FR3111191A1 - Palier à liquide pour mesurer la valeur d’un balourd d’un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un palier à liquide pour mesurer la valeur d’un balourd d’un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités Selon l’invention, le palier à liquide comprend un support (4) dans lequel est ménagée une cavité (6), la cavité (6) débouche au niveau d’une face supérieure (16) du support afin de permettre l’insertion partielle d’un arbre mécanique (12) dans ladite cavité, la cavité (6) contient un liquide (22) permettant la flottaison d’un arbre mécanique (12) présent dans ladite cavité (6) de sorte qu’une roue à aubes (18) maintenue à une extrémité de l’arbre mécanique (12) soit maintenue à distance de la face supérieure (16) du support (4). Figure 1

Description

Palier à liquide pour mesurer la valeur d’un balourd d’un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne le domaine technique de l’équilibrage de roues à aubes, maintenues à une extrémité d’un arbre mécanique. Plus particulièrement, l’invention porte sur un palier destiné à permettre le pivotement d’un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités, afin de mesurer la valeur du balourd de l’ensemble formé par la roue à aubes et l’arbre mécanique.
Arrière-plan technologique
De façon connue, un turbocompresseur permet d’augmenter le rendement d’un moteur thermique. Un turbocompresseur comprend une roue de turbine, maintenue à une extrémité d’un arbre mécanique, et une roue de compresseur maintenue à une autre extrémité dudit arbre. La roue de turbine est placée dans le flux des gaz d’échappement du moteur, afin d’entrainer la rotation de la roue de compresseur par l’intermédiaire de l’arbre mécanique. La roue de compresseur est quant à elle placée dans le conduit d’admission du moteur, pour comprimer les gaz d’admission avant leur injection dans le moteur. La vitesse de rotation du turbocompresseur peut alors atteindre des vitesses très élevées, de l’ordre de 250 000 tours par minute. De ce fait, un mauvais équilibre de l’arbre mécanique et/ou de la roue de turbine est susceptible de générer des vibrations, pouvant provoquer une nuisance sonore sous la forme d’un sifflement ainsi qu’une usure prématurée du turbocompresseur.
Habituellement, les roues de turbines sont des roues à aubes réalisées par fonderie. La surface brute des roues à aubes ne favorise pas leur centrage de façon précise, à l’extrémité d’un arbre mécanique lors de leur soudage. De plus, la répartition du métal d’apport n’est pas non plus contrôlée précisément lors de leur soudage. L’axe de rotation de l’arbre mécanique se trouve ainsi plus ou moins décalé par rapport au centre d’inertie de la pièce soudée.
Il est donc nécessaire de contrôler la valeur de ce décalage ou déséquilibre que l’on nomme balourd, pour chaque ensemble formé par une roue à aubes maintenue à l’extrémité d’un arbre mécanique, afin de s’assurer que cette valeur soit bien comprise dans les plages de tolérance prédéfinies par les constructeurs de turbocompresseurs.
Pour mesurer la valeur du balourd d’une pièce, la mise en rotation de la pièce s’avère nécessaire. Il est connu l’utilisation d’un palier aérostatique pour faire pivoter un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités, afin de mesurer la valeur du balourd de l’ensemble formé par la roue à aubes et l’arbre mécanique. Un palier aérostatique permet avantageusement un pivotement à grande vitesse de l’arbre mécanique, tout en minimisant les forces de frottement lors de son pivotement. Un palier aérostatique se compose d’un support dans lequel est ménagé un passage de forme cylindrique. Le passage est apte à recevoir un arbre mécanique. Le palier aérostatique comporte des moyens de génération d’un flux d’air dans le passage. Le flux d’air généré est configuré pour créer une zone de surpression au niveau de l’arbre mécanique afin d’engendrer un phénomène de portance aérostatique d’un arbre mécanique inséré dans le palier. L’écart entre l’arbre mécanique et les parois internes du palier aérostatique doit être de l’ordre de quelques dizaines de microns pour générer ce phénomène de portance aérostatique.
Un palier aérostatique est ainsi utilisable uniquement pour un nombre restreint d’arbres mécaniques, dont le diamètre est compris dans une plage de valeurs de quelques microns. De ce fait, il s’avère nécessaire de remplacer le palier aérostatique dès lors que l’on souhaite mesurer la valeur du balourd d’un ensemble comprenant un arbre mécanique dont le diamètre n’est pas compris dans cette plage de valeurs. Or, la fabrication ainsi que la mise en place d’un nouveau palier aérostatique sont des étapes complexes et onéreuses.
L’invention vise à résoudre cette problématique en proposant un nouveau type de palier, destiné à permettre le pivotement d’un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités, afin de mesurer la valeur du balourd de l’ensemble formé par la roue à aubes et l’arbre mécanique, de fabrication et mise en place moins onéreuses, ainsi que moins complexes.
Objet de l’invention
Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un palier à liquide pour mesurer la valeur du balourd d’un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités.
L’invention est remarquable en ce que le palier à liquide comprend un support dans lequel est ménagée une cavité, la cavité débouche au niveau d’une face supérieure du support afin de permettre l’insertion partielle d’un arbre mécanique dans ladite cavité, la cavité contient un liquide permettant la flottaison d’un arbre mécanique présent dans ladite cavité de sorte qu’une roue à aubes maintenue à une extrémité de l’arbre mécanique soit maintenue à distance de la face supérieure du support.
La présence d’un liquide non pressurisé dans la cavité du palier permet avantageusement de maintenir l’arbre mécanique verticalement ou sensiblement verticalement dans le support, tout en permettant le pivotement de l’arbre mécanique dans le support, en minimisant également les forces de frottement, de manière à permettre la mesure de la valeur du balourd d’une roue à aubes maintenue à une de ses extrémités.
Selon un autre avantage, la présence d’un liquide dans la cavité offre une plus grande plage de tolérance concernant le diamètre de l’arbre mécanique apte à flotter et pivoter dans le palier. Ainsi, contrairement au palier aérostatique décrit ci-dessus, le palier à liquide selon l’invention est utilisable avec un ensemble d’arbres mécaniques, dont les diamètres au niveau de la cavité, varient de plusieurs dizaines de microns.
Selon un autre avantage, un palier à liquide selon l’invention ne met pas en œuvre un phénomène physique de portance aérostatique, pour maintenir un arbre mécanique dans la cavité. De ce fait, l’invention propose un palier plus simple de fabrication et nettement moins coûteux d’utilisation qu’un palier aérostatique. En effet, il n’est pas nécessaire d’employer des moyens de génération d’un fluide sous pression pour maintenir un arbre mécanique dans la cavité, du fait de la présence d’un liquide dans la cavité.
Il est à noter que la roue à aubes et l’arbre mécanique mentionnés ci-dessus, sont de préférence sensiblement alignés de sorte que l’arbre mécanique flotte verticalement ou sensiblement verticalement dans le palier à liquide.
Selon une variante de réalisation de l’invention, la cavité comprend un premier tronçon de forme cylindrique, s’étendant le long d’un axe longitudinal, normal ou sensiblement normal à la face supérieure du support. La forme cylindrique du premier tronçon permet un mouvement du liquide dans ledit tronçon, plus favorable à la mise en rotation de l’arbre mécanique.
Selon une variante de réalisation préférée, le diamètre du premier tronçon est compris entre 3 mm et 20 mm, de préférence entre 4 mm et 15 mm. La longueur du premier tronçon peut être comprise entre 20 mm et 100 mm, de préférence entre 20 mm et 80 mm.
Il est à noter que par les termes « diamètre » et « longueur », on entend une dimension mesurée respectivement selon une direction radiale ou colinéaire à l’axe longitudinal du support.
Selon une autre variante de réalisation de l’invention, la cavité comprend un deuxième tronçon s’étendant le long de l’axe longitudinal du palier à liquide, et le deuxième tronçon débouche sur la face supérieure du support et communique avec le premier tronçon, et le deuxième tronçon s’étend radialement au-delà du premier tronçon. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour permettre, éventuellement, la flottabilité d’une partie située au niveau d’une extrémité de l’arbre mécanique et /ou une partie d’un appendice située en vis-à-vis d’une face arrière d’une roue à aubes maintenue à ladite extrémité de l’arbre mécanique.
Selon une variante de réalisation préférée, la longueur du deuxième tronçon est comprise entre 0 mm et 5 mm, de préférence entre 1 mm et 3 mm. La plus petite dimension du deuxième tronçon, dans un plan radial ou sensiblement radial à l’axe longitudinal du support, peut être comprise entre 5 mm et 40 mm, de préférence entre 10 mm et 25 mm. De préférence, le deuxième tronçon est de forme cylindrique.
Selon une autre variante de réalisation de l’invention, le premier tronçon et le deuxième tronçon sont centrés sur l’axe longitudinal du support.
Selon une autre variante de réalisation de l’invention, une extrémité du premier tronçon, opposée à la face supérieure du support, débouche dans un réservoir rempli de liquide. De préférence, le volume du réservoir est compris entre 1 cm3et 100 cm3, de préférence entre 1 cm3et 50 cm3.
Il est à noter que le liquide présent dans la cavité peut être contenu uniquement dans le réservoir, en absence d’arbre mécanique dans la cavité. La cavité est alors configurée pour que le liquide inonde le premier tronçon lorsque l’extrémité d’un arbre mécanique est introduite dans le réservoir.
Le réservoir est de forme elliptique ou sensiblement elliptique, de préférence de forme sphérique ou sensiblement sphérique. Le réservoir s’étend radialement par rapport à l’axe longitudinal du support, au-delà du premier tronçon. Selon une variante de réalisation, le réservoir est de forme identique ou sensiblement identique au premier tronçon.
Selon une autre variante de réalisation de l’invention, le fluide présent dans la cavité se caractérise par une viscosité cinématique à 40°C, mesurée selon la norme ISO 3104, dont la valeur est comprise entre 5 mm2/s et 100 mm2/s, de préférence entre 5 mm2/s et 25 mm2/s.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation mentionnées ci-dessus peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
L’invention propose également un poste de mesure de la valeur du balourd d’un ensemble comprenant un arbre mécanique maintenant à l’une de ses extrémités une roue à aubes, comprenant un palier à liquide tel que décrit ci-dessus.
Description des figures
La description qui va suivre en regard du dessin annexé suivant, donné à titre d’exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée :
représente une vue schématique d’une coupe longitudinale d’un palier à liquide selon l’invention, maintenant un arbre mécanique comportant une roue à aubes à l’une de ses extrémités.
Description détaillée d’un exemple de réalisation
Pour rappel, l’invention vise à proposer un nouveau type de palier, destiné à permettre le pivotement d’un arbre mécanique maintenant une roue à aubes à une de ses extrémités, afin de mesurer la valeur du balourd de l’ensemble formé par la roue à aubes et l’arbre mécanique, de fabrication et mise en place moins onéreuse, tout en permettant la mise en rotation d’arbres mécaniques de diamètre de valeurs plus variées.
Comme illustré par la figure 1 ci-jointe, un palier à liquide 2 selon l’invention comprend un support 4 dans lequel est ménagée une cavité 6. Le support est réalisé à partir d’un métal et/ou bien d’un élément à base de polymère.
La cavité 6 se compose d’un premier tronçon 8, de forme cylindrique ou sensiblement cylindrique, et s’étendant le long d’un axe longitudinal 10 du support 4. Les dimensions du premier tronçon sont adaptées pour permettre le passage d’un arbre mécanique 12 comme illustré par la figure 1.
Selon le présent exemple, la longueur L1 du premier tronçon est comprise entre 20 mm et 100 mm, de préférence entre 20 mm et 80 mm. Le diamètre D1 du premier tronçon 8 est compris entre 3 mm et 20 mm, de préférence entre 4 mm et 15 mm.
Par les termes « longueur » et « diamètre », on entend respectivement une dimension mesurée selon une direction parallèle ou perpendiculaire à l’axe longitudinal 10.
La cavité 6 comporte un deuxième tronçon 14, reliant le premier tronçon 8 à une face supérieure 16 du support. Par les termes « face supérieure », on entend une face du support destinée à être opposée au sol, lors de l’utilisation du palier à liquide 2. Le deuxième tronçon 14 s’étend le long de l’axe longitudinal 10 du palier à liquide. Le deuxième tronçon 14 s’étend également radialement par rapport à l’axe longitudinal 10, au-delà du premier tronçon 8. En d’autres termes, le premier tronçon 8 et le deuxième tronçon 14 sont alignés sur l’axe longitudinal 10 du support 4, et le premier tronçon 8 débouche dans le deuxième tronçon 14.
Les dimensions du deuxième tronçon 14, comprises dans un plan radial à l’axe longitudinal 10, sont supérieures aux dimensions du premier tronçon 8 définies dans un même plan, de manière à permettre l’insertion d’une partie 12A de l’arbre mécanique, de plus grand diamètre, comme illustré par la figure 1. De préférence, le deuxième tronçon 14 est de forme cylindrique. La longueur L2 du deuxième tronçon 14 est comprise entre 0 mm et 5 mm, de préférence entre 1 mm et 3 mm. Le diamètre D2 tronçon est compris entre 5 mm et 40 mm, de préférence entre 10 mm et 25 mm.
Selon une variante de réalisation non illustrée, la longueur L2 du deuxième tronçon peut être égale à 0 mm. En d’autres termes, la cavité 6 peut comprendre uniquement un premier tronçon, débouchant directement dans un réservoir décrit ci-dessous.
L’extrémité opposée du premier tronçon 8 débouche dans un réservoir 20 de forme sensiblement elliptique, de préférence sensiblement sphérique. Le réservoir est également aligné sur l’axe longitudinal 10 du support, de sorte à faciliter l’insertion d’une extrémité de l’arbre mécanique 12. Le volume du réservoir est compris entre 1 cm3et 100 cm3, de préférence entre 1 cm3et 50 cm3. Le réservoir 20 est au moins partiellement rempli par un liquide 22, de manière à ce que le liquide remplisse le premier tronçon 8 lorsqu’un arbre mécanique pénètre dans le réservoir.
De préférence, le liquide 22 présent dans le réservoir 20 est apte à remplir le premier tronçon 8 et inonder au moins partiellement le deuxième tronçon 14 lorsqu’un arbre mécanique 12 est inséré dans la cavité 6, de manière à favoriser une plus grande flottabilité d’un arbre mécanique 12 inséré dans la cavité 6.
Ainsi, de manière avantageuse, l’ensemble formé par l’arbre mécanique 12 et la roue à aubes 18, maintenue à une de ses extrémités, flotte dans la cavité sans qu’une face arrière 24 de la roue aubes ne prenne appui contre la face supérieure 16 du support 4.
De préférence, la forme et les dimensions de la cavité 6 ainsi que la quantité de liquide 22 contenue dans la cavité, sont adaptées afin que la face arrière 24 de la roue à aubes soit distante de la face supérieure 16 du support 4. De préférence, la distance E entre la face arrière 24 de la roue à aubes 18 et la face supérieure 16 du support 4 est comprise entre 1 mm et 20 mm, ou entre 5 mm et 15 mm.
La roue à aubes peut ainsi être aisément mise en rotation, de manière à pivoter autour ou sensiblement autour de l’axe longitudinal 10 du support 4, par l’intermédiaire de moyens connus tels que des buses de propulsion de jets d’air contrôlés.
Ainsi, l’invention propose un palier à liquide apte à permettre la mesure de la valeur du balourd de l’ensemble formé l’arbre mécanique 12 et la roue à aubes 18, plus simple de fabrication, de mise en œuvre et d’utilisation par rapport à un palier aérostatique.
Selon un autre avantage, un palier à liquide 2 selon l’invention est utilisable avec des arbres mécaniques dont le diamètre varie dans une plus grande plage de valeurs, par rapport aux paliers aérostatiques.
De préférence, le liquide 22 présent dans la cavité se caractérise par une viscosité mesurée à 40°C, selon la norme ISO 3104, dont la valeur est comprise entre 5 mm2/s et 100 mm2/s, de préférence entre 5 mm2/s et 25 mm2/s. À titre d’exemple non limitatif, le liquide 22 est une huile hydraulique commercialisée par la société TOTAL, sous la référence commerciale “EQUIVIS ZS 15”.

Claims (14)

  1. Palier à liquide (2) pour mesurer la valeur du balourd d’un arbre mécanique (12) maintenant une roue à aubes (18) à une de ses extrémités, caractérisé en ce que le palier à liquide (2) comprend un support (4) dans lequel est ménagé une cavité (6), la cavité (6) débouche au niveau d’une face supérieure (16) du support afin de permettre l’insertion partielle d’un arbre mécanique (12) dans ladite cavité, la cavité (6) contient un liquide (22) au repos permettant la flottaison d’un arbre mécanique (12) présent dans ladite cavité (6) de sorte qu’une roue à aubes (18) maintenue à une extrémité de l’arbre mécanique (12) soit maintenue à distance de la face supérieure (16) du support (4).
  2. Palier à liquide (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (6) comprend un premier tronçon (8) de forme cylindrique, s’étendant le long d’un axe longitudinal (10) normal ou sensiblement normal à la face supérieure (16) du support (4).
  3. Palier à liquide (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre (D1) du premier tronçon (8) est compris entre 3 mm et 20 mm.
  4. Palier à liquide (2) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la longueur (L1) du premier tronçon (8) est comprise entre 20 mm et 100 mm.
  5. Palier à liquide (2) selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la cavité (6) comprend un deuxième tronçon (14) s’étendant le long de l’axe longitudinal (10) du palier à liquide, et en ce que le deuxième tronçon (14) débouche sur la face supérieure (16) du support (4) et communique avec le premier tronçon (8), et en ce que le deuxième tronçon (14) s’étend radialement au-delà du premier tronçon (8).
  6. Palier à liquide (2) selon la revendication 5, caractérise en ce que la longueur (L2) du deuxième tronçon (14) est comprise entre 0 mm et 5 mm.
  7. Palier à liquide (2) selon la revendication 5 ou 6, caractérise en ce que la plus petite dimension (D2) du deuxième tronçon (14), dans un plan radial ou sensiblement radial à l’axe longitudinal (10) du support (4), est comprise entre 5 mm et 40 mm.
  8. Palier à liquide (2) selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le deuxième tronçon (14) est de forme cylindrique.
  9. Palier à liquide (2) selon l’une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le premier tronçon (8) et le deuxième tronçon (14) sont centrés sur l’axe longitudinal (10) du support (4).
  10. Palier à liquide (2) selon l’une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu’une extrémité du premier tronçon (8), opposée à la face supérieure (16) du support (4), débouche dans un réservoir (20) rempli de liquide (22).
  11. Palier à liquide (2) selon la revendication 10 caractérisé en ce que le volume du réservoir (20) est compris 1 cm3et 100 cm3.
  12. Palier à liquide (2) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le réservoir (20) est de forme elliptique ou sensiblement elliptique.
  13. Palier à liquide (2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide présent dans la cavité (6) a une viscosité cinématique à 40°C, mesurée selon la norme ISO 3104, dont la valeur est comprise entre 5 mm2/s et 100 mm2/s.
  14. Poste de mesure de la valeur du balourd d’un ensemble comprenant un arbre mécanique (12) maintenant à l’une des ses extrémités une roue à aubes (18), caractérisé en ce qu’il comprend un palier à liquide (2) selon l’une des revendications 1 à 13.
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