Brevet FR2620051A1 — publié le 19890310

Machines tournantes de type pendulaire comportant au moins un dispositif d'amortissement. La présente invention concerne les machines tournantes de type pendulaire, c'est-à-dire munies d'une rotule oscillante à la partie supérieure du rotor qui permet à ce dernier de tourner suivant son axe principal d'inertie, même lorsque celui-ci ne coïncide pas avec l'axe géométrique du rotor. On sait que cette propriété des machines pendulaires leur permet de fonctionner, même lorsqu'il y a des balourds impor- tants, avec un niveau vibratoire nettement plus faible que celui des machines munies d'un palier rigide à chaque extrémité du rotor. Cette propriété destine tout particulièrement ces machines pendu- laires à la décantation et à l'essorage de solutions chargées; lesdites machines sont également très appréciées lorsque l'on doit décanter ou essorer des suspensions ou des solutions de matériaux nocifs,notamment radioactifs. L'expérience montre que, même lorsque le rotor est dimensionné de manière que la fréquence propre de flexion de l'arbre d'entraînement ne soit pas excitée, ce rotor est animé d'un mouvement pendulaire de basse fréquence dit mouvement de précession. En absence de tout amortissement spécifique, ce mouvement pendulaire de basse fréquence peut atteindre des ampli- tudes inadmissiblesnotamment dans le cas o, le rotor et le bâti étant séparés par une dalle de protection, l'arbre traverse ladite dalle par une ouverture avec un jeu réduit. Pour lutter contre ce mouvement pendulaire de basse fréquence, on a déjà décrit, par exemple dans le brevet français 8502012,divers systèmes d'amortissement. Selon un art antérieur connu, on a préconisé la combinaison de plusieurs amortisseurs verticaux (8, 18) agissant en association avec une pièce en forme de cuvette (20a) et d'un organe (7) en forme de cloche dont le bord inférieur se déplace dans une dépression (4a) pratiquée dans la dalle. On a également préconisé, selon un dispositif perfectionné, la combinaison de ces mêmes amortisseurs verticaux (18) agissant en association avec une pièce en forme de cuvette (20a) avec une seconde série d'amortisseurs (21) interposés entre Le paLier pen- duLaire (15) de l'arbre vertical (11) et Le bâti fixe (20) de La machine, concentriquement à L'extérieur de La première série usuelle d'amortisseurs (18). L'étude plus approfondie des phénomènes liés à ce mouvement pendulaire à conduit à constater: - d'une part que les systèmes d'amortissement primaires (tels que le système 8, 18 du brevet 8502012) ne permettaient pas la réalisation d'un amortissement suffisant pour surmonter les vibra- tions basses fréquences constatées; - d'autre part que le système supplémentaire d'amortisseurs verti- caux extérieurs (tels que 21 dans le brevet 8502012) introduisait certaines difficultés de constructions et de réalisations. L'objet selon la présente invention est donc un dispositif d'amortissement visant à surmonter le phénomène de précession décrit ci-dessus et les phénomènes de vibration à basse. fréquence qui y sont liés. L'invention concerne donc une machine tournante de type pendulaire comportant un arbre, lié à une cuve tournante et accouplé avec un moteur qui l'entraîne en rotation, ledit arbre étant entouré sur une partie de sa hauteur et relié à un moyeu solidaire d'une rotule permettant audit moyeu de suivre les mouvements d'inclinaison dudit arbre, caractérisée en ce que l'on dispose, au-dessous de ladite rotule, au moins deux amortisseurs de vibrations à basse fréquence disposés horizontalement et de façon radiale par rapport à l'arbre, chaque amortisseur étant fixé d'une part au moyeu et d'autre part à un bâti fixe. Le moyeu, entourant l'arbre, est relié à celui-ci au moyen de dispositifs tels que des roulements à billes; ainsi, le moyeu ne tourne pas lorsque l'axe est entraîné en rotation par le moteur. De plus, à la partie supérieure du moyeu, on peut fixer un plateau qui, éventuellement par l'intermédiaire de ressorts, facilitera le rappel du moyeu vers sa position d'équilibre verticale. La rotule peut être quelconque; elle est en elle- même connue. Chaque amortisseur disposé horizontalement et radia- lement est lié d'une part au moyeu et d'autre part à un bâti fixe. Ce bâti peut être quelconque mais doit présenter une résistance mécanique suffisante vis-à-vis des efforts qu'il subit. Ce bâti peut être indépendant de la machine proprement dite (il peut être par exemple constitué par un bloc de béton) ou faire partie de ladite machine; c'est ce mode de réalisation qui sera décrit dans l'exemple non limitatif illustrant l'invention. Il faut utiliser au moins deux amortisseurs; dans le cas o l'on emploie deux amortisseurs, il est préférable qu'ils soient disposés perpendiculairement, l'un par rapport à l'autre. Mais on peut également utiliser trois, quatre,..., amortisseurs, l'essentiel étant qu'ils soient régulièrement répartis. On pourra par des calculs simples déterminer un ordre de grandeur acceptable des caractéristiques des amortisseurs à utiliser en tenant compte notamment des dimensions et des carac- téristiques de structures de la machine, de balourds admissibles et des vitesses de rotation souhaitées ainsi que des déplacements acceptables (inclinaisons) de l'arbre. Ces amortisseurs pourront être des amortisseurs classiquement utilisés ou être des amortis- seurs actifs tels que décrits schématiquement ci-après. Il a été trouvé de plus qu'il n'était pas souhaitable, à l'aide des amortisseurs "basse fréquence" décrits ci-dessus, de chercher à amortir les mouvements du rotor dus au balourd tournant à haute vitesse dans la cuve et qui se traduisent, aux vitesses de rotation élevées de la machine, par des vibrations de haute fréquence. Pour éviter ainsi que les amortisseurs basse fréquence ne soient sollicités par lesdites vibrations à haute fréquence, on préconise selon l'invention l'utilisation de tampons élastiques convenables qui sont montés en série avec chaque amortisseur. Par un choix judicieux des caractéristiques élastiques de ces tampons, on a constaté que l'amortisseur proprement dit était sollicité lors des mouvements à basse fréquence du moyeu, tandis que les vibrations haute fréquence transmises audit moyeu étaient essen- tiellement absorbées par lesdits tampons élastiques. L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention; pour une bonne compréhension de l'art antérieur, on a reproduit, sur Les figures 1 et 2, les figures 1 et 2 du brevet 8502012; on a illustré schématiquement sur les figures 3 et 4 ledit exemple. La figure 3 est une coupe axiale schématique d'un mode de réalisation. La figure 4 montre en coupe un agencement d'un amor- tisseur "basse fréquence présentant en série deux tampons élastiques amortisseurs des vibrations "haute fréquence". Compte tenu de l'existence des figures 1 et 2 illus- trant l'art antérieur, les repères des figures 3 et 4 commencent au numéro 31. Sur la figure 3, on peut voir: - en 31 le moteur d'entraînement; ce moteur est monté sur un bâti 33 lui-même fixé sur une dalle de béton 45. - en 34 l'arbre d'entraînement qui est d'une part solidaire d'une cuve tournante 35 et d'autre part relié au moteur 31 à l'aide d'un accouplement élastique 32; cet accouplement élastique autorisera le pivotement angulaire de l'arbre 34 autour d'un point de pivotement situé au centre de la rotule. On notera que l'arbre 34 traverse la dalle de béton 45 grâce à une ouverture 46 dont le diamètre doit être suffisamment proche de celui de l'arbre pour assurer une certaine protec- tion de l'extérieur; cette faible différence de diamètre entre l'arbre et l'ouverture ayant pour conséquence l'impos- sibilité d'admettre, pour l'arbre, un pivotement angulaire trop important. - en 36 les deux roulements à billes relient l'arbre 34 au moyeu 37; ce moyeu est à son tour solidaire d'une articula- tion angulaire telle qu'une rotule 39; cette rotule,dont la partie fixe est rendue solidaire du bâti par une plate- forme 40, permet au moyeu un.pivotement autour de l'axe de ladite rotule; le moyeu est en outre pourvu à sa partie supérieured'un plateau 38 qui sert d'élément de rappel, éventuellement à l'aide de ressortsde compression 41, pour ramener le moyeu en position verticale; - en 42 les amortisseurs basse fréquence selon l'invention; ces amortisseurs, connus en eux-mêmes et dont les caracté- ristiques peuvent être déterminées par le calcul et l'expé- rimentation, relient donc la partie inférieure du moyeu 37 au bâti rigide 33; comme indiqué ci-dessus, ces amortisseurs sont disposés horizontalement (lorsque la machine est au repos) et radialement par rapport à l'arbre 34. Sur la figure 4, on peut voir en coupe schématique un agencement d'un amortisseur qui est muni, en série, de deux tampons élastiques assurant l'amortissement des vibrations haute fréquence. - Sur cette figure 4 - on retrouveen37 le moyeu, en 33 le bâti et en 42 l'amortis- seur basse fréquence; l'amortisseur utilisé, qui est de préférence un amortisseur télescopique hydraulique, est relié au moyeu 37 par l'articulation 43 et au bâti par l'intermé- diaire de tampons élastiques (lorsque l'on n'utilise pas de tampon élastique, l'amortisseur sera relié au bâti à l'aide d'une articulation non représentée); - on voit en 47 les deux tampons élastiques qui sont serrés sur le bâti 33 au moyen de deux rondelles 48 fixées sur la tige filetée 49 elle-même solidaire de l'amortisseur 42. A la place de l'amortisseur basse fréquence décrit précédemment, on peut avantageusement mettre en oeuvre des amortis- seurs hydrauliques passifs mais réglables. Ainsi l'amortisseur proprement dit peut être consti- tué d'un vérin à double effet blouclé sur lui-même et comportant sur ladite boucle une vanne de laminage qui permet un réglage de la variation de l'amortissement. Cette vanne peut être à réglage progres- sif ou à réglage par paliers successifs. Le principe pourrait être que le laminage au moyen de la vanne sera d'autant plus élevé que le mouvement de la rotule sera important. Dans le cas d'un réglage par paliers, on peut penser que trois positions sont suffisantes pour couvrir l'ensemble des condi- tions de marche. On mentionne très succinctement ci-après les caractéristiques chiffrées d'une machine selon l'invention: - La machine pendulaire est munie d'une cuve tournante (35) d'une masse de 400 kg et d'un diamètre de 1 m; ladite cuve est liée à un arbre (34) d'une masse de 300 kg; la distance du centre de rotation de la rotule (39) au centre de gravité de la cuve tournante (35) est de 2 m; - la vitesse nominale de rotation de la cuve est de 1500 tr/min ou 157 rd/s; - le balourd nominal de fonctionnement est de 2 kg; - le déplacement admissible de la cuve (déterminé par l'espace entre l'arbre (34) et l'ouverture (46) pratiquée dans la dalle (45) est de 10 mm; - les ressorts (41) introduisent une raideur angulaire de 1.105 Nm/rd. Dans ces conditions: - l'angle de pivotement de l'arbre, autour du centre de rotation de la rotule est, à la vitesse nominale, de 103 rd et le déplacement correspondant du centre de gravité de la cuve est de -3 2x 103 m; - le déplacement admissible de la cuve étant de 10 mm, l'angle de rotation maximum de l'arbre est de 5.10-3 rd; - donc le coefficient d'amortissement nécessaire pour le passage de la fréquence propre est de 0,1; la valeur de l'amortissement nécessaire est de 11 300 N/m/s; la pulsation de la fréquence propre est de 7,07 rd/s; - dans ces conditions, l'effort transmis au bâti (33) est de 200 N. REVENDICATIONS 1. Machine tournante de type pendulaire comportant un arbre (34), lié à une cuve tournante (35) et accouplé avec un moteur (31) qui L'entraîne en rotation, ledit arbre (34) étant entouré et relié à un moyeu (37) solidaire d'une articulation angulaire (ou rotule 39), ladite machine étant caractérisée en ce que l'on dispose, au-dessous de Ladite articulation angulaire (39), au moins deux amortisseurs (42) de vibrations à basse fréquence disposés horizontalement et de façon radiale par rapport à l'arbre, chaque amortisseur étant fixé d'une part audit moyeu (37) et d'autre part à un bâti fixe (33). 2. Machine selon la revendication 1, caractériséeen ce que chacun des amortisseurscomporte, en série avec ledit amor- tisseur basse fréquence proprement dit, au moins un tampon éLas- tique (47) amortisseur des vibrations de fréquence élevée.