Brevet FR2463331A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne les constructions mécaniques et a notamment pour objets un procédé d'équilibrage de corps de révolution et un dispositif pour sa mise en oeuvre. L'invention proposée peut trouver des applications notamment dans les branches électrotechnique, chimique, métallurgique de l'industrie, ainsi que dans la construction des véhicules automobiles, pour l'équilibrage automatique de corps de révolution à déséquilibre dynamique aussi bien fini que variable en valeur et en direction aux vitesses de rotation supercritiques, lorsque la fréquence propre des oscillations du corps de révolution est inférieure à la vitesse de rotation. Actuellement, les rotors fonctionnant aux vitesses de rotation supercritiques trouvent une application de plus en plus large dans l'industrie. Aux vitesses supercritiques de rotation d'un corps de révolution rigide, son axe de rotation passe par son centre des masses. Pour un corps de révolution équilibré, l'axe de rotation cofncide avec l'axe géométrique. Dans le cas d'un corps de révolution déséquilibré, l'axe de rotation passe par un nouveau centre de gravité, dont le déplacement est dû au déséquilibre et qui peut être non seulement déplacé par rapport au centre des masses du corps de révolution équilibré, mais décalé aussi d'un certain angle par rapport à l'axe géométrique du corps de révolution, ce qui résulte des moments engendrés par ce déséquilibre.En conséquence, le déséquilibre dynamique total du corps de révolution est constitué par la somme du déséquilibre statique du corps de révolution, qui, aux vitesses supercritiques, conduit au déplacement du centre des masses du corps de révolution et à sa rotation dans une position où son côté le plus léger est orienté vers l'extérieur, et du déséquilibre des moments du corps de révolution, qui conduit au déplacement angulaire de l'axe de rotation par rapport à l'axe géométrique du corps de révolution. Selon les procédés antérieurs, pour équilibrer les corps de révolution aux vitesses supercritiques, on supprimait à tour de rôle le déséquilibre du corps de révolution dans un plan de correction pendant que la position de l'autre plan de correction restait fixe. Cependant, il est impossible d'appliquer un tel procédé à l'équilibrage de corps de révolution en cours d'utilisation, notamment dans le cas où la variation de la valeur et de la direction du déséquilibre résulte directement du processus de fonctionnement lui-même. On connatt largement un procédé d'équilibrage de corps de révolution, utilisé pour la suppression du déséquilibre dynamique des corps de révolution aux vitesses de rotation subcritiques. Selon ce procédé connu, on détermine, dans des plans de mesure disposés des deux côtés du plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe, la valeur et la direction du déplacement de l'axe de rotation par rapport à l'axe géométrique du corps de révolution. Dans le sens du déplacement de l'axe de rotation, on dispose des masses d'équilibrage dans des plans de correction situés du même côté que le plan de mesure correspondant par rapport au plan passant par le centre des masses du corps de révolution. On connatt aussi un dispositif utilisé pour l'équilibrage de corps de révolution, destiné à mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus, comportant deux éléments sensibles pour la détermination de la valeur et de la direction du déplacement de l'axe de rotation du corps de révolution par rapport à son axe géométrique. Ces éléments sensibles sont exécutés sous forme d'une bague reliée par l'intermédiaire d'un palier au bottier à l'intérieur duquel est placé le corps de révolution, et fixé par l'intermédiaire de tiges mobiles au corps de révolution. Les éléments sensibles sont disposés dans deux plans de mesure situés des deux côtés du plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe.A la sortie de chacun des éléments sensibles, est reliée l'entrée d'un convertisseur assurant la conversion du signal d'entrée en un signal commandant la disposition d'un organe de réglage prévu sur le corps de révolution, dans ceux des plans de correction qui se trouvent du même côté que le plan de mesure correspondant par rapport au plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe. Les convertisseurs comportent des réservoirs d'équilibrage périphériques disposés dans les plans de correction, des conduites reliant les réservoirs d'équilibrage à une source de masse équilibrante, des valves montées dans lesdites conduites et dont les tiges coopèrent avec les tiges des bagues des éléments sensibles. Les tiges des éléments sensibles coopèrent alors avec les tiges des valves et les ouvrent lors du déplacement radial du centre vers la périphérie.Les convertisseurs agissent sur les organes de réglage en assurant leur disposition dans les plans de correction. En tant qu'organe de réglage on utilise un liquide d'équilibrage. Le procédé et le dispositif d'équilibrage de corps de révolution, qui font l'objet de la présente invention, permettent de supprimer le déséquilibre dynamique (des moments et statique) aux vitesses de rotation auxquelles la fréquence propre du corps de révolution est supérieure à la vitesse de rotation, autrement dit, aux vitesses de rotation subcritiques. Lesdits procédé et dispositif ne permettent pas de supprimer le déséquilibre dynamique des corps de révolution aux vitesses de rotation supercritiques, lorsque la fréquence propre du corps de révolution est inférieure à la vitesse de rotation. On s'est donc #proposé de mettre au point un procédé d'équilibrage de corps de révolution et un dispositif pour sa mise en oeuvre, dans lesquels la disposition des masses d'équilibrage dans des plans de correction déterminés permettrait de supprimer le déséquilibre dynamique des corps de révolution aux vitesses supercritiques. Ce problème est résolu du fait que le procédé d'équilibrage de corps de révolution, du type consistant à déterminer la valeur et la direction du déplacement de l'axe de rotation du corps de révolution par rapport à son axe géométrique lors du déséquilibre, et à disposer des masses d'équilibrage sur le corps de révolution respectivement dans des plans de mesure et de correction situés des deux côtés du plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que les masses d'équilibrage placées sur le corps de révolution sont disposées dans des plans de correction qui se trouvent des côtés opposés aux plans de mesure correspondants par rapport au plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, et du côté opposé au déplacement de l'axe de rotation par rapport à l'axe géométrique. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé proposé d'équilibrage de corps de révolution, du type comportant deux éléments sensibles pour la détermination de la valeur et de la direction du déplacement de l'axe de rotation du corps de révolution par rapport à son axe géométrique, placés dans deux plans de mesure situés des deux côtés du plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, la sortie de chacun desdits éléments étant reliée à l'entrée d'un convertis seur correspondant assurant l'emplacement de la masse d'équilibrage sur le corps de révolution en fonction de la direction du déplacement de l'axe de rotation, et la sortie de chacun desdits convertisseurs étant reliée à un organe de réglage correspondant faisant office de masse d'équilibrage et disposé sur le corps de révolution dans le plan correspondant de correction, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que chacun des organes de réglage est disposé dans le plan de correction se trouvant du côté opposé au plan de mesure dans lequel est placé 11 élément sensible relié à l'organe de réglage considéré, par rapport au plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, et en ce que chacun des convertisseurs comporte des moyens pour la disposition de l'organe de réglage du côté opposé au déplacement de l'axe de rotation par rapport à l'axe géométrique du corps de révolution. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée, qui va suivre, du procédé proposé d'équilibrage de corps de révolution et du dispositif pour sa mise en oeuvre, à l'aide d'exemples concrets mais non limitatifs de réalisation de l'invention illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente la position du corps de révolution aux vitesses de rotation supercritiques(vue d'ensemble), conformément à l'invention - la figure 2 est un schéma structural du dispositif d'équilibrage de corps de révolution conforme à l'invention - la figure 3 est un schéma de principe d'une variante de réalisation du dispositif pour l'équilibrage de corps de révolution conforme à l'invention. Le procédé proposé d'équilibrage d'un corps de révolution 1 (figure i) est fondé sur la déviation de l'axe de rotation 2 par rapport à l'axe géométrique 3 du corps de révolution i sous l'action du déséquilibre provoqué par le balourd 4. Ledit corps de révolution peut être par exemple une roue de turbine, un induit de moteur électrique, un tambour de machine à laver, une centrifugeuse, un ventilateur à palettes. Pour supprimer le déséquilibre on détermine la valeur et la direction du déplacement de l'axe de rotation 2 du corps de révolution i par rapport à son axe géométrique 5 dans des plans de mesure 5, 6. Les plans de mesure 5, 6 se trouvent de part et d'autre du plan 7 passant par le centre 8 des masses du corps de révolution i perpendiculairement à son axe géométrique. Ceci fait, on place sur le corps de révolution i, dans des plans de correction respectifs 9, 10, des masses d'équilibrage li, 12 (figure 2). Le plan de correction 9 se trouve du côté opposé au plan de mesure correspondant 6 par rapport au plan 7 passant par le centre 8 des masses du corps de révolution i perpendiculairement à son axe géométrique 3. Le plan de correction 10 se trouve du côté opposé au plan de mesure correspondant 5 par rapport au plan 7 passant par le centre 8 des masses du corps de révolution i perpendiculairement à son axe géométrique 3. La masse d'équilibrage il est placée dans le plan de correction 9, du côté opposé, relativement à l'axe géométrique 3, au déplacement de l'axe de rotation 2 dans le plan le mesure 6. La masse d'équilibrage 12 est placé dans le plan de correction 10, du côté opposé, par rapport à l'axe géométrique 3, au déplacement de l'axe de rotation 2 dans le plan de mesure 5. Pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, on propose un dispositif pour l'équilibrage de corps de révolution, comportant deux éléments sensibles 13, 14 pour la détermination de la valeur et de la direction du déplacement de l'axe de rotation 2 du corps de révolution 1 par rapport à son axe géométrique 3. Les éléments sensibles 13, 14 sont placés dans les plans de mesure 6, 5, respectivement, situés de part et d'autre du plan 7 passant par le centre 8 des masses du corps de révolution 1 perpendiculairement à son axe géométrique 3. L'entrée d'un convertisseur 15 est reliée à la sortie de l'élément sensible 13. L'entrée d'un autre convertisseur 16 est reliée à la sortie de l'élément sensible 14. Les convertisseurs 15, 16 assurent l'emplacement des masses d'équilibrage 11, 12 sur le corps de révolution.Les convertisseurs 15, 16 sont conçus de façon à assurer l'emplacement des masses d'équilibrage il, 12 du côté opposé, relativement à l'axe géométrique 3 du corps de révolution 1, au déplacement de l'axe de rotation 2. Dans la description qui va suivre, les masses d'équilibrage li, 12 seront appelées organes de réglage li, 12. Ceux-ci sont reliés aux sorties des convertisseurs 15, 16. L'organe de réglage Il est disposé dans le plan de correction 9 situé du côté opposé au plan de mesure 6 dans lequel est placé l'élément sensible 13 relié à cet organe de réglage, par rapport au plan 7 passant par le centre 8 des masses du corps de révolution 1 perpendiculairement à son axe géométrique 3.L'organe de réglage 12 est disposé dans le plan de correction 10 situé du côté opposé au plan de mesure 5 dans lequel est placé l'élément sensible 14 relié à cet organe de réglage, par rapport au plan 7 passant par le centre 8 des masses du corps de révolution 1 perpendiculairement à son axe géométrique 3. Ci-après est décrite une variante de réalisation d'un dispositif à liquide et à commande électrique pour l'équilibrage de corps de révolution, conformément à l'invention. Dans ce cas, les éléments sensibles i3, 14 (figure 3) sont exécutés sous forme de réservoirs 17 remplis partiellement d'un liquide électroconducteur 18. A l'intérieur des réservoirs 17 sont placés des contacts 19 dont les surfaces actives dépassent de 20 à 50 F (suivant la précision requise de l'équilibrage pendant la rotation du corps de révolution 1) le niveau du liquide électroconducteur 18. Les surfaces actives des contacts 19 sont équidistantes de l'axe géométrique des réservoirs 17 respectifs. Les réservoirs 17 sont fixés coaxialement sur l'arbre 20 du tambour (corps de révolution) 1, dans les plans de mesure 5, 6 se trouvant de part et d'autre du plan 7 passant par le centre 8 des masses du tambour 1 perpendiculairement à son axe géométrique. Les convertisseurs 15, i6 comportent des réservoirs d'équilibrage 21, 22 disposés à la périphérie du corps de révolution ou tambour 1, dans les plans de correction 9, 10. Les réservoirs d'équilibrage 21, 22 sont reliés à une cuve 23 où se trouve un liquide d'équilibrage faisant office d'organes de réglage ii, 12, à l'aide de conduites 24, 25 à valves électromagnétiques 26, 27. Les valves électriques 26, 27 et les contacts 19 des éléments sensibles 13, 14 sont connectés à une source d'énergie 28 par l'intermédiaire d'un interrupteur 29, et sont reliés entre eux par des moyens 30 destinés à l'emplacement des organes de réglage 11, 12 dans les plans de correction 9, 10 des côtés opposés au déplacement de l'axe de rotation 2 par rapport à l'axe géométrique 3 du tambour i, ce déplacement étant déterminé dans les plans de mesure 6, 5, respectivement. Les moyens destinés à disposer les organes de réglage 11, 12 dans les plans de correction 9, 10 des côtés opposés au déplacement de l'axe de rotation 2 par rapport à l'axe géométrique 3 du tambour 1, sont exécutés sous forme de liaisons électriques 31, 32 reliant respectivement les contacts 19 des réservoirs 17 des éléments sensibles 13, 14 aux valves électriques 26, 27 des réservoirs d'équilibrage 21, 22. Les réservoirs d'équilibrage 21, 22 se trouvent du même cOté, par rapport à l'axe géométrique 3 du tambour 1, que les contacts 19 reliés électriquement aux valves électriques 26, 27. Pour assurer les vitesses de rotation supercritiques aux basses vitesses de rotation, l'arbre 20 du tambour 1 est fixé par l'intermédiaire d'une bague ou douille 33 dans des entretoises ou analogues souples 34. Les différentes variantes possibles de réalisation du di#spositif conforme à l'invention dépendent de la conception des éléments sensibles, des convertisseurs et des organes de réglage. Par exemple, il est possible d'utiliser, en tant qu'organes de réglage, de petites masses d'équilibrage dont le déplacement peut être assuré par un moteur électrique prévu dans le convertisseur. La figure 3 représente, à titre d'exemple, un dispositif pour l'équilibrage du corps de révolution 1 dans un plan prédéterminé de disposition possible du balourd ou masse 4 créant un déséquilibre, ledit plan passant par l'axe géométrique 3. Pour assurer l'équilibrage d'un tel corps de révolution 1, il suffit de se servir de deux paires de contacts i9, disposées en opposition dans chacun des réservoirs 17 des éléments sensibles 13, 14, et de deux réservoirs d'équilibrage 21, 22, disposés en opposition dans deux plans de correction 9, 10. Les contacts 19 et les réservoirs d'équilibrage 21, 22 sont disposés dans le plan où se trouve le balourd 4 et qui passe par l'axe géométrique 3 du corps de révolution i. Dans la pratique, la masse 4 peut se trouver à n'importe quel endroit du corps de révolution i. Dans ce cas, pour l'équilibrage du corps de révolution i, le dispositif est pourvu de réservoirs 17 dans lesquels sont disposés, de préférence, au moins trois paires de contacts 19 réparties suivant une circonférence, et au moins trois réservoirs d'équilibrage 21, 22 situés dans chaque plan de correction 9, 10 et reliés d'une manière appropriée à un nombre correspondant d'autres éléments du dispositif. Le dispositif d'équilibrage de corps de révolution fonctionne de la manière suivante. Le tambour i étant mis en rotation par sa commande (non représentée sur la figure), l'interrupteur 29 ferme le circuit. En conséquence, le tambour équilibré i tourne à des vitesses supercriti ques avec tous les éléments du dispositif d'équilibrage sur l'arbre 20 dans les douilles ou bagues 33 fixées dans les entretoises ou analogues souples 34. Dans ce'cas, l'axe de rotation 2 du tambour 1 coïncide avec son axe géométrique 3. Le liquide électroconducteur 18 se distribue en forme d'anneau suivant la surface périphérique des réservoirs 17 des éléments sensibles 13, 14, sans fermer les paires de contact 19 des éléments sensibles 13, 14 qui se trouvent dans les plans de mesure 6, 5 des deux côtés du plan 7 passant par le centre 8 des masses du tambour 1. A ce moment les valves électriques 26, 27 sont fermées et le liquide d'équilibrage se trouvant dans la cuve 23 n'arrive pas par les conduites 24, 25 aux réservoirs d'équilibrage 21, 22 placés dans les plans de correction 9, 10 des deux côtés du plan 7 passant par le centre 8 des masses du tambour i perpendiculairement à son axe géométrique 3. Quand un déséquilibre est créé par la masse 4, l'axe de rotation 2 du tambour i se déplace par rapport à son axe géométrique 3. La position du tambour i en rotation correspond. à la position qu'occupe le corps de révolution 1 représentée sur la figure i sous l'action déséquilibrante de la masse 4. Dans ces conditions, le liquide électroconducteur 18 se redistribue dans les réservoirs 17 des éléments sensibles 13, 14 conformément à la position de l'axe de rotation 2. A ce moment le liquide conducteur de courant 18 s'aeeumule en formant une couche plus épaisse aux endroits des réservoirs 17 qui sont les plus éloignés de l'axe de rotation 2 du tambour 1, autrement dit, suivant un plus grand rayon de rotation. Les paires de contacts 19, qui sont disposées suivant ce plus grand rayon de rotation des réservoirs 17 des éléments sensibles 13, 14, se trouvent ainsi fermées et, par l'intermédiaire des liaisons électriques et des moyens 30 de modification de la disposition des organes de réglage, fournissent un signal d'ouverture des valves électromagnétiques 26, 27 des convertisseurs 15, 16. Or la liaison électrique 31 relie la paire de contacts 19 fermée du réservoir 17 de l'élément sensible 13 à la valve 26 du convertisseur 15, ce qui assure l'ouverture de la valve 26 montée sur la conduite 24 débouchant dans le réservoir d'équilibrage 21 disposé du même cOté, par rapport à l'axe géométrique 3 du tambour i, que la paire de contacts 19 fermée du réservoir 17 de l'élément sensible 13. D'autre part, la liaison électrique 32 relie la paire de contacts 19 fermée du réservoir 17 de l'élément sensible 14 à la valve 27 du converti s- seur 16, ce qui assure l'ouverture de la valve 27 montée sur la conduite 25 débouchant dans le réservoir d'équilibrage 22 qui est disposé du même côté, par rapport à l'axe géométrique 3 du tambour i, que la paire de contacts fermée du réservoir 17 de l'élément sensible 14. Les valves 26, 27 étant ainsi en position ouverte, le liquide d'équilibrage passe de la cuve 23 dans les conduites 24, 25 et arrive dans les réservoirs d'équilibrage correspondants 21, 22. Ainsi s'effectue la modification de la disposition des éléments de réglage li, i2 sur le tambour 1. En remplissant les réservoirs d'équilibrage 21, 22, le liquide d'équilibrage supprime le déséquilibre du tambour 1, créé par la masse 4. Une fois le déséquilibre du tambour i supprimé, l'axe de rotation 2 coïncide à nouveau avec l'axe géométrique 3 du tambour 1. Le liquide électroconducteur 18 se redistribue de nouveau dans les réservoirs cylindriques 17 des éléments sensibles 13, 14 et les paires de contacts 19 s'ouvrent. Le débit de liquide dans le dispositif d'équilibrage cesse, et le tambour i continue de tourner en état d'équilibre. A l'apparition d'un nouveau déséquilibre du tambour i, le processus décrit ci-dessus se répète jusqu'à l'utilisation totale du liquide d'équilibrage de la cuve 23. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS i. Procédé d'équilibrage de corps de révolution, du type consistant, quand ledit corps est déséquilibré, à déterminer, dans des plans de mesure, la valeur et la direction du décalage de l'axe de rotation du corps de révolution par rapport à son axe géométrique, et à modifier, dans des plans de correction, la disposition de masses d'équilibrage prévues sur ledit corps de révolution, lesdits plans de mesure et de correction étant situés de part et d'autre du plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, caractérisé en ce que la modification de la disposition des masses d'équilibrage sur le corps de révolution s'effectue dans des plans de correction se trouvant des cOtés opposés aux plans de mesure correspondants par rapport au plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, et du côté opposé au décalage de l'axe de rotation par rapport à l'axe géométrique. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé d'équilibrage de corps de révolution, faisant l'objet de la revendication i, du type comportant deux éléments sensibles servant à déterminer la valeur et la direction du décalage de l'axe de rotation du corps de révolution par rapport à son axe géométrique et placés dans deux plans de mesure situés respectivement de part et d'autre du plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, la sortie de chacun desdits éléments sensibles étant reliée à l'entrée d'un convertisseur correspondant modifiant ltemplacement d'une masse d'équilibrage correspondante, prévue sur le corps de révolution, en fonction de ladite direction de décalage de l'axe. de rotation, la sortie de chacun desdits convertisseurs étant reliée à un organe de réglage correspondant faisant office de masse d'équilibrage et disposé sur le corps de révolution dans un plan de correction correspondant, caractérisé en ce que chacun des organes de réglage est disposé dans le plan de correction se trouvant du côté opposé au plan de mesure dans lequel est placé l'élément sensible relié à l'organe de réglage considéré, par rapport au plan passant par le centre des masses du corps de révolution perpendiculairement à son axe géométrique, et en ce que chaque convertisseur comporte des moyens pour la mise en place de l'organe de réglage correspondant du côté opposé au décalage de l'axe de rotation relativement à l'axe géométrique du corps de révolution.