WO2024115866A1 - Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés. - Google Patents

Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés. Download PDF

Info

Publication number
WO2024115866A1
WO2024115866A1 PCT/FR2023/051892 FR2023051892W WO2024115866A1 WO 2024115866 A1 WO2024115866 A1 WO 2024115866A1 FR 2023051892 W FR2023051892 W FR 2023051892W WO 2024115866 A1 WO2024115866 A1 WO 2024115866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotating shaft
fluid
cooling
pressurization
shaft device
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051892
Other languages
English (en)
Inventor
Domenico Restaino
Thomas Charbonneau
Jérôme Girard
Original Assignee
Ab Skf
Alpinov X
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ab Skf, Alpinov X filed Critical Ab Skf
Publication of WO2024115866A1 publication Critical patent/WO2024115866A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/049—Roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/0462—Bearing cartridges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/0563—Bearings cartridges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/056—Bearings
    • F04D29/059—Roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/584—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps cooling or heating the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/588—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps cooling or heating the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0402—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means combined with other supporting means, e.g. hybrid bearings with both magnetic and fluid supporting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • F16C33/6637—Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
    • F16C33/6659—Details of supply of the liquid to the bearing, e.g. passages or nozzles
    • F16C33/667—Details of supply of the liquid to the bearing, e.g. passages or nozzles related to conditioning, e.g. cooling, filtering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • F16C33/6637—Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
    • F16C33/6659—Details of supply of the liquid to the bearing, e.g. passages or nozzles
    • F16C33/6677—Details of supply of the liquid to the bearing, e.g. passages or nozzles from radial inside, e.g. via a passage through the shaft and/or inner ring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C37/00—Cooling of bearings
    • F16C37/007—Cooling of bearings of rolling bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/50—Bearings
    • F05D2240/54—Radial bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/205—Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2320/00—Apparatus used in separating or mixing
    • F16C2320/42—Centrifuges
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/23—Gas turbine engines
    • F16C2360/24—Turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00—Engines or pumps
    • F16C2360/44—Centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • TITLE Rotating shaft device with integrated cooling and lubrication.
  • the present invention relates to a cooling and lubricating device with a rotating shaft, and a turbocharger comprising such a device with a rotating shaft, said turbocharger being capable of compressing a refrigerant.
  • the invention also relates to a method of operating a rotating shaft device.
  • seals are satisfactory in that they limit the distribution of fluid in the machine, they are nevertheless responsible for additional friction during operation, which can lead to an increase in the internal temperature of the machine, and cause mechanical degradation or premature aging of its components.
  • Such an increase in temperature can also be caused by the rolling of balls, rollers or needles, and by any type of mechanical bearing.
  • Another potential source of heating of the machine can also come from the shearing of part of the oil dedicated to lubrication, elements linked to the shaft, or friction in the bearings. A substantial increase in temperature can then cause an alteration in the performance of the process, leading to malfunctions of the machine, or a reduction in its precision, in particular due to the expansion of the materials under the effect of heat.
  • the lubrication of a rotating shaft can have two functions which are potentially sometimes antagonistic: the lubrication and the cooling of the bearings (or any other moving component or mechanism). Indeed, as indicated previously, too much lubrication can lead to strong shearing of the oil and thus drastically increase heating. The higher the oil flow in the bearings, the greater the quantity of calories evacuated. However, this heat capture is less effective at high flow rates, and it is generally necessary to implement proportionally very high flow rates for the cooling of bearings rotating at very high speeds. In fact, the latter will generate strong heating, particularly due to the strong shear of the oil.
  • the present invention aims to propose a solution which responds to all or part of the aforementioned problems, in particular by making it possible to dissociate the cooling and lubrication functions of the oil.
  • a rotating shaft device comprising: a housing ; a rotating shaft surrounded by the housing, mounted to rotate relative to the housing around an axis of rotation, and having a geometry of revolution around said axis of rotation, said rotating shaft comprising a main body comprising a fluid receiving portion; at least one bearing comprising rolling elements, and ensuring the rotational mounting of the rotary shaft relative to the housing; a pressurizing member belonging to the rotating shaft, and integral in rotation with the main body of the rotating shaft, said pressurizing member being radially disposed between the main body of the rotating shaft and the housing, and axially positioned at the level of the fluid receiving portion of the main body of the rotating shaft, said pressurization member and the main body of the rotating shaft defining between them a pressurization tank configured to receive a volume of a cooling fluid; and at least one cooling channel radially disposed between the main body of the rotating shaft and the at least one bearing, and extending between a fluid inlet and a fluid outlet, said at least
  • said at least one cooling channel ensures fluid communication between the pressurization tank and the fluid outlet.
  • the rotating shaft device may further have one or more of the following characteristics, taken alone or in combination.
  • the at least one cooling channel is fluidically isolated from the rolling elements of the at least one bearing.
  • fluidically isolated we mean that the quantity of fluid used for lubrication, reaching the rolling elements of the at least one bearing coming from the cooling channels or the pressurization tank or even coming from a device separated can be controlled via adequate sizing or device, independently of the flow which supplies the pressurization tank and the cooling channels.
  • the rotating shaft delimits the at least one cooling channel.
  • the at least one bearing is arranged between the rotating shaft and the housing.
  • the at least one bearing is arranged between the pressurization member and the housing.
  • the pressurization member is offset axially along the axis of rotation relative to the at least one bearing.
  • said at least one cooling channel is oriented axially relative to the axis of rotation.
  • the fluid receiving portion is arranged at one end, or in a stepped zone of the rotating shaft.
  • the fluid receiving portion is arranged on a portion of the rotating shaft which has a diameter strictly smaller than an internal diameter of the at least one bearing.
  • the fluid receiving portion is adjacent to a flow portion of the rotating shaft at which the at least one bearing is arranged.
  • the fluid receiving portion is adjacent and in direct fluid connection without requiring communication holes towards the flow portion comprising the at least cooling channel.
  • each cooling channel forms a groove dug in the external surface of the rotating shaft or on a ring attached and secured in rotation to the shaft.
  • each cooling channel depends at least in part: on the thermal conductivity of the cooling fluid and the constituent materials of the rotating shaft; the Prandlt number of the cooling fluid; the flow rate of cooling fluid corresponding to a thermal power to be evacuated;
  • an occupancy rate of the external surface by the cooling channels is between 10% and 30%.
  • an apparent surface of the channels represents 10% to 30% of the external surface of the rotating shaft or of an attached ring secured to the shaft.
  • Such an occupancy rate is chosen to ensure a Hertz pressure sufficient to ensure the tightening of the ring of the at least one bearing on the rotating shaft.
  • a ratio of a spacing between two cooling channels, and a width of a cooling channel is between 2 and 10. In this way, it is possible to guarantee an absence of deformation of the cooling path. bearing of the inner ring at the level of the cooling channels.
  • the number of cooling channels and a width of a cooling channel are a function of the thermal power to be evacuated and the characteristics of the cooling fluid.
  • the number of cooling channels is greater than or equal to two, and in particular greater than or equal to four.
  • the cooling channels are distributed radially uniformly on the rotating shaft.
  • the use of a large number of cooling channels makes it possible to increase the flow rate of cooling fluid used to cool the entire device with a rotating shaft, and in particular the rotating shaft, and the at least a roll.
  • the use of a large number of cooling channels in the form of fine grooves makes it possible to guarantee cooling with a high flow rate, while limiting the pressure loss suffered by the cooling fluid. Furthermore, the use of a large number of cooling channels makes it possible to increase the exchange surface wetted by the cooling fluid. cooling and ensure better temperature uniformity. This also obviously makes it possible to increase the hot power evacuated.
  • the pressurization member is integral with the rotating shaft.
  • the rotating shaft comprises the pressurization member.
  • the pressurization tank is configured to place the cooling fluid at overpressure relative to the ambient pressure, at the level of the fluid inlet, when the cooling fluid is subjected to a centrifugal force caused by the rotational movement of the rotating shaft around the axis of rotation.
  • said overpressure can be greater than 1.5 bar, and more particularly between 2 bars and 10 bars, where 1 bar is equal to 10 5 Pa.
  • said overpressure can be equal to 5 bars.
  • the fluid receiving portion comprises a first part devoid of a cooling channel, said first part of the fluid receiving portion preferably having a frustoconical shape.
  • a fluid receiving portion having at least one part having a frustoconical shape makes it possible to define a pressurization tank which generates a volume of cooling fluid in the form of a ring of fluid when the cooling fluid is rotated.
  • a hydrostatic overpressure is dependent in particular on a height of cooling fluid counted radially in the pressurization tank, on the external diameter of the cooling channels, and on the rotation speed of the rotating shaft.
  • the first part of the fluid receiving portion has a frustoconical, hemispherical or stepped cylindrical shape.
  • the first part facilitates the homogeneous rotation of the cooling fluid.
  • the synchronous rotation of the rotary shaft with the cooling fluid makes it possible to guarantee efficient introduction of the cooling fluid into the cooling channels.
  • the first part also makes it possible to avoid the appearance of swirl or rebound phenomena leading to poor penetration of the cooling fluid into the cooling channels. Such phenomena are characterized by the fact that the rotation speed of the cooling fluid is greater on a portion located radially on the periphery than on a portion placed closer to the axis of rotation.
  • This first part is however not limiting, it is also possible that such a first part is absent.
  • the pressurization member is an attached part on the main body of the rotating shaft between the axis of rotation and the housing, or that the pressurization member is a collection groove included in the rotating shaft and communicating with the cooling channels.
  • the rotating shaft may comprise collection channels attached or not to the main body of the rotating shaft and extending radially relative to the axis of rotation.
  • an air gap between the pressurization member and the rotating shaft, counted along an axis perpendicular to an external surface of the first part of the fluid receiving portion, is constant axially along the first part of the fluid receiving portion.
  • the pressurization tank has a hollow frustoconical shape, the hollow of which is formed at least partially by the first part of the fluid receiving portion.
  • the shape of the pressurization tank makes it possible both to allow overflow of the cooling fluid in the case where too much cooling fluid is injected, and to protect against a return of fluid. cooling or a swirl effect, particularly during a rapid increase in the speed of rotation of the rotating shaft.
  • the frustoconical shape of the pressurization tank allows the flow of the cooling fluid to the cooling channels, which allows the cooling fluid to be brought to the level of the inlet of the cooling channels for fluid flow rates cooling too low to allow the formation of a ring of cooling fluid.
  • At least one element chosen from the group comprising the pressurization member and the first part of the fluid receiving portion, comprises orientation fins configured to direct more efficient flow of the cooling fluid to the inlet of the flow zone containing the cooling channels.
  • the orientation fins are arranged on an external surface of the first part of the fluid receiving portion.
  • each orientation fin has a helical shape.
  • the at least one cooling channel is provided on an external surface of the main body of the rotating shaft.
  • the pressurization member comprises a proximal pressurization portion configured to cap the rotating shaft on a second part of the fluid receiving portion, so as to externally radially close the at least one channel of cooling.
  • the second part of the fluid receiving portion comprises cooling channels.
  • at least part of the external surface of the rotating shaft is included in the second part of the fluid receiving portion, so that the cooling channels extend from the second part of the portion fluid reception up to the flow portion and over all or part of the flow portion.
  • the proximal pressurization portion has a cylindrical shape, for example comprising a rim forming the pressurization reservoir for the cooling fluid.
  • the second part of the fluid receiving portion is threaded at least partially, so as to allow the fixing by screwing of the pressurization member at the level of the proximal pressurization portion.
  • the proximal pressurization portion is fitted or glued, so as to allow the fixing of the pressurization member at the level of the second part of the fluid receiving portion.
  • the proximal pressurization portion is at least partially threaded, so as to allow the pressurization member to be fixed by screwing at the level of the second part of the fluid receiving portion.
  • the second part of the fluid receiving portion comes as an extension, along the axis of rotation, of the first part of the fluid receiving portion, in a direction approaching said at least one rolling.
  • the first part of the fluid receiving portion and the second part of the fluid receiving portion are formed integrally within the same one-piece part forming the fluid receiving portion.
  • the pressurization member comprises a distal pressurization portion, distinct from the proximal pressurization portion, and having a geometry of revolution around the axis of rotation, converging as far as the proximal pressurization portion.
  • the distal pressurization portion has a thickness of the pressurization member counted radially relative to the axis of rotation which gradually decreases as it approaches axially the proximal pressurization portion.
  • the distal pressurization portion has a thickness of the pressurization member counted radially relative to the axis of rotation which is constant, and has an internal diameter counted radially relative to the axis of rotation which progressively decreases as it approaches axially the proximal pressurization portion.
  • said at least one cooling channel has a channel depth counted radially relative to the axis of rotation, and in which the pressurization tank has a storage height counted radially relative to the axis of rotation. rotation, said storage height being strictly greater than said channel depth.
  • the distal pressurization portion comes as an extension of the proximal pressurization portion along the axis of rotation, in a direction away from said at least one bearing.
  • the distal pressurization portion and the proximal pressurization portion are formed integrally within the same one-piece part forming the pressurization member.
  • the at least one bearing comprises an internal ring secured in rotation to the rotating shaft, said internal ring at least partially covering the at least one cooling channel.
  • the cooling channel is arranged under the internal ring of the at least one bearing, so as to cool the internal ring.
  • the cooling channel forms a groove on the external surface of the rotating shaft.
  • the internal ring may be configured to externally close radially the groove formed by the cooling channel.
  • the at least one cooling channel has a cutting section of constant shape along said at least one cooling channel, in particular of rectangular shape, or partially or completely circular.
  • the cooling channels can have any cross-sectional shape that can be obtained by an industrial machining process along an axis, for example by forming grooves or grooves by knurling.
  • the cooling channels have a square cross-section, for example 0.7 mm side.
  • cooling channels having a relatively small cross-section makes it possible to operate at a low Reynolds number and to optimize pressure losses and heat exchange.
  • the at least one cooling channel extends axially in a rectilinear manner between the fluid inlet and the fluid outlet where the cooling fluid exits out of the cooling channel.
  • the at least one cooling channel extends substantially parallel to the axis of rotation.
  • the at least one cooling channel has a length counted axially between the fluid inlet and the fluid outlet greater than a width of the internal ring(s) counted axially.
  • the rotary shaft comprises an annular outlet groove, arranged on the side opposite the fluid receiving portion relative to the at least one bearing, said annular outlet groove forming the fluid outlet.
  • the rotating shaft device comprises a seal, for example a dynamic seal, disposed on the side opposite the flow portion relative to the fluid outlet.
  • the housing comprises a cylindrical side wall and a distal end wall extending from the cylindrical side wall radially towards the interior of the cylindrical side wall, said wall distal end defining with the pressurization member, an access pipe opening towards the pressurization tank at the level of an access opening, said access pipe being configured to allow the introduction of the cooling fluid into inside the pressurization tank.
  • the presence of the access pipe makes it possible to introduce the cooling fluid at the level of the pressurization tank.
  • the access pipe makes it possible to introduce the cooling fluid axially at the level of the pressurization tank.
  • the cooling fluid may flow into the access line first radially, from the outside to the inside, between the distal end wall and the member. pressurization.
  • the housing comprises a cylindrical skirt extending parallel to the cylindrical side wall internally between the pressurization member and the rotating shaft, the access pipe then being defined between the cylindrical skirt and the member pressurization.
  • the cylindrical side wall, the distal end wall, and the cylindrical skirt internally delimit between them a volume configured to retain a quantity of cooling fluid, so as to form a bath of cooling fluid intended to be pressurized by the pressurization member when it is rotated.
  • the housing comprises a second cylindrical side wall, parallel to the cylindrical side wall and secured to the distal end wall so as to form an additional volume for receiving cooling fluid.
  • the second cylindrical side wall is arranged radially on the side opposite the pressurization member relative to the cylindrical side wall.
  • the cylindrical side wall is provided with an inlet opening configured to allow fluid communication between a volume interior to the cylindrical side wall, and a volume exterior to the cylindrical side wall.
  • the cylindrical side wall, the distal end wall, the second cylindrical side wall, and the cylindrical skirt form a single piece, for example having a section in a plane perpendicular to the E-shaped axis of rotation.
  • the cylindrical side wall and the distal end wall form internally between them a volume configured to retain a quantity of cooling fluid, so as to form a cooling fluid bath in which at least a portion of the fluid receiving portion is immersed.
  • the cylindrical side wall, the distal end wall, and the second cylindrical side wall form a single piece, having for example a section in a plane perpendicular to the axis of rotation in the form of U.
  • the injection of cooling fluid at the level of the pressurization member makes it possible to avoid the use of dynamic, labyrinth or air seals.
  • the cylindrical side wall of the housing comprises an evacuation orifice passing through the cylindrical side wall so as to allow the evacuation of the cooling fluid outside the housing.
  • the housing comprises a closure system configured to at least partially close the evacuation orifice, so as to limit or block the passage of the cooling fluid through the cylindrical side wall of the housing.
  • the cooling fluid is a functional fluid having intrinsic characteristics giving it the ability to perform a cooling function and/or a lubricating function.
  • the cooling fluid comprises a lubricating oil, preferably having a viscosity between 1 cSt and 45 cSt, and more particularly equal to 15 cSt, at temperatures between 30 and 80 ° C, and more particularly between 40°C, and 50°C. 1 cSt being equal to 10 -6 m 2 /s.
  • the at least one bearing comprises: an internal ring secured to the external surface of the rotating shaft, an external ring offset radially relative to the internal ring and secured to the housing, the rolling elements interposed between said inner and outer rings and rollingly mounted on the two inner and outer and outer rings, and a cage placed between said inner and outer rings, and maintaining a regular space between the rolling elements.
  • the rolling elements are mounted to roll on tracks of the two internal rings.
  • the internal ring has a contact face facing the rotating shaft, said contact face being in contact with the rotating shaft over at least 70% of its total surface. According to this embodiment, the contact between the contact face and the rotating shaft is uniformly distributed.
  • the at least one bearing is fitted onto the rotating shaft at the flow portion.
  • the rolling elements are balls in the case of a ball bearing, are rollers in the case of a roller bearing, or are needles in the case of a needle bearing.
  • the at least one cooling channel is open radially towards the internal ring of the at least one bearing, so that the cooling fluid passing through at least one cooling channel is in direct contact with the ring internal.
  • the cooling channels are distributed radially uniformly on the rotating shaft, so that the contact face of the internal ring remains in contact with the rotating shaft over at least 70% of its total surface. .
  • providing a ratio of a spacing between two cooling channels, and a width of a cooling channel of between 2 and 10 makes it possible to guarantee good cylindricity of the internal ring, and avoid disturbing the proper functioning of the rolling.
  • the rotating shaft is an extension shaft or a transmission shaft of an aircraft and driving a reduction gear for accessories such as pumps.
  • the aim of the invention can also be achieved by implementing a turbocharger capable of compressing a refrigerant, said turbocharger comprising a rotating shaft device as described above.
  • the cooling fluid comprises the refrigerant.
  • the aim of the invention can also be achieved thanks to the implementation of a rotating electric machine capable of ensuring the propulsion of a road or rail vehicle, said machine comprising a rotating shaft device as described above.
  • the rotating electric machine is an electric motor, an alternator, a generator or an alternator-starter.
  • the aim of the invention can also be achieved thanks to the implementation of a spindle or electro-spindle capable of equipping a machine tool, said spindle or electro-spindle comprising a rotating shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved thanks to the implementation of an active or passive magnetic bearing, for supporting a shaft or rotating assembly, said bearing comprising a rotating shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved thanks to the implementation of a high speed reducer or multiplier, for industrial, automobile, railway or aeronautical applications, for transmission of movement, torque or energy, said reducer or multiplier comprising at least one rotating shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved through the implementation of a gas or steam turbine, for the production of energy, propulsion or the generation of any movement, said turbine comprising a rotating shaft device as described previously.
  • the aim of the invention can also be achieved by implementing a pump for the circulation of fluid, said pump comprising a rotating shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved by using a fan or blower to propel a gas, said fan or said blower comprising a rotating shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved through the use of a centrifuge, decanter or mixer for the chemical or food industry, or the production of ore, powder, glass or rock wool, said centrifuge, said decanter or said mixer comprising a rotating shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved thanks to the implementation of a flywheel capable of functioning as a kinetic energy accumulator, said flywheel comprising a rotating shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved through the implementation of a propulsion member of an aircraft, such as a turboprop or a turbojet, comprising at least one rotary shaft device as described above.
  • the aim of the invention can also be achieved by implementing a test bench with shaft(s) or rotating member(s) at high speed and with or without the presence of a heating source. , said test bench comprising at least one rotating shaft device as described above.
  • Figure 1 is a schematic perspective view showing a sectional view of a rotating shaft device according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic perspective view showing a sectional view of a pressurization member according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a schematic perspective view showing a sectional view of a rotating shaft device according to another particular embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a schematic perspective view showing a sectional view of a rotating shaft according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a schematic perspective view showing a sectional view of a pressurization member according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a schematic perspective view showing a sectional view of the pressurization member, the housing, and the rotating shaft according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 7 is a schematic perspective view showing a sectional view of the pressurization member, the housing, and the rotating shaft according to a particular embodiment of the invention.
  • Figure 8 is a schematic view of the Stribeck curve, showing the temperature of a bearing and the friction losses as a function of the quantity and flow rate of an oil.
  • the invention relates to a device with a rotating shaft 3.
  • the invention also relates to a turbocharger 1 capable of compressing a refrigerant comprising such a device with a rotating shaft 3.
  • the device with a rotating shaft 3 can also be adapted to different rotating machines with rotating shafts, particularly but not exclusively, if they rotate at high speed.
  • the rotating shaft device 3 firstly comprises a rotating shaft 100 surrounded by a housing 300.
  • the rotating shaft 100 is mounted to rotate relative to the housing 300 around an axis of rotation denoted "X".
  • the rotating shaft 100 has a geometry of revolution around said axis of rotation X.
  • the orientation of the axis of rotation X is not fixed in space and depends on the orientation that the user wishes to give to the device with rotating shaft 3. It can for example be oriented along a vertical axis for machines with a vertical axis, but such an orientation is not limiting.
  • the rotating shaft 100 comprises a main body comprising a fluid receiving portion 110 generally located on the periphery of the rotating shaft and which is for example arranged at one end or in a stepped area of the main body of the rotating shaft 100 , and at which a cooling fluid can be received.
  • the cooling fluid includes or consists of the refrigerant to be compressed. This cooling fluid is intended to cool the rotating shaft device when it is rotated around the axis of rotation and 45 cSt, and more particularly equal to 15 cSt, at temperatures between 30 and 80°C, and more particularly between 40°C and 50°C.
  • the cooling fluid may include water.
  • the rotating shaft device 3 then comprises at least one bearing 500 comprising rolling elements 505, for example disposed between the rotating shaft 100 and the housing 300, and being configured to allow the rotational mounting of the rotating shaft 100 relative to to the housing 300.
  • the at least one bearing 500 can be arranged between a pressurizing member 700 which will be described later, and the housing 300.
  • the at least one bearing 500 may comprise: an internal ring 501 secured to an external surface 303 of the rotating shaft 100, an external ring 503 offset radially with respect to the internal ring 501 and secured to the housing 300 , the rolling elements 505 interposed between said internal 501 and external 503 rings and mounted with bearings 500 on the two internal 501 and external 503 rings, and a cage placed between said internal 501 and external 503 rings, and maintaining a regular space between the elements rolling 505.
  • the rolling elements 505 are balls in the case of a ball bearing, are rollers in the case of a roller bearing, or are needles in the case of a needle bearing.
  • the internal ring 501 may have a contact face 507 facing the rotating shaft 100. This contact face 507 can then be in contact with the rotating shaft 100 over at least 70% of its total surface, and preferably according to a distribution regular device. Thus, the contact between the contact face 507 and the rotating shaft 100 is uniformly distributed.
  • the fluid receiving portion 110 can be directly adjacent to a flow portion 130 of the rotating shaft 100 at which the at least one bearing 500 is arranged.
  • the fluid receiving portion 110 is arranged on a portion of the rotating shaft 100 which has a diameter strictly smaller than an internal diameter of the at least one bearing 500, and in particular of the internal diameter of the smallest of the bearings 500 when the rotating shaft device 3 comprises several of them. In this way, it is possible for the at least one bearing 500 to be fitted onto the rotating shaft 100 at the level of the flow portion 130.
  • the rotating shaft device 3 also comprises a pressurization member 700 linked to or belonging to the rotating shaft 100 and integral in rotation with the rotating shaft 100.
  • the pressurization member 700 is a separate part from the body of the rotating shaft 100, and can be secured to the rotating shaft 100.
  • such a construction is not restrictive and it is also possible that the pressurization member 700 and the body of the rotating shaft 100 form a single piece.
  • the pressurizing member 700 is radially disposed between the main body of the rotating shaft 100 and the housing 300, and axially positioned at the level of the fluid receiving portion 110 of the main body of the rotating shaft 100. Generally, the The pressurizing member 700 is radially arranged at the periphery of the rotating shaft 100. Figure 2 shows a non-limiting variant of such a pressurizing member 700.
  • the pressurizing member 700 is generally offset axially along the axis of rotation As indicated previously, it is possible for the main body of the rotating shaft 100 and the pressurization member 700 to form a single unit, for example at the periphery of the shaft.
  • the rotating shaft 100 comprises a collection groove 105 disposed between the main body of the rotating shaft 100 and the housing 3. Furthermore, and as shown in Figure 3, the member of pressurization 700 can come to cover the collection groove 105 to define the pressurization tank 900. In the case where the rotating shaft 100 and the pressurization member 700 form a single monobloc part, the collection groove 105 can correspond to a groove hollowed out in the material constituting said one-piece piece.
  • the cooling fluid can enter the pressurization tank via an access opening 315.
  • the access opening 315 is provided through a wall of the pressurization member 700 and communicates fluidly with the pressurization tank 900 via collection orifices 317.
  • the pressurization member 700 may comprise collection channels attached or not to the main body of the rotating shaft 100 and extending radially with respect to the axis of rotation pressurization 900.
  • the pressurization member 700 may comprise a proximal pressurization portion 701 configured to cover the rotating shaft 100, and a distal pressurization portion 703 which comes into the extension of the proximal pressurization portion 701 along the axis of rotation integrally within the same one-piece part forming the pressurization member 700.
  • the distal pressurization portion 703 can have a geometry of revolution around the axis of rotation, converging up to the proximal pressurization portion 701.
  • the distal pressurization portion 703 has a thickness of pressurization member e2 counted radially with respect to the axis of rotation
  • the distal pressurization portion 703 can have a thickness of pressurization member e2 counted radially with respect to the axis of rotation X which is constant, and has an internal diameter counted radially with respect to the axis of rotation decreases as it approaches axially the proximal pressurization portion 701.
  • the rotating shaft device 3 further comprises at least one cooling channel 150 radially disposed between the main body of the rotating shaft 100 and the at least one bearing 500.
  • the rotating shaft device 3 comprises a plurality of cooling channels 150. In the remainder of the description reference will therefore be made to “cooling channels 150”, but it is clearly understood that the embodiments presented can be implemented with a single cooling channel 150.
  • the rotating shaft device 3 comprises at least two and preferably at least four cooling channels 150. These cooling channels 150 are radially distributed uniformly on the rotating shaft 100. In this way, the cooling function of the The entire rotating shaft device 3 is improved.
  • the rotating shaft 100 can delimit at least one cooling channel 150.
  • said at least one cooling channel 150 can be provided on an external surface 303 of the rotating shaft 100.
  • at least one cooling channel 150 is provided inside the rotating shaft 100, for example in the main body of the cooling shaft.
  • the cooling channels are provided in the main body of the pressurization member 700.
  • the pressurization member 700 can for example comprise a cylindrical axial skirt 705 extending axially around the axis of rotation present: a collection and pressurization groove 105 directly adjoining the axial cooling channels 150. It is then possible that said cylindrical axial skirt 705 comes to cover, as an attached part, the main body of the rotating shaft 100 at the level of the flow portion 130.
  • the cooling channels 150 extend between a fluid inlet 151 and a fluid outlet 153, and have at least one component along the axis of rotation fluid 151, with the pressurization tank 900.
  • the cooling channels 150 are configured to ensure heat transfer between the rotating shaft 100, said at least one bearing 500, and the cooling fluid, when the cooling fluid circulates in the cooling channels 150 from the pressurization tank 900. It is therefore well understood that the cooling channels 150 ensure fluid communication between the pressurization tank 900 and the fluid outlet 153. Moreover, it can be expected that the at least one cooling channel 150 is fluidically isolated from the rolling elements 505 of the at least one bearing 500.
  • fluidically isolated is meant that the quantity of fluid used for lubrication, reaching the rolling elements 505 of the at least one bearing 500 coming from the cooling channels 150 or from the pressurization tank or even from a separate device can be controlled via adequate sizing or device and this independently of the flow which supplies the pressurization tank and the cooling channels 150.
  • the technical characteristics of the cooling channels 150 may vary. However, and as indicated previously, it is advantageous to provide a number of cooling channels 150 greater than or equal to two. Indeed, the use of a large number of cooling channels 150 makes it possible to increase the flow rate of cooling fluid used to cool the entire device with a rotating shaft 3, and in particular the rotating shaft 100 and the at least one bearing 500. It is however possible to have one or more cooling channels 150 forming a labyrinth on the external surface 303 of the rotating shaft 100 to carry out the heat exchange function. In the variant illustrated in Figure 4, each cooling channel 150 forms a groove cut into the external surface 303 of the rotating shaft.
  • the cooling channels 150 can be oriented axially relative to the axis of rotation helical or rectilinear between the fluid inlet 151 and the fluid outlet 153 where the cooling fluid exits out of the cooling channel 150.
  • the cooling channels 150 can thus extend substantially parallel to the axis of rotation X. In this way, it is possible to optimize the flow of cooling fluid in the cooling channels 150, and the pressure loss.
  • each cooling channel 150 depends at least in part: on the thermal conductivity of the cooling fluid and the constituent materials of the rotating shaft 100; the Prandlt number of the cooling fluid; and the flow rate of cooling fluid corresponding to a thermal power to be evacuated.
  • the cooling channels 150 have a cutting section of constant shape along said at least one cooling channel 150, in particular of partially or totally circular shape, or of rectangular shape. More precisely, the cooling channels 150 can have a square-shaped cutting section, for example 0.7 mm side.
  • the number of cooling channels 150, and the width of the cooling channels 150 are generally a function of the thermal power to be evacuated and the characteristics of the cooling fluid (thermal conductivity, viscosity, heat capacity). These parameters influence the occupancy rate of the cooling channels 150 at the external surface 303.
  • the cooling channels 150 can have any cutting section shape that can be obtained by an industrial machining process. along an axis, for example by forming grooves or ridges by knurling.
  • Figure 8 called the Stribeck curve, known to those skilled in the art, illustrates in particular the temperature of a bearing and the friction losses as a function of the quantity and flow rate of cooling fluid.
  • the rotary shaft device 3 according to the invention may in particular comprise cooling channels having fluid communication with the rolling elements 505 of the at least one bearing 500 which is zero or very weak. Thus, the quantity or flow rate of cooling fluid reaching the rolling elements 505 is very low.
  • the supply of the bearing 500 can also be done by means of a separate system which allows the dosage to be adjusted to a minimum value of flow for lubrication purposes only and not for heat evacuation.
  • the rotating shaft device 3 according to the invention can therefore have an operating point on the Seebeck curve of Figure 8, which is located in zone A or in zone B depending on the embodiments considered, while benefiting from the advantages of heat dissipation from zone E.
  • the temperature of the at least one bearing 500 and the friction losses are limited.
  • the occupancy rate of the external surface 303 by the cooling channels 150 is between 10% and 30%.
  • an apparent surface of the channels represents 10% to 30% of the external external surface 303 of the rotating shaft 100.
  • Such an occupancy rate is chosen to ensure a Hertz pressure sufficient to ensure the tightening of the ring of the at least one bearing 500 on the rotary shaft 100.
  • the use of a large number of cooling channels 150 in the form of fine grooves makes it possible to guarantee cooling with a high flow rate, while limiting the pressure loss suffered by the cooling fluid, and to ensure a homogeneity in temperature. Furthermore, the use of a large number of cooling channels 150 makes it possible to increase the exchange surface wetted by the cooling fluid and therefore to increase the hot power evacuated.
  • each cooling channel 150 has a channel depth counted radially with respect to the axis of rotation X, which is strictly less than a storage height of the pressurization tank 900 counted radially with respect to the axis of rotation rotational movement of the rotary shaft 100 around the axis of rotation
  • said overpressure can be equal to 5 bars.
  • substantially equal we mean a value equal to within 10%.
  • the fluid receiving portion 110 comprises a first part 111 devoid of cooling channel 150.
  • first part 111 is however not limiting, it is also possible that such a first part 111 is absent.
  • This first part 111 of the fluid receiving portion 110 may have a frustoconical shape and may be arranged facing the distal pressurization portion 703.
  • the use of a fluid receiving portion 110 having at least a part preferably having a frustoconical shape makes it possible to define a pressurization tank 900 which generates a volume of cooling fluid in the form of a ring of fluid when the cooling fluid is rotated.
  • a hydrostatic overpressure at the level of the fluid inlet 151.
  • This hydrostatic overpressure is dependent in particular: on a height of cooling fluid counted radially in the pressurization tank, on the external diameter of the grooves, and of the rotation speed of the rotary shaft 100.
  • the first part 111 of the fluid receiving portion 110 may have a hemispherical or stepped cylindrical shape.
  • the first part 111 facilitates the homogeneous rotation of the cooling fluid.
  • the synchronous rotation of the rotary shaft 100 with the cooling fluid makes it possible to guarantee effective introduction of the cooling fluid into the cooling channels 150.
  • the first part 111 also makes it possible to avoid the appearance of phenomena swirl or rebound leading to poor penetration of the cooling fluid into the cooling channels 150.
  • the pressurization tank 900 can have a hollow frustoconical shape, the hollow of which is formed at least partially by the first part 111 of the fluid receiving portion 110.
  • the shape of the pressurization tank 900 makes it possible both to allow overflow of the cooling fluid in the case where too much cooling fluid is injected, and to protect against a return of cooling fluid or a swirl effect, particularly during a rapid increase in the rotation speed of the rotary shaft 100.
  • the frustoconical shape of the pressurization tank 900 allows the flow of the cooling fluid. cooling up to the cooling channels 150, which makes it possible to bring the cooling fluid to the level of the inlet of the cooling channels 150 for cooling fluid flow rates that are too low to allow the formation of a fluid ring of cooling.
  • the fluid receiving portion 110 may also comprise a second part 113 which is an extension, along the axis of rotation X, of the first part 111 of the fluid receiving portion 110, in a direction approaching said least one bearing 500.
  • the first part 111 of the fluid receiving portion 110 and the second part 113 of the fluid receiving portion 110 can be formed integrally within the same one-piece part forming the fluid receiving portion. fluid 110.
  • the second part 113 of the fluid receiving portion comprises cooling channels 150.
  • at least part of the external surface 303 of the rotating shaft 100 is included in the second part 113 of the fluid receiving portion 110, so that the cooling channels 150 extend from the second part 113 of the fluid receiving portion 110 to the flow portion 130 and on all or part of the flow portion 130.
  • the pressurization member 700 may comprise a proximal pressurization portion 701 configured to cover the rotating shaft 100 on said second part 113 of the portion of receiving fluid 110, so as to externally close radially the at least one cooling channel 150.
  • the proximal pressurization portion 701 may have a cylindrical shape.
  • the second part 113 of the fluid receiving portion 110 can be threaded at least partially, so as to allow the fixing by screwing of the pressurization member 700 at the level of the proximal pressurization portion 701.
  • the Proximal pressurization portion 701 can be threaded at least partially, so as to allow the fixing by screwing of the pressurization member 700 at the level of the second part 113 of the fluid receiving portion 110.
  • the proximal pressurization portion 701 can be adjusted radially so that it can be fitted or glued.
  • the pressurization member 700 can be fixed at the level of the second part 113 of the fluid receiving portion 110.
  • At least one element chosen from the group comprising the pressurization member 700 and the first part 111 of the fluid receiving portion 110, comprises orientation fins configured to direct the cooling fluid towards the fluid inlet 151 in the manner of a centrifugal pump.
  • These orientation fins can be arranged on an external surface of the first part 111 of the fluid receiving portion 110, and can have a helical shape.
  • the internal ring 501 can cover at least partially the cooling channels 150. It is therefore well understood that the cooling channel 150 is arranged under the internal ring 501 of the at least one bearing 500, so as to cool the internal ring 501.
  • the cooling channels 150 form grooves on the external surface 303 of the rotating shaft 100, then the internal ring 501 can be configured to externally close radially the groove formed by the cooling channel 150.
  • the at least one cooling channel 150 is open radially towards the internal ring 501, so that the cooling fluid passing through at least one channel cooling 150 is in direct contact with the internal ring 501.
  • the cooling channels 150 can be distributed radially uniformly on the rotating shaft 100, so that the contact face 507 of the inner ring 501 remains in contact with the rotating shaft 100 on at least 70% of its total surface area.
  • providing a ratio of a spacing between two cooling channels 150, and a width of a cooling channel 150 of between 2 and 10 makes it possible to guarantee good cylindricity of the internal ring 501, and avoid disturbing the proper operation of the bearing 500.
  • the at least one cooling channel 150 has a length counted axially between the fluid inlet 151 and the fluid outlet 153 greater than a width of the ring(s). internal
  • these elements may include a seal 103, for example a dynamic seal, arranged on the side opposite the flow portion 130 relative to the fluid outlet 153.
  • the rotating shaft 100 may comprise an annular outlet groove 109, arranged on the side opposite the fluid receiving portion 110 by relative to the at least one bearing 500. This annular outlet groove 109 forms the fluid outlet 153.
  • the rolling elements 505 are lubricated.
  • the rotating shaft device 3 may comprise lubricating means configured to allow the passage of part of the cooling fluid towards the rolling elements 505.
  • the flow means may be configured to allow a flow rate of the order of 1 mm 3 per minute of cooling fluid towards the rolling elements 505.
  • At least one element chosen from the pressurization member 700, the internal ring 501, and an interface part 38 has a sufficiently coarse surface condition, or sufficient surface porosity. to allow the passage of the cooling fluid under the effect of the centrifugal force generated by the rotating shaft 100 in movement.
  • this coarse surface condition, or this sufficient surface porosity can be chosen between two parts in axial contact, such as for example between two internal rings if the rotating shaft device 3 comprises several bearings 500.
  • a microchannel is provided in the main body of said at least one element chosen from the pressurization member 700, the internal ring 501, and the interface part 38.
  • said microchannel can be provided radially from one or more of the cooling channels 150, or from the pressurization tank 900, towards the rolling elements 505. It has been found that a larger dimension of the cutting section between 0.05 mm and 0.1 mm made it possible to obtain sufficient lubrication, while limiting the risk of overheating by heating the cooling fluid.
  • the housing 300 may include a cylindrical sidewall 305 and a distal end wall 307 extending from the cylindrical sidewall 305 radially inwardly of the sidewall cylindrical 305.
  • This distal end wall 307 can then define with the pressurization member 700, an access pipe 309 opening towards the pressurization tank 900 at the level of an access opening 315, said access pipe 309 being configured to allow the introduction of the cooling fluid inside the pressurization tank 900.
  • the presence of the access pipe 309 as shown in Figure 1 makes it possible to introduce the cooling fluid axially at the level of the pressurization tank 900.
  • the cooling fluid Before flowing axially into the pressurization tank 900, the cooling fluid may first flow into the access line 309 radially, from the outside to the inside, between the distal end wall 307 and the pressurization member 700.
  • the housing 300 comprises a cylindrical skirt 311 extending parallel to the cylindrical side wall 305 internally between the pressurization member 700 and the rotating shaft 100, the access pipe 309 being then defined between the cylindrical skirt 311 and the pressurization member 700.
  • the cylindrical side wall 305, the distal end wall 307, and the cylindrical skirt 311 internally delimit a volume configured to retain a quantity of cooling fluid, so as to form a bath of cooling fluid intended to be pressurized by the pressurizing member 700 when it is rotated.
  • the housing 300 may comprise a second cylindrical side wall 306, parallel to the cylindrical side wall 305 and integral with the distal end wall 307 so as to form an additional volume for receiving cooling fluid.
  • This second cylindrical side wall 306 can for example be arranged radially on the side opposite the pressurizing member 700 relative to the cylindrical side wall 305.
  • Said cylindrical side wall 305 can then be provided with an inlet opening 313 to allow fluid communication between a volume interior to the cylindrical side wall 305, and a volume exterior to the cylindrical side wall 305.
  • the cylindrical side wall 305, the distal end wall 307, the second cylindrical side wall 306, and the cylindrical skirt 311 form a single piece, having for example a section in a plane perpendicular to the axis of rotation X in the shape of an E.
  • the cylindrical side wall 305 and the distal end wall 307 form internally between them a volume configured to retain a quantity of cooling fluid, so as to form a bath of cooling fluid in which at least part of the fluid receiving portion 110 is immersed.
  • the housing 300 can, as in the previous variant, comprise a second cylindrical side wall 306, parallel to the cylindrical side wall 305 and integral with the distal end wall 307 so as to form an additional volume for receiving cooling fluid, the cylindrical side wall 305 then being provided with an inlet opening 313 to allow fluid communication between a volume interior to the cylindrical side wall 305, and a volume exterior to the cylindrical side wall 305.
  • the cylindrical side wall 305, the distal end wall 307, and the second cylindrical side wall 306 form a single piece, having for example a section in a plane perpendicular to the axis of rotation injection of cooling fluid at the level of the pressurization member 700 makes it possible to avoid the use of dynamic seals, labyrinths, or air.
  • the cylindrical side wall 305 of the housing 300 may include an evacuation port 311 passing through the cylindrical side wall 305 so as to allow the evacuation of the cooling fluid outside the housing 300.
  • the housing 300 may comprise a closing system configured to at least partially close the evacuation orifice 311, so as to limit or block the passage of the cooling fluid through the cylindrical side wall 305 of the housing 300.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif à arbre rotatif (3) comprenant un boitier (300), un arbre rotatif (100) monté à rotation par rapport au boitier (300), un organe de pressurisation (700) radialement disposé entre un corps principal de l'arbre rotatif (100) et le boitier (300), ledit organe de pressurisation (700) et le corps principal de l'arbre rotatif (100) définissant entre eux un réservoir de pressurisation (900) configuré pour recevoir un volume d'un fluide de refroidissement; et au moins un canal de refroidissement (150) s'étendant entre une entrée de fluide (151) et une sortie de fluide (153), et présentant au moins une composante suivant l'axe de rotation (X), l'au moins un canal de refroidissement (150) étant en communication fluidique, au niveau de l'entrée de fluide (151), avec le réservoir de pressurisation (900).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés.
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement et de lubrification à arbre rotatif, et un turbocompresseur comprenant un tel dispositif à arbre rotatif, ledit turbocompresseur étant apte à comprimer un fluide frigorigène.
L'invention concerne aussi un procédé de fonctionnement d'un dispositif à arbre rotatif.
Etat de la technique
Dans le domaine des machines tournantes, il est connu de supporter en rotation un arbre rotatif par rapport à un boîtier, par l'intermédiaire d'un ou plusieurs roulements, par exemple à billes. Dans ce cas, lorsque la machine est mise en fonctionnement, la bague interne du roulement qui est solidaire de l'arbre rotatif est mise en rotation par rapport à la bague externe, qui est solidaire du boîtier de la machine, par l'intermédiaire des billes. De manière générale, lorsque l'arbre rotatif est entraîné en rotation, un fluide peut être injecté pour lubrifier et refroidir les roulements et l'arbre (dans la mesure par exemple de points d'échauffements ou d'apport de calories sur ou dans l'environnement de l'arbre). Pour éviter que ledit fluide ne se répande dans l'intégralité de la machine, et dans les paliers à roulement notamment, ceux-ci peuvent être isolés de manière fluidique du reste de la machine par des joints d'étanchéité. La présence d'un fluide dans une machine par son brassage par différents organes en mouvement, les paliers à roulements notamment, peut provoquer la dégradation dudit fluide et son échauffement, des pertes par frottement, ou un mauvais comportement des dits organes.
Bien que les joints d'étanchéité donnent satisfaction en ce qu'ils limitent la répartition de fluide dans la machine, ils sont néanmoins responsables de frottements supplémentaires lors du fonctionnement, ce qui peut conduire à une augmentation de la température interne de la machine, et provoquer une dégradation mécanique ou un vieillissement prématuré de ses composants. Une telle augmentation de température peut également être provoquée par le roulement des billes, des rouleaux ou des aiguilles, et par tout type de palier mécanique. Une autre source potentielle d'échauffement de la machine peut également provenir du cisaillement d'une partie de l'huile dédiée à la lubrification, des éléments liés à l'arbre, ou des frottements dans les roulements. Une augmentation substantielle de température peut alors provoquer une altération des performances du procédé, entraînant des disfonctionnements de la machine, ou une diminution de sa précision, à cause notamment de la dilatation des matériaux sous l'effet de la chaleur.
Cela est particulièrement pénalisant pour les systèmes atteignant des vitesses de rotation très importantes, par exemple supérieures à 10 000 tours par minute, ou plus généralement pour les systèmes atteignant des valeurs élevées de facteur de vitesse « n x dm » (où n est la fréquence de rotation en tours par minutes, multipliée par dm qui est le diamètre moyen des roulements en mm) qui seraient typiquement au-delà de 400 000. Dans ce cas, même si une huile de refroidissement est utilisée, la vitesse de rotation peut provoquer le cisaillement de celle-ci, ce qui est préjudiciable pour la température, et donc pour le fonctionnement de la machine. En effet, pour assurer un bon refroidissement de la machine, il est nécessaire d'avoir un débit d'huile important qui s'accompagne d'un brassage de l'huile notamment pour homogénéiser la température. Lors du brassage de l'huile, ou lorsqu'elle est dirigée dans d'autres parties du mécanisme en mouvement, l'huile est cisaillée, ce qui provoque un échauffement supplémentaire de l'huile et donc une perte de rendement global de la machine.
Ainsi, la lubrification d'un arbre rotatif peut avoir deux fonctions qui sont potentiellement parfois antagonistes que sont la lubrification et le refroidissement des roulements (ou de tout autre composant ou mécanisme en mouvement). En effet, comme indiqué précédemment, une lubrification trop importante peut entrainer un fort cisaillement de l'huile et augmenter ainsi drastiquement réchauffement. Plus le débit d'huile dans les roulements est élevé, plus la quantité de calories évacuées est importante. Toutefois cette captation de calories est moins efficace à débit élevé, et il est généralement nécessaire de mettre en œuvre des débits proportionnellement très importants pour le refroidissement de roulements tournant à vitesse très élevées. En effet, ces derniers vont générer de forts échauffements notamment du fait du fort cisaillement de l'huile.
Objet de l'invention
La présente invention a pour but de proposer une solution qui réponde à tout ou partie des problèmes précités, notamment en permettant de dissocier les fonctions de refroidissement et de lubrification de l'huile.
Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d'un dispositif à arbre rotatif comprenant : un boitier ; un arbre rotatif entouré par le boitier, monté à rotation par rapport au boitier autour d'un axe de rotation, et présentant une géométrie de révolution autour dudit axe de rotation, ledit arbre rotatif comprenant un corps principal comprenant une portion de réception de fluide ; au moins un roulement comprenant des éléments roulants, et assurant le montage à rotation de l'arbre rotatif par rapport au boitier ; un organe de pressurisation appartenant à l'arbre rotatif, et solidaire en rotation avec le corps principal de l'arbre rotatif, ledit organe de pressurisation étant radialement disposé entre le corps principal de l'arbre rotatif et le boitier, et axialement positionné au niveau de la portion de réception de fluide du corps principal de l'arbre rotatif, ledit organe de pressurisation et le corps principal de l'arbre rotatif définissant entre eux un réservoir de pressurisation configuré pour recevoir un volume d'un fluide de refroidissement ; et au moins un canal de refroidissement radialement disposé entre le corps principal de l'arbre rotatif et l'au moins un roulement, et s'étendant entre une entrée de fluide et une sortie de fluide, ledit au moins un canal de refroidissement présentant au moins une composante suivant l'axe de rotation, et étant en communication fluidique, au niveau de l'entrée de fluide, avec le réservoir de pressurisation, ledit au moins un canal de refroidissement étant configuré pour assurer un transfert thermique entre l'arbre rotatif, ledit au moins un roulement, et le fluide de refroidissement, lorsque le fluide de refroidissement circule le long dudit canal de refroidissement à partir du réservoir de pressurisation.
Il est donc bien compris que ledit au moins un canal de refroidissement assure une communication fluidique entre le réservoir de pressurisation et la sortie de fluide.
L'ensemble des dispositions précédemment décrites permettent de proposer un dispositif à arbre rotatif dans lequel le réservoir de pressurisation place le fluide de refroidissement en surpression par rapport à la pression ambiante, au niveau de l'entrée de fluide, lorsque le fluide de refroidissement est soumis à une force centrifuge provoquée par le mouvement de rotation de l'arbre rotatif autour de l'axe de rotation. Le dispositif à arbre rotatif peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un canal de refroidissement est isolé de manière fluidique des éléments roulants de l'au moins un roulement.
Par « isolé de manière fluidique », on entend que la quantité de fluide servant à la lubrification, atteignant les éléments roulants de l'au moins un roulement en provenance des canaux de refroidissement ou du réservoir de pressurisation ou bien même issu d'un dispositif séparé peut être maîtrisée via un dimensionnement ou dispositif adéquat et ce indépendamment du flux qui alimente le réservoir de pressurisation et les canaux de refroidissement.
Ainsi, par la dissociation des fonctions de lubrification et de refroidissement, et la maîtrise des débits que cela permet, il est possible de refroidir le dispositif à arbre rotatif, en limitant les risque de cisaillement, d'échauffement ou de dégradation du fluide dans le cas où ce fluide serait aussi utilisé pour lubrifier les éléments roulant de l'au moins un roulement.
Selon un mode de réalisation, l'arbre rotatif délimite l'au moins un canal de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un roulement est disposé entre l'arbre rotatif et le boîtier.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un roulement est disposé entre l'organe de pressurisation et le boîtier.
Selon un mode de réalisation, l'organe de pressurisation est décalé axialement le long de l'axe de rotation par rapport à l'au moins un roulement.
Selon un mode de réalisation, ledit au moins un canal de refroidissement est orienté axialement par rapport à l'axe de rotation.
Selon un mode de réalisation, la portion de réception de fluide est agencée à une extrémité, ou dans une zone étagée de l'arbre rotatif.
Selon un mode de réalisation, la portion de réception de fluide est agencée sur une portion de l'arbre rotatif qui présente un diamètre strictement plus petit qu'un diamètre interne de l'au moins un roulement.
Selon un mode de réalisation, la portion de réception de fluide est adjacente à une portion d'écoulement de l'arbre rotatif au niveau de laquelle est disposé l'au moins un roulement.
Selon un mode de réalisation, la portion de réception du fluide est adjacente et en liaison fluidique directe sans nécessiter de trous de communication vers la portion d'écoulement comportant l'au moins canal de refroidissement. Selon un mode de réalisation, chaque canal de refroidissement forme une rainure creusée dans la surface externe de l'arbre rotatif ou sur un anneau rapporté et solidaire en rotation de l'arbre.
Selon un mode de réalisation, la configuration de chaque canal de refroidissement dépend au moins en partie : de la conductivité thermique du fluide de refroidissement et du matériaux constitutif de l'arbre rotatif ; du nombre de Prandlt du fluide de refroidissement ; du débit de fluide de refroidissement correspondant à une puissance thermique à évacuer ;
Selon un mode de réalisation, un taux d'occupation de la surface externe par les canaux de refroidissement est compris entre 10% et 30 %. En d'autres termes, une surface apparente des canaux représente 10% à 30% de la surface externe de l'arbre rotatif ou d'un anneau rapporté solidaire de l'arbre. Un tel taux d'occupation est choisi pour assurer une pression de Hertz suffisante pour assurer le serrage de la bague de l'au moins un roulement sur l'arbre rotatif.
Selon un mode de réalisation, un ratio d'un écartement entre deux canaux de refroidissement, et une largeur d'un canal de refroidissement est compris entre 2 et 10. De cette manière, il est possible de garantir une absence de déformation du chemin de roulement de la bague interne au niveau des canaux de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, le nombre de canaux de refroidissement, et une largeur d'un canal de refroidissement sont fonction de la puissance thermique à évacuer et des caractéristiques du fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, le nombre de canaux de refroidissement est supérieur ou égal à deux, et notamment supérieur ou égal à quatre.
Selon un mode de réalisation, les canaux de refroidissement sont répartis radialement de manière uniforme sur l'arbre rotatif.
De manière avantageuse, l'utilisation d'un grand nombre de canaux de refroidissement permet d'augmenter le débit de fluide de refroidissement utilisé pour refroidir l'ensemble du dispositif à arbre rotatif, et notamment l'arbre rotatif, et l'au moins un roulement.
De manière synergique, l'utilisation d'un grand nombre de canaux de refroidissement sous forme de rainures fines permet de garantir un refroidissement avec débit important, tout en limitant la perte de charge subie par le fluide de refroidissement. Par ailleurs, l'utilisation d'un grand nombre de canaux de refroidissement permet d'augmenter la surface d'échange mouillée par le fluide de refroidissement et d'assurer une meilleure homogénéité de température. Cela permet aussi évidemment d'augmenter la puissance chaude évacuée. Selon un mode de réalisation, l'organe de pressurisation est solidaire de l'arbre rotatif.
Selon un mode de réalisation, l'arbre rotatif comprend l'organe de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, le réservoir de pressurisation est configuré pour placer le fluide de refroidissement en surpression par rapport à la pression ambiante, au niveau de l'entrée de fluide, lorsque le fluide de refroidissement est soumis à une force centrifuge provoquée par le mouvement de rotation de l'arbre rotatif autour de l'axe de rotation.
De manière générale, ladite surpression peut être supérieure à 1.5 bar, et plus particulièrement comprise entre 2 bars et 10 bars, où 1 bar est égal à 105 Pa. En particulier, dans le cas où l'arbre rotatif présente un diamètre sensiblement égal à 70 mm, et dans le cas où la vitesse de rotation est sensiblement égale à 12 000 tr/min, ladite surpression peut être égale à 5 bars.
Par sensiblement égal, on entend une valeur égale à 10% près.
Selon un mode de réalisation, la portion de réception de fluide comprend une première partie dépourvue de canal de refroidissement, ladite première partie de la portion de réception de fluide présentant préférentiellement une forme tronconique.
De manière avantageuse, l'utilisation d'une portion de réception de fluide ayant au moins une partie présentant une forme tronconique permet de définir un réservoir de pressurisation qui génère un volume de fluide de refroidissement sous la forme d'un anneau de fluide lorsque le fluide de refroidissement est mis en rotation. Ainsi, il est possible de générer une surpression hydrostatique au niveau de l'entrée de fluide. Cette surpression hydrostatique est dépendante notamment d'une hauteur de fluide de refroidissement comptée radialement dans le réservoir de pressurisation, du diamètre extérieur des canaux de refroidissement, et de la vitesse de rotation de l'arbre rotatif.
Selon un mode de réalisation, la première partie de portion de réception de fluide présente une forme tronconique, -hémisphérique ou cylindrique étagée. De manière avantageuse, la première partie permet de faciliter la mise en rotation homogène du fluide de refroidissement. En effet, la mise en rotation synchrone de l'arbre rotatif avec le fluide de refroidissement permet de garantir une introduction efficace du fluide de refroidissement dans les canaux de refroidissement. La première partie permet également d'éviter l'apparition de phénomènes de tourbillon ou de rebond conduisant à une mauvaise pénétration du fluide de refroidissement dans les canaux de refroidissement. De tels phénomènes sont caractérisés par le fait que la vitesse de rotation du fluide de refroidissement est plus grande sur une portion radialement située en périphérie que sur une portion disposée plus proche de l'axe de rotation. Cette première partie n'est cependant pas limitative, il est également possible qu'une telle première partie soit absente. Il est par ailleurs possible que l'organe de pressurisation soit une pièce rapportée sur le corps principal de l'arbre rotatif entre l'axe de rotation et le boîtier, ou que l'organe de pressurisation soit une gorge de collecte incluse dans l'arbre rotatif et communiquant avec les canaux de refroidissement. Dans ce cas, l'arbre rotatif peut comprendre des canaux de collecte rapportés ou non au corps principal de l'arbre rotatif et s'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation. Ainsi la fonction de mise sous pression du fluide de refroidissement au niveau du réservoir de refroidissement est mise en œuvre lorsque l'alimentation en fluide de refroidissement est réalisée au niveau d'une extrémité d'alimentation desdits canaux de collecte la plus proche de l'axe de rotation, la sortie du fluide de refroidissement débouchant dans la gorge de collecte formant le réservoir de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, un entrefer entre l'organe de pressurisation et l'arbre rotatif, compté selon un axe perpendiculaire à une surface externe de la première partie de la portion de réception de fluide, est constant axialement le long de la première partie de la portion de réception de fluide.
Selon un mode de réalisation, le réservoir de pressurisation présente une forme tronconique creuse, dont le creux est formé au moins partiellement par la première partie de portion de réception de fluide. Ainsi, et de manière avantageuse, la forme du réservoir de pressurisation permet à la fois de permettre un débordement du fluide de refroidissement dans le cas où une injection trop importante de fluide de refroidissement est réalisée, et de se prémunir d'un retour de fluide de refroidissement ou d'un effet tourbillon, notamment lors d'une augmentation rapide de la vitesse de rotation de l'arbre rotatif. De manière synergique, la forme tronconique du réservoir de pressurisation permet le ruissellement du fluide de refroidissement jusqu'aux canaux de refroidissement, ce qui permet d'amener le fluide de refroidissement au niveau de l'entrée des canaux de refroidissement pour des débits de fluide de refroidissement trop faible pour permettre la formation d'un anneau de fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, au moins un élément, choisi dans le groupe comprenant l'organe de pressurisation et la première partie de la portion de réception de fluide, comprend des ailettes d'orientation configurées pour diriger de manière plus efficace le fluide de refroidissement vers l'entrée de la zone d'écoulement contenant les canaux de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, les ailettes d'orientation sont agencées sur une surface externe de la première partie de la portion de réception de fluide.
Selon un mode de réalisation, chaque ailette d'orientation présente une forme hélicoïdale.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un canal de refroidissement est ménagé sur une surface externe du corps principal de l'arbre rotatif.
Selon un mode de réalisation, l'organe de pressurisation comprend une portion proximale de pressurisation configurée pour venir coiffer l'arbre rotatif sur une deuxième partie de la portion de réception de fluide, de manière à extérieurement fermer radialement l'au moins un canal de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, la deuxième partie de la portion de réception de fluide comprend des canaux de refroidissement. En d'autres termes, au moins une partie de la surface externe de l'arbre rotatif est incluse dans la deuxième partie de la portion de réception de fluide, de sorte que les canaux de refroidissement s'étendent depuis la deuxième partie de la portion de réception de fluide jusqu'à la portion d'écoulement et sur tout ou partie de la portion d'écoulement.
Selon un mode de réalisation, la portion proximale de pressurisation présente une forme cylindrique par exemple comprenant un rebord formant le réservoir de pressurisation pour le fluide de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, la deuxième partie de la portion de réception de fluide est filetée au moins partiellement, de sorte à permettre la fixation par vissage de l'organe de pressurisation au niveau de la portion proximale de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, la portion proximale de pressurisation est emmanchée ou collée, de sorte à permettre la fixation de l'organe de pressurisation au niveau de la deuxième partie de la portion de réception de fluide.
Selon un mode de réalisation, la portion proximale de pressurisation est filetée au moins partiellement, de sorte à permettre la fixation par vissage de l'organe de pressurisation au niveau de la deuxième partie de la portion de réception de fluide.
Selon un mode de réalisation, la deuxième partie de la portion de réception de fluide vient dans le prolongement, suivant l'axe de rotation, de la première partie de la portion de réception de fluide, dans un sens s'approchant dudit au moins un roulement. Selon un mode de réalisation, la première partie de la portion de réception de fluide et la deuxième partie de la portion de réception de fluide sont formées de manière intégrale au sein d'une même pièce monobloc formant la portion de réception de fluide.
Selon un mode de réalisation, l'organe de pressurisation comprend une portion distale de pressurisation, distincte de la portion proximale de pressurisation, et présentant une géométrie de révolution autour de l'axe de rotation, convergente jusqu'à la portion proximale de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, la portion distale de pressurisation présente une épaisseur d'organe de pressurisation comptée radialement par rapport à l'axe de rotation qui progressivement diminue en s'approchant axialement de la portion proximale de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, la portion distale de pressurisation présente une épaisseur d'organe de pressurisation comptée radialement par rapport à l'axe de rotation qui est constante, et présente un diamètre interne compté radialement par rapport à l'axe de rotation qui progressivement diminue en s'approchant axialement de la portion proximale de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, ledit au moins un canal de refroidissement présente une profondeur de canal comptée radialement par rapport à l'axe de rotation, et dans lequel le réservoir de pressurisation présente une hauteur de stockage comptée radialement par rapport à l'axe de rotation, ladite hauteur de stockage étant strictement supérieure à ladite profondeur de canal.
Selon un mode de réalisation, la portion distale de pressurisation vient dans le prolongement de la portion proximale de pressurisation selon l'axe de rotation, suivant un sens s'éloignant dudit au moins un roulement.
Selon un mode de réalisation, la portion distale de pressurisation et la portion proximale de pressurisation sont formées de manière intégrale au sein d'une même pièce monobloc formant l'organe de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un roulement comprend une bague interne solidaire en rotation de l'arbre rotatif, ladite bague interne recouvrant au moins partiellement l'au moins un canal de refroidissement.
Il est donc bien compris que le canal de refroidissement est disposé sous la bague interne de l'au moins un roulement, de sorte à refroidir la bague interne.
Selon un mode de réalisation, le canal de refroidissement forme une rainure sur la surface externe de l'arbre rotatif. Dans ce cas, la bague interne peut-être configurée pour extérieurement fermer radialement la rainure formée par le canal de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un canal de refroidissement présente une section de coupe de forme constante le long dudit au moins un canal de refroidissement, notamment de forme rectangulaire, ou partiellement ou totalement circulaire.
De manière générale, les canaux de refroidissement peuvent avoir n'importe quelle forme de section de coupe pouvant être obtenu par un procédé industriel d'usinage le long d'un axe, par exemple en formant des cannelures ou des stries par moletage.
De cette manière, l'usinage des canaux de refroidissement sur la surface externe de l'arbre rotatif est facilité.
Selon un mode de réalisation, les canaux de refroidissement présentent une section de coupe de forme carrée, par exemple de 0.7 mm de côté.
Ainsi, l'utilisation de canaux de refroidissement ayant une section de coupe relativement faible permet de fonctionner à bas nombre de Reynolds et d'optimiser les pertes de charge et l'échange thermique.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un canal de refroidissement s'étend axialement de manière rectiligne entre l'entrée de fluide et la sortie de fluide où le fluide de refroidissement sort hors du canal de refroidissement.
Selon un mode de réalisation l'au moins un canal de refroidissement s'étend sensiblement parallèlement à l'axe de rotation.
De cette manière, il est possible d'optimiser le débit de fluide de refroidissement dans les canaux de refroidissement et la perte de charge.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un canal de refroidissement présente une longueur comptée axialement entre l'entrée de fluide et la sortie de fluide supérieure à une largeur de la ou les bagues internes comptée axialement.
Selon un mode de réalisation, l'arbre rotatif comprend une gorge annulaire de sortie, agencée du côté opposé à la portion de réception de fluide par rapport à l'au moins un roulement, ladite gorge annulaire de sortie formant la sortie de fluide.
Selon un mode de réalisation, le dispositif à arbre rotatif comprend un joint d'étanchéité, par exemple un joint dynamique d'étanchéité, disposé du côté opposé à la portion d'écoulement par rapport à la sortie de fluide.
Selon un mode de réalisation, le boîtier comprend une paroi latérale cylindrique et une paroi d'extrémité distale s'étendant depuis la paroi latérale cylindrique radialement vers l'intérieur de la paroi latérale cylindrique, ladite paroi d'extrémité distale définissant avec l'organe de pressurisation, une conduite d'accès débouchant vers le réservoir de pressurisation au niveau d'une ouverture d'accès, ladite conduite d'accès étant configurée pour permettre l'introduction du fluide de refroidissement à l'intérieur du réservoir de pressurisation.
De manière avantageuse, la présence de la conduite d'accès permet d'introduire le fluide de refroidissement au niveau du réservoir de pressurisation. Par exemple, mais sans que cela ne soit limitatif, la conduite d'accès permet d'introduire le fluide de refroidissement de façon axiale au niveau du réservoir de pressurisation. Ainsi, il n'est pas nécessaire de mettre le fluide de refroidissement sous pression, par exemple au moyen d'une pompe, pour vaincre les gravités artificielles par exemple générées par une force centrifuge. Avant de s'écouler dans le réservoir de pressurisation, le fluide de refroidissement peut s'écouler dans la conduite d'accès d'abord radialement, de l'extérieur vers l'intérieur, entre la paroi d'extrémité distale et l'organe de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, le boîtier comprend une jupe cylindrique s'étendant parallèlement à la paroi latérale cylindrique intérieurement entre l'organe de pressurisation et l'arbre rotatif, la conduite d'accès étant alors définie entre la jupe cylindrique et l'organe de pressurisation.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique, la paroi d'extrémité distale, et la jupe cylindrique délimitent intérieurement entre elles un volume configuré pour retenir une quantité de fluide de refroidissement, de sorte à former un bain de fluide de refroidissement destiné à être pressurisé par l'organe de pressurisation lorsqu'il est mis en rotation.
Selon un mode de réalisation, le boîtier comprend une deuxième paroi latérale cylindrique, parallèle à la paroi latérale cylindrique et solidaire de la paroi d'extrémité distale de sorte à former un volume additionnel de réception de fluide de refroidissement. Par exemple, la deuxième paroi latérale cylindrique est disposée radialement du côté opposé à l'organe de pressurisation par rapport à la paroi latérale cylindrique.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique est pourvue d'une ouverture d'admission configurée pour permettre une communication fluidique entre un volume intérieur à la paroi latérale cylindrique, et un volume extérieur à la paroi latérale cylindrique.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique, la paroi d'extrémité distale, la deuxième paroi latérale cylindrique, et la jupe cylindrique forment une pièce d'un seul tenant, ayant par exemple une section dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation en forme de E.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique et la paroi d'extrémité distale forment intérieurement entre elles un volume configuré pour retenir une quantité de fluide de refroidissement, de sorte à former un bain de fluide de refroidissement dans lequel au moins une partie de la portion de réception de fluide est plongée.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique, la paroi d'extrémité distale, et la deuxième paroi latérale cylindrique forment une pièce d'un seul tenant, ayant par exemple une section dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation en forme de U.
De manière avantageuse, l'injection de fluide de refroidissement au niveau de l'organe de pressurisation permet de s'affranchir de l'utilisation de joints dynamique, de labyrinthe ou d'air.
Selon un mode de réalisation, la paroi latérale cylindrique du boîtier comprend un orifice d'évacuation traversant la paroi latérale cylindrique de manière à permettre l'évacuation du fluide de refroidissement à l'extérieur du boîtier.
Selon un mode de réalisation le boîtier comprend un système de fermeture configuré pour obturer au moins partiellement l'orifice d'évacuation, de manière à limiter ou bloquer le passage du fluide de refroidissement à travers la paroi latérale cylindrique du boîtier.
Selon un mode de réalisation, le fluide de refroidissement est un fluide fonctionnel ayant des caractéristiques intrinsèques lui conférant des aptitudes à remplir une fonction de refroidissement et/ou une fonction de lubrification.
Selon un mode de réalisation, le fluide de refroidissement comprend une huile de lubrification, présentant préférentiellement une viscosité comprise entre 1 cSt et 45 cSt, et plus particulièrement égale à 15 cSt, à des températures entre 30 et 80 °C, et plus particulièrement entre 40°C, et 50°C. 1 cSt étant égal à 10-6 m2/s.
De cette manière, à une vitesse de rotation donnée, il est possible d'ajuster le débit d'huile passant dans un canal de refroidissement ayant une dimension donnée.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un roulement comprend : une bague interne solidaire de la surface externe de l'arbre rotatif, , une bague externe décalée radialement par rapport à la bague interne et solidaire du boîtier, les éléments roulants interposés entre lesdites bagues interne et externe et montés à roulement sur les deux bagues interne et externe et externe, et une cage placée entre lesdites bagues interne et externe, et maintenant un espace régulier entre les éléments roulants.
Selon un mode de réalisation, les éléments roulants sont montés à roulement sur des pistes des deux bagues internes.
Selon un mode de réalisation, la bague interne présente une face de contact tournée vers l'arbre rotatif, ladite face de contact étant en contact de l'arbre rotatif sur au moins 70% de sa surface totale. Selon ce mode de réalisation, le contact entre la face de contact et l'arbre rotatif est uniformément réparti.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un roulement est emmanché sur l'arbre rotatif au niveau de la portion d'écoulement.
Selon un mode de réalisation, les éléments roulants sont des billes dans le cas d'un roulement à billes, sont des rouleaux dans le cas d'un roulement à rouleaux, ou sont des aiguilles dans le cas d'un roulement à aiguilles.
Selon un mode de réalisation, l'au moins un canal de refroidissement est ouvert radialement vers la bague interne de l'au moins un roulement, de sorte que le fluide de refroidissement traversant au moins un canal de refroidissement soit en contact directement avec la bague interne.
Selon un mode de réalisation, les canaux de refroidissement sont répartis radialement de manière uniforme sur l'arbre rotatif, de sorte que la face de contact de la bague interne reste en contact de l'arbre rotatif sur au moins 70% de sa surface totale.
De manière avantageuse, prévoir un ratio d'un écartement entre deux canaux de refroidissement, et une largeur d'un canal de refroidissement compris entre 2 et 10 permet de garantir une bonne cylindricité de la bague interne, et éviter de perturber le bon fonctionnement du roulement.
Selon un mode de réalisation, l'arbre rotatif est un arbre-allonge ou un arbre de transmission d'un aéronef et entraînant un réducteur d'accessoires tels que des pompes.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'un turbocompresseur apte à comprimer un fluide frigorigène, ledit turbocompresseur comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Selon un mode de réalisation, le fluide de refroidissement comprend le fluide frigorigène. Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'une machine électrique tournante apte à assurer la propulsion d'un véhicule routier ou sur rails, ladite machine comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Selon un mode de réalisation, la machine électrique tournante est un moteur électrique, un alternateur, une génératrice ou un alterno-démarreur.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'une broche ou électro-broche apte à équiper une machine-outil, ladite broche ou électro-broche comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'un palier magnétique actif ou passif, pour sustentation d'arbre ou d'équipage rotatif, ledit palier comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'un réducteur ou multiplicateur grande vitesse, pour des applications industrielles, automobiles, ferroviaires ou aéronautiques, pour transmission de mouvement, de couple ou énergie, ledit réducteur ou multiplicateur comprenant au moins un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'une turbine à gaz ou à vapeur, pour la production d'énergie, la propulsion ou la génération de tout mouvement, ladite turbine comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'une pompe pour la circulation de fluide, ladite pompe comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'un ventilateur ou soufflante pour propulser un gaz, ledit ventilateur ou ladite soufflante comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'une centrifugeuse, décanteur ou mélangeur pour l'industrie chimique, agroalimentaire, ou la production de minerai, poudre, laine de verre ou de roche, ladite centrifugeuse, le dit décanteur ou ledit mélangeur comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'un volant d'inertie apte à fonctionner comme accumulateur d'énergie cinétique, ledit volant d'inertie comprenant un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment. Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'un organe de propulsion d'un aéronef, tel qu'un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprenant au moins un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Le but de l'invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d'un banc d'essai avec arbre(s) ou organe(s) rotatif à grande vitesse et avec ou pas la présence d'une source d'échauffement, ledit banc d'essai comprenant au moins un dispositif à arbre rotatif tel que décrit précédemment.
Description sommaire des dessins
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue schématique en perspective présentant une vue en coupe d'un dispositif à arbre rotatif selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 2 est une vue schématique en perspective présentant une vue en coupe d'un organe de pressurisation selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 3 est une vue schématique en perspective présentant une vue en coupe d'un dispositif à arbre rotatif selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 4 est une vue schématique en perspective présentant une vue en coupe d'un arbre rotatif selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 5 est une vue schématique en perspective présentant une vue en coupe d'un organe de pressurisation selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 6 est une vue schématique en perspective présentant une vue en coupe de l'organe de pressurisation, du boîtier, et de l'arbre rotatif selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 7 est une vue schématique en perspective présentant une vue en coupe de l'organe de pressurisation, du boîtier, et de l'arbre rotatif selon un mode de réalisation particulier de l'invention. La figure 8 est une vue schématique de la courbe de Stribeck, présentant la température d'un roulement et les pertes par frottement en fonction de la quantité et du débit d'une huile.
Description détaillée
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.
Comme cela est illustré sur les figures 1 à 7, l'invention concerne un dispositif à arbre rotatif 3. L'invention concerne également un turbocompresseur 1 apte à comprimer un fluide frigorigène comprenant un tel dispositif à arbre rotatif 3. Le dispositif à arbre rotatif 3 peut également être adapté à différentes machines tournantes à arbres rotatif, particulièrement mais pas exclusivement, s'ils tournent à haute vitesse.
Le dispositif à arbre rotatif 3 comprend tout d'abord un arbre rotatif 100 entouré par un boîtier 300. L'arbre rotatif 100 est monté à rotation par rapport au boîtier 300 autour d'un axe de rotation noté « X ». L'arbre rotatif 100 présente une géométrie de révolution autour dudit axe de rotation X. L'orientation de l'axe de rotation X n'est pas figée dans l'espace et dépend de l'orientation que l'utilisateur souhaite donner au dispositif à arbre rotatif 3. Il peut par exemple être orienté selon un axe vertical pour les machines à axe vertical, mais une telle orientation n'est pas limitative. L'arbre rotatif 100 comprend un corps principal comprenant une portion de réception de fluide 110 généralement située sur la périphérie de l'arbre rotatif et qui est par exemple agencée à une extrémité ou dans une zone étagée du corps principal de l'arbre rotatif 100, et au niveau de laquelle peut être reçu un fluide de refroidissement. Dans le cas particulier des turbocompresseurs, il peut être prévu que le fluide de refroidissement comprenne ou soit constitué du fluide frigorigène à comprimer. Ce fluide de refroidissement est destiné à refroidir le dispositif à arbre rotatif lorsque celui-ci est mis en rotation autour de l'axe de rotation X. Le fluide de refroidissement peut ainsi comprendre une huile de lubrification, présentant préférentiellement une viscosité comprise entre 1 cSt et 45 cSt, et plus particulièrement égale à 15 cSt, à des températures entre 30 et 80 °C, et plus particulièrement entre 40°C, et 50°C. Le fluide de refroidissement peut comprendre de l'eau. Le dispositif à arbre rotatif 3 comprend ensuite au moins un roulement 500 comprenant des éléments roulants 505, par exemple disposé entre l'arbre rotatif 100 et le boîtier 300, et étant configuré pour permettre le montage à rotation de l'arbre rotatif 100 par rapport au boîtier 300. Selon une autre variante représentée sur la figure 5, l'au moins un roulement 500 peut être disposé entre un organe de pressurisation 700 qui sera décrit plus loin, et le boîtier 300. De manière générale et comme cela est illustré sur la figure 1, l'au moins un roulement 500 peut comprendre : une bague interne 501 solidaire d'une surface externe 303 de l'arbre rotatif 100, une bague externe 503 décalée radialement par rapport à la bague interne 501 et solidaire du boîtier 300, les éléments roulants 505 interposés entre lesdites bagues interne 501 et externe 503 et montés à roulement 500 sur les deux bagues interne 501 et externe 503, et une cage placée entre lesdites bagues interne 501 et externe 503, et maintenant un espace régulier entre les éléments roulants 505.
De manière générale, les éléments roulants 505 sont des billes dans le cas d'un roulement à billes, sont des rouleaux dans le cas d'un roulement à rouleaux, ou sont des aiguilles dans le cas d'un roulement à aiguilles. La bague interne 501 peut présenter une face de contact 507 tournée vers l'arbre rotatif 100. Cette face de contact 507 peut alors être en contact de l'arbre rotatif 100 sur au moins 70% de sa surface totale, et préférentiellement selon une répartition périphérique régulière. Ainsi, le contact entre la face de contact 507 et l'arbre rotatif 100 est uniformément réparti.
De manière avantageuse, la portion de réception de fluide 110 peut être directement adjacente à une portion d'écoulement 130 de l'arbre rotatif 100 au niveau de laquelle est disposé l'au moins un roulement 500. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir des trous, des canaux ou tout autre élément permettant d'amener le fluide de refroidissement jusqu'à la portion de réception de fluide. Pour cela, il peut être prévu que la portion de réception de fluide 110 soit agencée sur une portion de l'arbre rotatif 100 qui présente un diamètre strictement plus petit qu'un diamètre interne de l'au moins un roulement 500, et notamment du diamètre interne du plus petit des roulements 500 lorsque le dispositif à arbre rotatif 3 en comprend plusieurs. De cette manière, il est possible que l'au moins un roulement 500 soit emmanché sur l'arbre rotatif 100 au niveau de la portion d'écoulement 130.
Le dispositif à arbre rotatif 3 comprend également un organe de pressurisation 700 lié ou appartenant à l'arbre rotatif 100 et solidaire en rotation avec l'arbre rotatif 100. De manière générale, et comme cela est représenté sur les figures, l'organe de pressurisation 700 est une pièce distincte du corps de l'arbre rotatif 100, et peut être solidarisé à l'arbre rotatif 100. Cependant, une telle construction n'est pas limitative et il est également possible que l'organe de pressurisation 700 et le corps de l'arbre rotatif 100 forment une pièce d'un seul tenant.
L'organe de pressurisation 700 est radialement disposé entre le corps principal de l'arbre rotatif 100 et le boîtier 300, et axialement positionné au niveau de la portion de réception de fluide 110 du corps principal de l'arbre rotatif 100. Généralement, l'organe de pressurisation 700 est radialement disposé à la périphérie de l'arbre rotatif 100. La figure 2 présente une variante non limitative d'un tel organe de pressurisation 700. L'organe de pressurisation 700 est généralement décalé axialement le long de l'axe de rotation X par rapport audit au moins un roulement 500. L'organe de pressurisation 700 et le corps principal de l'arbre rotatif 100 définissent entre eux un réservoir de pressurisation 900 configuré pour recevoir un volume du fluide de refroidissement. Comme cela l'a été indiqué précédemment, il est possible que le corps principal de l'arbre rotatif 100 et l'organe de pressurisation 700 forment un ensemble monobloc, par exemple à la périphérie de l'arbre.
Selon une variante représentée sur la figure 3, l'arbre rotatif 100 comprend une gorge de collecte 105 disposée entre le corps principal de l'arbre rotatif 100 et le boîtier 3. Par ailleurs, et comme représenté sur la figure 3, l'organe de pressurisation 700 peut venir coiffer la gorge de collecte 105 pour définir le réservoir de pressurisation 900. Dans le cas où l'arbre rotatif 100 et l'organe de pressurisation 700 forment une seule pièce monobloc, la gorge de collecte 105 peut correspondre à une gorge creusée dans le matériau constitutif de ladite pièce monobloc. Quel que soit la variante considérée, le fluide de refroidissement peut entrer dans le réservoir de pressurisation par l'intermédiaire d'une ouverture d'accès 315. Sur le mode de réalisation de la figure 3, l'ouverture d'accès 315 est ménagée à travers une paroi de l'organe de pressurisation 700 et communique fluidiquement avec le réservoir de pressurisation 900 par l'intermédiaire d'orifices de collecte 317.
Selon une variante non représentée, l'organe de pressurisation 700 peut comprendre des canaux de collecte rapportés ou non au corps principal de l'arbre rotatif 100 et s'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation X et débouchant dans le réservoir de pressurisation 900.
En référence à nouveau à la figure 2, l'organe de pressurisation 700 peut comprendre une portion proximale de pressurisation 701 configurée pour venir coiffer l'arbre rotatif 100, et une portion distale de pressurisation 703 qui vient dans le prolongement de la portion proximale de pressurisation 701 selon l'axe de rotation X, suivant un sens s'éloignant dudit au moins un roulement 500. De manière avantageuse, la portion distale de pressurisation 703 et la portion proximale de pressurisation 701 peuvent être formées de manière intégrale au sein d'une même pièce monobloc formant l'organe de pressurisation 700. La portion distale de pressurisation 703 peut présenter une géométrie de révolution autour de l'axe de rotation, convergente jusqu'à la portion proximale de pressurisation 701. Pour cela, il peut être prévu que la portion distale de pressurisation 703 présente une épaisseur d'organe de pressurisation e2 comptée radialement par rapport à l'axe de rotation X qui progressivement diminue en s'approchant axialement de la portion proximale de pressurisation 701. Alternativement, la portion distale de pressurisation 703 peut présenter une épaisseur d'organe de pressurisation e2 comptée radialement par rapport à l'axe de rotation X qui est constante, et présente un diamètre interne compté radialement par rapport à l'axe de rotation X qui progressivement diminue en s'approchant axialement de la portion proximale de pressurisation 701.
Le dispositif à arbre rotatif 3 comprend en outre au moins un canal de refroidissement 150 radialement disposé entre le corps principal de l'arbre rotatif 100 et l'au moins un roulement 500. De manière générale, le dispositif à arbre rotatif 3 comprend une pluralité de canaux de refroidissement 150. Dans la suite de la description il sera donc fait référence aux « canaux de refroidissement 150 », mais il est bien compris que les modes de réalisation présentés peuvent être mis en œuvre avec un seul canal de refroidissement 150. De manière générale, le dispositif à arbre rotatif 3 comprend au moins deux et préférentiellement au moins quatre canaux de refroidissement 150. Ces canaux de refroidissement 150 sont radialement répartis uniformément sur l'arbre rotatif 100. De cette manière, la fonction de refroidissement de l'ensemble du dispositif à arbre rotatif 3 est améliorée.
Comme cela est illustré sur la figure 4, l'arbre rotatif 100 peut délimiter au moins un canal de refroidissement 150. Par exemple, ledit au moins un canal de refroidissement 150 peut être ménagé sur une surface externe 303 de l'arbre rotatif 100. Cependant, une telle variante n'est pas limitative, et il est également possible qu'au moins un canal de refroidissement 150 soit ménagé à l'intérieur de l'arbre rotatif 100 par exemple dans le corps principal de l'arbre de refroidissement.
Selon une autre variante représentée sur la figure 5, les canaux de refroidissement sont ménagés dans le corps principal de l'organe de pressurisation 700. L'organe de pressurisation 700 peut par exemple comprendre une jupe axiale 705 cylindrique s'étendant axialement autour de l'axe de rotation X, au sein de laquelle sont présents : une gorge de collecte et de pressurisation 105 directement attenante aux canaux axiaux de refroidissement 150. Il est alors possible que ladite jupe axiale 705 cylindrique vienne coiffer, en tant que pièce rapportée, le corps principal de l'arbre rotatif 100 au niveau de la portion d'écoulement 130.
Les canaux de refroidissement 150 s'étendent entre une entrée de fluide 151 et une sortie de fluide 153, et présentent au moins une composante suivant l'axe de rotation X, ils sont par ailleurs en communication fluidique, au niveau de l'entrée de fluide 151, avec le réservoir de pressurisation 900. Les canaux de refroidissement 150 sont configurés pour assurer un transfert thermique entre l'arbre rotatif 100, ledit au moins un roulement 500, et le fluide de refroidissement, lorsque le fluide de refroidissement circule dans les canaux de refroidissement 150 à partir du réservoir de pressurisation 900. Il est donc bien compris que les canaux de refroidissement 150 assurent une communication fluidique entre le réservoir de pressurisation 900 et la sortie de fluide 153. D'ailleurs, il peut être prévu que l'au moins un canal de refroidissement 150 soit isolé de manière fluidique des éléments roulants 505 de l'au moins un roulement 500. Par « isolé de manière fluidique », on entend que la quantité de fluide servant à la lubrification, atteignant les éléments roulants 505 de l'au moins un roulement 500 en provenance des canaux de refroidissement 150 ou du réservoir de pressurisation ou bien même issu d'un dispositif séparé peut être maîtrisée via un dimensionnement ou dispositif adéquat et ce indépendamment du flux qui alimente le réservoir de pressurisation et les canaux de refroidissement 150. Ainsi, il est possible de refroidir le dispositif à arbre rotatif 3, en limitant les risque de cisaillement du fluide de refroidissement dans le cas où il atteint les éléments roulant 505 de l'au moins un roulement 500.
Suivant le mode de réalisation adopté, les caractéristiques techniques des canaux de refroidissement 150 peuvent varier. Cependant, et comme indiqué précédemment, il est avantageux de prévoir un nombre de canaux de refroidissement 150 supérieur ou égal à deux. En effet, l'utilisation d'un grand nombre de canaux de refroidissement 150 permet d'augmenter le débit de fluide de refroidissement utilisé pour refroidir l'ensemble du dispositif à arbre rotatif 3, et notamment l'arbre rotatif 100 et l'au moins un roulement 500. Il est toutefois possible d'avoir un ou plusieurs canaux de refroidissement 150 formant un labyrinthe sur la surface externe 303 de l'arbre rotatif 100 pour réaliser la fonction d'échange thermique. Sur la variante illustrée sur la figure 4, chaque canal de refroidissement 150 forme une rainure creusée dans la surface externe 303 de l'arbre rotatif. Les canaux de refroidissement 150 peuvent être orientés axialement par rapport à l'axe de rotation X, et de manière hélicoïdale ou rectiligne entre l'entrée de fluide 151 et la sortie de fluide 153 où le fluide de refroidissement sort hors du canal de refroidissement 150. Les canaux de refroidissement 150 peuvent ainsi s'étendre sensiblement parallèlement à l'axe de rotation X. De cette manière, il est possible d'optimiser le débit de fluide de refroidissement dans les canaux de refroidissement 150, et la perte de charge.
De manière générale, la configuration de chaque canal de refroidissement 150 dépend au moins en partie : de la conductivité thermique du fluide de refroidissement et du matériaux constitutif de l'arbre rotatif 100 ; du nombre de Prandlt du fluide de refroidissement ; et du débit de fluide de refroidissement correspondant à une puissance thermique à évacuer.
Afin de faciliter l'usinage des canaux de refroidissement 150 il peut être prévu que les canaux de refroidissement 150 présentent une section de coupe de forme constante le long dudit au moins un canal de refroidissement 150, notamment de forme partiellement ou totalement circulaire, ou de forme rectangulaire. Plus précisément, les canaux de refroidissement 150 peuvent présenter une section de coupe de forme carrée, par exemple de 0.7 mm de côté. Ainsi, l'utilisation de canaux de refroidissement 150 ayant une section de coupe relativement faible permet de fonctionner à bas nombre de Reynolds et d'optimiser les pertes de charge et l'échange thermique. Le nombre de canaux de refroidissement 150, et la largeur des canaux de refroidissement 150 sont généralement fonction de la puissance thermique à évacuer et des caractéristiques du fluide de refroidissement (conductivité thermique, viscosité, capacité calorifique). Ces paramètres influent sur le taux d'occupation des canaux de refroidissement 150 à la surface externe 303. De manière générale, les canaux de refroidissement 150 peuvent avoir n'importe quelle forme de section de coupe pouvant être obtenu par un procédé industriel d'usinage le long d'un axe, par exemple en formant des cannelures ou des stries par moletage. La figure 8, appelée courbe de Stribeck, connue de l'homme du métier illustre notamment la température d'un roulement et les pertes par frottement en fonction de la quantité et du débit de fluide de refroidissement. Le dispositif à arbre rotatif 3 selon l'invention peut notamment comprendre des canaux de refroidissement présentant une communication fluidique avec les éléments roulants 505 de l'au moins un roulement 500 qui est nulle ou très faible. Ainsi, la quantité ou le débit de fluide de refroidissement atteignant les éléments roulants 505 est très faible. L'alimentation du roulement 500 peut également se faire au moyen d'unsystème séparé qui permet d'ajuster le dosage à une valeur minimale de débit à des seules fins de lubrification et non d'évacuation des calories. Le dispositif à arbre rotatif 3 selon l'invention peut donc avoir un point de fonctionnement sur la courbe de Seebeck de la figure 8, qui se situe dans la zone A ou dans la zone B suivant les modes de réalisations considérés, tout en bénéficiant des avantages de la dissipation thermique de la zone E. Ainsi, la température de l'au moins un roulement 500 et les pertes par frottement sont limitées.
Selon un mode de réalisation, le taux d'occupation de la surface externe 303 par les canaux de refroidissement 150 est compris entre 10% et 30 %. En d'autres termes, une surface apparente des canaux représente 10% à 30% de la surface externe 303 externe de l'arbre rotatif 100. Un tel taux d'occupation est choisi pour assurer une pression de Hertz suffisante pour assurer le serrage de la bague de l'au moins un roulement 500 sur l'arbre rotatif 100. Par ailleurs, il est avantageux de prévoir un ratio d'un écartement entre deux canaux de refroidissement 150, et une largeur d'un canal de refroidissement 150 comprise entre 2 et 10. De cette manière, il est possible de se prémunir contre une déformation du chemin de roulement de la bague interne 501 au niveau des canaux de refroidissement 150.
De manière synergique, l'utilisation d'un grand nombre de canaux de refroidissement 150 sous forme de rainures fines permet de garantir un refroidissement avec débit important, tout en limitant la perte de charge subie par le fluide de refroidissement, et d'assurer une homogénéité en température. Par ailleurs, l'utilisation d'un grand nombre de canaux de refroidissement 150 permet d'augmenter la surface d'échange mouillée par le fluide de refroidissement et donc d'augmenter la puissance chaude évacuée.
Selon un mode de réalisation, chaque canal de refroidissement 150 présente une profondeur de canal comptée radialement par rapport à l'axe de rotation X, qui est strictement inférieure à une hauteur de stockage du réservoir de pressurisation 900 comptée radialement par rapport à l'axe de rotation X. De cette manière, il est possible de placer le fluide de refroidissement en surpression par rapport à la pression ambiante, au niveau de l'entrée de fluide 151, lorsque le fluide de refroidissement est soumis à une force centrifuge provoquée par le mouvement de rotation de l'arbre rotatif 100 autour de l'axe de rotation X. De manière générale, ladite surpression peut être supérieure à 1.5 bar, et plus particulièrement comprise entre 2 bars et 10 bars. En particulier, dans le cas où l'arbre rotatif 100 présente un diamètre sensiblement égal à 70 mm, et dans le cas où la vitesse de rotation est sensiblement égale à 12 000 tr/min, ladite surpression peut être égale à 5 bars. Par sensiblement égal, on entend une valeur égale à 10% près. Selon la variante non limitative représentée sur la figure 4, la portion de réception de fluide 110 comprend une première partie 111 dépourvue de canal de refroidissement 150. La présence d'une telle première partie 111 n'est cependant pas limitative, il est également possible qu'une telle première partie 111 soit absente. Cette première partie 111 de la portion de réception de fluide 110 peut présenter une forme tronconique et peut être disposée en regard de la portion distale de pressurisation 703. De manière avantageuse, l'utilisation d'une portion de réception de fluide 110 ayant au moins une partie présentant préférentiellement une forme tronconique permet de définir un réservoir de pressurisation 900 qui génère un volume de fluide de refroidissement sous la forme d'un anneau de fluide lorsque le fluide de refroidissement est mis en rotation. Ainsi, il est possible de générer une surpression hydrostatique au niveau de l'entrée de fluide 151. Cette surpression hydrostatique est dépendante notamment : d'une hauteur de fluide de refroidissement comptée radialement dans le réservoir de pressurisation, du diamètre extérieur des rainures, et de la vitesse de rotation de l'arbre rotatif 100. Alternativement, la première partie 111 de portion de réception de fluide 110 peut présenter une forme hémisphérique ou cylindrique étagée. De manière avantageuse, la première partie 111 permet de faciliter la mise en rotation homogène du fluide de refroidissement. En effet, la mise en rotation synchrone de l'arbre rotatif 100 avec le fluide de refroidissement permet de garantir une introduction efficace du fluide de refroidissement dans les canaux de refroidissement 150. La première partie 111 permet également d'éviter l'apparition de phénomènes de tourbillon ou de rebond conduisant à une mauvaise pénétration du fluide de refroidissement dans les canaux de refroidissement 150.
Dans le cas où l'organe de pressurisation 700 et l'arbre rotatif 100 présentent des formes globalement complémentaires, un entrefer el entre l'organe de pressurisation 700 et l'arbre rotatif 100, compté selon un axe perpendiculaire à une première surface externe de la première partie 111, peut être constant axialement le long de la première partie 111. Ainsi, le réservoir de pressurisation 900 peut avoir une forme tronconique creuse, dont le creux est formé au moins partiellement par la première partie 111 de portion de réception de fluide 110. Ainsi, et de manière avantageuse, la forme du réservoir de pressurisation 900 permet à la fois de permettre un débordement du fluide de refroidissement dans le cas où une injection trop importante de fluide de refroidissement est réalisée, et de se prémunir d'un retour de fluide de refroidissement ou d'un effet tourbillon, notamment lors d'une augmentation rapide de la vitesse de rotation de l'arbre rotatif 100. De manière synergique, la forme tronconique du réservoir de pressurisation 900 permet le ruissellement du fluide de refroidissement jusqu'aux canaux de refroidissement 150, ce qui permet d'amener le fluide de refroidissement au niveau de l'entrée des canaux de refroidissement 150 pour des débits de fluide de refroidissement trop faible pour permettre la formation d'un anneau de fluide de refroidissement.
La portion de réception de fluide 110 peut également comprendre une deuxième partie 113 qui vient dans le prolongement, suivant l'axe de rotation X, de la première partie 111 de la portion de réception de fluide 110, dans un sens s'approchant dudit au moins un roulement 500. La première partie 111 de la portion de réception de fluide 110 et la deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide 110 peuvent être formées de manière intégrale au sein d'une même pièce monobloc formant la portion de réception de fluide 110. Par opposition avec la première partie 111, la deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide comprend des canaux de refroidissement 150. En d'autres termes, au moins une partie de la surface externe 303 de l'arbre rotatif 100 est incluse dans la deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide 110, de sorte que les canaux de refroidissement 150 s'étendent depuis la deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide 110 jusqu'à la portion d'écoulement 130 et sur tout ou partie de la portion d'écoulement 130. Selon ce mode de réalisation, l'organe de pressurisation 700 peut comprend une portion proximale de pressurisation 701 configurée pour venir coiffer l'arbre rotatif 100 sur ladite deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide 110, de manière à extérieurement fermer radialement l'au moins un canal de refroidissement 150. Par exemple, la portion proximale de pressurisation 701 peut présenter une forme cylindrique.
La deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide 110 peut être filetée au moins partiellement, de sorte à permettre la fixation par vissage de l'organe de pressurisation 700 au niveau de la portion proximale de pressurisation 701. De la même manière, la portion proximale de pressurisation 701 peut être filetée au moins partiellement, de sorte à permettre la fixation par vissage de l'organe de pressurisation 700 au niveau de la deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide 110. Alternativement, la portion proximale de pressurisation 701 peut être ajustée radialement de manière à pouvoir être emmanchée ou collée. Ainsi, l'organe de pressurisation 700 peut être fixé au niveau de la deuxième partie 113 de la portion de réception de fluide 110.
Selon une variante non représentée, au moins un élément, choisi dans le groupe comprenant l'organe de pressurisation 700 et la première partie 111 de la portion de réception de fluide 110, comprend des ailettes d'orientation configurées pour diriger le fluide de refroidissement vers l'entrée de fluide 151 à la manière d'une pompe centrifuge. Ces ailettes d'orientation peuvent être agencées sur une surface externe de la première partie 111 de la portion de réception de fluide 110, et peuvent présenter une forme hélicoïdale.
Comme cela est illustré sur la figure 1, la bague interne 501 des roulements
500 est solidaire en rotation de l'arbre rotatif 100. Dans ce cas, la bague interne 501 peut recouvrir au moins partiellement les canaux de refroidissement 150. Il est donc bien compris que le canal de refroidissement 150 est disposé sous la bague interne 501 de l'au moins un roulement 500, de sorte à refroidir la bague interne 501. En particulier, si les canaux de refroidissement 150 forment des rainures sur la surface externe 303 de l'arbre rotatif 100, alors la bague interne 501 peut-être configurée pour extérieurement fermer radialement la rainure formée par le canal de refroidissement 150. En d'autres termes, l'au moins un canal de refroidissement 150 est ouvert radialement vers la bague interne 501, de sorte que le fluide de refroidissement traversant au moins un canal de refroidissement 150 soit en contact directement avec la bague interne 501.
Afin de garantir un refroidissement amélioré, les canaux de refroidissement 150 peuvent être répartis radialement de manière uniforme sur l'arbre rotatif 100, de sorte que la face de contact 507 de la bague interne 501 reste en contact de l'arbre rotatif 100 sur au moins 70% de sa surface totale. De manière avantageuse, prévoir un ratio d'un écartement entre deux canaux de refroidissement 150, et une largeur d'un canal de refroidissement 150 compris entre 2 et 10 permet de garantir une bonne cylindricité de la bague interne 501, et éviter de perturber le bon fonctionnement du roulement 500. Enfin, il peut être prévu que, l'au moins un canal de refroidissement 150 présente une longueur comptée axialement entre l'entrée de fluide 151 et la sortie de fluide 153 supérieure à une largeur de la ou les bagues internes
501 comptée axialement. De cette manière, il est possible de placer d'autres éléments entre l'entrée de fluide 151 et la sortie de fluide 153. En particulier, ces éléments peuvent comprendre un joint d'étanchéité 103, par exemple un joint dynamique d'étanchéité, disposé du côté opposé à la portion d'écoulement 130 par rapport à la sortie de fluide 153. En outre, l'arbre rotatif 100 peut comprendre une gorge annulaire de sortie 109, agencée du côté opposé à la portion de réception de fluide 110 par rapport à l'au moins un roulement 500. Cette gorge annulaire de sortie 109 forme la sortie de fluide 153.
De manière générale, pour garantir un fonctionnement optimal de l'au moins un roulement 500, il est préférable que les éléments roulants 505 soient lubrifiés. Ainsi, selon un mode de réalisation, il peut être prévu qu'une partie du fluide de refroidissement soit utilisé pour permettre la lubrification des éléments roulants 505. Dans ce cas, le dispositif à arbre rotatif 3 peut comprendre des moyens de lubrifications configurés pour permettre le passage d'une partie du fluide de refroidissement vers les éléments roulants 505. En particulier, les moyens d'écoulement peuvent être configuré pour permettre un débit de l'ordre de 1 mm3 par minute de fluide de refroidissement vers les éléments roulants 505.
Selon une première alternative, il peut être prévu qu'au moins un élément choisi parmi l'organe de pressurisation 700, la bague interne 501, et une pièce d'interface 38 présente un état de surface suffisamment grossier, ou une porosité de surface suffisante pour permettre le passage du fluide de refroidissement sous l'effet de la force centrifuge générée par l'arbre rotatif 100 en mouvement. En particulier, cet état de surface grossier, ou cette porosité de surface suffisante peut être choisi entre deux pièces en contact axialement, comme par exemple entre deux bagues internes si le dispositif à arbre rotatif 3 comprend plusieurs roulements 500. Selon un mode de réalisation, par « état de surface suffisamment grossier » on entend un état de surface présentant une rugosité supérieure à Ra = 3,2 pm, par exemple une rugosité comprise entre Ra = 3,2 pm, et Ra = 6,4 pm, et plus particulièrement une rugosité sensiblement égale à Ra =3,2 pm.
Selon une deuxième alternative, il peut être prévu qu'un microcanal soit ménagé dans le corps principal dudit au moins un élément choisi parmi l'organe de pressurisation 700, la bague interne 501, et la pièce d'interface 38. Dans ce cas, ledit microcanal peut être ménagé radialement depuis un ou plusieurs des canaux de refroidissement 150, ou depuis le réservoir de pressurisation 900, vers les éléments roulants 505. Il a été constaté qu'une plus grande dimension de la section de coupe comprise entre 0.05 mm et 0.1 mm permettait d'obtenir une lubrification suffisante, tout en limitant les risques de surchauffe par échauffement du fluide de refroidissement.
Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un dispositif à arbre rotatif 3 apte à assurer à la fois le refroidissement de l'au moins un roulement 500, de l'arbre rotatif 100, et d'éventuels joints présents dans le dispositif à arbre rotatif 3.
Comme cela est illustré sur les figures 1, 6, et 7, le boîtier 300 peut comprendre une paroi latérale cylindrique 305 et une paroi d'extrémité distale 307 s'étendant depuis la paroi latérale cylindrique 305 radialement vers l'intérieur de la paroi latérale cylindrique 305. Cette paroi d'extrémité distale 307 peut alors définir avec l'organe de pressurisation 700, une conduite d'accès 309 débouchant vers le réservoir de pressurisation 900 au niveau d'une ouverture d'accès 315, ladite conduite d'accès 309 étant configurée pour permettre l'introduction du fluide de refroidissement à l'intérieur du réservoir de pressurisation 900.
De manière avantageuse, la présence de la conduite d'accès 309 telle que représentée sur la figure 1 permet d'introduire le fluide de refroidissement de façon axiale au niveau du réservoir de pressurisation 900. Ainsi, il n'est pas nécessaire de mettre le fluide de refroidissement sous pression, par exemple au moyen d'une pompe, pour vaincre les gravités artificielles par exemple générées par une force centrifuge.
Avant de s'écouler axialement dans le réservoir de pressurisation 900, le fluide de refroidissement peut s'écouler d'abord dans la conduite d'accès 309 radialement, de l'extérieur vers l'intérieur, entre la paroi d'extrémité distale 307 et l'organe de pressurisation 700.
Selon une deuxième variante, représentée sur la figure 6, le boîtier 300 comprend une jupe cylindrique 311 s'étendant parallèlement à la paroi latérale cylindrique 305 intérieurement entre l'organe de pressurisation 700 et l'arbre rotatif 100, la conduite d'accès 309 étant alors définie entre la jupe cylindrique 311 et l'organe de pressurisation 700. Selon cette deuxième variante, la paroi latérale cylindrique 305, la paroi d'extrémité distale 307, et la jupe cylindrique 311 délimitent intérieurement un volume configuré pour retenir une quantité de fluide de refroidissement, de sorte à former un bain de fluide de refroidissement destiné à être pressurisé par l'organe de pressurisation 700 lorsqu'il est mis en rotation. De manière additionnelle, le boîtier 300 peut comprendre une deuxième paroi latérale cylindrique 306, parallèle à la paroi latérale cylindrique 305 et solidaire de la paroi d'extrémité distale 307 de sorte à former un volume additionnel de réception de fluide de refroidissement. Cette deuxième paroi latérale cylindrique 306 peut par exemple être disposée radialement du côté opposé à l'organe de pressurisation 700 par rapport à la paroi latérale cylindrique 305. Ladite paroi latérale cylindrique 305 peut alors être pourvue d'une ouverture d'admission 313 pour permettre une communication fluidique entre un volume intérieur à la paroi latérale cylindrique 305, et un volume extérieur à la paroi latérale cylindrique 305. La paroi latérale cylindrique 305, la paroi d'extrémité distale 307, la deuxième paroi latérale cylindrique 306, et la jupe cylindrique 311 forment une pièce d'un seul tenant, ayant par exemple une section dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation X en forme de E.
Selon une troisième variante représentée sur la figure 7, la paroi latérale cylindrique 305 et la paroi d'extrémité distale 307 forment intérieurement entre elles un volume configuré pour retenir une quantité de fluide de refroidissement, de sorte à former un bain de fluide de refroidissement dans lequel au moins une partie de la portion de réception de fluide 110 est plongée. Le boîtier 300 peut, comme dans la variante précédente, comprendre une deuxième paroi latérale cylindrique 306, parallèle à la paroi latérale cylindrique 305 et solidaire de la paroi d'extrémité distale 307 de sorte à former un volume additionnel de réception de fluide de refroidissement, la paroi latérale cylindrique 305 étant alors pourvue d'une ouverture d'admission 313 pour permettre une communication fluidique entre un volume intérieur à la paroi latérale cylindrique 305, et un volume extérieur à la paroi latérale cylindrique 305. La paroi latérale cylindrique 305, la paroi d'extrémité distale 307, et la deuxième paroi latérale cylindrique 306 forment une pièce d'un seul tenant, ayant par exemple une section dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation X en forme de U. De manière avantageuse, l'injection de fluide de refroidissement au niveau de l'organe de pressurisation 700 permet de s'affranchir de l'utilisation de joints dynamique, de labyrinthe, ou d'air. Que le boîtier 300 soit configuré pour former un bain de fluide de refroidissement ou non, la paroi latérale cylindrique 305 du boîtier 300 peut comprendre un orifice d'évacuation 311 traversant la paroi latérale cylindrique 305 de manière à permettre l'évacuation du fluide de refroidissement à l'extérieur du boîtier 300. Dans ce cas, le boîtier 300 peut comprendre un système de fermeture configuré pour obturer au moins partiellement l'orifice d'évacuation 311, de manière à limiter ou bloquer le passage du fluide de refroidissement à travers la paroi latérale cylindrique 305 du boîtier 300.
L'ensemble des dispositions précédemment décrites permettent de proposer un dispositif à arbre rotatif 3 dans lequel le réservoir de pressurisation 900 place le fluide de refroidissement en surpression par rapport à la pression ambiante, au niveau de l'entrée de fluide 151, lorsque le fluide de refroidissement est soumis à une force centrifuge provoquée par le mouvement de rotation de l'arbre rotatif 100 autour de l'axe de rotation X.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif à arbre rotatif (3) comprenant : un boitier (300) ; un arbre rotatif (100) entouré par le boitier (300), monté à rotation par rapport au boitier (300) autour d'un axe de rotation (X), et présentant une géométrie de révolution autour dudit axe de rotation (X), ledit arbre rotatif (100) comprenant un corps principal comprenant une portion de réception de fluide (110) ; au moins un roulement (500) comprenant des éléments roulants (505), et assurant le montage à rotation de l'arbre rotatif (100) par rapport au boitier (300) ; un organe de pressurisation (700) appartenant à l'arbre rotatif (100), et solidaire en rotation avec le corps principal de l'arbre rotatif (100), ledit organe de pressurisation (700) étant radialement disposé entre le corps principal de l'arbre rotatif (100) et le boitier (300) et axialement positionné au niveau de la portion de réception de fluide (110) du corps principal de l'arbre rotatif (100), ledit organe de pressurisation (700) et le corps principal de l'arbre rotatif (100) définissant entre eux un réservoir de pressurisation (900) configuré pour recevoir un volume d'un fluide de refroidissement ; et au moins un canal de refroidissement (150) radialement disposé entre le corps principal de l'arbre rotatif (100) et l'au moins un roulement (500), et s'étendant entre une entrée de fluide (151) et une sortie de fluide (153), ledit au moins un canal de refroidissement (150) présentant au moins une composante suivant l'axe de rotation (X), et étant en communication fluidique, au niveau de l'entrée de fluide (151), avec le réservoir de pressurisation (900), ledit au moins un canal de refroidissement (150) étant configuré pour assurer un transfert thermique entre l'arbre rotatif (100), ledit au moins un roulement (500), et le fluide de refroidissement, lorsque le fluide de refroidissement circule le long dudit canal de refroidissement (150) à partir du réservoir de pressurisation (900).
2. Dispositif à arbre rotatif (3) selon la revendication 1, dans lequel l'arbre rotatif (100) délimite l'au moins un canal de refroidissement (150).
3. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le réservoir de pressurisation (900) est configuré pour placer le fluide de refroidissement en surpression par rapport à la pression ambiante, au niveau de l'entrée de fluide (151), lorsque le fluide de refroidissement est soumis à une force centrifuge provoquée par le mouvement de rotation de l'arbre rotatif (100) autour de l'axe de rotation (X).
4. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel la portion de réception de fluide (110) comprend une première partie (111) dépourvue de canal de refroidissement (150), ladite première partie (111) de la portion de réception de fluide (110) présentant préférentiellement une forme tronconique.
5. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins un élément, choisi dans le groupe comprenant l'organe de pressurisation (700) et la première partie (111) de la portion de réception de fluide (110), comprend des ailettes d'orientation configurées pour diriger le fluide de refroidissement vers l'entrée de fluide (151).
6. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'au moins un canal de refroidissement (150) est ménagé sur une surface externe (303) de l'arbre rotatif (100).
7. Dispositif à arbre rotatif (3) selon la revendication 6, dans lequel l'organe de pressurisation (700) comprend une portion proximale de pressurisation (701) configurée pour venir coiffer l'arbre rotatif (100) sur une deuxième partie (113) de la portion de réception de fluide (110), de manière à extérieurement fermer radialement l'au moins un canal de refroidissement (150).
8. Dispositif à arbre rotatif (3) selon la revendication 7, dans lequel l'organe de pressurisation (700) comprend une portion distale de pressurisation (703), distincte de la portion proximale de pressurisation (701), et présentant une géométrie de révolution autour de l'axe de rotation (X), convergente jusqu'à la portion proximale de pressurisation (701).
9. Dispositif à arbre rotatif (3) selon la revendication 8, dans lequel la portion distale de pressurisation (703) présente une épaisseur d'organe de pressurisation (e2) comptée radialement par rapport à l'axe de rotation (X) qui progressivement diminue en s'approchant axialement de la portion proximale de pressurisation (701).
10. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'au moins un canal de refroidissement (150) présente une section de coupe de forme constante le long dudit au moins un canal de refroidissement (150), notamment de forme rectangulaire.
11. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l'au moins un canal de refroidissement (150) s'étend axialement de manière rectiligne entre l'entrée de fluide (151) et la sortie de fluide (153) où le fluide de refroidissement sort hors du canal de refroidissement (150).
12. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le boîtier (300) comprend une paroi latérale cylindrique (305) et une paroi d'extrémité distale (307) s'étendant depuis la paroi latérale cylindrique (305) radialement vers l'intérieur de la paroi latérale cylindrique (305), ladite paroi d'extrémité distale (307) définissant avec l'organe de pressurisation (700), une conduite d'accès (309) configurée pour permettre l'introduction du fluide de refroidissement à l'intérieur du réservoir de pressurisation (900).
13. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le fluide de refroidissement comprend une huile de lubrification, présentant préférentiellement une viscosité comprise entre 5 cSt et 45 cSt, et plus particulièrement égale à 15 cSt, à des températures entre 30 et 80 °C, et plus particulièrement entre 40°C, et 50°C.
14. Dispositif à arbre rotatif (3) selon la revendication 6, ou selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 lorsqu'elle dépend de la revendication 6, dans lequel l'au moins un roulement (500) comprend : une bague interne (501) solidaire de la surface externe (303) de l'arbre rotatif (100), une bague externe (503) décalée radialement par rapport à la bague interne (501) et solidaire du boîtier (300), les éléments roulants (505) interposés entre lesdites bagues interne (501) et externe (503) et montés à roulement (500) sur les deux bagues interne (501) et externe (503, et une cage placée entre lesdites bagues interne (501) et externe (503), et maintenant un espace régulier entre les éléments roulants (505).
15. Dispositif à arbre rotatif (3) selon la revendication 14, dans lequel la bague interne (501) recouvre au moins partiellement l'au moins un canal de refroidissement (150).
16. Dispositif à arbre rotatif (3) selon la revendication 15, dans lequel l'au moins un canal de refroidissement (150) est ouvert radialement vers la bague interne (501) de l'au moins un roulement (500), de sorte que le fluide de refroidissement traversant au moins un canal de refroidissement (150) soit en contact directement avec la bague interne (501).
17. Turbocompresseur (1) apte à comprimer un fluide, en particulier un fluide frigorigène, ledit turbocompresseur (1) comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
18. Turbocompresseur (1) selon la revendication 17, dans lequel le fluide de refroidissement comprend le fluide frigorigène.
19. Machine électrique tournante apte à assurer la propulsion d'un véhicule routier ou sur rails, ladite machine comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
20. Machine électrique tournante selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle est un moteur électrique, un alternateur, une génératrice ou un alterno- démarreur.
21. Broche ou électro-broche apte à équiper une machine-outil, ladite broche ou électro-broche comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
22. Palier magnétique actif ou passif, pour sustentation d'arbre ou d'équipage rotatif, ledit palier comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
23. Réducteur ou multiplicateur grande vitesse, pour des applications industrielles, automobiles, ferroviaires ou aéronautiques, pour transmission de mouvement, de couple ou énergie, ledit réducteur ou multiplicateur comprenant au moins un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
24. Turbine à gaz ou à vapeur, pour la production d'énergie, la propulsion ou la génération de tout mouvement, ladite turbine comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
25. Pompe pour la circulation de fluide, ladite pompe comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
26. Ventilateur ou soufflante pour propulser un gaz, ledit ventilateur ou ladite soufflante comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
27. Centrifugeuse, décanteur ou mélangeur pour l'industrie chimique, agroalimentaire, ou la production de minerai, poudre, laine de verre ou de roche, ladite centrifugeuse, le dit décanteur ou ledit mélangeur comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.
28. Volant d'inertie apte à fonctionner comme accumulateur d'énergie cinétique, ledit volant d'inertie comprenant un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16. Dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'arbre rotatif (100) est un arbre-allonge ou un arbre de transmission d'un aéronef et entraînant un réducteur d'accessoires tels que des pompes. Organe de propulsion d'un aéronef, tel qu'un turbopropulseur ou un turboréacteur, comprenant au moins un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une des revendications 1 à 16. Banc d'essai avec arbre(s) ou organe(s) tournant à grande vitesse et avec ou pas la présence d'une source d'échauffement, ledit banc d'essai comprenant au moins un dispositif à arbre rotatif (3) selon l'une quelconque des revendications l à 16.
PCT/FR2023/051892 2022-12-02 2023-12-01 Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés. WO2024115866A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2212719 2022-12-02
FR2212719A FR3142784A1 (fr) 2022-12-02 2022-12-02 Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024115866A1 true WO2024115866A1 (fr) 2024-06-06

Family

ID=85176033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2023/051892 WO2024115866A1 (fr) 2022-12-02 2023-12-01 Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés.

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3142784A1 (fr)
WO (1) WO2024115866A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060175920A1 (en) * 2002-07-12 2006-08-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Magnetic bearing spindle
FR2949246A1 (fr) * 2009-08-20 2011-02-25 Snecma Distribution d'huile dans un palier de turbomachine
CN104153886A (zh) * 2014-07-03 2014-11-19 中国航空动力机械研究所 轴承环供油装置
US20220049623A1 (en) * 2020-08-14 2022-02-17 Raytheon Technologies Corporation Seal runner with passive heat transfer augmentation features

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060175920A1 (en) * 2002-07-12 2006-08-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Magnetic bearing spindle
FR2949246A1 (fr) * 2009-08-20 2011-02-25 Snecma Distribution d'huile dans un palier de turbomachine
CN104153886A (zh) * 2014-07-03 2014-11-19 中国航空动力机械研究所 轴承环供油装置
US20220049623A1 (en) * 2020-08-14 2022-02-17 Raytheon Technologies Corporation Seal runner with passive heat transfer augmentation features

Also Published As

Publication number Publication date
FR3142784A1 (fr) 2024-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2845138A1 (fr) Palier a roulement amorti a l'huile
FR3066558B1 (fr) Module de soufflante a pales a calage variable
EP3146183A1 (fr) Boite d'engrenages de turbomachine d'aéronef
EP3599396B1 (fr) Dispositif du type reducteur ou differentiel pour une turbomachine d'aeronef
EP3247924B1 (fr) Intégration d'une pompe en fût de pignon
EP4018106B1 (fr) Dispositif de distribution d'huile d'un palier a roulement de turbomachine d'aeronef
FR3114353A1 (fr) Joint dynamique amélioré pour l’étanchéité d’un module de moteur d’aéronef
EP3081817B1 (fr) Machine équipée d'un compresseur
EP3610177B1 (fr) Train d'engrenages epicycloïdal
EP4150199A1 (fr) Turbomachine d'aeronef comprenant un dispositif de lubrification d'un palier
WO2024115866A1 (fr) Dispositif à arbre rotatif avec refroidissement et lubrification intégrés.
EP3610175B1 (fr) Lubrification pour train d'engrenages épicycloïdal
EP3081816B1 (fr) Compresseur avec deux éléments sphériques supportant l'arbre
FR3075867A1 (fr) Dispositif de deshuilage d'une enceinte de lubrification de turbomachine
FR3069571B1 (fr) Systeme a compression de film fluide et machine tournante comprenant un tel systeme
EP3807507B1 (fr) Dispositif de repartition d'huile pour un porte-satellites tournant d'un reducteur mecanique d'une turbomachine
FR3124838A1 (fr) Lubrification de paliers d’un arbre de turbomachine
CA2801083C (fr) Arbre de turbomachine
WO2024153881A1 (fr) Dispositif de guidage d'un arbre et de refroidissement d'un palier pour un generateur de gaz
FR3075251B1 (fr) Machine volumetrique a spirales
FR3052487A1 (fr) Element tubulaire de rotor a section etoilee pour une turbomachine
WO2023213852A1 (fr) Turbomachine à échangeur thermique entre un circuit de carburant et deux circuits de lubrifiant
FR3075250A1 (fr) Machine volumetrique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23841274

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1