Brevet FR2497313A1 — publié le 19820702

A3 L'invention concerne un dispositif amortisseur des vibrations d'une machine ou construction, par exemple une machine tournante à vitesse variable dont le fonctionnement engendre des vibrations dans la structure de la machine. Dans le domaine des réacteurs nucléaires à neutrons rapides, les pompes destinées à faire circuler le fluide primaire du réacteur, de grandes dimensions, dont le moteur repose, lors des essais en eau sur une structure propre à ces essais, peuvent être le siège de vibrations dont la fréquence est variable, lorsque la vitesse de rotation du moteur de la pompe varie. De façon plus générale, dans le cas de machines tournantes à vi- tesse fixe ou variable, les structures de support de ces machines présentent souvent une ou plusieurs fréquences propres qui, lorsqu'elles sont excitées par un déséquilibre de la partie tournante de le machine, peuvent entra ner des vibrations non souhaitables. Dans le cas d'une machine à vitesse fixe, un équilibrage soigné de cette machine peut permettre de réduire considérablement les vibrations, même dans le cas o la vitesse de rotation de la machine correspond à la fréquence propre de la structure. D'autre part, pour éviter les effets nocifs de ces vibrations ou pour les diminuer, on peut rigidifier les structures de support de la machi- ne, modifier les masses fixes et mobiles et monter des amortisseurs de type visqueux entre la machine et des appuis fixes. Cependant, dans certains cas on ne peut utiliser aucun de ces moyens, soit parce qu'il n'est pas possible de disposer d'appuis fixes, soit parce que l'installation présente plusieurs fréquences propres. Dans le cas des machines tournantes à vitesse variable en parti- culier, on ne dispose d'aucun moyen satisfaisant pour réduire les vibrations ou pour protéger la machine contre leurs effets. On a parfois utilisé des dispositifs amortisseurs combinant une pièce massive et un élément élastique qu'on fixe sur l'installation dont les vibrations mettent en mouvemert la pièce massive. L'inconvénient principal de ces dispositifs pst de dédoubler la ou les fréquences propres initiales de l'installation en deux autres fréquen- ces, l'amélioration n'étant effective qu'entre les deux fréquences (anti- résonance). Cette solution n'est pas satisfaisante dans le cas d'une machi- ne à vitesse variable. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif amortis- seur des vibrations d'une machine ou construction, fixé sur celle-ci et com- portant une pièce massive solidaire d'un élément élastique se déplaçant suivant un mouvement alternatif sous l'effet des vibrations de la machine qui permette d'atténuer sensiblement ces vibrations même dans le cas d'une machine tournante à vitesse variable et dans le cas d'une structure pre- sentant plusieurs fréquences propres. Dans ce but, le dispositif amortisseur comporte un corps cylin- drique creux muni de moyens pour le relier à la machine ou construction, fermé par deux fonds pleins disposés à chacune de ees extrémités, contenant un l4uide visqueux et renfermant la pièce massive, de forme cylindrique, disposée ec son axe suivant 1taxe du corps creux et montée solidaire d'au moins une tige métallique constituant l'élément élastique, disposée suivant l'axe du corps creux et fixée à ses extrémités sur les fonds pleins par l'intermédiaire de moyens permettant le réglage de la tension de la tige dont l'élasticité permet des mouvements alternatifs amortis par le liquide visqueux;de la pièce massive, dans des directions transversales à lt'inté- rieur du corps creux, sous l'effet des vibrations. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant dé- crire à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif amortisseur suivant l'in- vention, utilisé pour amortir les vibrations du moteur d'entrainement d'une pompe primaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides lors de ses es- sais préliminaires en eau. Sur la figure 1 on voit, dns une vue en coupe par un plan de sy- métrie, un dispositif amortisseur suivant l'invention. A la figure 2, on voit, dans une vue en élévation, le moteur de la pompe primaire sur lequel ont été fixés plusieurs dispositifs suivant l'invention. Sur la figure 1, on voit le corps creux cylindrique 1 du dispo- sitif constitué par une portion de tube fermée à chacune de ses extrémités par des fonds pleins 2 et 3. Le fond inférieur 2 est soudé à l'extrémité du tube 1 alors que le fond supérieur 3 est simplement centré sur l'extrémité supérieure du tube et appuyé sur celle-ci. Une pièce de masse importante 5 de forme cylindrique est d'autre 24973 13 part disposée à l'intérieur du tube 1 grâce à une tige métallique en deux parties 6 et 7, l'axe de la pièce 5 étant confondu avec l'axe ZZ' du tube 1. Les extrémités filetées 8 et 9 des tiges 6 et 7 respectivement sont engagées dans des trous taraudés ménagés à la partie supérieure et à la partie inférieure de la pièce cylindrique massive 5. Les extrémités des tiges 6 et 7 non reliées à la pièce 5 tra- versent respectivement les fonds 3 et 2 qui comportent une ouverture cir- culaire à leur partie centrale. L'extrémité inférieure de la tige 7 traversant le fond 2 est entourée par un joint d'étanchéité 12 maintenu en place par une rondelle 13 elle-même serrée contre la surface inférieure du fond 2 par un écrou 14 en prise avec l'extrémité inférieure de la tige 7 qui est filetée. L'extrémité supérieure de la tige 6 passant au travers de l'ou- verture ménagée dans le fond 3 est également filetée et un écrou 15 est en- gagé sur cette partie filetée. Un vérin hydraulique 20 est d'autre part en prise avec l'écrou pour exercer une force de traction sur la tige permettant de faire varier la tension de cette tige portant la masse 5. Le corps du vérin 20 est en ap- pui sur le fond supérieur 3. Le fond 3 est percé d'une ouverture qui peut Atre fermée par un bouchon 21 permettant d'introduire de l'huile dans le corps creux 1 jusqu'à un niveau 24, la pièce massive 5 étant entièrement plongée dans l'huile. Un dispositif de vidange 22 est d'autre part fixé sur le fond 2 pour vidange de l'huile contenue dans le corps creux 1. Des corps de remplissage en polystirène sont d'autre part fixés sur le fond 2 par des tiges 27. D'autres corps de remplissage 28 en polys- tirène sont également fixés sur le fond supérieur 3 par l'intermédiaire de tiges 29. Les corps morts 26 et 28 permettent d'utiliser une quantité moin- dre d'huile en maintenant une immersion complète de la pièce massive 5. Sur la figure 2, on voit deux dispositifs amortisseurs 30 et 31, identiques au dispositif représenté sur la figure 1, fixés latéralement sur le moteur 32 d'une pompe primaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapi- des en essais en eau. Les axes ZZ' des dispositifs amortisseurs 30 et 31 sont parallè- les à l'axe XX' du moteur. La fixation du dispositif amortisseur sur le corps du moteur 32 se fait par l'intermédiaire de bras tels que 33, 34 ou 35, 36 boulonnés sur le moteur 32 et sur les fonds supérieur et inférieur des amortisseurs 30 et 31. En fonction de la dimension et de la masse des dispositifs amor- tisseurs, on peut disposer autour du moteur 32 un nombre variable de ces dispositifs amortisseurs, par exemple trois dispositifs à 1200 ou six dis- positifs avec un déplacement angulaire de 600. Par exemple, dans le cas d'une installation d'une masse de 700 tonnes on a utilisé trois dispositifs amortisseurs dont les pièces massi- ves pesaient chacune 570 kg et dont la masse totale y compris les bras de fixation sur le moteur était de 1000 kg soit pour les trois dispositifs d'amortissement 1710 kg de masse mécanique active et 2000 kg de masse tota- le. On a mesuré sur l'installation une fréquence propre voisine de Hertz dont la masse modale est de 95 tonnes. On a également mesuré une seconde fréquence propre située au voisinage de 7 Hertz dont la masse moda- le est de 180 tonnes. L'adjonction des dispositifs amortisseurs suivant l'invention a permis de réduire les amplitudes de vibrations de 276 microns à 104 microns en ce qui concerne la première fréquence, soit un rapport de 2,65 et de 178 microns à 108 microns, soit un rapport de 1,65 en ce qui concerne la seconde fréquence. Les rapports de masse correspondants étaient de 1710 -0,018 95000.1710_ pour l'amortissement de la première fréquence propre et de 180000 0,0095 pour l'amortissement de la seconde fréquence propre. Cet amortissement a pu être observé d'autre part pour différentes vitesses de rotation du moteur, dans sa plage de fonctionnement. Ce résultat a pu être atteint en accordant la fréquence des dis- positifs amortisseurs, en faisant varier la traction exercée par les vé- rins 20 sur les tiges de suspension des masses 5. Les vibrations de la machine transmises à la masse 5 mettent cette masse en mouvement à l'intérieur du corps creux 1 rempli d'huile, si bien que l'huile est laminée dans l'espace annulaire existant entre le corps cylindrique et la masse en déplacement. Ce laminage de l'huile est respon- sable de l'amortissement observé. D'autre part, la tension variable de la tige permet une adapta- tion du dispositif amortisseur à des vibrations de fréquences variables dans un certain intervalle. On peut faire varier le facteur d'amortissement en choisissant une huile de viscosité plus ou moins grande pour remplir l'espace du corps creux o se déplace la masse 5. La mise en service du dispositif est très facile puisqu'il suf- fit d'exercer une traction sur la tige lors de la mise en service du dispo- sitif pour réaliser l'étanchéité à l'huile du fond inférieur 2. Le remplissage peut alors être effectué par l'ouverture du fond supérieur, le bouchon 21 étant enlevé. On peut alors exercer sur la tige la traction voulue, soit par l'intermédiaire de l'écrou de serrage 15, soit par l'intermédiaire du vérin 20, soit encore par l'intermédiaire du vérin puis de l'écrou placé en posi- tion de serrage. Par ailleurs, il est possible d'utiliser une tige reliée à la pièce massive d'assez grande longueu tout en utilisant un volume d'huile réduit grâce à l'utilisation de corps morts. Pour une amplitude de déplace- ment donnée de la pièce massive, les contraintes dans la tige de grande lon- gueur seront ainsi peu importantes. Un des avantages du dispositif est d'être entièrement symétrique autour de son axe, ce qui facilite le couplage de ce dispositif amortisseur avec une machine tournante dont l'axe est parallèle à l'axe du dispositif. D'autre part, en utilisant plusieurs dispositifs d'amortissement séparés, il est possible d'accorder chacun de ces dispositifs séparément sur une des fréquences propres de l'installation dans laquelle on réduit les vibrations. Cette possibilité de scinder le dispositif d'amortissement en plusieurs parties élémentaires d'encotnbremeat réduit permet d'autre part une installation plus facile. On voit donc que le dispositif suivant l'invention est d'une grande efficacité, qu'il peut être aisément installé sur des machines di- verses, quelles que soient leurs dimensions et leur structure, et qu'il peut s'adapter à des conditions variables de fonctionnement de ces machines. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que la fixation et la mise en tension de la tige élas- tique dans le corps creux peuvent être réalisées par des moyens différents de systèmes à vis et écrou ou à vérin hydraulique et que des moyens diffé- rents de corps morts remplissant une partie du volume interne du corps cy- lindrique creux peuvent être utilisés pour limiter le volume d'huile d'amor- tissement. Par ailleurs, on peut grouper un nombre quelconque de disposi- tifs amortisseurs sur la machine ou installation dont on veut réduire les vibrations, la masse et la dimension de ces dispositifs amortisseurs élé- mentaires étant choisies en fonction des masses dont on veut amortir les vibrations et de l'encombrement acceptable du dispositif. Enfin, le dispositif suivant l'invention est applicable non seu- lement pour tl'amortissement des vibrations dans des moteurs d'entrainement de pompes mais encore dans d'autres machines tournantes telles que des broyeurs ou concasseurs ou encore des ventilateurs ou des turbomachines à haute vitesse fixés sur des structures présentant plusieurs fréquences propres. Le dspositif amortisseur suivant l'invention s'applique agale- ment, en dehors du cas des machines to-urnantes, par exemple pour l'amortis- sement des vibrations dans des matériels de grandes dimensions et même dans des constructions dont on veut limiter les déplacements en cas de sé- isme sans renforcer les fixations. REVENDICATIONS 1.- Dispositif amortisseur des vibrations d'une machine ou cons- (5)' r truction, fixé sur cell1-fci et comportant une pièce massive/solidaire (6,7) d'un élément élastique/se déplaçant suivant un mouvement alternatif sous l'effet des vibrations de la machine, caractérisé par le fait qu'il com- porte un corps cylindrique creux (1) muni de moyens (33, 34) pour le re- lier à la machine ou construction (32), fermé par deux fonds (2, 3) pleins disposés à chacune de ses extrémités, contenant un liquide visqueux et renfermant la pièce massive (5) de forme cylindrique disposée avec son axe dirigé suivant l'axe du corps creux (1), et montée solidaire d'au moins une tige métallique (6, 7) constituant l'élément élastique disposée suivant l'axe du corps creux (1), et fixée à ses extrémités sur les fonds pleins (2, 3), par l'intermédiaire de moyens (20, 15) permettant le réglage de la tension de la tige (6, 7) dont l'élasticité permet des mouvements al- ternatifs amortis par le liquide visqueux, de la pièce métallique (5) dans des directions transversales à l'intérieur du corps creux (1), sous l'ef- fet des vibrations. 2.- Dispositif amortisseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que des corps morts (26, 28) sont disposés à l'in- térieur du corps creux cylindrique (1), pour limiter le volume du liquide visqueux à introduire dans ce corps creux pour immerger entièrement la piè- ce massive cylindrique (5). 3.- Dispositif amortisseur suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un des fonds ( 2, 3) au moins du corps creux cylindrique est percé d'une ouverture à sa partie centrale par laquelle passe une des parties terminales de la tige (6, 7) qui est filetée et peut recevoir un écrou de serrage (15) permettant de régler la tension de la tige. 4.- Dispositif amortisseur suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un des fonds (2, 3) au moins du corps creux cylindrique (1) est percé d'une ouverture centrale par laquelle passe une des parties terminales de la tige (6, 7) et qu'un vérin hydrauli- que (20) est fixé sur ce fond pour exercer une traction sur la tige d'in- tensité variable. 5.- Disposltif amortisseur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, dans le cas d'une machine tournante, caractérisé par le fait que le corps creux cylindrique est fixé sur la machine tournante (32) de façon que son axe soit parallèle à l'axe de rotation de la machine. 6.- Bnsemble d'amortissement associé à une machine tournante, caractérisé par le fait qutau moins deux dispositifs (30, 31) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 sont fixés à la périphérie de la machine tournante avec leur axe parallèle à l'axe de rotation de cette machine (32).