Brevet FR2557975A1 — publié le 19850712

La présente invention concerne les constructions mecaniques, en particulier la construction d'appareils à usages enertigug,et a notamment pour objet un dispositif pour l'équilibrage des organes tournants de tels appareils. I1 est particulièrement efficace d'utiliser la présente invention pour l'equilibrage dynamique des organes tournants (appelés ci-après "rotors") rapides des turbines à vapeur et gaz, des turbocompresseurs, des turbogénérateurs,etc. De plus, 1 t invention peut être utilisée pour l'équili- brage dynamique des rotors sujets à des déséquilibres pendant leur fonctionnement. On connalt un dispositif permettant d'effectuer l'équilibrage dynamique d'un rotor fonctionnant dans un milieu gazeux, sous vide ou dans le brouillard 'huile à turbine des carters des paliers d'appui. Ce dispositif connu pour l'équilibrage du rotor comprend vil disque pourvu de chambres destinées à recevoir des masses d'équilibrage et communiquant par leurs orifices d'entrée avec des alésages excentriques par rapport à l'axe du disque et servant à diriger les masses d'équilibrage vers les chambres. Le dispositif est doté d'un organe destiné à diriger les masses d'équilibrage vers les alésages excentriques, disposé coaxialement au disque et constitué par une douille cylindrique à canaux dont les orifices de sortie débouchent à la surface de la douille et communiquent avec les alésages correspondants. Aux vitesses accrues de rotation des rotors, le remplissage des chambres s'effectue moins bien du fait que les masses d'équilibrage se trouvant dans le champ de forces centrifuges se concentrent dans la zone 'entrée et, pendant l'éqtiilibrage, peuvent empêcher la dose suivante de masses d'équilibrage d'y arriver, en formant un cône compact dont le sommet est orienté vers le centre de rotation du disque. Le chargement des chambres devient irrégulier et le remplissage excessif de l'alésage excentrique risque de provoquer une panne de fonctionnement du dispositif et un endommage ment du rotor. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif pour l'équilibrage d'un rotor, qui assurerait un bon passage des masses d'équilibrage des alésages excentriques vers les orifices d'entrée des chambres et leur introduction successive dans les chambres dans le sens allant du fond à l'orifice d'entrée. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif pour l'équilibrage d'un rotor, comprenant un disque pourvu de chambres destinées à recevoir les masses d'équilibrage et communiquant par leurs orifices d'entrée, et d'alésages excentriques par rapport à l'axe du disque et servant à diriger les masses d'équilibrage vers lesdites chambres, et un organe d'avance des masses d'équilibrage vers les alésages excentriques, disposé coaxialement au disque et constitué par une douille cylindrique à canaux dont les orifices de sortie débouchent à la surface de la douille et communiquent avec les alésages, caractérisé, suivant l'invention, en ce que chaque alésage renferme un mécanisme d'accrochage ou de captage des masses d'équilibrage et que chaque chambre renferme un mécanisme de distribution de ces masses dans la chambre. Le fait d'équiper le dispositif pour l'équilibrage du rotor d'un mécanisme d'accrochage des masses d'équilibrage et de le disposer de la façon décrite permet, dans une large gamme de vitesses de rotation, d'augmenter sensiblement la sûreté d'accrochage de chaque masse d'équilibrage ayant passé de l'organe d'avance dans l'alésage excentrique, afin de la diriger vers l'orifice d'entrée de la chambre. La présence et la disposition du mécanisme de distribution des masses d'équilibrage dans la chambre permettent d'assurer l'introduction successive des masses dans la chambre, d'utiliser plus rationnellemnet le volume intérieur de la chambre et d'éviter le coincement des masses individuelles dans l'orifice d'entrée de la chambre. Il est rationnel de réaliser le mécanisme d'accrochage ou de captage des masses d'équilibrage sous forme d'une plaque fixée dans l'alésage excentrique du disque et ayant une face à angle d'attaque inférieur à 900. La plaque montée de la façon décrite réduit considérablement le nombre de rotations à vide de la masse d'équilibrage dans l'alésage avant sa pénétration dans la chambre (à une rotation au maximum), ce qui assure une haute fiabi- lité du mécanisme d'accrochage. La race de la plaque ayant un angle d'attaque inférieur à 900 dévie la masse d'équilibrage, après le choc, vers l'orifice d'entrée de la chambre1 ce qui contribue à l'avacuation immédiate de la masse depuis l'alésage excentrique et rend impossible le9'collage" des masses lorsque la valeur des forces de glissement est insuffisante dans la zone de son insensibilité. L'angle de biseautage de la face est choisi en fonction de la vitesse de rotation du rotor et des dimensions de l'orifice d'entrée de la chambre. Il est rationnel de réaliser le mécanisme de distribution des masses d'équilibrage dans la chambre sous forme d'une plaque à ressort servant à diriger les masses d'équilibrage à l'intérieur de la chambre et-à obturer l'orifice d'entrée de cette dernière, et d'une butée articulée à ladite plaque et constituée par un demi-cylindre présentant, suivant une génératrice, un méplat contre lequel bute la plaque lorsque les forces centrifuges qui l'animent sont supérieures à la résistance du ressort. Le fait de réaliser la butée sous forme d'un demiclindre pouvant tourner autour de son propre axe permet de changer son angle de positionnement pendant le réglage afin de diriger les masses déviées par la plaque vers le fond de la chambre. A l'arrêt du rotor, la plaque mue par le ressort de rappel obture l'orifice d'entrée de la chambre, en assurant une fermeture hermétique de cette dernière et interdit le retour des masses d'équilibrage dans l'alésage excentrique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue d'ensemble schématique du dispositif pour l'équilibrage du rotor,conforme à l'invention (coupe transversale, avec arrachement partiel); - la figure 2 représente une coupe suivant II-II de la figure 1 (à échelle agrandie). Le dispositif revendiqué, servant, dans le cas considéré ici à titre non limitatif1 à équilibrer un organe tournant ou "rotor" d'une turbine et représenté sur la figure 1, comprend un disque 1 pourvu de chambres 2 destinées à recevoir les masses d'équilibrage 3 et communiquant par les orifices d'entrée 4 avec les alésages 5 réalisés excentriquement par rapport à l'axe du disque 1 et destinés à diriger les masses d'équilibrage 3 vers les chambres 2. Le dispositif comprend aussi un organe d'avance des masses d'équilibrage 3 vers les alésages excentriques 5, qui est constitué par une douille cylindrique 6 coaxiale au disque 1 et pourvu de canaux -7. Les orifices de sortie 8 des canaux 7 débouchent à la surface extérieure de la douille 6. Suivant l'invention, chaque alésage 5 contient un mécanisme d'accrochage ou de captage des masses d'équilibrage 3, et chaque chambre 2, un mécanisme de distribution des masses d'équilibrage dans la chambre 2. Chaque mécanisme de captage des masses d'équilibrage 3 comprend une plaque 9 fixée dans l'alésage excentrique 5 du disque 1 et ayant une face 10 à angle d'attaque vz inférieur à 900. Chaque mécanisme de distribution des masses d'équilibrage 3 dans la chabre 2 comprend une plaque 11 servant à diriger les masses d'équilibrage 3 à l'intérieur de la chambre 2 et à obturer l'orifice d'entrée 4 de la chambre 2 à l'aide d'un ressort de rappel 12. Le mécanisme comprend aussi une butée reliée à la plaque 11 au moyen d'une articulation 13 et constituant un demi-cylindre 14 présentant, suivant une génératrice, un méplat de limitation 15. Aux canaux 7 de la douille cylindrique 6 fixée dans le stator (non représenté sur la figure) aboutissent les tronçons de sortie de l'alimentateur 16 (figure 2) relié au doseur (non représenté) de masses d'équilibrage 3. De l'extérieur, l'étanchéité des chambres 2 est assurée au moyen de couvercles 17. On peut considérer à titre d'application du dispositif revendiqué un manchon d'accouplement de la ligne d'arbres (non représentée) d'une turbine à vapeur, présentant un disque tournant 1 emmanché sur un demi-manchon 1 8 et un organe d'avance des masses d'équilibrage fixé dans le carter (non represente) du palier d'appui. Le dispositif pour l'équilibrage du "rotor" fonctionne de la façon suivante. Lorsque le balourd doit être compensé sous un angle de phase quelconque, on détermine la masse d'équilibrage à placer dans une ou plusieurs chambres correspondantes destinées à recevoir les masses d'équilibrage. Si le vecteur de correction ne colncide pas avec la position de l'une des chambres, on remplit successivement deux ou plus de deux chambres de façon à obtenir le vecteur résultant en opposition de phase avec le balourd. Généralement, tout le processus d'équilibrage est contrôlé à l'aide de mesureurs normalisés permettant d'enregistrer l'amplitude et la phase des vibrations des chaises de paliers. Lorsque la turbine lancée atteint sa vitesse de rotation nominale, la plaque déviatrice 11 du mécanisme de distribution, mue par les forces centrifuges, surmonte la résistance du ressort de rappel 12 et bute contre le méplat 15 du demi-cylindre 14. Pour mettre en action le dispositif d'équilibrage du rotor de la turbine tournant dans le sens indiqué par la flèche A, le doseur de masses d'équilibrage envoie une dose de masses 3 vers le canal 7 correspondant de l'alimentateur 16. Sous l'effet de la force de pesanteur, la masse 3 tombe par l'orifice de sortie 8 du canal 7 dans l'alésage excentrique 5 du disque 1. Les forces centrifuges et de frottement serrent la masse 3 contre l'alésage excentrique 5, suivant son rayon extérieur, ou elle est reçue par le mécanisme d'accrochage. Après un choc élastique contre la face 10 de la plaque 9, la masse 3 se dirige suivant la flèche B vers l'orifice d'entrée 4-de la chambre 2, traverse cet orifice et rencontre le mécanisme de distribution. Déviée par la plaque 11 dans le sens de la flèche C, la masse 3 s'arrête dans la partie borgne de la chambre 2 et est serrée par les forces centrifuges contre le fond de la chambre. Lorsque le rotor s'arrête, le ressort de rappel 12 agit sur la plaque 11, qui obture l'orifice d'entrée 4 de la chambre 2 en interdisant le retour des masses 3 dans l'alésage excentrique 5. La masse excédentaire peut être évacuée du dispositif en enlevant les couvercles 17. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'équilibrage d'un organe tournant, du type comprenant un disque (1) pourvu de chambres (2) recevant des masses d'équilibrage (3) et communiquant par leurs orifices d'entrée (4) avec les alésages (5) destinés à diriger les masses d'équilibrage (3) vers les chambres (2) et réalisés excentriquement par rapport à l'axe du disque (1), e-t un organe d'avance des masses d'équilibrage (3) vers les alésages excentriques (5), disposé coaxialement au disque (1) et constitué par une douille cylindrique (6) comportant des canaux (7) dont les orifices de sortie (8) débouchent à la surface de la douille (6) et communiquent avec les alésages (5), caractérisé en ce que dans chaque alésage excentrique (5) est monté un mécanisme de captage des manses d'équiliraa.e (3), et dans chaque chambre (2), un mécanisme de distribution de ces masses (3) dans la chambre (2). 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de captage des masses d'équilibrage (3) comprend une plaque (9) fixée dans l'alésage excentrique (5) du disque (1) et ayant une face (10) à angle d'attaque (0 900. 3. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mécanisme de distribution des masses d'èquilibrage (3) dans la chambre (2) comprend une plaque (11) à ressort servant à diriger les masses d'équilibrage (3) à l'intérieur de la chambre (2) et à obturer l'orifice d'entrée (4) de la chambre (2), et une butée articulée à la plaque (11) et constituée par un demicylindre (14) présentant, suivant l'une de ses génératrices, un méplat (15). contre lequel bute la plaque (11)