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PALIER ELASTIQUE.
Dans certaines catégories de machines tournantes à axe horizontal, par exemple des turbines à vapeur, dont le rotor est monté sur des chaises de palier et paliers rigides, spécialement les machines de grandes dimensions, l'équilibrage rigoureux est difficile à maintenir en service, par exemple lorsqu'il se produit des déformations d'origine thermiqueo Des vibrations à des fréquences différentes de la vitesse de rotation peuvent également prendre naissance par exemple si le moment d'inertie de l'arbre n'est pas le même dans tous les plans passant par l'axeo Pour éviter les effets nuisibles des vibrations résultant de ces diverses causes, il est souvent indiqué ou même nécessaire d'abaisser la première vitesse critique de l'ensemble de l'arbre et de ses paliers en prévoyant un montage élastique de ces paliers.
Mais pour que ce procédé ait une efficacité suffisante, il faut généralement donner aux paliers une élasticité considérable de l'ordre de dix fois celle de l'arbre lui-même, puisque les vitesses critiques varient comme la racine carrée de la flèche totaleo Une telle élasticité est difficile à obtenir dans l'espace dont on dispose généralement autour des coussinetso L'emploi du caoutchouc permet parfois de résoudre le problème, mais pour les machines lourdes et qui doivent assurer un long service, il présente l'inconvénient d'être altérableo
Dans un palier qui élimine ces inconvénients, il existera donc une liaison élastique entre le coussinet et la chaise de palier qui le re- çoit, réalisée au moyen de pièces uniquement métalliques,
la construction devant être telle que l'élasticité du palier soit suffisante pour provoquer un abaissement de la vitesse critique d'au moins 30 %.
Avec un palier d'une élasticité aussi grande, le montage de la machine, en particulier le réglage de la ligne d'arbre, est toutefois difficile, et le passage de la vitesse cri tique pourra présenter des risques, si
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les débattements du rotor ne sont pas limités à une grandeur non dangereuse.
La présente invention concerne un palier élastique à coussinet en deux pièces,dont l'élasticité est assurée par des pièces métalliques pour rotors lourds de machines rotatives à axe horizontal, par exemple turbines à vapeur,,lequel palier élimine les susdits inconvénients. L'invention est caractérisée par des moyens pour la mise en précontrainte de la suspension élastique d'au moins un des demi-coussinetslesdits moyens étant établis de telle façon qu'ils compensent approximativement le poids du rotor et limitent en même temps les débattements du coussinet monté élastiquement.
Les dessins annexés montrent divers exemples d'exécution du palier élastique selon 1-'invention. La Figo 1 est une vue en perspective de la moitié inférieure d'un coussinet utilisé dans une première forme d'exécution d'un tel palier y tandis que la Figure la montre un barreau métallique élastique utilisé dans ce cas.
La figure 2 montre également en perspective,une demi-coquille correspondant à cette forme d'exécutiono La figure 3 est une vue en coupe par le plan axial vertical d'un palier selon cette première forme d'exécu- tion et les Figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale d'un tel palier,montrant deux dispositions différentes de la moitié supérieure du coussineto La Figure 6 montre une vue en coupe par leplan axial vertical d'une deuxième forme d'exécution du palier selon l'invention,et la Figure 7 montre une demi-bague à fentes,telle qu'utilisée dans un palier selon la Figure 60
Les Figures 1 à 4 montrent un palier élastique,dans lequel les moyens pour la mise en précontrainte de la suspension élastique sont constitués par une demi-coquille qui,d'une part,
embrasse les moyens métalliques élastique intercalés entre le coussinet monté élastiquement et cette demicoquille etd'autre part'. repose sur la chaise de palier ainsi que par des vis au moyen desquelles le coussinet monté élastiquement est serré contre ladite demi-coquille.
Dans la Figuré 1, 1 désigne un demi-coussinet monté élastiquement, et 2 l'axe horizontal du paliero La Figure la montre un des barreaux élastiques supportant le demi-coussinet et dont le montage sera décrit d'une façon plus détaillée dans la suite. Les extrémités 4a et 4b d'un tel barreau sont montrées dans la Figure la Dans la Figure 2 8 désigne une demi-coquil- le qui repose sur la chaise de palier 16 (Figo 3) et supporte le demi-coussinet 1 au moyen des barreaux élastiques 3 (Figo la)Ce demi-coussinet 1 est percé d'un certain nombre de trous comportant un alésage 6 correspondant au diamètre de l'extrémité des barreaux et un alésage 7 de diamètre plus grand, ces alésages 6 et 7 étant alternés en position d'un trou sur l'autre.
Les barreaux 3 comportent des extrémités symétriques et identiques 4a et 4b, d'un diamètre supérieur à celui du reste du barreau,et sont emmanchés grâce à ces extrémitésalternativement dans les alésages tels que 6 du demicoussinet 1 (extrémité 4a),et dans les alésages tels que 9 prévus dans la demi-coquille 8 et de même diamètre que les alésages 6 (extrémité 4b)
Le dispositif de mise en précontrainte de la suspension élastique et de limitation des débattements ou déplacements autour de la position d'équilibre du coussinet monté élastiquement,est réalisé au moyen de vis 11 et 12 en nombre quelconque 9 choisi ;
9 dans l'exemple, égal au nombre de barreaux emmanchés dans la demi-coquille 8 et dont la répartition est également quelconqueo Pour obtenir la précontrainte voulue les vis 11 situées dans le plan axial vertical du palier ou dans le voisinage immédiat de ce plan sont serrées de façon à rapprocher le demi-coussinet 1 de la demi-coquille 8 jusqu'à ce qu'on ait exercé un effort légèrement inférieur au poids que doit supporter le demi--coussinet. On pose alors le rotor sur les paliers et l'on s'assure que le demi-coussinet inférieur s'enfonce de telle façon qu'apparaisse en 13 , sous la tête des vis 11, un jeu égal à la moitié du débattement total que l'on veut permettre au demi-coussinet 1.
On jauge à ce moment
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le jeu qui existe en 14 entre la demi=coquille 8 et le demi-coussinet 1. On réalise alors une cale d'épaisseur égale à ce jeu, mesuré en 14, diminué de la moitié du débattement vertical prévu pour le demi-coussinet.
En plagant cette cale en 14 et en arrêtant par un moyen quelconque la vis 11 dans la position que l'on a déterminée précédemment, les débattements du. palier en direction verticale se trouvent bien limités à la valeur que l'on a choisie., On peut à ce moment retirer l'arbre et considérer, pour le montage, l'ensem- ble 1-8 comme un demi-coussinet rigide ordinaire, au débattement près,,
Les vis 12,agencées en dehors du plan axial vertical, servent uniquement à limiter les déplacements du coussinet dans tous les autres plans axiaux, à la même valeur que le débattement vertical, ou à une autre valeur, si nécessaire.
L'espace annulaire 15 (Figo 3) compris entre le demi-coussinet 1 et la demi-coquille 8 peut être rempli d'huile en le mettant en communication avec l'arrivée d'huile au palier, afin de créer ainsi, de la façon connue en soi, un effet d'amortissement lors des déplacements relatifs du demi-coussi- net 1 par rapport à la demi-coquille 80 On peut également, au. moyen de joints d'étanchéité non représentés sur les figures rendre étanche ce volume annulaire 15 dans le but d'augmenter cet effet d amortissement.
La demi-coquille 8 (figure 3) s'appuie sur la chaise de palier 16 et elle est maintenue axialement au moyen de deux joues 170
Dans le cas de rotors très lourds, dont le poids est toujours plus grand que les forces tournantes résultant des déséquilibrages admissibles, il suffira de monter élastiquement le demi-coussinet inférieur. La figure 4 montre un mode de fixation du demi-coussinet supérieur 18a. applicable en pareil caso Ce demi-coussinet, comportant des rebords 19,est serré entre la chaise 16 et le chapeau de palier 20 au moyen des goujons 21, un jeu 22 étant prévu entre le demi-coussinet 1 et le demi-coussinet 18.sa, afin que, dans les déplacements élastiques du demi-coussinet 1, il n'y ait pas contact entre les deux demi-coussinets.
Si nécessaire, une étanchéité, non représentée sur la figure, sera prévue entre les deux demi-coussinets pour éviter les fuites d'huileo Les rebords 19 du demi-coussinet supérieur 18a servent également à maintenir appuyée contre la chaise de palier 16 la demicoquille 80
Dans le cas où il serait nécessaire ou avantageux de monter élastiquement également le demi-coussinet supérieur, la même disposition que celle du demi-coussinet inférieur est applicable au demi-coussinet supérieur, le dispositif de précontrainte pouvant agir aussi bien sur les deux demicoussinets liés rigidement dans ce cas, que sur le demi-coussinet inférieur seule
La figure 5 représente un autre mode de fixation du demi-coussinet supérieur 1812, qui est applicable dans ce cas,
ce demi-coussinet étant fixé rigidement au demi-coussinet 1 monté élastiquemento Des vis 23 serrent l'un contre l'autre les deux demi-coussinets qui participent ainsi aux mêmes déplacements. Dans cette disposition, le chapeau de palier 24 n'a pas de contact avec le demi-coussinet 18b, il maintient simplement grâce aux goujons 21 la demi-coquille 8 en contact avec la chaise de palier 16 par les surfaces d'appui 25.
On peut se rendre compte aisément, par le raisonnement ou le calcul, qu'un palier ainsi constitué et anisotrope, c'est-à-dire que son élasticité dans le sens vertical n'est pas la même que dans le sens horizontala Dans le cas où cette anisotropie pourrait présenter des inconvénients, il faudrait aussi prévoir le montage élastique du demi-coussinet supérieur qui serait à ce moment absolument symétrique du demi-coussinet inférieur, de même qu'une demi-coquille identique à celle 8 du demi-coussinet inférieur entourerait le demi-coussinet supérieure On pourrait aussi, plus simplement, prévoir des ressorts supplémentaires s'opposant aux déplacements horizontaux;
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ces ressorts ayant en général moins de travail à absorber que les ressorts principaux pourraient etre de dimensions réduites.
Le montage élastique au moyen de barreaux élastiques,décrit cidessus, travaille sans frottement. Dans certaines applications où la durée de marche de la machine munie de paliers élastiques n'est pas suffisante pour que l'usure qui résulterait d'un frottement dans le dispositif élastique soit prohibitive, il peut être par contre avantageux de prévoir ce dispositif élastique avec frottement dans le but d'amortir les oscillations du coussinet particulièrement au. passage de la vitesse critique.
La forme d'exécution d'un palier élastique selon la figure 6 répond à cette condition. Les barreaux élastiques du palier décrit ci-dessus sont remplaces ici par des demi-bagues élastiques pourvues de fentes longi- tudinales décalées mutuellement et dont il en est disposé au moins une entre le demi-coussinet monté élastiquement et la demi-coquille reposant sur la chaise de paliero
Dans la figure 1, 1 désigne le demi-coussinet inférieur monté élastiquement,2 et 3 les bagues élastiques fendues,au nombre de deux à titre d'exemple, et 4 la demi=coquille prenant appui sur la chaise de palier 8, et servant à la mise en précontrainte de la suspension élastique.
Le demi-coussinet 1 est soutenu par la bague 2 au moyen de ses deux 'épaulements 5 qui s'emboîtent avec jeu dans le demi-coussinet afin de fixer approximativement sa position axiale tout en permettant la flexion de la bague élastique fendue 2Cette bague repose elle-même sur la bague 3 au moyen des épaulements 6 qui comportent des encastrements pour rendre les deux bagues solidaires dans le sens axialo La demi-bague 3,dans la coupe Figo 6, est symétrique de la bague 2 et repose dans la demi-coquille 4 au moyen des épaulements 7 qui réalisent également un emboîtement avec jeu.
La demi-co- quille 4 s'appuie à son tour sur la partie inférieure 8 de la chaise de palier,
Les demi-bagues 2 et 3 dont l'une (2) est montrée séparément dans la figure 7,comportent des fentes 9 et 10 décalées mutuellement, ayant peur but d'éviter que dans les parties latérales la bague travaille au ci- saillement, ce qui réduirait son élasticité. Il est aisé de comprendre, d'après la figure 7 , que dans les déplacements élastiques du demi-coussinet il y aura frottement aux points d'appui des demi-bagues fendues entre elles, aussi bien qu'à leurs points d'appui sur le demi-coussinet 1 et sur la demicoquille 4.
Le dispositif de mise en précontrainte de la suspension élastique et de limitation des déplacements ou débattements est le même que celui décrit précédemmento Il est constitué par des vis 11 qui permettent de rapprocher le demi-coussinet 1 de la demi-coquille 4 en exerçant une pression sur les demi-bagues. La limitation des débattements du coussinet à la valeur voulue se fait en réglant à la fois lejeu en 12,grâce au réglage convenable des vis 11, qui se trouvent arrêtées dans la position voulue lorsque le palier supporte le rotor,et en 13 au moyen de cales d'épaisseur voulueo La limitation des débattements dans tous les autres plans axiaux se fait au moyen de vis analogues disposées comme décrit ci-dessus pour le palier à barreaux élastiques.
Un dispositif élastique tel que décrit avec référence à la figure 6 donne une élasticité isotrope au demi-palier, même si seul le demi-coussinet inférieur est monté élastiquement. En effet, toutes les réactions élastiques des demi-bagues fendues 2 et 3 sont radiales et convergent donc sur laxe du paliero On peut toutefois monter élastiquement, de la même façon que le demi-coussinet inférieur, le demi-coussinet supérieur. Le demi-coussinet supérieur peut toutefois etre fixé rigidement au demi-coussinet infé- rieurg tel que décrit précédemment.
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ELASTIC BEARING.
In some categories of horizontal axis rotating machines, for example steam turbines, the rotor of which is mounted on bearing frames and rigid bearings, especially large machines, rigorous balancing is difficult to maintain in service, for example. example when deformations of thermal origin occur Vibrations at frequencies different from the speed of rotation can also arise for example if the moment of inertia of the shaft is not the same in all the planes passing by the axo To avoid the harmful effects of vibrations resulting from these various causes, it is often indicated or even necessary to lower the first critical speed of the assembly of the shaft and its bearings by providing an elastic mounting of these bearings.
But for this process to be sufficiently effective, it is generally necessary to give the bearings a considerable elasticity of the order of ten times that of the shaft itself, since the critical speeds vary like the square root of the total deflection. elasticity is difficult to obtain in the space generally available around the bearings o The use of rubber sometimes solves the problem, but for heavy machines which have to ensure long service, it has the disadvantage of being alterable
In a bearing which eliminates these drawbacks, there will therefore be an elastic connection between the pad and the bearing seat which receives it, produced by means of only metal parts,
the construction to be such that the elasticity of the bearing is sufficient to cause a reduction in the critical speed of at least 30%.
With a bearing of such a high elasticity, the assembly of the machine, in particular the adjustment of the shaft line, is however difficult, and the passage of the critical speed could present risks, if
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rotor deflections are not limited to a non-dangerous quantity.
The present invention relates to a two-piece resilient pad bearing, the elasticity of which is ensured by metal parts for heavy rotors of rotary machines with horizontal axis, for example steam turbines, which bearing eliminates the aforementioned drawbacks. The invention is characterized by means for the prestressing of the elastic suspension of at least one of the half-bearings, said means being established in such a way that they approximately compensate the weight of the rotor and at the same time limit the deflections of the bearing. resiliently mounted.
The accompanying drawings show various embodiments of the elastic bearing according to 1-'invention. Figure 1 is a perspective view of the lower half of a bush used in a first embodiment of such a bearing y while Figure la shows an elastic metal bar used in this case.
FIG. 2 also shows in perspective a half-shell corresponding to this embodiment. FIG. 3 is a view in section through the vertical axial plane of a bearing according to this first embodiment and FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of such a bearing, showing two different arrangements of the upper half of the bearing; Figure 6 shows a sectional view through the vertical axial plan of a second embodiment of the bearing according to the invention, and Figure 7 shows a split half ring, as used in a bearing according to Figure 60
Figures 1 to 4 show an elastic bearing, in which the means for the prestressing of the elastic suspension are constituted by a half-shell which, on the one hand,
embraces the elastic metal means interposed between the elastically mounted pad and this half-shell and on the other hand '. rests on the bearing seat as well as by screws by means of which the elastically mounted pad is clamped against said half-shell.
In Figure 1, 1 designates a resiliently mounted half-bearing, and 2 is the horizontal axis of the bearing. Figure la shows one of the elastic bars supporting the half-bearing, the assembly of which will be described in more detail below. . The ends 4a and 4b of such a bar are shown in Figure la In Figure 2 8 denotes a half-shell which rests on the bearing seat 16 (Figo 3) and supports the half-pad 1 by means of the elastic bars 3 (Figo la) This half-pad 1 is pierced with a number of holes comprising a bore 6 corresponding to the diameter of the end of the bars and a bore 7 of larger diameter, these bores 6 and 7 being alternated in position from one hole to the other.
The bars 3 have symmetrical and identical ends 4a and 4b, with a diameter greater than that of the rest of the bar, and are fitted thanks to these ends alternately in the bores such as 6 of the half-pad 1 (end 4a), and in the bores such as 9 provided in the half-shell 8 and of the same diameter as the bores 6 (end 4b)
The device for pre-stressing the elastic suspension and for limiting the deflections or displacements around the equilibrium position of the elastically mounted bearing, is produced by means of screws 11 and 12 in any number 9 chosen;
9 in the example, equal to the number of bars fitted into the half-shell 8 and the distribution of which is also arbitrary o To obtain the desired pre-stress, the screws 11 located in the vertical axial plane of the bearing or in the immediate vicinity of this plane are tightened so as to bring the half-pad 1 closer to the half-shell 8 until a force has been exerted slightly less than the weight that the half-pad must support. The rotor is then placed on the bearings and it is ensured that the lower half-bearing sinks in such a way that appears at 13, under the head of the screws 11, a clearance equal to half of the total travel that we want to allow the half-pad 1.
We gauge at this moment
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the clearance which exists at 14 between the half = shell 8 and the half-pad 1. A shim of thickness equal to this clearance is then produced, measured at 14, reduced by half the vertical displacement provided for the half-pad.
By plagant this wedge at 14 and by stopping by any means the screw 11 in the position that was determined previously, the deflections of. bearing in the vertical direction are well limited to the value chosen., At this time, the shaft can be removed and, for assembly, the assembly 1-8 can be considered as an ordinary rigid half-bush , up to the deflection,
The screws 12, arranged outside the vertical axial plane, serve only to limit the movements of the bearing in all the other axial planes, to the same value as the vertical displacement, or to another value, if necessary.
The annular space 15 (Figo 3) between the half-bearing 1 and the half-shell 8 can be filled with oil by putting it in communication with the oil inlet at the bearing, in order to thus create in a manner known per se, a damping effect during the relative movements of the half-pad 1 relative to the half-shell 80. It is also possible to. means of seals not shown in the figures seal this annular volume 15 in order to increase this damping effect.
The half-shell 8 (Figure 3) rests on the bearing seat 16 and is held axially by means of two cheeks 170
In the case of very heavy rotors, the weight of which is always greater than the rotating forces resulting from the permissible unbalances, it will suffice to mount the lower half-bearing elastically. FIG. 4 shows a method of fixing the upper half-pad 18a. applicable in such a case This half-pad, comprising flanges 19, is clamped between the chair 16 and the bearing cap 20 by means of the studs 21, a clearance 22 being provided between the half-pad 1 and the half-pad 18. sa, so that, in the elastic movements of the half-pad 1, there is no contact between the two half-pads.
If necessary, a seal, not shown in the figure, will be provided between the two half-shells to prevent oil leaks o The edges 19 of the upper half-pad 18a also serve to keep the half-shell 80 pressed against the bearing seat 16
In the event that it would be necessary or advantageous to also elastically mount the upper half-bush, the same arrangement as that of the lower half-bush is applicable to the upper half-bush, the prestressing device being able to act equally well on the two linked half-bushings. rigidly in this case, than on the lower half-bearing alone
Figure 5 shows another way of fixing the upper half-pad 1812, which is applicable in this case,
this half-pad being rigidly fixed to the half-pad 1 mounted elastically. Screws 23 tighten against each other the two half-pads which thus participate in the same movements. In this arrangement, the bearing cap 24 has no contact with the half-bearing 18b, it simply maintains, thanks to the studs 21, the half-shell 8 in contact with the bearing seat 16 via the bearing surfaces 25.
One can easily realize, by reasoning or calculation, that a stage thus constituted and anisotropic, that is to say that its elasticity in the vertical direction is not the same as in the horizontal direction In the case where this anisotropy could present drawbacks, it would also be necessary to provide for the elastic mounting of the upper half-pad which would at this time be absolutely symmetrical with the lower half-pad, as well as a half-shell identical to that 8 of the half-pad lower would surround the upper half-pad. One could also, more simply, provide additional springs opposing horizontal displacements;
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these springs generally having less work to absorb than the main springs could be of reduced dimensions.
The elastic assembly by means of elastic bars, described above, works without friction. In certain applications where the running time of the machine provided with elastic bearings is not sufficient for the wear which would result from friction in the elastic device to be prohibitive, it may on the other hand be advantageous to provide this elastic device with friction in order to dampen the oscillations of the bearing particularly at. passage of critical speed.
The embodiment of an elastic bearing according to FIG. 6 meets this condition. The elastic bars of the bearing described above are replaced here by elastic half-rings provided with mutually offset longitudinal slots and of which at least one is disposed between the elastically mounted half-bush and the half-shell resting on the paliero chair
In figure 1, 1 designates the elastically mounted lower half-bearing, 2 and 3 the split elastic rings, two in number by way of example, and 4 the half = shell resting on the bearing seat 8, and serving the prestressing of the elastic suspension.
The half-pad 1 is supported by the ring 2 by means of its two 'shoulders 5 which fit together with play in the half-pad in order to approximately fix its axial position while allowing the bending of the split elastic ring 2. itself on the ring 3 by means of the shoulders 6 which have recesses to make the two rings integral in the axial direction The half-ring 3, in the Figo 6 section, is symmetrical with the ring 2 and rests in the half- shell 4 by means of the shoulders 7 which also produce an interlocking with clearance.
The half-shell 4 in turn rests on the lower part 8 of the bearing chair,
The half-rings 2 and 3, one (2) of which is shown separately in FIG. 7, have slots 9 and 10 mutually offset, the aim being to prevent the ring from shearing in the side parts, which would reduce its elasticity. It is easy to understand, from Figure 7, that in the elastic displacements of the half-pad there will be friction at the support points of the split half-rings between them, as well as at their support points on the half-pad 1 and on the half-shell 4.
The device for pre-stressing the elastic suspension and for limiting the displacements or deflections is the same as that described previously o It consists of screws 11 which make it possible to bring the half-pad 1 closer to the half-shell 4 by exerting pressure on the half rings. The bearing deflections are limited to the desired value by adjusting both the clearance at 12, thanks to the suitable adjustment of the screws 11, which are stopped in the desired position when the bearing supports the rotor, and at 13 by means of wedges of desired thickness The deflections in all other axial planes are limited by means of similar screws arranged as described above for the elastic bar bearing.
An elastic device such as described with reference to FIG. 6 gives isotropic elasticity to the half-bearing, even if only the lower half-bush is resiliently mounted. Indeed, all the elastic reactions of the split half-rings 2 and 3 are radial and therefore converge on the axis of the bearing. However, it is possible to mount elastically, in the same way as the lower half-bush, the upper half-bush. The upper half-pad may however be rigidly fixed to the lower half-pad as described above.