Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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Mihai ARGHIR : Laboratoire de Mécanique des Solides. Université de Poitiers
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Sébastien LE LEZ : Laboratoire de Mécanique des Solides. Université de Poitiers
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Jean FRENE : Laboratoire de Mécanique des Solides. Université de Poitiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les butées et les paliers aérodynamiques fonctionnent sur les mêmes principes que ceux lubrifiés avec de l'huile ou de l'eau (voir Nota). Leur particularité vient de la très faible viscosité des gaz lubrifiants, à la fois avantage et inconvénient, à laquelle s'ajoutent les spécificités apportées par la compressibilité. Ils sont donc utilisés dans des machines de grande précision et de petite taille où se trouvent réunis de grandes vitesses de rotation avec de très faibles jeux (appareils de mesure, industrie médicale).
L'article présente les principales caractéristiques statiques (capacité de charge, couple) et dynamiques (coefficients dynamiques, stabilité, réponse au balourd) des butées et des paliers aérodynamiques, ainsi que les problèmes soulevés lors de leur intégration dans une machine tournante. Les particularités issues de la compressibilité du lubrifiant sont discutées pour l'air, mais les conclusions s'appliquent pour tout autre gaz parfait.
L'article est orienté vers des considérations d'ordre physiques et technologiques nécessaires à être connues lorsque le concepteur envisage l'utilisation des butées ou des paliers aérodynamiques. L'intégration de ces composants dans une machine tournante est présentée en supposant un rotor rigide.
: Le lecteur peut se reporter aux principes familiers largement abordés dans les références [1] et [14].
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VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1996 par Pierre STÉPHAN, Yvan IORDANOFF
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Modèle du rotor à quatre degrés de liberté
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5. Butées et paliers à feuilles
Le concept du palier à feuilles est apparu au milieu des années 1960 afin de dépasser les limites de fonctionnement des paliers rigides. Comme cela a été mentionné, les paliers à air rigides ont une capacité de charge limitée et, surtout, un faible amortissement. Les machines tournantes de faible et de moyenne puissance fonctionnent à des vitesses très élevées et nécessitent des paliers capables d'assurer un fonctionnement stable (sans vibrations auto-entretenues) et de supporter des forces de balourd souvent plus importantes que la charge statique [21].
Le palier à feuilles tend à répondre à ces besoins. Il consiste à ajouter une structure élastique et dissipative entre le fourreau du palier et l'arbre (figure 31).
Par rapport au palier rigide, la déformation de la structure va offrir une capacité de charge plus importante en permettant un champ de pression plus élevé pour une même hauteur de film minimale. L'amortissement structurel provient du frottement sec qui existe entre les feuilles de la structure et le fourreau, et entre les feuilles elles-mêmes. Son ordre de grandeur est largement supérieur à l'amortissement apporté par le film d'air. De plus, l'amortissement structurel reste présent pour des fortes fréquences d'excitations quand l'amortissement du film d'air tend vers zéro. Le caractère dissipatif de la structure permet alors au palier de fonctionner sans vibrations auto-entretenues et d'accommoder des balourds importants.
D'autres avantages découlent de la présence de cette structure, tels qu'une meilleure tolérance aux mésalignements et aux dilatations thermiques (si le palier est destiné à fonctionner dans les zones chaudes d'une turbine). Cela permet, par ailleurs, des tolérances de fabrication légèrement plus larges.
Durant les quelques décennies passées en recherche sur les paliers à feuilles, différents concepts ont vu le jour, quelques uns ont été abandonnés, d'autres ne sont décrits que dans les brevets d'invention (voir encadré 2).
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La butée et le palier à feuilles, qui font actuellement l'objet d'analyses intenses, sont représentés sur les figures 32 et . Un plissé...
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Butées et paliers à feuilles
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FRENE (J.), NICOLAS (D.), DEGUEURCE (B.), BERTHE (D.), GAUDET (M.) - Lubrification hydrodynamique. Paliers et Butées. - Éditions Eyrolles (1990).
-
(2) - RIEGER (N.F.) editor - Design of Gas Bearings Notes supplemental to the RPI-MTI course on gas bearing design (Conception des paliers à air. Notes supplémentaires au cours) . - RPI-MTI, 2 volumes (1967).
-
(3) - CONSTANTINESCU (V.N.) - Gas Lubrication (La lubrification à gaz). - ASME Press (1969).
-
(4) - GROSS (W.A.), MATSCH (L.A.), CASTELLI (V.), ESHEL (A.), VOHR (J.H.), WILDMANN (M.) - Fluid Film Lubrication (La lubrification à film fluide) . - Wiley-Interscience New York (1980).
-
(5) - ARGHIR (M.), LE LEZ (S.), FRENE (J.) - The Finite Volume Solution of the Compressible Reynolds Equation – Linear and Non Linear Analysis of Gas Bearings. - J. of Eng. Tribol. – Part. J., vol. 220, p. 617-627 (2006).
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ANNEXES
Ouvrages sur la technologie des paliers à feuilles
HESHMAT (H.), WALOWIT (J.A.), PINKUS (O.) - Analysis of Gas-Lubricated Foil Journal Bearings. - ASME J. of Lub. Tech., vol. 105, p. 647-655 (1983).
BLOK (H.), VAN ROSSUM (J.J.) - The Foil Bearing – A New Departure in Hydrodynamic Lubrication. - Lubr. Eng., p. 316-320, déc. 1953.
MA (J.T.S.) - An investigation of Self-Acting Foil Bearings. - ASME J. of Basic Eng., p. 837-846 (1965).
AGRAWAL (G.L.) - Foil Air/Gas Bearing Technology – An Overview. - ASME Paper 97-GT-347 (1997).
BARNETT (M.A.), SILVER (A.) - Application of Air Bearing to High Speed Turbomachinery. - SAE Paper 700720 (1970).
DELLACORTE (C.), VALCO (M.J.) - Oil-Free Turbomachinery Technology for Regional Jet, Rotorcraft and Supersonic Business Jet Propulsion Engines. - AIAA/ISABE Paper, 2003-1182 (2003).
DELLACORTE (C.), BRUCKNER (R.J.) - Oil-Free Rotor Support Technologies for an Optimized Helicopter Propulsion System , - ISABE Paper, 2007-1145 (2007).
WALTON II (J.F.), HESHMAT (C.A.), TOMASZEWSKI (M.), HESHMAT (H.) - On the Development of an Oil-Free Electric Turbocharger for Fuel Cells. - ASME Paper GT2006-90796 (2006).
DELLACORTE (C.), FELLENSTEIN (J.A.), BENOY (P.A.) - Evaluation of Advanced Solid Lubricant Coatings for Foil Air Bearings Operating at 25 oC and 500 oC. - STLE Tribology Transactions, 42(2), p. 338-342 (1999).
DELLACORTE (C.) - The Evaluation of a Modified Chrome Oxide Based High Temperature Solid Lubricant Coating for Foil Gas Bearings. - STLE Tribology Transactions, 43(2), p. 257-262 (2000).
DELLACORTE (C.), LUKASZEWICZ (V.), VALCO (M.J.), RADIL (K.C.), HESHMAT (H.) - Performance and Durability of High Temperature Foil Air Bearings for Oil-Free Turbomachinery. - NASA TM-2000-209187 (2000).
RADIL (K.C.), DELLACORTE (C.) - The Effect of Journal Roughness and Foil Coatings on the Performance of Heavily Loaded Foil Air Bearings. - STLE Tribology Transactions, 45(2), p. 199-204 (2002).
DELLACORTE (C.), ZALDANA (A.R.), RADIL (K.C.) - A Systems Approach to the Solid Lubrication of Foil Air Bearings for Oil-Free...
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