Brevet FR2527303A1 — publié le 19831125

Dispositif support pour la vérification et la réparation d'une pièce tournante lourde. La présente invention se rapporte à un dispo- sitif qui supporte les deux extrémités de l'arbre d'une pièce tournante lourde, en particulier un rotor de turbine lourd et de grande dimension pour généra- teur d'énergie, afin de permettre son contrôle et sa réparation et d'effectuer facilement le réglage d'horizontalité. Dans l'art antérieur, une embase d'appui à rouleaux, par exemple pour le rotor de turbine d'un générateur, qui supporte en rotation une extrémité de l'arbre, est fixée sur un socle au moyen d'une plura- lité de vis de réglage En outre, ce socle est généra- lement installé sur une surface de plancher qui n'est pas spécialement renforcée Par conséquent, même si un réglage précis d'horizontalité de l'embase d'appui à rouleaux est effectué préalablement au moyen des vis de réglage, la surface du plancher est déformée ou gauchie par le poids de l'embase d'appui à rouleaux lorsque le rotor de turbine a été placé sur les rou- leaux, ce qui a pour conséquence un nivellement médio- cre Ce mauvais nivellement ou cette déformation de la surface de plancher engendrent une poussée impor- tante sur les rouleaux de l'embase d'appui à rouleaux. Cette poussée est augmentée par la flexion de l'arbre de rotor Par suite, il se produit une rotation irré- gulière de la turbine, incluant un déplacement dans la direction axiale Cela rend donc non seulement le contrôle et la réparation de la turbine très diffici- les et délicats, mais également, dans les cas extrêmes, cette rotation irrégulière provoque une abrasion par- tielle des rouleaux supports, ou leur rupture dans certains cas Le contrôle et la réparation sont ainsi rendus très dangereux Par conséquent, un autre régla- ge de niveau est impératif pour éviter cette situa- tion, mais cela a toujours présenté beaucoup de diffi- cultés, ainsi qu'une grande perte de temps et de travail. Les présentes demanderesses ont proposé, dans la demande de brevet japonais No 168 450/1981, un dispositif support pour le contrôle et la réparation d'un objet tournant lourd, par exemple-un rotor de turbine, comportant un mécanisme automatique de régla- ge de niveau qui simplifie le réglage des niveaux et évite les inconvénients des supports existants Plus précisément, ce dispositif permet d'aligner automati- quement l'axe de l'objet tournant lourd avec l'axe des rouleaux d'appui Toutefois, un tel dispositif support pour le contrôle et la réparation d'un arbre rotatif lourd, qui est construit comme représenté sur la figure 1, ne donne pas entière satisfaction, en ce qu'il se produit un déplacement du rotor de turbine (b) dans la direction axiale, bien que faible, après sa mise en place sur l'embase d'appui (a) à rouleaux et le début de rotation du rotor de turbine On admet que ce mouvement dans la direction axiale est dé aux causes suivantes. Puisque l'embase d'appui (a) à rouleaux est supportée par un support hémisphérique (c), les axes du rotor de turbine (b> et des rouleaux ou galets (d) qui supportent l'extrémité du rotor de turbine (b) doivent être parfaitement parallèles lorsque le ro- tor de turbine (b) est placé 'sur l'embase d'appui (a) à rouleaux En outre, même lorsque le rotor de turbi- ne (b) est entraîné en rotation par les rouleaux (d), aucune poussée ne doit être engendrée et provoquer un déplacement quelconque du rotor dans la direction axiale aussi longtemps que le parallélisme entre les axes du rotor (b) et des rouleaux (d) est maintenu avec certitude Toutefois, en pratique, les axes du rotor (b) et des rouleaux (d) ne sont pas parallèles, pour diverses raisons, par exemple celles qui sont indiquées ci-après a) erreur d'usinage, b) erreur d'assemblage,, c) déséquilibre de l'embase d'appui (a) à rou- leaux avant mise en place du rotor de turbine (b), d) déséquilibre de l'embase d'appui (a) à rou- leaux après mise en place du rotor de turbine (b) ou-déformation résultante, e) effet de la force d'entraînement, f) effet du frottement. On considère que les causes a) à d) engendrent les phénomènes suivants: 1) destruction du parallélisme (alignement) entre les axes du rotor de turbine (b) et des rouleaux (d); 2) destruction d'une application uniforme de la pression de contact entre le rotor (b) et les rouleaux (d) et modification de l'inclinaison du rotor de turbine (b) et de l'arbre des rouleaux (d) lorsqu'une for- ce d'entraînement est appliquée. On suppose maintenant qu'on se trouve dans la situation, avant le début de l'opération, dans laquel- le le rotor (b) est seulement placé sur l'embase d'appui (a)-à rouleaux (voir la figure 1) Bien que le nivellement horizontal soit assez médiocre, comme déjà indiqué, pour les raisons mentionnées plus haut, l'ensemble du système est en équilibre, comme illus- tré par la figure 2 Toutefois, cette condition ne garantit pas que la pression entre le rotor de turbi- ne (b) et les rouleaux (d) soit uniformément répartie dans la direction axiale La pression doit plutôt être considérée comme concentrée vers l'intérieur (du côté des ailettes) ou vers l'extérieur Plus précisé- ment, si la pression du côté intérieur d'un rouleau (d) de l'embase d'appui (a) située du côté de l'en- trainement est, par exemple, élevée, une pression résultante du côté intérieur de l'autre rouleau (d) devient également élevée Par suite, les moments au centre du support hémisphérique (c) peuvent être annu- lés mutuellement. Lorsqu'une force d'entraînement est appliquée dans ces conditions, une force tangentielle plus grande est transmise du côté sous forte pression et, par suite, une force de réaction exercée par le rotor de turbine (b) engendre des moments non équilibres au centre du mécanisme-support hémisphérique -Il en ré- sulte que l'embase d'appui (a) à rouleaux effectue une flexion rotative dans la direction de ce moment, comme illustré par la figure 3 Lorsqu'un gradient est ainsi engendré entre l'axe du rotor de turbine (b) et l'axe des rouleaux (d), la pression et la for- ce tangentielle sont réparties-de façon à équilibrer les moments au centre du support hémisphérique (c>. D'autre part, lorsque le rotor de turbine tourne dans les conditions illustrées par la figure 3, le rotor de turbine (b) se déplace dans la direction axiale S'il tourne en sens inverse, une force tangen- tielle est engendrée en sens inverse, ce qui provoque une flexion rotative appliquée à l'embase d'appui (a) à rouleaux Par conséquent, le rotor de turbine (b) se déplace également dans la même direction, comme ex- pliqué ci-dessus. Si on considère qu'un mouvement peut se pro- duire dans la direction axiale pour la raison décrite ci-dessus, l'embase d'appui (a) à rouleaux doit tour- ner seulement légèrement sous l'effet d'un tel moment, lorsque le rotor de turbine (b) est entraîné. A partir des observations et de l'analyse ci- dessus, les dispositions suivantes sont jugées effica- ces pour rendre ce déplacement dans la-direction axia- le aussi petit que possible. 1) L'embase d'appui (a) à rouleaux est fixée lorsque le rotor (b) est placé sur l'embase d'appui (a), de sorte que l'embase (a) ne tourne plus même avec une force d'entraînement dans un plan hozizontal. 2) Dans ce cas, si l'embase d'appui (a) à rouleaux est fixée par des vis, le déplacement peut encore être limité par réglage obtenu par une légère rotation de l'embase d'appui (a) en fonction de la direction et de la grandeur de déplacement de l'emba- se (a), vérifiées expérimentalement par rotation du rotor de turbine (b). La présente invention découle de ces constata- tions et expériences Elle a pour objet un dispositif support pour le contrôle et la réparation d'un objet tournant lourd, qui simplifie le nivellement ou l'ali- gnement et procure une vérification et une réparation plus précises et plus sures, par élimination du dépla- cement du rotor de turbine dans la direction axiale qui était engendré par l'entraînement du rotor de turbine dans les dispositifs connus. En résumé, la présente invention a pour objet un dispositif support pour le contrôle et la répara- tion d'une pièce tournante lourde, caractérise en ce qu'il comprend deux structures d'appui auto-alignées qui supportent en rotation les deux extrémités de la pièce tournante lourde Dans chaque structure support, une embase d'appui à rouleaux, qui supporte en rota- tion l'extrémité de l'arbre de la pièce tournante lourde, est supportée sur une plaque de surface régla- ble du socle, par l'intermédiaire d'un mécanisme sup- port hémisphérique En outre, un dispositif de butée, pour réglage de la position de rotation horizontale de l'embase d'appui à rouleaux autour de l'axe verti- cal du mécanisme support hémisphérique, est prévu à la périphérie de la plaque de surface réglable. L'invention sera mieux comprise A la lumière de la description de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté, à plus gran- de échelle et en coupe partielle, d'un dispositif sup- port suivant l'art antérieur, pour le contrôle et la réparation d'un arbre rotatif lourd; les figures 2 et 3 illustrent l'opération de réglage d'horizontalité au moyen du même dispositif support; la figure 4 est une vue en plan du dispositif support pour le contrôle et la réparation d'un objet tournant lourd, conforme à la présente invention; la figure 5 est une vue de face du dispositif de la figure 4; la figure 6 est une coupe suivant la ligne I-I de la figure 4; la figure 7 est une vue de côté avec coupe partielle de la structure support, du côté de l'entraînement; la figure 8-est une vue de face, à plus grande échelle, de la partie de fixation du disposi- tif de réglage de la position de rotation; la figure 9 est une vue en plan de la même structure support; les figures 10 et 11 sont respectivement une vue en plan et une vue de face de la même structure support, illustrant la position de fixation du dispo- sitif de réglage de la position de rotation; les figures 12 et 13 illustrent l'alignement de la structure support dans le sens vertical, avant et après la mise en place de l'objet tournant lourd; et les figures 14 et 15 illustrent l'alignement des axes de la structure support dans la direction horizontale, avant et après montage des impulseurs. Un mode préféré de réalisation du dispositif support suivant l'invention est décrit ci-après en détail, avec référence aux dessins annexés (voir les figures 4 à 11). Le dispositif comprend une embase d'appui ( 1) à rouleaux du côté de l'entraînement, et une embase d'appui ( 1 ') à rouleaux, du côté entraîné Ces emba- ses d'appui ( 1) et ( 1 ') sont supportées respective- ment en leurs centres sur des plaques de surface ré- glables ( 4) et ( 4 ') solidaires de socles ( 3) et ( 3 '), par l'intermédiaire de mécanismes supports hémisphé- riques ( 2) et ( 2 '). L'embase d'appui ( 1) à rouleaux, du côté de l'entraînement, comporte deux rouleaux ou galets d'entraînement ( 5), ( 5) Les arbres de rotation ( 6), ( 6) de ces rouleaux ( 5), ( 5) sont supportés respecti- vement, à droite et à gauche, par des paliers ( 7), ( 7) D'autre part, des vis sans fin ( 11), ( 11), pré- vues sur l'arbre ( 10) de transmission de puissance d'un moto-réducteur ( 9), engrènent avec des roues tangentes ( 8), ( 8) montées aux extrémités des deux arbres ( 6), ( 6) Ainsi, les rouleaux d'entraînement ( 5), ( 5) tournent en synchronisme et entraînent en rotation, à une vitesse aussi faible que 0,3 t/mn, une première extrémité ( 12) de l'arbre du rotor de turbine supporté par les rouleaux ( 5), ( 5). D'autre part, l'embase d'appui ( 1 ') à rou- leaux, située du côté entrainé, présente une structu- re simple en ce que les arbres ( 6 '), ( 6 ') de deux rouleaux entraînés ( 5 '), ( 5 ') sont supportés par des paliers ( 7 '), ( 7 '), comme cidessus, et l'autre extrémité ( 12 ') de l'arbre du rotor de turbine est supportée en rotation par les rouleaux ( 5 '), ( 5 '). Les rouleaux d'entraînement et les rouleaux entraî- nés sont en général réalisés en matière plastique spécialement renforcée En outre, des moyens pour l'équilibrage de poids sont ajoutés de façon appro- priée à l'embase d'appui ( 1) à rouleaux située du côté de l'entraînement. Les mécanismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 ') sont situés au centre des embases d'appui respec- tives ( 1), ( 1 ') Chaque mécanisme comprend un arbre support vertical ( 21), ( 21 '), dont l'extrémité supé- rieure a une forme sensiblement hémisphérique, et un patin ( 22), ( 22 ') à cavité hémisphérique qui est en contact uniforme avec le sommet hémisphérique de l'ar- bre support vertical ( 21), ( 21 ') Bien que, sur les dessins, les arbres supports ( 21), 21 ') soient pré- vus au centre des plaques réglables ( 4), ( 4 ') sur les socles ( 3), ( 3 ') et que les patins ( 22), ( 22 ') a logement hémisphérique soient également prévus au cen- tre des embases d'appui ( 1), ( 1 ') à rouleaux, ils peu- vent également être montés en sens inverse, respective- ment De plus, un lubrifiant approprié est appliqué aux surfaces de contact des mécanismes supports hémis- phériques ( 2), ( 2 ') De préférence, on prévoit égale- ment des ressorts de compression ( 13), ( 13 ') entre les embases d'appui ( 1), ( 1 ') à rouleaux et les plaques réglables ( 4), ( 4 '), de façon que les embases d'appui ( 1), ( 1 ') soient rappelées élastiquement et prennent une position parallèle aux plaques de surface ( 4), ( 4 '). Un jeu approprié doit être prévu entre les plaques réglables ( 4), ( 4 ') et les embases d'appui M 1 >, ( 1 ') à rouleaux placées au-dessus, de façon que les embases d'appui ( 1), ( 1 ') puissent basculer suffi- samment dans toutes les directions radiales sur les mécanismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 ') En ou- tre, les plaques de surface ( 4), ( 4 ') sont fixées sur les socles ( 3), ( 3 ') par une pluralité de vis de ré- glage ( 14), ( 14 '), de sorte qu'elles peuvent être ré- glées verticalement à volonté à la hauteur désirée. Les repères ( 15), ( 15 ') désignent des tiges de guida- ge Ce dispositif de réglage est de type connu. La présente invention est caractérisée en ce qu'on incorpore un dispositif de réglage à la structu- re de base ci-dessus Plus précisément, une butée ( 29) de réglage des positions de rotation horizontale des embases d'appui ( 1), ( 1 ') à rouleaux autour des méca- nismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 ') est fixée à la périphérie des plaques de surface réglables ( 4), ( 4 ') Cette butée ( 29) de réglage de la position de rotation peut être installée comme illustré par les figures 4 et 5 Des équerres ( 30), ( 30 ') sont montées à l'avant et à l'arrière des plaques de surface régla- bles ( 4), ( 4 '), symétriquement par rapport à l'axe de l'arbre du rotor de turbine (A) et à une distance dé- terminée l'une de l'autre, des vis de réglage ( 31), ( 31 ') sont vissées dans les extrémités supérieures des équerres ( 30), ( 30 ') et les bouts des vis ( 31), ( 31 ') viennent en contact avec les bords latéraux correspondants des embases d'appui ( 1), ( 1 ') à rou- leaux Il est également suffisant de prévoir une telle butée de réglage de la position de rotation, seulement du côté de l'entraînement. Les figures 8 et 9 illustrent un autre mode de réalisation de la butée ( 29) de réglage de la position de rotation Une plaque fixe ( 29 a) est tenue par des vis ( 29 b) à la périphérie de la plaque de sur- face réglable ( 4) Cette plaque fixe ( 29 a) comporte une encoche ( 29 c) à sa partie supérieure, dans laquel- le peut pénétrer une extrémité d'un prolongement au taquet ( 29 d) dont l'autre extrémité est fixée à la pé- riphérie de l'embase d'appui ( 1) à rouleaux, des jeux (c) étant prévus entre le taquet ( 29 d) et les bords de l'encoche ( 29 c) D'autre part, des vis de réglage ( 29 e), ( 29 f), sont vissées dans les parties vertica- les ( 29 g) situées de part et d'autre de l'encoche ( 29 c) Ces vis ( 29 e), ( 29 f) peuvent être rapprochées ou éloignées du taquet ( 29 d) et sont également en butée avec celui-ci Par réglage du déplacement de la vis de réglage ( 29 e) dans cette structure, on peut déterminer facilement la position relative de rotation horizontale de l'embase d'appui ( 1) du rotor par rap- port à la plaque de surface réglable ( 4), et cette position réglée peut être maintenue avec certitude. Les figures 10 et 11 illustrent le mode de montage de la butée ( 29) de réglage de la position de rotation Dans cet exemple de montage, il suffit de prévoir une telle butée ( 29) seulement à un endroit de la périphérie des plaques de surface réglables ( 4), ( 4 ') Toutefois, on peut également prévoir une pluralité de butées ( 29) aux autres positions. il Avec une telle structure, la façon dont la structure support conforme à la présente invention permet d'effectuer le réglage d'horizontalité au sommet des mécanismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 ') est décrite ciaprès. Avant de poser le rotor de turbine (A) sur les deux embases à rouleaux, la hauteur des plaques réglables ( 4), ( 4 ') sur les socles ( 3), ( 3 '), placés de façon appropriée sur la surface du plancher, est réglée au moyen de vis de réglagle ( 14), ( 14 '), comme dans le cas de la structure support suivant l'art antérieur, afin d'obtenir le nivellement horizontal. Lorsque ce réglage en hauteur est terminé, des cales appropriées, non représentées sur les figures, sont enfoncées dans les jeux entre les plaques de surface réglables ( 4), ( 4 ') et les socles ( 3), ( 3 '), de maniè- re à fixer solidement et rigidement les plaques régla- bles sur les socles Ensuite, les deux extrémités ( 12) de l'arbre du rotor de turbine (A) sont posées sur les rouleaux d'entraînement ( 5), ( 5), et les rouleaux en- traînés ( 5 '), ( 5 ') des embases d'appui ( 1), ( 1 '), respectivement. Si la surface de plancher se déforme ou se gauchit en raison du poids du rotor de turbine, ce qui provoque un mauvais nivellement, cette erreur AH d'horizontalité est compensée par les embases d'appui ( 1), ( 1 ') à rouleaux qui effectuent automatiquement un basculement par l'intermédiaire des mécanismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 '), à condition que cette erreur ne soit pas anormalement grande, et les rouleaux ( 5), ( 5), ( 5 '), ( 5 '), supportent toujours la charge perpendiculairement à l'axe C-C de l'arbre du rotor de turbine (A), même si l'arbre de rotor ( 12) est déformé (voir les figures 12 et 13) Plus précisé- ment, les axes du rotor de turbine (A) et des rouleaux fait du poids du rotor de turbine (A) La même situa- tion se retrouve pour la direction latérale En effet, comme représenté sur la figure 14, même si les axes C 1-C 1 et C 2-C 2 des rouleaux ( 5), ( 5 ') et ( 6), ( 6 ') sont légèrement désalignés par rapport à l'axe C-C de l'arbre de rotor de turbine reliant les sommets des mécanismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 '), ils peu- vent automatiquement être alignés avec l'axe C-C par l'effet de réglage automatique d'axe des mécanismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 ') (voir la figure 15). Par conséquent, mime lorsque les rouleaux d'entraînement ( 5), ( 5) fonctionnent pour mettre en rotation le rotor de turbine (A), celui-ci tourne sur le même axe et n'engendre aucun mouvement dans la di- rection axiale, de sorte qu'il n'y a pas d'usure des rouleaux ( 5), ( 5), ( 5 '), ( 5 ') par frottement, puisque les deux extrémités ( 12) de l'arbre du rotor de turbi- ne sont supportées uniformément par les rouleaux ( 5), ( 5), ( 5 '), ( 5 '), par contact superfiel. En outre, si le rotor de turbine (A) se dépla- ce même faiblement dans la direction axiale pendant sa rotation, les embases ( 1), ( 1 ') d'appui du rotor peuvent tourner horizontalement autour de l'arbre des mécanismes supports hémisphériques ( 2), ( 2 '), d'un angle déterminé par le rapprochement ou l'éloignement des vis de réglage ( 31), ( 31 ') en fonction de la di- rection et de la valeur calculée de déplacement du rotor de turbine (A) Ainsi, le déplacement du rotor de turbine (A) dans la direction axiale, du fait de l'entraînement du rotor, peut également être maintenu aussi petit que possible. Comme décrit ci-dessus, la structure support conforme à la présente invention peut empêcher sensi- blement tout déplacement du rotor de turbine dans la direction axiale même pendant la rotation du rotor de turbine, elle ne nécessite pas la reprise de ré- glage qui était impérativement requise par la structu- re suivant l'art antérieur, elle permet de réduire beaucoup le temps et le travail nécessaires pour l'opérationde réglage d'horizontalité et elle permet également de diminuer notablement l'usure par frotte- ment des rouleaux supports. REVENDICATION 1 Dispositif support, pour le contrôle et la réparation d'un objet tournant lourd tel qu'un grand rotor de turbine, comprenant deux structures à auto- alignement qui supportent en rotation les deux extré- mités ( 12, 12 ') d'un arbre de l'objet lourd, ces struc- tures supports étant espacées l'une de l'autre pour permettre la mise en place de l'objet lourd (A), ca- ractérisé en ce que chaque structure à auto-aligne- ment comprend: i) un socle ( 3, 3 ') fixé sur un plancher, ii) une embase d'appui ( 1, 1 ') à rouleaux, montée sur le socle, iii) un mécanisme support hémisphérique ( 2, 2 ') interposé entre le socle et l'embase d'appui à rouleaux, pour permettre le basculement de l'embase d'appui à rouleaux dans toute direction radiale sur le socle, iv) deux rouleaux supports ( 5, 5, 5 ', 5 '), parallèles et espacés l'un de l'autre, montés sur cha- que embase d'appui et qui supportent en rotation une extrémité ( 12, 12 ') de l'arbre de l'objet lourd, v) un mécanisme d'entraînement à haut rap- port de réduction ( 8, 9, 10, 11) qui est accouplé aux rouleaux supports de l'une des embases d'appui à rou- leaux, de façon à entraîner en rotation à très faible vitesse l'arbre de l'objet lourd, et vi) une butée ( 29, 30, 31) de réglage de la position de rotation-horizontale de l'embase d'ap- pui à rouleaux autour de l'axe vertical du mécanisme support hémisphérique, cette butée étant placée à la périphérie du socle.