Brevet FR2557974A1 — publié le 19850712

La présente invention concerne les constructions mécaniques, en particulier la construction d'appareil's à usages énergétiques,et a pour objet un dispositif pour l'équilibrage d'un organe tournant (appelé ci-après "rotor" ) de tels appareils. L'invention peut-être utilisée avec une efficacité maximale notamment pour l'équilibrage, en cours de fonctionnement, des équipements auxiliaires des générateurs de vapeur (ventilateurs de soufflage, extracteurs de fumées, soufflantes, etc.). En outre, L'invention peut être appliquée à l'équilibrage, pendant son fonctionnement, de tout organe tournant ou rotor ayant une partie en porte-à-faux dont l'accès est limité du fait des conditions spéciales d'exploitation de l'équipement concerné. On connaît un dispositif permettant d'effectuer l'équilibrage, en cours de fontionnement, d'un rotor travaillant dans un fluide gazeux exempt d'impuretés provoquant la formation de dépôts sur les surfaces de la voie parcourue par les masses d'équilibrage, par exemple dans le milieu de vapeur et de gaz d'une turbomachine, ou bien dans un aérosol d'huile pour turbines dans un carter de palier porteur Ce dispositif d'équilibrage connu comprend des chambres pour l'accumulation des masses d'équilibrage, situées suivant une génératrice du rotor et mises en communication par des voies via un alimentateur avec un moyen de dosage des masses d'équilibrage. Le dispositif connu en question comporte un disque fixé sur le rotor et dans la masse duquel sont réalisés des alésages excentrés par rapport à l'axe du rotor, ces alésages étant mis en communication avec des gorges circulaires réalisées sur la surface du disque concentriquement à l'axe du rotor. Les gorges sont mises en communication par des voies, par l'intermédiaire de l'alimentateur, avec le doseur de masses d'équilibrage. Les chambres de travail sont à leur tour mises en communication par des voies avec les chambres pour l'accumulation des masses d'équilibrage, réalisées dans la masse du disque sous la forme de trous borgnes qui sont fermés par un couvercle. Etant donné que les voies et les chambres d'équilibrage sont toujours en contact avec le fluide de travail, l'emploi de ce dispositif est limite aux organes tournants ou "rotors" des turbines à vapeur, des alternateurs, etc., dans lesquels le fluide de travail ne contient pas d'impuretés susceptibles de former des dépôts solides. Le montage d'un tel dispositif dans les enceintes des ventilateurs, des extracteurs de fumées, etc., se heurte à des complications liées au fait que l'absence de protection desdites surfaces contre les dépôts solides cause leur érosion et l'obstruction des voies, ainsi que le coincement ou blocage des masses d'équilibrage dans la voie qu'elles parcourent, ce qui entraîne la rupture du dispositif et 11 impossibilité de son utilisation ultérieure. On s'est donc proposé de réaliser un dispositif pour l'équilibrage d'un rotor, qui pourrait être utilisé dans les machines fonctionnant avec des fluides fortement empoussiérés ou pollués. Ce problème est résolu grâce à un dispositif pour l'équilibrage d'un organe tournant ou "rotor", comprenant des chambres pour l'accumulation des masses d'équilibrage, disposées suivant une même génératrice du rotor et mises en communication par des voies, par l'intermédiaire d'un alimentateur, avec un moyen de dosage des masses d'équilibrage, dispositif dans lequel, d'après l'invention, il est prévu un mécanisme pour la distribution des masses d'équilibrage entre les voies, monté sur le rotor de façon à exclure la pénétration du fluide de travail dans les voies et les chambres d'équilibrage. La présente dudit mécanisme dans le dispositif pour l'équilibrage d'un rotor et sa disposition comme indiqué plus haut par rapport au fluide de travail, permettent d'utiliser le dispositif dans les machines fonctionnant avec des fluides fortement empoussiérés ou pollués, notamment dans les ventilateurs, les extracteurs de fumées et autres équipements auxiliaires des générateurs de vapeur. Il est avantageux que le mécanisme de distribution des masses d'équilibrage entre les voies soit monté hors de l'enceinte où se trouve le fluide de travail du rotor. Une telle disposition du mécanisme de distribution des masses d'équilibrage exclut le contact dudit fluide avec les surfaces des chambres et des voies sur le parcours des masses d'équilibrage et, par conséquent, prévient la formation de dépôts sur les parois des chambres et des voies. Une telle variante de realisation du dispositif est principalement destinée aux rotors à deux paliers, quand le mécanisme de répartition des masses d'équilibrage peut être fixé à l'un des bouts libres, ou bien monté dans un alésage du rotor. Pour assurer le cheminement des masses d'équilibrage et surmonter à cet effet les forces de frottement dans le champ de forces centriruges dans les parties horizontales des voies, il peut s'avérer nécessaire d'employer un fluide de transport, par exemple un gaz comprimé ou bien un liquide, captant une partie des masses d'équilibrage en aval du doseur. A cette fin, il est avantageux que le mécanisme de distribution des masses d'équilibrage entre les voies soit équipé d'une source de fluide de transport reliée au doseur de masses d'équilibrage. Pour l'équilibrage d'un rotor en porte à=faux de, par exemple, un ventilateur centrifuge, il est avantageux que le mécanisme pour la distribution des masses d'équilibrage entre les voies soit placé dans un boitier fixé au rotor et muni d'un dispositif d'étanchéité protégeant les voies et les chambres contre l'action du fluide de travail. Il est avantageux que le mécanisme pour la distribution des masses d'équilibrage entre les voies soit réalisé sous la forme d'une douille disposee coaxialement au rotor et comportant un alésage central, et d'un tiroir placé dans l'alésage de la douille et ayant un canal curviligne dont l'orifice d'entrée est en communication avec l'alimentateur, et l'orifice de sortie, avec l'orifice d'entrée de la voie correspondante, dans lequel, à l'instant considéré, arrivent les masses d'équilibrage. Une telle conception permet d'organiser facilement la distribution des masses d'équilibrage individuelles sous forme de boules, ou bien de portions dosées de suspensions de grosse granulométrie, à partir d'un seul doseur commun. Un tel agencement du mécanisme permet d'employer des dispositifs d'étanchéité simples et efficaces et, par cela-même, de supprimer pratiquement le contact de ses surfaces intérieures avec le fluide du rotor à équilibrer Le tiroir peut etre monté dans l'alésage de la douille avec possibilité de coulissement axial. Un tel tiroir est d'une utilisation particulièrement commode dans le cas de rotors à deux paliers, ayant des voies de longueur importante et de tracé compliqué, ainsi que lorsqu'il est souhaitable d'avoir un dispositif compact dans la direction radiale, incorporé dans le rotor, Au point de vue fabrication, il est avantageux que les déplacements angulaires du tiroir soient prévenus par une clavette montée dans l'alésage de la douille, le long d'une génératrice de celle-ci. L'emploi de cette clavette assure le centrage de la zone de sortie du canal du tiroir avec l'orifice d'entrée de la voie. Quand il s'agit d'équilibrer un rotor en porte-àfaux, il est avantageux que le tiroir soit monté dans l'alésage de la douille avec possibilité de déplacements angulaires. Une telle conception du tiroir est caractérisée par des voies courtes et de forme simple et par sa compacité dans la direction axiale, et elle permet d'assurer le chaminement des masses d'équilibrage dans le champ de forces centrifuges croissantes sur tout le parcours des masses d'équilibrage, de l'entrée du tiroir à leur arrivée dans la chambre. il est avantageux de prévoir aux bouts de la douille des roulements disposés suivant son axe longitudinal et provenant les déplacements axiaux du tiroir. Dans une telle conception, le tiroir et les orifices d'entrée des voies peuvent facilement être isolés de l'action du fluide de travail du rotor à l'aide de roulements étanches standards et de dispositifs d'étanchéité montés entre la zone de sortie de lalimentateur et i'entrée du canal du tiroir. Pour la rotation du tiroir il peut être prévu un actionneur réalisé de préférence sous la forme d'electroa aimants ayant une armature commune et des enroulements en nombre égal au nombre de chambres pour l'accumulation des masses d'équilibrage, l'armatureccmm.une étant montée sur le tiroir, et les enroulements, sur le rotor. Une telle solution technique assure un positionnement angulaire fiable du tiroir par rapport à la voie correspondante et ne requiert pas un équipement compliqué, comme par exemple, dans les actionneurs connus, ou bien des dispositifs de manoeuvre mécaniques. 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 dif férents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif , avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue d'ensemble d'un dispositif conforme à l'invention pour l'équilibrage du rotor à deux paliers d'un extracteur de fumées à deux ouïes (coupe longitudinale avec arrachement partiel) - la figure 2 représente schématiquement une vue d'ensemble d'un dispositif conforme à l'invention pour l'équilibrage du rotor en porte-à-faux d'un ventilateur centrifuge à une seule ouïe, servant au transport pneumatique de charbon pulvérisé (coupe longitudinale avec arrachement partiel) - la figure 3 représente schématiquement, à une échelle plus grande, une vue d'ensemble du mécanisme pour la distribution des masses d'équilibrage dans le dispositif pour l'équilibrage d'un rotor à deux paliers représenté sur la figure1(coupe longitudinale) - la figure 4 représente schématiquement, à une échelle plus grande, le mécanisme pour la distribution des masses d'équilibrage dans le dispositif pour l'équilibrage d'un rotor en porte-à-faux représenté sur la figure 2 (coupe longitudinale) - la figure 5 représente l'ensemble V de la figure 4, montrant le dispositif d'étanchéité du rotor et du boîtier, d'après l'invention (coupe longitudinale) - la figure 6 représente une vue en coupe suivant VI-VI de la figure 3 ;; - la figure 7 représente une vue en coupe suivant VII-VII de la figure 4. A titre d'exemple de réalisation du dispositif d'équilibrage faisant l'objet de l'invention, on considère ci-après le cas d'un rotor à deux paliers d'un extracteur de fumées à deux ouïes, et le cas d'un rotor en porte à aux de ventilateur centrifuge à une seule ouïe. Le dispositif conforme à l'invention pour l'équilibrage de l'organe tournant ou "rotor" à deux paliers d'un extracteur de fumées à deux ouïes, ou à aspiration bilaterale,représente sur la figure 1, comprend des chambres 1 pour l'accumulation des masses 2 d'équilibrage, disposées suivant une même génératrice du rotor. Les chambres 1 sont mises en communication par des voies 3, via un alimentateur 4, avec un moyen 5 de dosage des masses d'équilibrage 2. Le rotor est constitué par un aubage 6 avec un disque central 7 fixé à un moyeu 8. Le moyeu 8 est immobilisé en déplacement axial sur un arbre creux 9 par deux douilles coniques 10. Deux tourillons 11, emboîtés à force dans l'arbre 9, prennent appui sur des paliers lisses 12. Le dispositif conforme à l'invention pour l'équilibrage de l'organe tournant ou"rotor" en porte-à-faux d'un ventilateur centrifuge à une seule ouïe ou à aspiration unilatérale pour le transport pneumatique de charbon pulvérisé, représenté sur la figure 2, comprend des chambres 13 pour l'accumulation des masses 14 d'équilibrage, disposées suivant une même génératrice du rotor. Les chambres 13 sont mises en communication par des voies 15,via un alima tateur 16, avec un moyen (non représenté) de dosage des masses d'équilibrage 14, dont la conception est analogue à celle du doseur représenté sur la figure 1. Le rotor est constitué par un aubage 17 et un disque porteur 18 calé sur un arbre 19. D'après l'invention, le dispositif pour l'équilibrage du rotor comprend un mécanisme 20 (figures 1 et 3) et 21 (figures 2 et 4) pour la distribution des masses d'équilibrage 2 et 14, respectivement, aux voies 3 et 15, respectivement, ledit mécanisme étant monté sur le rotor de façon à exclure la pénétration du fluide véhiculé (fluide de travail) dans les voies 3 et 15 et les chambres 1 et 13. Dans la variante du dispositif d'équilibrage représentée sur la figure 1, le mécanisme 20 pour la distribution des masses d'équilibrage 2 entre les voies 3 est monté hors de l'enceinte où se trouve le fluide véhiculé du rotor, et il est équipé d'une source 22 l'alimentant en fluide de transport, raccordée au doseur 5 de masses d'equilibrage 2. Dans la variante du dispositif d'équilibrage représentée sur les figures 2 et 4, le mécanisme 21 pour la distribution des masses d'équilibrage 14 entre les voies 15 est logé dans un boîtier 23 fixé au rotor et l'isolant du fluide véhiculé à l'aide d'un dispositif d'étanchéité 24 (figure 5). Le mécanisme 20 (figures 1 et 3) pour la distribution des masses d'équilibrage 2 entre les voies 3 comprend une douille 25 coaxiale au rotor. Dans l'alésage 26 de cette douille est placé un tiroir 27 ayant un canal curviligne 28. L'orifice d'entrée 29 (figure 1) du tiroir 27 est mis en communication avec l'alïmentateur 4, et son orifice de sortie 30 (figure 3), avec l'orifice d'entrée 31 (figure 6) de la voie correspondante, dans laquelle arrivent au moment considéré les masses d'équilibrage 2. Le tiroir 27 est placé dans l'alésage 26 de la douille 25 de façon qu'il puisse y coulisser axialement. Pour cela , la douille 25 a dans son alésage 26 une rainure de clavetage 32 (figure 3) réalisée suivant une génératrice de la douille et dans laquelle est engagée une clavette 33 emboîtée à force dans le tiroir 27. Cette clavette 33 assure le positionnement angulaire du tiroir 27. Pour le déplacement du tiroir 27 dans la direction axiale, il est prévu un actionneur extérieur (non représenté) par exemple pneumatique. Les chambres 1 sont équipées d'une soupape de drainage (non représentée) pour le rejet du fluide de transport dans l'enceinte utile de l'extracteur de fumées, afin de créer une différence de pression sur le parcours des masses d'équilibrage 2. Dans le cas où les chambres doivent être déchargées sans arrêter le rotor, elles sont équipées de dispositifs de décharge (non représentés) de conception connue. Le mecanisme 21 (figures 2 et 4) pour la distribution des masses d'équilibrage 14 (figure 4) entre les voies 15 comprend une douille 34 coaxiale au rotor. Dans l'alésage 35 de cette douille 34 est placé un tiroir 36 ayant un canal curviligne 37. L'orifice d'entrée 38 du tiroir 36 est mis en communication avec l'alimentateur 16, tandis que son orifice de sortie 39 est mis-en communication avec l'entrée 40 (figure 7) de la voie 15 correspondante, dans laquelle arrivent au moment considéré les masses d'équilibrage 14. Le rotor 36 est placé dans l'alésage 35 de la douille 34 de façon qu'il puisse y exécuter des deplacements angulaires. Pour cela, dans les faces de la douille 34 sont montés des roulements 41 à obturation étanche, disposés suivant son axe et empêchant les déplacements du tiroir 36 dans la direction axiale. Pour faciliter la mise en coïncidence de l'orifice de sortie 39 du tiroir 36 avec l'orifice d'entrée 40 de la voie 15, il est prévu un cône d'entrée 42 adjacent à l'entrée 40 de la voie 15. Pour la rotation du tiroir 36, il est prévu un actionneur réalisé sous forme d'électroaimants ayant une armature 43 commune, montée sur le tiroir 36. Le nombre d'enroulements 44 des électroaimants correspond au nombre de chambres 13. Les enroulements 44 sont montes sur le disque 18 du rotor, suivant le meme rayon que l'armature 43. Le dispositif d'équilibrage fonctionne de la façon suivante. Quand il est nécessaire de compenser un balourd d'une phase quelconque, on détermine la masse d'équilibrage qui doit être placée dans une ou plusieurs chambres correspondantes d'accumulation des masses d'équilibrage. Si le vecteur de correction ne coïncide pas avec la disposition de l'une des chambres, on remplit successivement deux ou plus de deux chambres, de telle façon que le vecteur résultant soit en opposition de phase avec le balourd. Tous le processus d'équilibrage est contrôlé d'ordinaire à l'aide d'appareils standards mesurant l'amplitude et la phase des vibrations des paliers. Pour mettre en action le dispositif (figure 1) pour l'équilibrage du rotor à deux paliers d'un extracteur de fumées à deux ouïes, on met le tiroir 27 dans une position assurant le chargement d'une chambre 1 déterminée, c'est-à-dire que l'on met l'orifice de sortie 30 du tiroir 27 en coïncidence avec l'orifice d'entrée 31 de la voie 3 correspondante. Cela est obtenu en faisant coulisser le tiroir 27 dans l'alésage 26 de la douille 25, dans la direction axiale, à l'aide de l'actionneur extérieur (non représenté). L'accumulation des masses d'équilibrage 2 dans les chambres 1 s'effectue en faisant exécuter unombre de tours déterminé par calcul au doseur 5, lequel assure alternativement la prise d'une masse d'équilibrage 2 discrète et la mise en communication de l'alimentateur avec la source 22 d'alimentation en fluide de transport. Sous l'action de la surpression pneumatique ou hydraulique de transport, la masse d'équilibrage 2 passe à travers l'alimentateur 4, parcourt le canal curviligne 28 du tiroir 27, puis la voie 3, et arrive dans la chambre 1. Quand l'une des chambres 1 est complètement remplie, le rotor doit être arrêté pour la fixation à demeure sur le disque 7 d'une masse équivalente aux masses d'équilibrage 2 et pour le vidage de la chambre 1. Le fonctionnement du dispositif (figure 2) pour l'équilibrage du rotor en porte-à-faux d'un ventilateur centrifuge à une seule ouïe, dans lequel le disque 18 est monté en porte-à-faux, est analogue à celui du dispositif suivant la première variante. Pour mettre le dispositif en action, on met le tiroir 36 dans la position angulaire à laquelle la sortie 39 du canal curviligne 37 est en coïncidence avec l'entrée 40 de la voie 15 correspondante. Pour cela, on met sous tension l'enroulement 44 de l'électroaimant correspondant à la chambre 13 dans laquelle doivent etre chargées des masses d'équilibrage 14. L'armature 43 de l'électroaimant est attirée par l'enroulement 44 et le tiroir 46 tourne de l'angle requis. Ensuite le remplissage des chambres d'équilibrage 13 s'effectue de la même manière que dans la variante décrite plus haut. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'équilibrage d'un organe tournant, du type comprenant des chambres (1, 13) pour l'accumulation des masses d'équilibrage (2, 14) disposées suivant une même génératrice de l'organe tournant à équilibrer et mises en communication par des voies (3, 15), par l'intermédiaire d'un alimentateur (4, 16), avec un moyen (5) de dosage des masses d'équilibrage (2, 14), caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme (20, 21) pour la distribution des masses d'équilibrage (2, 14) entre les voies (3, 15), monté sur ledit organe tournant de façon à exclure la pénétration du fluide de travail dans les voies (3, 15) et les chambres (1, 13). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme (20) pour la distribution des masses d'équilibrage (2) entre les voies (3) est monté en dehors du fluide de travail du rotor. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le mécanisme (20) pour la distribution des masses d'équilibrage (2) entre les voies (3) est équipé d'une source (22) de fluide de transport, reliée au doseur (5) de masses d'équilibrage (2). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme (21 pour la distribution des masses d'équilibrage (14) entre les voies (15) est placé dans un boltier (23) fixé à l'organe tournant et muni d'un dispositif d'étanchéité (24) protégeant les voies (15) et les chambres (13) contre l'action du fluide de travail. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le mécanisme (20, 21) pour la distribution des masses d'équilibrage (2, 14) entre les voies (3, 15) comprend une douille (25, 34) coaxiale à l'organe tournant, et un tiroir (27, 36) placé dans l'alésage (26, 35) de la douille (25, 34), ledit tiroir (27, 36) ayant un canal curviligne (28, 37) dont l'entrée (29, 38) est en communication avec l'alimentateur (4, 16), et la sortie (30, 39), avec l'entrée (31, 40) de la voie (3, 15) correspondante, dans laquelle, aumoment considéré, arrivent les masses d'équilibrage (2, 14). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tiroir (27) est placé dans l'alésage (26) de la douille (25) de façon qu'il puisse y coulisser axialement. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la douille (25) comporte dans son alésage (26) une clavette (33) montée le long de sa génératrice et empêchant les déplacements angulaires du tiroir (27). 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tiroir (36) est placé dans l'alésage (35) de la douille (34) de façon qu'il puisse exécuter des mouvements angulaires. 9. Dispositf selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans les faces de la douille (34), suivant son axe, des roulements (41) empêchant les déplacements axiaux du tiroir (36). 10. Dispositif selon la revendication 9,caractérisé en ce qu'il est prévu, pour la rotation du tiroir (36), un actionneur réalisé sous forme d'électroaimants ayant une armature commune (43) et des enroulements (44) en nombre égal au nombre de chambres (13) pour l'accumulation des masses d'équilibrage (14), l'armature commune (43) étant montée sur le tiroir (36), et les enroulements (44), sur l'organe tournant à équilibrer.