Brevet FR2110261A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne un procédé de mesure de la vitesse de rotation d'un arbre d'une grande machine tournant à grande vitesse, par exemple de l'arbre d'un groupe constitué par une turbine hydraulique entralnant un alternateur. Le prélèvement d'un signal de vitesse d'un tel arbre est souvent réalisé par le montage d'une génératrice électrique auxiliaire dite pilote de très petites dimensions par rapport à celles de la machine principale, pilote délivrant une tension, respectivement une fréquence, proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre.Ces pilotes sont parfois placés en bout d'arbre du groupe, solution qui est onéreuse car en plus des précautions à prendre pour assurer son entralnement mécanique qui doit Aetre homocinétique, il faut les porter, ce qui nécessite une construction spéciale importante dont les dimensions correspondent à celles du groupe, mais qui ne lui est pas toujours nécessaire. I1 est également connu d'entraîner ces pilotes en prélevant la vitesse périphérique de l'arbre par l'intermédiaire d'une courroie, d'engrenages, etc. ou encore directement par frottement,c'est- à-dire par l'intermédiaire d'une roue appuyant et roulant contre l'arbre du groupe. Si leur montage est dans ce cas simplifié, l'entraînement mécanique est difficile à réaliser, par conséquent coû- teux, car le jeu de rotation existant dans les paliers du groupe est, du fait des dimensions, un multiple du jeu de rotation du pilote. L'utilisation de détecteurs de vitesse par prélèvement de la vitesse périphérique de l'arbre est très souvent impossible, lorsque le signal est utilisé pour commander le régulateur de vitesse du groupe, notamment si le régulateur comprend un accéléromètre. En effet, le jeu radial de l'arbre du groupe étant pour des raisons constructives important, de l'ordre du demi-millimètre, il en résulte que la position de l'axe de rotation du groupe est, dans les limites du jeu, indéterminée lorsqu'aucune force extérieure n' agit sur le rotor, ce qui est le cas pour les groupes à axe vertical. L'expérience montre qu'effectivement, l'axe de rotation du groupe est perpétuellement en déplacement. Le mouvement est plus ou moins régulier t tranquille, suivant les conditions de travail de la machine. I1 peut, pour certaines conditions particulières, devenir irrégulier et brutal, notamment lorsqu'une turbine hélice se trouve en marche à vide, ou lorsqu'une turbine Francis fonctionne à sa charge critique. Or, dans ces conditions, le pilote qui prélève la vitesse périphérique de l'arbre ne mesure pas seulement cette dernière, mais mesure ainsi en quelque sorte le déplacement de l'axe de rotation. Divers cas sont possibles, à titre d'exemple an voici deux: Dans le premier, l'axe de rotation de la machine est déplacé, mais se trouve dans le même plan que celui qui est commun aux deux axes de rotation du groupe et du pilote. Dans ce cas, tout se passe comme si le rayon de l'arbre était augmenté, respectivement diminué, suivant que les axes sont plus éloignés, respectivement rapprochés l'un de l'autre. Ces variations sont de l'ordre du 0/oxo, donc gênantes pour un régulateur de vitesse qui doit régler avec une précision meilleure. Dans le second cas, l'axe de rotation de la machine se déplace perpendiculairement au plan commun aux deux axes. Alors, suivant le sens respectif des vitesses de déplacement et de rotation, la vitesse de déplacement est ajoutée à, respectivement retranchée de la vitesse périphérique de rotation. Ce second phénomène peut se révéler, suivant les circonstances, extrêmement gênant surtout lorsque le régulateur comprend un accéléromètre. Les effets des deux phénomènes principaux cités ci-dessus se combinent entre eux, et aux nombreux autres cas possibles, pour entacher d'erreurs la mesure de la vitesse périphérique. Si la moyenne de la vitesse indiquée par le signal est égale à la vitesse de rotation de l'arbre, la vitesse instantanée peut être différente, et ceci dans des proportions inadmissibles, suivant l'utilisation prévue du signal. Le procédé selon l'invention, destiné à obvier à ces inconvénients, est caractérisé en ce qu'on prélève un signal, fonction de sa vitesse de rotation, dans la zone périphérique de l'arbre en au moins deux points équidistants de ce dernier lorsqu'il est au repos et qu on en déduit la vitesse de rotation instantanée dudit arbre. D'autre part, l'invention a pourobjet une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux appareils détecteurs de la vitesse périphérique de l'arbre disposés en des points équidistants de l'axe de l'arbre lorsqu il est au repos, lesdits appareils émettant chacun un signal fonction de la vitesse mesurée par chacun d'eux, d'où l'on déduit la vitesse de rotation instantanée dudit arbre. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La fig. 1 est une vue schématique en élévation de cette forme d'exécution. La fig. 2 est une vue similaire à la fig. 1 d'une variante de cette forme d'exécution. Au dessin, les lettres a et b indiquent que le même élément est fixe et se retrouve symétriquement à gauche et à droite de la figure. Les lettres d, e et f indiquent que le même élément est fixe et se retrouve trois fois symétriquement à 120 . L'installation représentée au dessin comprend au moins une partie des pièces principales suivantes: 1 arbre du groupe 2 sens de rotation 3 couronne dentée menante 4 a b roue dentée menée 5 a b renvoi d'angle 6 a b axe auxiliaire 7 totalisateur angulaire (différentiel) 8 arbre de sortie 9 10 11 d e f galet de frottement 12 d e f génératrice auxiliaire L'installation représentée à la fig. 1 comprend un arbre de machine 1 tournant dans le sens de la flèche 2 et portant une couronne ne dentée 3. Deux roues dentées 4a et 4b engrènent sur la couronne dentée 3 et sont solidaires d'un renvoi d'angle 5a, respectivement 5b, d'un axe de sortie 6a, respectivement 6b. Les axes de sortie 6a et 6b engrènent à leur tour avec un groupe d'engrenages 7 additionnant les vitesses de rotation respectives.Un arbre de sortie 8 du groupe d'engrenages 7 est d'autre part relié à un compteur, non représenté. Le fonctionnement de l'installation selon la fig. 1 est le sui vant: L'arbre moteur 1 du groupe tournant selon la flèche 2 porte une couronne dentée menante 3. Cette couronne entraîne deux roues dentées correspondantes 4a et 4b qui entraînent un renvoi d'angle 5a et 5b, dont l'axe de sortie est 6a, respectivement 6b. Ces axes constituent les deux entrées d'un système d'engrenages 7 bien connu, notamment dans la construction automobile où il fonctionne comme un différentiel. Cet organe additionne les deux vitesses de rotation. La vitesse de rotation des roues dentées menées 4a et 4b est proportionnelle à celle du groupe multipliée par un rapport constant dépendant des engrenages en présence. Ces deux roues 4a et 4b sont identiques, comme les renvois d'angle 5a et 5b. La vitesse de l'arbre de sortie 8 est proportionnelle à la somme des vitesses des arbres 6a et 6b, par conséquent à la somme des vitesses des roues 4a et 4b. Cette vitesse de sortie est indépendante des déplacements éventuels de l'arbre principal 1 par rapport à son axe. En effet, si l'on suppose qu'il est déplacé, par exemple à droite selon le dessin, soit du côté de la roue dentée 4b, le rayon moteur correspondant est réduit proportionnellement au déplacement. La vitesse de la roue 4b est donc également réduite. Par contre, le rayon moteur de la roue 4a est augmenté dans la même proportion. En additionnant les vitesses, les deux effets s'annulent, car l'augmentation est exactement compensée par la diminution. De même, si cet arbre est animé d une vitesse de déplacement se faisant, par exemple, dans un axe de haut en bas selon le dessin, on constate que ladite vitesse est une fois ajoutée à la roue 4b et retranchée à la roue 4a. Une telle vitesse de déplacement de l'arbre du groupe reste donc également sans effet sur la vitesse de arbre 8. Le même raisonnement peut être fait pour d'autres déplacements de l'arbre, ainsi que pour d'autres vitesses de déplacement, il en résulte que la position instantanée occupée par l'arbre du groupe, ainsi que sa vitesse de déplacement restent sans effet sur la vitesse de l'axe de sortie 8 qui représente la vitesse de rotation effective. L'installation représentée à la fig. 2 comprend un arbre de machine 1 tournant dans le sens de la flèche 2 et des galets de frot tement lld, île et 11f accouplés coaxialement chacun à une génératrice de courant électrique 12d, 12e et 12f respectivement. Ces génératrices sont connectées en série sur un compteur totalisateur, non représenté. Dans ce cas, l'entralnement se fait par friction, de façon que l'axe de chacune des machines puisse osciller légèrement, l'installation comprenant un ressort agissant sur chaque gé- nératrice pilote 12d, 12e, 12f de façon à appuyer en permanence sa roue d'entra1nement contre l'arbre moteur. L'entralnement étant souple, l'effet des variations du rayon moteur dû à des déplacements de l'arbre de la turbine est inopérant. L'addition des vitesses est faite électriquement, la grandeur de sortie restant analogique. Les trois génératrices 12d, 12e, 12f semblables délivrent chacune une même tension électrique pour une même vitesse de rotation de-l'arbre 1 du groupe. Ces génératrices pilotes sont connectées en série, la tension produite par chacune est ajoutée l'une à l'autre, la tension finale étant la somme des tensions des trois génératrices. Revendications 1. Procédé de mesure de la vitesse de rotation instantanée d'un arbre de machine, caractérisé en ce qu on prélève un signal, fonction de ladite vitesse, dans la zone périphérique de l'arbre en au moins deux points équidistants de ce dernier lorsqu'il est au repos, et qu on en déduit ladite vitesse de rotation instantanée. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux appareils détecteurs de la vitesse périphérique de l'arbre disposés en des points équidistants de l'axe de l'arbre lorsqu'il est au repos, lesdits appareils émettant chacun un signal fonction de la vitesse mesurée par chacun d'eux, d'où l'on déduit la vitesse de rotation instantanée dudit arbre. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les appareils détecteurs de la vitesse périphérique de l'arbre comprennent chacun un organe rotatif relié à un compteur, lesdits organes rotatifs étant en contact dtentralnement avec un organe co- axialement solidaire de l'arbre. 4. Installation selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que lesdits organes rotatifs sont reliés audit compteur par un dispositif de transmission mécanique comprenant un élément qui additionne les signaux correspondant aux vitesses périphériques de l'arbre provenant de chacun desdits organes rotatifs. 5. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les appareils détecteurs de la vitesse périphérique de l'arbre comprennent chacun un organe rotatif maintenu en contact d'entraine- ment avec l'arbre et entraînant chacun à son tour une génératrice d'électricité, ces génératrices étant connectées en série à un compteur enregistrant la somme des tensions qu'elles délivrent. 6. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle est utilisée pour la mesure de la vitesse de rotation instantanée de l'arbre d'une turbine hydraulique.