Mihai ARGHIR Institut Pprime, UPR CNRS 3346 Université de Poitiers Paliers à air Mihai ARGHIR Institut Pprime, UPR CNRS 3346 Université de Poitiers

Prototype de broche d’usinage supportée par deux paliers et une double butée aérostatique Belforte,-1 G., Raparelli, T., Viktorov, V., Trivella, A., Colombo, F., 2006, « An Experimental Study of High Speed Rotors Supported by Air Bearings; Test Rig and First Experimental Results”, Tribology International, Vol. 39, pp. 834-845.

Prototype turbopompe LH2 Paliers aérostatiques hybrides Roulements Fayolle, et al. « Manufacturing and Testing of TPX LH2-Turbopump Prototype”, 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2010.

Turbomachines utilisant des paliers aérodynamiques à feuilles http://en.wikipedia.org/wiki/Capstone_Turbine Design, Development and Manufacture of High-Speed Foil Bearings Mohawk Innovative Technology, Inc., Albany, NY http://nyserda.ny.gov

Micro-turbomachines http://hathor.onera.fr/defa/micro-machines-thermiques-mems/prf-decawatt.php

Butées aérostatiques: règles de conception Diminuer le volume de gaz emprisonné dans les alvéoles (diminuer la surface et la profondeur) Réalisation des alvéoles qui se présentent comme des rainures étroites; ces rainures peuvent décrire un périmètre fermé. Elimination des alvéoles; utilisation et utilisation des orifices débouchant directement dans le film mince (restricteurs inhérents). 6

Paliers aérostatiques Les paliers aérostatiques soufrent du même problème d’instabilité pneumatique que les butées aérostatiques. Les solutions apportées sont les mêmes: - Utilisation des alvéoles d’alimentation peu profondes et avec un volume réduit - Augmentation du rapport Pr/Ps en utilisant des orifices de diamètre 4-5 fois supérieurs au jeu radial. Pour des fortes vitesses de rotation, les paliers aérostatiques hybrides peuvent générer aussi des instabilités auto-entrétenues de fouettement tout comme le palier aérodynamique. 7

Comportement dynamique du palier aérostatique (hybride) à vitesse de rotation non-nulle Pour des fortes vitesses de rotation, les paliers aérostatiques hybrides peuvent générer aussi des instabilités auto-entrétenues de fouettement tout comme le palier aérodynamique. Masse critique Amortissement effectif L’amortissement C a un effet stabilisant qui est diminué par la présence du volume de gaz dans les alvéoles La raideur croisée k a un effet défavorable qui est amplifié par l’augmentation de la vitesse de rotation. Néanmoins, il existe des solutions simples pour diminuer l’effet défavorable de la vitesse de rotation). 8

Analyse expérimentale d’un rotor rigide sur deux paliers aérostatiques Impact hammer Accelerometer Force transducer Displacement probes Air blower Force transducer Accelerometer Displacement probe Pedestal hybrid aerostaticbearings Pelton (impulse) turbine

« Whip » à Palim=2.5 bar et 52 krpm Rotation frequency [Hz] <0.5X 1X Response frequency [Hz] (Very) localized wear of 5µm depth Impact très rapide qui endommage le rotor et le palier!

Paliers aérodynamiques à feuilles X Y x, θ θsoud z Z

Présentation du 7.12.2010: illustration du comportement fortement non-linéaire du PAF Peculiar behaviour of non linear systems: For high dynamic displacements the FB can generate self induced vibrations for working conditions where small dynamic displacements triggered no instability! W=10N, 570Hz W=30N, 570Hz W=50N, 570Hz

Modification du banc rotor rigide sur palier à air Paliers à feuilles

Réponses au balourd,vitesse maximale 75,6 krpm Amplitudes crête-à-crête

Butées et paliers aérodynamiques rainurés W Ω W Ω L’effet de pompage dû à l’inclinaison en spirale des rainures par rapport à la vitesse de rotation permet d’augmenter la capacité portante et la raideur