'invention,
- la figure 15 est une vue en coupe axiale selon le plan
XV-XV de la figure 16, de la butée déformable de la figure 14,
- la figure 16 est une vue d'extrémité de la butée déformable de la figure 14, selon la flèche F3,
- la figure 17 est une vue en élévation d'une butée déformable à lames-ressorts et billes, mise en oeuvre selon encore un autre mode particulier de réalisation de l'invention,
- la figure 18 est une vue en coupe axiale, selon le plan
XVIII-XVIII de la figure 19, de la butée déformable de la figure 17,
- la figure 19 est une vue d'extrémité de la butée déformable de la figure 17, selon la flèche F4, et
- la figure 20 est une vue en coupe axiale d'une machine tournante véhiculant un fluide, équipée d'un système de butée axiale selon un dispositif de l'art antérieur.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description of particular embodiments, given by way of examples with reference to the appended drawings in which
Brief description of the drawings
FIGS. 1 to 4 are schematic views in axial half-section showing four successive positions of a rotating machine shaft equipped with a self-eclipsing axial stop system according to the invention,
FIG. 5 is a perspective view of a deformable stop implemented according to a particular embodiment of the invention and comprising a plurality of deformable arms welded along a radial plane,
FIG. 6 is a sectional view, along the plane VI-VI of FIG. 7, of the deformable stop of FIG. 5,
FIG. 7 is an end view according to arrow F, in FIG. 6, of the deformable stop in FIG. 5,
FIG. 8 is an elevation view of a deformable stop with deformable arms implemented according to another particular embodiment of the invention,
FIGS. 9 and 10 are sectional views respectively along the plane IX-IX of FIG. 10 and along the plane XX of FIG. 9, of the deformable stop of FIG. 8,
FIG. 11 is an elevation view of a deformable stop with crossed deformable arms implemented according to yet another particular embodiment of the invention,
- Figure 12 is an axial sectional view along the plane
XII-XII of FIG. 13, of the deformable stop of FIG. 11,
FIG. 13 is an end view of the deformable stop of FIG. 11 according to arrow F2,
FIG. 14 is an elevation view of a deformable abutment with a single piece of arm, implemented according to yet another particular embodiment of the invention,
- Figure 15 is an axial sectional view along the plane
XV-XV of FIG. 16, of the deformable stop of FIG. 14,
FIG. 16 is an end view of the deformable stop of FIG. 14, according to arrow F3,
FIG. 17 is an elevation view of a deformable stop with leaf springs and balls, implemented according to yet another particular embodiment of the invention,
- Figure 18 is an axial sectional view, along the plane
XVIII-XVIII of FIG. 19, of the deformable stop of FIG. 17,
FIG. 19 is an end view of the deformable stop of FIG. 17, according to arrow F4, and
- Figure 20 is an axial sectional view of a rotary machine conveying a fluid, equipped with an axial stop system according to a device of the prior art.
Description détaillée de modes particuliers de réalisation.Detailed description of particular embodiments.
Si l'on considère tout d'abord la figure 1, on voit une partie de machine tournante avec un arbre tournant 10 auquel est adjoint un plateau d'équilibrage automatique 7 qui est monté de façon classique par l'intermédiaire de paliers radiaux (non représentés) sur un bâti à l'intérieur d'un carter 21. Dans une telle machine tournante dans un circuit fluide, la résultante des efforts axiaux est compensée par un plateau d'équilibrage actif qui ne peut jouer correctement son rôle et maintenir un équilibre qu'au-delà d'une vitesse de rotation minimale V1.Lors des phases transitoires de démarrage et d'arrêt, l'effort axial exercé par l'arbre 10 dans un sens déterminé est repris par un dispositif de butée axiale 40 selon l'invention, qui peut s'éclipser, c'est-à-dire se débrayer automatiquement lorsque la vitesse de rotation de l'arbre 10 dépasse ladite vitesse de rotation minimale
V1.Pour ce faire, le dispositif de butée axiale auto-éclipsable 40 comprend une partie de butée déformable 5 avec une première pièce 51 essentiellement cylindrique qui est directement rattachée à l'extrémité de l'arbre 10 et une seconde pièce 52, également essentiellement cylindrique, qui est coaxiale à la première pièce 51, et peut se déplacer légèrement dans le sens axial par rapport à celle-ci par déformation élastique d'éléments de liaison 54, 55 qui sont disposés entre les première et seconde pièces 51, 52 en se projetant vers l'extérieur et sont déformables par action de la force centrifuge.If we first consider Figure 1, we see a rotating machine part with a rotating shaft 10 to which is added an automatic balancing plate 7 which is conventionally mounted by means of radial bearings (not shown) on a frame inside a housing 21. In such a rotating machine in a fluid circuit, the result of the axial forces is compensated by an active balancing plate which cannot properly play its role and maintain a balance that beyond a minimum speed of rotation V1. During the transient phases of starting and stopping, the axial force exerted by the shaft 10 in a determined direction is taken up by an axial stop device 40 according to l invention, which can slip away, i.e. disengage automatically when the speed of rotation of the shaft 10 exceeds said minimum speed of rotation
V1.To do this, the self-retractable axial stop device 40 comprises a deformable stop part 5 with a first essentially cylindrical part 51 which is directly attached to the end of the shaft 10 and a second part 52, also essentially cylindrical, which is coaxial with the first part 51, and can move slightly in the axial direction relative thereto by elastic deformation of connecting elements 54, 55 which are arranged between the first and second parts 51, 52 in projecting outwards and are deformable by the action of centrifugal force.
Le dispositif de butée axiale auto-éclipsable 40 comprend par ailleurs une partie de butée tournante 6 essentiellement symétrique autour de l'axe de rotation de l'arbre tournant 10 et montée sur le carter 21 dans le prolongement axial de la partie de butée déformable 5, à l'aide d'un palier 9, comprenant par exemple deux roulements à billes 91, 92, qui supporte les efforts axiaux venant de la partie de butée déformable 5. On notera toutefois que la liaison 9 entre la partie tournante 6 et le carter 21 de la machine peut être réalisé de différentes manières, par exemple à l'aide de roulements, butées magnétiques, butées fluides, et doit être dimensionné en fonction des efforts dans les phases de démarrage et d'arrêt de la vitesse maximale d'entraînement et du débatement axial maximal admissible. The self-eclipsing axial stop device 40 furthermore comprises a rotary stop part 6 essentially symmetrical about the axis of rotation of the rotary shaft 10 and mounted on the casing 21 in the axial extension of the deformable stop part 5 , using a bearing 9, comprising for example two ball bearings 91, 92, which supports the axial forces coming from the deformable abutment part 5. It will however be noted that the connection 9 between the rotating part 6 and the casing 21 of the machine can be produced in different ways, for example using bearings, magnetic stops, fluid stops, and must be sized according to the forces in the starting and stopping phases of the maximum speed of drive and maximum permissible axial displacement.
Un organe 8 de transmission de la poussée axiale de la partie de butée déformable 5 vers la partie de butée tournante 6 est symétrique autour de l'axe de l'arbre 10 et solidaire de la partie de butée tournante 6. L'organe 8 de transmission de poussée axiale est conformé de manière à être en contact avec la partie de butée déformable 5, sans exercer d'effort sur celle-ci, lorsque la machiine est au repos, et à entraîner la partie de butée tournante 6 par l'intermédiaire d'un frottement purement statique, lorsque la machine est en rotation et exerce une poussée axiale. A member 8 for transmitting the axial thrust from the deformable stop part 5 towards the rotary stop part 6 is symmetrical about the axis of the shaft 10 and integral with the rotary stop part 6. The member 8 of axial thrust transmission is shaped so as to be in contact with the deformable stop part 5, without exerting any force on it, when the machine is at rest, and to drive the rotary stop part 6 via a purely static friction, when the machine is rotating and exerts an axial thrust.
L'organe 8 de transmission de la poussée axiale peut être une surface plane ou convexe qui coopère avec l'extrémité libre de la seconde pièce 52 de la partie de butée déformable 5, qui peut elle-même être constituée par une surface plane, conique ou plus généralement concave, par exemple hémisphérique. The member 8 for transmitting the axial thrust may be a flat or convex surface which cooperates with the free end of the second part 52 of the deformable abutment part 5, which can itself be constituted by a flat, conical surface. or more generally concave, for example hemispherical.
Sur les figures 1 à 4 on a représenté un organe 8 de transmission de poussée axiale qui est constitué par une bille 80 coopérant avec une surface plane de la pièce cylindrique 52, mais, comme cela vient d'être indiqué, d'autres dispositifs de transmission d'efforts entre la partie de butée déformable 5 et la partie de butée tournante 6 peuvent être mis en oeuvre, tels que des contacts plan-plan, bille-cône, bourrelet-plan, ou encore des butées à billes précontraintes. La géométrie du contact entre la partie de butée déformable 5 et l'organe 8 de transmission de poussée axiale solidaire de la partie de butée tournante 6, est choisie en fonction des efforts axiaux et des vitesses maximales V1 auxquelles le contact est prévu. In Figures 1 to 4 there is shown a member 8 of axial thrust transmission which is constituted by a ball 80 cooperating with a flat surface of the cylindrical part 52, but, as has just been indicated, other devices for transmission of forces between the deformable stop part 5 and the rotary stop part 6 can be implemented, such as plane-plane, ball-cone, bead-plane contacts, or even prestressed ball bearings. The geometry of the contact between the deformable stop part 5 and the axial thrust transmission member 8 secured to the rotary stop part 6, is chosen as a function of the axial forces and maximum speeds V1 at which the contact is expected.
La partie de butée déformable 5 est configurée de telle manière que les éléments déformables provoquent une contraction longitudinale de l'ensemble lorsque la vitesse de rotation de l'arbre 10 augmente, afin de réaliser un débrayage par rapport à l'organe de transmission de poussée 8 à partir de ladite vitesse de rotation prédéterminée V1 correspondant au début du fonctionnement de l'équilibrage actif 7. Dans ce cas (Fig 3 et 4), l'arbre 10 est alors libre en translation afin de permettre un fonctionnement correct du plateau d'équilibrage et la partie de butée tournante 6 n'est plus entraînée. The deformable abutment part 5 is configured in such a way that the deformable elements cause a longitudinal contraction of the assembly when the speed of rotation of the shaft 10 increases, in order to achieve a disengagement with respect to the thrust transmission member 8 from said predetermined speed of rotation V1 corresponding to the start of the operation of active balancing 7. In this case (Fig 3 and 4), the shaft 10 is then free in translation in order to allow correct operation of the plate d balancing and the rotating stop part 6 is no longer driven.
Le fonctionnement du dispositif de butée axiale autoéclipsable 40 selon l'invention est illustré par les figures 1 à 4 qui représentent l'état de la machine à des instants successifs dans le temps pendant une phase de démarrage. The operation of the self-retractable axial stop device 40 according to the invention is illustrated by FIGS. 1 to 4 which represent the state of the machine at successive instants in time during a start-up phase.
Au moment de la mise en route de la machine (fig. 1) l'extrémité libre de la pièce cylindrique 52 est en contact avec l'organe 8 de transmission de poussée axiale qui est solidaire de la partie de butée tournante 6. When the machine is started up (fig. 1) the free end of the cylindrical part 52 is in contact with the member 8 for transmitting axial thrust which is integral with the rotary stop part 6.
En phase de démarrage, le sens de la résultante des efforts axiaux étant connu, le contact entre l'extrémité de la pièce d'extrémité 52 et l'organe 8 reste assuré. In the start-up phase, the direction of the result of the axial forces being known, the contact between the end of the end piece 52 and the member 8 remains ensured.
La reprise des efforts axiaux est alors assurée par la partie de butée tournante 6, par l'intermédiaire de la partie de butée déformable 5. The resumption of the axial forces is then ensured by the rotating stop part 6, by means of the deformable stop part 5.
Le déplacement axial du rotor lié à la déformation de la partie de butée déformable 5 et à la déflexion sous charge de la partie de butée tournante 6 reste inférieur au déplacement admissible du plateau d'équilibrage 7. The axial displacement of the rotor linked to the deformation of the deformable stop part 5 and to the deflection under load of the rotary stop part 6 remains less than the admissible movement of the balancing plate 7.
A la vitesse prévue de débrayage (Fig. 2), c'est-à-dire à la vitesse de rotation V1 correspondant au début du fonctionnement de l'équilibrage actif, le déplacement axial possible au niveau du plateau d'équilibrage 7 étant maximal dans le sens considéré (vers la droite sur la figure 2) le fonctionnement de l'équilibrage fluide actif va entraîner un déplacement de l'ensemble rotor dans le sens contraire (vers la gauche). At the planned disengaging speed (Fig. 2), that is to say at the speed of rotation V1 corresponding to the start of active balancing operation, the axial displacement possible at the level of the balancing plate 7 being maximum in the direction considered (to the right in FIG. 2), the operation of active fluid balancing will cause the rotor assembly to move in the opposite direction (to the left).
Du fait de la déformation de la partie de butée déformable 5 sous l'action de la force centrifuge, pour tout régime de rotation supérieur à la vitesse de débrayage 4, le déplacement relatif de l'extrémité de la pièce 52 de la partie de butée déformable accroît le jeu J entre cette extrémité et l'organe 8 de transmission de poussée axiale (Fig 3). La partie de butée tournante 6 est alors immobilisée. Due to the deformation of the deformable stop part 5 under the action of centrifugal force, for any rotational speed greater than the declutching speed 4, the relative displacement of the end of the part 52 of the stop part deformable increases the clearance J between this end and the member 8 of axial thrust transmission (Fig 3). The rotary stop part 6 is then immobilized.
Avantageusement, la pièce cylindrique 52 vient au contact d'une butée 59 de la pièce cylindrique 51 à partir d'une vitesse de rotation V2, supérieure à la vitesse de rotation V1 de l'arbre 10, de façon à minimiser les contraintes et déformations et à ménager un jeu maximal Jmax entre la pièce 52 et l'organe 8. Advantageously, the cylindrical part 52 comes into contact with a stop 59 of the cylindrical part 51 from a speed of rotation V2, greater than the speed of rotation V1 of the shaft 10, so as to minimize the stresses and deformations and to provide a maximum clearance Jmax between the part 52 and the member 8.
Le dimensionnement de la partie de butée flexible 5 dépend notamment - de la présence ou non d'une butée 59 qui sert à limiter les contraintes dans les éléments flexibles 54, 55 à grande vitesse. The dimensioning of the flexible stop part 5 depends in particular - on the presence or not of a stop 59 which serves to limit the stresses in the flexible elements 54, 55 at high speed.
- de la loi d'évolution de l'effort et de la vitesse au cours des phases de démarrage et d'arrêt.- the law of evolution of the force and the speed during the starting and stopping phases.
- du débattement axial admissible en phase transitoire.- the admissible axial travel in the transient phase.
- des contraintes admissibles à la vitesse maximale de rotation de la machine.- admissible stresses at the maximum speed of rotation of the machine.
- des contraintes liées à l'étude du comportement dynamique du rotor de la machine.- constraints linked to the study of the dynamic behavior of the rotor of the machine.
Il est à remarquer d'une manière générale que la mise en oeuvre d'une butée axiale auto-éclipsable selon l'invention n'implique pas de modification fondamentale de la machine tournante elle-même. En effet, les jeux axiaux de l'arbre sont déterminés à partir de la course du plateau d'équilibrage, et non pas à partir de la déformation axiale du dispositif centrifuge constitué par la partie de butée déformable 5. It should be noted in general that the implementation of a self-eclipsing axial stop according to the invention does not involve any fundamental modification of the rotary machine itself. In fact, the axial clearances of the shaft are determined from the stroke of the balancing plate, and not from the axial deformation of the centrifugal device constituted by the deformable stop part 5.
On décrira ci-après en référence aux figures 5 à 19 divers modes de réalisation possibles pour la partie de butée déformable 5. Several possible embodiments for the deformable stop part 5 will be described below with reference to FIGS. 5 to 19.
Les figures 5 à 7 montrent un premier mode de réalisation possible, dans lequel la partie de butée déformable 5 comprend une première pièce cylindrique 56 fermée le cas échéant par une face frontale rapportée 53, et destinée à être fixée à l'extrémité d'un arbre tournant 10, et une deuxième pièce cylindrique 57 alignée dans l'axe de la première pièce cylindrique 56 et dont la partie d'extrémité libre opposée à cette dernière est destinée à coopérer avec l'organe 8 de transmission de la poussée axiale telle qu'une bille.Chacune des pièces cylindriques 56, 57, comprend plusieurs bras 54 resp. 55, venus d'une seule pièce avec le corps cylindrique 56 resp. 57, régulièrement répartis à la périphérie de ce corps cylindrique et s'étendant essentiellement dans des plans axiaux, en étant inclinés par rapport à l'axe des pièces 56, 57 de telle manière que deux bras 54, 55 situés dans un même plan axial forment un triangle déformable sous l'action de la force centrifuge et permettant un rapprochement des pièces cylindriques 56 et 57 jusqu'à ce que la pièce d'extrémité 57 vienne essentiellement en butée contre la pièce 56. FIGS. 5 to 7 show a first possible embodiment, in which the deformable abutment part 5 comprises a first cylindrical part 56 closed if necessary by an attached front face 53, and intended to be fixed to the end of a rotating shaft 10, and a second cylindrical part 57 aligned in the axis of the first cylindrical part 56 and whose free end part opposite the latter is intended to cooperate with the member 8 for transmitting the axial thrust such that 'a ball. Each of the cylindrical parts 56, 57, comprises several arms 54 resp. 55, come in one piece with the cylindrical body 56 resp. 57, regularly distributed on the periphery of this cylindrical body and extending essentially in axial planes, being inclined relative to the axis of the parts 56, 57 so that two arms 54, 55 located in the same axial plane form a deformable triangle under the action of centrifugal force and allowing the cylindrical parts 56 and 57 to be brought together until the end part 57 essentially comes into abutment against the part 56.
Chaque bras 54, 55 présente une partie allongée 71 resp. Each arm 54, 55 has an elongated part 71 resp.
72 prolongée par une portion terminale 73 resp. 74 renforcée qui est soudée selon un plan de joint 75 avec la portion terminale 74 resp. 73 du bras 55, 54 situé dans le même plan axial. Les différents plans de joint 75 des divers bras 54, 55 sont situés dans un même plan radial. 72 extended by a terminal portion 73 resp. 74 reinforced which is welded according to a joint plane 75 with the terminal portion 74 resp. 73 of the arm 55, 54 located in the same axial plane. The different joint planes 75 of the various arms 54, 55 are located in the same radial plane.
La configuration des figures 5 à 7, dans laquelle l'éloignement des portions terminales renforcées 73, 74 par rapport à l'axe sous l'action de la force centrifuge provoque un rapprochement des pièces cylindriques 56, 57 réunies par les bras 54, 55, est particulièrement facile à réaliser et n'implique que des opérations de soudage aisées dans un seul plan. The configuration of FIGS. 5 to 7, in which the remoteness of the reinforced end portions 73, 74 relative to the axis under the action of centrifugal force causes the cylindrical parts 56, 57 brought together by the arms 54, 55 to come together. , is particularly easy to perform and involves only easy welding operations in a single plane.
Il est naturellement possible d'utiliser divers procédés de soudage, par exemple un soudage au laser, un soudage FE, un soudage par friction, un soudage en atmosphère inerte TIG, un brasage, selon les matériaux utilisés et les contraintes à supporter. It is naturally possible to use various welding methods, for example laser welding, FE welding, friction welding, welding in an inert TIG atmosphere, brazing, depending on the materials used and the stresses to be supported.
Les figures 8 à 10 montrent un autre mode de réalisation possible pour la partie de butée déformable 5, dont la géométrie est tout-à-fait semblable à celle du mode de réalisation des figures 5 à 7, mais dont le procédé de fabrication est différent. Figures 8 to 10 show another possible embodiment for the deformable abutment part 5, the geometry of which is entirely similar to that of the embodiment of Figures 5 to 7, but the manufacturing method of which is different .
En effet, selon les figures 8 à 10, les bras déformables 154, 155 situés dans un même plan axial sont constitués par une seule pièce sensiblement en forme de V avec deux parties allongées inclinées 171, 172 dont le sommet est renforcé par une portion terminale unique 173, 174, et les extrémités libres écartées des parties allongées inclinées 171, 172 sont fixées par soudage sur des picèes cylindriques 156, 157 jouant le rôle des pièces 56, 57 des figures 5 à 7.Sur les figures 8 et 9, on voit la pièce cylindrique 156 soudée à l'extrémité de l'arbre 10 par un cordon de soudure 179, tandis que la pièce cylindrique 157, qui est fermée par une face frontale terminale 158 soudée par un cordon de soudure 178 et destinée à coopérer avec l'organe 8 de transmission de poussée axiale, présente un jeu par rapport à la pièce cylindrique 156 et peut venir en butée contre la pièce 156 lorsque la vitesse de rotation dépasse une valeur V2 supérieure à la vitesse V1 de débrayage du dispositif de butée déformable 5.In fact, according to FIGS. 8 to 10, the deformable arms 154, 155 located in the same axial plane are constituted by a single substantially V-shaped part with two inclined elongated parts 171, 172 whose top is reinforced by an end portion single 173, 174, and the free ends separated from the inclined elongated parts 171, 172 are fixed by welding on cylindrical spikes 156, 157 playing the role of parts 56, 57 of Figures 5 to 7. In Figures 8 and 9, we sees the cylindrical part 156 welded to the end of the shaft 10 by a weld bead 179, while the cylindrical part 157, which is closed by an end face 158 welded by a weld bead 178 and intended to cooperate with the member 8 for transmitting axial thrust, has play with respect to the cylindrical part 156 and can abut against the part 156 when the speed of rotation exceeds a value V2 greater than the speed V1 for disengaging the deformable stop device 5.
Les figures 11 à 13 montrent un mode de réalisation qui est semblable à celui des figures 5 à 7 dans la mesure où des portions terminales renforcées 273, 274 de bras 254, 255 venus d'une seule pièce respectivement avec des pièces cylindriques 256, 257 sont soudées selon des plans de joints 275 qui sont situés dans un même plan radial pour tous les bras 254, 255. Toutefois, dans le cas du mode de réalisation des figures 11 à 13, les bras 254, 255 soudés ensemble sont disposés dans des plans axiaux voisins légèrement décalés et présentent des extrémités libres élargies 273, 274 recourbées pour comprimer la soudure 275 solidarisant ces extrémités libres élargies 273, 274. Dans ce cas, en fonctionnement, les bras 254, 255 se croisent et la soudure 275 qui les solidarise est comprimée tandis que dans le cas des figures 5 à 7, la soudure 75 est soumise à une traction.Lors de la fabrication, les pièces cylindriques 256, 257 munies de leurs bras respectifs 254, 255 sont présentées avec un certain décalage angulaire, puis par rotation, les portions recourbées et renforcées 273, 274 sont placées en alignement les unes avec les autres en se crochetant et une opération de soudage assure la solidarisation finale des portions 273, 274 pour les différents ensembles de bras 254, 255 (qui sur les dessins sont à titre d'exemple au nombre de huit). FIGS. 11 to 13 show an embodiment which is similar to that of FIGS. 5 to 7 insofar as reinforced end portions 273, 274 of arms 254, 255 come in one piece respectively with cylindrical pieces 256, 257 are welded along joint planes 275 which are situated in the same radial plane for all the arms 254, 255. However, in the case of the embodiment of FIGS. 11 to 13, the arms 254, 255 welded together are arranged in neighboring axial planes slightly offset and have enlarged free ends 273, 274 curved to compress the weld 275 joining these enlarged free ends 273, 274. In this case, in operation, the arms 254, 255 cross and the weld 275 which joins them is compressed while in the case of FIGS. 5 to 7, the weld 75 is subjected to a traction. During manufacture, the cylindrical parts 256, 257 provided with their respective arms 254, 255 are presented with a certain angular offset, then by rotation, the curved and reinforced portions 273, 274 are placed in alignment with each other by hooking and a welding operation ensures the final joining of the portions 273, 274 for the different sets of arms 254, 255 (which in the drawings are by way of example eight in number).
Les figures 14 à 16 montrent encore un autre mode de réalisation possible pour la partie de butée déformable 5. Dans ce cas, les pièces cylindriques 356, 357 jouant le rôle des pièces 56, 156, 256 et 57, 157, 257 respectivement, sont réunies par des bandes déformables sensiblement en forme de U présentant un premier tronçon mince 354 relié à la pièce 356, un second tronçon mince 355 relié à la pièce 357 et une partie terminale renforcée 373 tendant à rapprocher, sous l'action de la force centrifuge, les tronçons minces 354, 355 et par suite les pièces cylindriques 357 et 356, qui peuvent être obturées ou non par des faces frontales telles que 358. Figures 14 to 16 show yet another possible embodiment for the deformable abutment part 5. In this case, the cylindrical parts 356, 357 playing the role of parts 56, 156, 256 and 57, 157, 257 respectively, are joined by deformable bands substantially in the form of a U having a first thin section 354 connected to the part 356, a second thin section 355 connected to the part 357 and a reinforced end portion 373 tending to move together, under the action of centrifugal force , the thin sections 354, 355 and consequently the cylindrical parts 357 and 356, which may or may not be closed off by front faces such as 358.
Les figures 17 à 19 montrent encore un autre mode de réalisation possible pour la partie de butée 5 déformable élastiquement. Comme dans les modes de réalisation précédents, le dispositif 5 des figures 17 à 19 comprend une première partie cylindrique 410 solidaire de l'extrémité de l'arbre tournant 10, une deuxième partie cylindrique 452 coaxiale à la première partie cylindrique 410, mais qui cette fois est emboîtée dans celle-ci contre l'action d'organes élastiques 457, et une pluralité d'ensembles 454 à 456 déformables par la force centrifuge disposés essentiellement dans une pluralité de plans axiaux répartis autour de l'axe de l'arbre tournant 10 et reliant les première et deuxième parties cylindriques 410, 452 de manière à rapprocher celles-ci dans le sens axial à partir de ladite vitesse de rotation prédéterminée V1. FIGS. 17 to 19 show yet another possible embodiment for the stop part 5 which is elastically deformable. As in the previous embodiments, the device 5 of FIGS. 17 to 19 comprises a first cylindrical part 410 secured to the end of the rotating shaft 10, a second cylindrical part 452 coaxial with the first cylindrical part 410, but which this times is fitted therein against the action of elastic members 457, and a plurality of sets 454 to 456 deformable by centrifugal force arranged essentially in a plurality of axial planes distributed around the axis of the rotating shaft 10 and connecting the first and second cylindrical parts 410, 452 so as to bring them in an axial direction from said predetermined speed of rotation V1.
Chaque ensemble déformable 454 à 456 présente toutefois une structure sensiblement différente de celle des autres modes de réalisation et comprend une rampe inclinée 454 formée entre ladite deuxième partie cylindrique 452 et une douille extérieure coaxiale 458 solidaire de celle-ci, une lame-ressort 455 ancrée sur la première partie cylindrique 410 et disposée essentiellement longitudinalementpar rapport à celle-ci avec une extrémité libre 459 recourbée vers l'intérieur, et un rouleau 456 en contact avec ladite rampe inclinée 454 et retenu par ladite extrémité libre 459 recourbée de la lame-ressort 455, de telle sorte que, à partir de la vitesse de rotation prédéterminée V1 qui peut être par exemple de l'ordre de 70000 tours/minute, l'écartement vers l'extérieur de l'extrémité recourbée de la lame-ressort 455 provoque undéplacement radial du rouleau 456 agissant sur la rampe 454 et provoquant un recul de la deuxième partie cylindrique 452 vers la première partie cylindrique. Each deformable assembly 454 to 456 however has a structure substantially different from that of the other embodiments and comprises an inclined ramp 454 formed between said second cylindrical part 452 and an outer coaxial sleeve 458 integral with the latter, a leaf spring 455 anchored on the first cylindrical part 410 and arranged essentially longitudinally relative to the latter with a free end 459 bent inwards, and a roller 456 in contact with said inclined ramp 454 and retained by said free end 459 bent of the leaf spring 455, so that, from the predetermined speed of rotation V1 which can be, for example, of the order of 70,000 revolutions / minute, the separation towards the outside of the curved end of the leaf spring 455 causes a radial displacement of the roller 456 acting on the ramp 454 and causing a retraction of the second cylindrical part 452 towards the first re cylindrical portion.
Les systèmes de butée axiale auto-éclipsable décrits précédemment sont particulièrement adaptés aux machines tournantes à usage spatial. A titre d'exemple, on peut citer une turbopompe dont la vitesse de rotation est de 35000 tours/minute, la puissance est de 12 MW, la masse est de 260 kg et le rendement est de 0,76. The self-eclipsing axial stop systems described above are particularly suitable for rotary machines for space use. By way of example, there may be mentioned a turbopump whose rotation speed is 35,000 revolutions / minute, the power is 12 MW, the mass is 260 kg and the efficiency is 0.76.
Toutefois, l'invention peut s'appliquer à des turbopompes dont la vitesse de rotation est beaucoup plus élevée par exemple de l'ordre de 200 000 tours/minute.However, the invention can be applied to turbopumps whose rotational speed is much higher, for example of the order of 200,000 revolutions / minute.
Ltinvention peut s'appliquer à des machines tournantes dont le jeu axial du plateau d'équilibrage peut être par exemple de l'ordre de 20 micormètres. La course de la butée déformable 5 ne doit être supérieure à la valeur du jeu axial du plateau d'équili brage que de quelques micromètres. The invention can be applied to rotary machines in which the axial clearance of the balancing plate can be, for example, of the order of 20 micrometers. The travel of the deformable stop 5 should not be greater than the value of the axial clearance of the balancing plate by only a few micrometers.
On notera par ailleurs que le plateau d'équilibrage d'une machine tournante véhiculant un fluide est généralement conçu de telle manière que lors du démarrage l'arbre se trouve en contact avec la butée et que l'effort axial de l'arbre soit exercée dans un sens axial bien déterminé. It will also be noted that the balancing plate of a rotary machine conveying a fluid is generally designed in such a way that during startup the shaft is in contact with the stop and the axial force of the shaft is exerted in a well-defined axial direction.
Au cas où lors de la mise en route ou de la phase transitoire d'arrêt le sens de l'effort axial exercé par l'arbre est variable, il est possible d'agencer un système de butée axiale auto-éclipsable à chaque extrémité de l'arbre de manière à permettre une reprise de l'effet axial dans les deux sens de déplacement possible de l'arbre. La mise en oeuvre d'un ou deux systèmes de butée axiale auto-éclipsable n'intervient pas dans la détermination des jeux axiaux de la machine. If during the start-up or the transient stop phase the direction of the axial force exerted by the shaft is variable, it is possible to arrange a self-eclipsing axial stop system at each end of the shaft so as to allow resumption of the axial effect in the two possible directions of movement of the shaft. The implementation of one or two self-eclipsing axial stop systems does not intervene in the determination of the axial clearances of the machine.
Lors de la mise en oeuvre de deux systèmes de butée axiale auto-éclipsable aux deux extrémités drune même machine, les deux systèmes peuvent être du même type par exemple à auto-éclipsage par déformation élastique sous l'effet de la force centrifuge selon la présente invention. Toutefois, afin de faciliter les réglages des deux systèmes, il est possible de mettre en oeuvre deux systèmes de butée.axiale auto-éclipsable commandés par des paramètres différents. Ainsi, à l'une des extrémités de la machine, le système de butée axiale auto-éclipsable peut être du type à auto-éclipsage par déformation élastique sous l'effet de la force centrifuge comme selon la présente invention tandis que à l'autre extrémité de la machine le système de butée axiale autoéclipsable peut être du type à membrane flexible soumise à la pression, comme décrit dans la demande de brevet déposée au nom de la Demanderesse le même jour que la présente demande et intitulée "Machine tournante à butée axiale auto-éclipsable à membrane flexible soumise à la pression d'un fluide. When using two self-eclipsing axial stop systems at both ends of the same machine, the two systems can be of the same type, for example self-eclipsing by elastic deformation under the effect of centrifugal force according to the present invention. However, in order to facilitate the adjustments of the two systems, it is possible to use two self-eclipsing axial stop systems controlled by different parameters. Thus, at one end of the machine, the self-eclipsing axial stop system can be of the self-eclipsing type by elastic deformation under the effect of centrifugal force as according to the present invention while at the other end of the machine the self-retractable axial stop system can be of the flexible membrane type subjected to pressure, as described in the patent application filed in the name of the Applicant on the same day as the present application and entitled "Rotating machine with axial stop self-eclipsing flexible membrane subjected to fluid pressure.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9013573A FR2668554B1 (en) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ROTATING MACHINE WITH SELF-CLIPPING AXIAL STOP BY ELASTIC DEFORMATION UNDER THE EFFECT OF CENTRIFUGAL FORCE. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9013573A FR2668554B1 (en) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ROTATING MACHINE WITH SELF-CLIPPING AXIAL STOP BY ELASTIC DEFORMATION UNDER THE EFFECT OF CENTRIFUGAL FORCE. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2668554A1 true FR2668554A1 (en) | 1992-04-30 |
| FR2668554B1 FR2668554B1 (en) | 1993-08-13 |
Family
ID=9401772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9013573A Expired - Fee Related FR2668554B1 (en) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | ROTATING MACHINE WITH SELF-CLIPPING AXIAL STOP BY ELASTIC DEFORMATION UNDER THE EFFECT OF CENTRIFUGAL FORCE. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2668554B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3698251A (en) * | 1971-08-12 | 1972-10-17 | Ambac Ind | Thrust retainer for spherical race ball bearings |
| JPS6060324A (en) * | 1983-09-09 | 1985-04-06 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | Dynamic pressure bearing vertical type spindle device |
| US4865529A (en) * | 1987-12-03 | 1989-09-12 | Rockwell International Corporation | Rotor transient positioning assembly |
-
1990
- 1990-10-31 FR FR9013573A patent/FR2668554B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3698251A (en) * | 1971-08-12 | 1972-10-17 | Ambac Ind | Thrust retainer for spherical race ball bearings |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 9, no. 194 (M-403)[19171], 10 août 1985; & JP-A-60 60 324 (NTN TOYO BEARING K.K.) 06-04-1985 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2668554B1 (en) | 1993-08-13 |
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Legal Events
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