Brevet FR2282543A1 — publié le 19760319

La plupart des groupes de machines à arbre vertical, par exemple de turbines et alternateurs hydrauliques dans les stations hydro-électriques ou les stations de pompage ou de compression, répondent à une conception sous-critique, ctest-à-dire que leur vitesse de régime la plus élevée est inférieure à la plus basse vitesse critique de flexion, compte tenu de toutes les élasticités de palier.Les constructions d'appui des paliers ainsi que le carter de la machine et les jonctions entre les éléments de support et dtappui doivent par conséquent être dimensionnés en vue de la plus grande rigidité possible, car la rigidité radiale de ltensemble de la structure des paliers et carters a une grande influence sur le niveau de la vitesse critique de flexion de la ligne d'arbres0 Si, par suite de trop faibles rigidités, les vitesses de rotation critiques se rapprochent des vitesses de régime, les balourds résiduels inévitables peuvent augmenter les vibrations au point que la sécurité du fonctionnement ne soit plus garantie.Aussi est-il souvent nécessaire d'appuyer le stator de la machine electrique ou le carter de la machine hydraulique ou des paliers contre la paroi du puits ou du bâtiment dans lequel est placé le groupe de machines ou contre la fondation, afin d'atteindre les rigidités mécaniques nécessaires à un fonctionnement presque exempt de vibrations. I1 est en conséquence prévu par le brevet autrichien nO 174 109 de disposer entre le carter d'une machine électrique verticale placée dans un puits et la paroi de ce puits des étais distribués uniformément le long du pourtour et reliés aussi bien au carter qu'â la paroi du puits. Les étais connus sont agencés en barreaux et renferment des manchons tendeurs par lesquels leur compression ou traction sur le carter est réglable, cela en une seule fois lors du montage de la machine et de son centrage. Il est à remarquer en effet que ces étais servent en première ligne à centrer la machine et non pas à agir sur la rigidité radiale des paliers. Si l'on veut cependant utiliser une construction correspondante pour engendrer une rigidité radiale supplémentaire dans un groupe de machines à arbre vertical, il se pose en service des problèmes du fait qu'en cas d'échauffement, les constructions de carters et d'appui des paliers se dilatent en général plus fortement que la paroi du puits ou du bâtiment contre laquelle elles s'appuient. I1 en résulte, dans les étais et/ou les carters ou la paroi, des tensions thermiques pouvant conduire à des charges statiques supplémentaires excessives. Une autre difficulté résulte souvent aussi du fait que, par suite de la difficulté d'évaluer numériquement les élasticités d'appui et de film d'huile, la vitesse critique de flexion n'est qu'approximativement calculable, si bien que l'on ne peut pas éviter en toute certitude des résonances. Or, il est très difficile et coûteux de prendre des mesures de renforcement ultérieures. L'invention a pour objet un mode d'appui qui permette d'éviter les difficultés précitées. Elle concerne un groupe de machines, notamment hydrauliques, à axe vertical qui est placé dans un puits ou un bâtiment et dans lequel les paliers de support et le carter de la machine reposent isolément ou en commun sur la fondation, cependant qu'entre 1s carter et/ou les paliers de support et la paroi du puits ou bâtiment sont placés des étais répartis uniformément le long du pourtour et reliés aussi bien au carter ou au palier de support qu'a' la paroi du puits ou bâtiment. Conformément à l'invention, des éléments de ressort à amortissement élastique sont insérés, dans les parties fixes du groupe de machines, en des emplacements d'appui. Un choix approprié de la caractéristique d'élasticité et d'amortissement de ces éléments de ressort, qui peuvent être des ressorts en caoutchouc ou en coussins de fil, permet de situer les vitesses de résonance dans une gamme favorable, paL-exemple comprise entre la vitesse nominale et la vitesse de régulation ou aussi inférieure à la vitesse nominale. En outre, des dilatations thermiques sont abso- bées par les éléments de ressort à amortissement élastique et lton évite ainsi des sollicitations supplémentaires des éléments d'appui.On peut encore renforcer cet effet par l'application d'une précontrainte de tension à l'élément de ressort. Du fait que lton peut opportunément rendre échangeables les éléments de ressort à amortissement élastique, il est encore possible de remédier après coup, sans grande complication, à un mauvais établissement initial par le remplacement desdits éléments de ressort. Dans les machines électriques, il faut, à vrai dire, tenir compte de l'effet de l'attraction magnétique unilatérale et la rigidité résultante entre le rotor et le stator doit ne pas tomber au-dessous d'une valeur minimale déterminée. Les éléments de ressort à amortissement élastique sont avantageusement placés dans le palier de guidage radial, entre le coussinet et le carter du palier. Cette disposition est particu lièrement recommandée pour des paliers de guidage à segments déplaçables radialement ou pour des paliers de support et de guidage combinés. I1 peut aussi être opportun de placer les éléments de ressort g amortissement élastique entre les étais et les parois ou la fondation du puits ou bâtiment Si l'on utilise comme élément de ressort à amortissement élastique un ressort en caoutchouc, il peut se produire occasionnellement de trop fortes sollicitations de poussée par suite des grands déplacements axiaux du groupe de machines. I1 est alors bon de disposer, parallèlement aux éléments de ressort à amortis serment élastique, des moyens de transmission de forces de direction axiale, par exemple des corps de roulement ou des étais de support axialement rigides. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemple non limitatifs et illustrés schématiquement par le dessin annexé, sur lequel s la figure 1 est une coupe longitudinale axiale d'un groupe de machines à arbre vertical; la figure 2 représente une autre forme d'appui de la construction porteuse du palier de support par rapport à'la fondation et à la paroi du puits; les figures 3 et 4 représentent, respectivement en coupe longitudinale et en plan, un palier radial de guidage selon l'invention pour un arbre vertical. On voit sur la figure I un groupe de machines à arbre vertical 1 faisant partie par exemple d'une station d'accumulation par pompage et composé d'un alternateur hydraulique 2 et d'une tur bine 3. Ce groupe est placé dans un puits 4 en béton qui, par sa construction en échelons, renferme les fondations 5,. 6, 7. Le poids des parties tournantes du groupe de machines, donc du rotor 8 de l'alternateur hydraulique 2 et du rotor de la turbine 3, et aussi la poussée hydraulique de cette turbine 3 sont absorbés par le palier axial 9 du palier de support et guidage combinés 10. Celui-ci repose dans un croisillon-support inférieur 11 qui s'appuie sur la fondation 6.Le guidage radial de la partie tournante du groupe de machines est assuré au total par trois paliers, à savoir :le palier de guidage supérieur 12 placé dans le croisillon supérieur 13, lequel s' appuie sur le carter 14 de l'alternateur hydraulique 2, carter reposant lui-meme sur la fondation 5; dans le palier de support et guidage combinés 10, le palier de guidage 15 assurant, au-dessous de l'alternateur hydraulique 2, le guidage de 11 arbre vertical 1; assurant aussi le guidage de l'arbre vertical 1, un autre palier de guidage 16 placé, au voisinage immédiat du rotor de la turbine 3, dans un croisillon-support 17 en appui sur la fondation 7. Selon l'invention, des éléments de ressort à amortissement élastique agissant sur la vitesse critique de flexion du groupe de machines et échangeables sont insérés, dans les parties fixes, en des emplacements d'appui. Un choix approprié de leur caractéristique de ressort et d'amortissementpermet de situer les vitesses de résonance dans une zone favorable. Les figures 1 à 4 présentent un grand choix de dispositions possibles de ces éléments de ressort à amortissement élastique, dont l'utilisation peut avoir lieu en combinaison ou isolément selon les particularités données d'un groupe de machines à axe vertical. C'est ainsi que, dans le palier de guidage supérieur 12,. le coussinet est formé de segments 18 placés dans le carter de palier 20, où ils sont réglables radialement par des boulons 19. Un ressort de compression en caoutchouc 21 qui s'appuie par une pièce ajustée 22 sur le carter de palier 20 est inséré entre ce dernier et les segments 18. Ce ressort de compression en caoutchouc 21 placé dans le palier 12 permet de régler à volonté la rigidité de ce dernier dans une certaine mesure. On peut insérer aussi sans difficulté un tel ressort de compression en caoutchouc 21 dans le palier de guidage 15 du palier de support et guidage combinés 10 afin d'agir sur la rigidité dudit palier de guidage. Cependant, eu égard à l'attraction magnétique unilatérale régnant dans un groupe de machines hydrauliques, une insertion de tels éléments de ressort à amortissement élastique dans deux paliers de guidage en meAme temps ne serait pas recommandée. De son c8té/un appui élastique sur le palier de guidage 16 voisin de la turbine 3 n'est pas indiqué, cela par suite de la très étroite fente d'étanchéité du carter, non représentê, de la turbine. Les léments de ressort à amortissement élastique peuvent aussi etre placés avantageusement entre un point fixe et la construction d'appui. C'est ainsi qu'entre le croisillon-support 13 et le carter 14 de l'alternateur hydraulique 2, carter sur lequel ledit croisillon-support 13 prend appui, le ressort en caoutchouc 23 est disposé de façon à être sollicité en compression par le poids du croisillon-support 13 et du palier de'guidage 12. Mais on peut aussi, comme représenté dans la moitié de droite de la figure 1, appuyer encore en cet emplacement le croisillon-support 13 contre la paroi 25 du puits 4 par un étai radial supplémentaire 24 avec interposition d'un ressort en caoutchouc 26 sollicité en compression.Parallèlement à cet appui à travers le ressort en caoutchouc 26, on trouve encore lfétai axial 27, par lequel le poids du croisillon-support 13 est transmis au carter 14 de l'alternateur hydraulique2. Si l'non veut intercaler des éléments de ressort à amortissement élastique entre le croisillon 11 du palier de support 9 absorbant le poids total des parties tournantes du groupe de machines et le puits 4, des mesures particulières s'imposent égale ment pour l'absorption du poids, c'est-à-dire des forces agissant axialement. La seule disposition d'un ressort en caoutchouc B8 entre la paroi 29 du puits et le croisillon-support 11 provoquerait, par suite de la charge axiale, une trop forte sollicitation en poussée du ressort, si bien qutil faut ajouter en paraIlèle un moyen de transmission des forces de direction axiale. On peut par exemple constituer ce moyen par un ressort en caoutchouc 30 placé entre les extrémités du croisillon-support 11 et la fondation 6. Mais on peut aussi insérer des corps de roulement 31, notamment des billes, entre le croisillon-support 11 et la fondation 6 ou encore, comme représenté sur la figure 2, transmettre la charge axiale à la plaque d'assise 33, et par conséquent à la fondation 6, à travers des épontilles 32 axialement rigides. EVENDICATI0NS 1. Groupe de machines, notamment hydrauliques, à axe vertical qui est placé dans un puits ou bâtiment et dans lequel les paliers de support et le carter de la machine reposent isolément ou en commun sur la fondation, cependant qu'entre le carter et/ou les paliers de support et la paroi du puits ou bâtiment sont placés des étais répartis uniformément le long du pourtour et reliés aussi bien au carter ou au palier de support qutà la paroi, groupe de machines caractérisé par le fait que des éléments de ressort à amortissement élastique sont insérés, dans les parties fixes dudit groupe de machines, en des emplacements d'appui. 2. Groupe de machines selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les éléments de ressort à amortissement élastique sont échangeables. 3. Groupe de machines selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que dans chaque palier radial de guidage, les éléments de ressort à amortissement élastique sont placés entre le coussinet et le carter du palier. 4. Groupe de machines selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les éléments de ressort a amortissement élastique sont placés entre les étais et les parois ou la fondation du puits ou bâtiment. 5. Groupe de machines selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que, parallèlement aux éléments de ressort à amortissement élastique, il comporte des mo- yens de transmission de force dirigées axialement. 6. Groupe de machines selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par l'utilisation de ressorts en caoutchouc à amortissement élastique. 7. Groupe de machines selon les revendications 5 et 6 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que dans le cas d'un ressort en caoutchouc disposé entre un étai et la paroi du puits ou bâtiment, des corps de roulement sont placés, parallèlement à ce ressort, entre l'étai et la fondation. 8. Groupe de machines selon les revendications 5 et 6 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que dans le cas d'un ressort en caoutchouc disposé entre un étai et la paroi du puits ou bâtiment, des étais de support, ou épontilles, axialement rigides sont placés, parallèlement à ce ressort, entre tétai et la fondation. 9. Groupe de machines selon la revendication l caractérisé par le fait que les éléments de ressort à amortissement élastique sont placés sous une précontrainte de traction