Brevet FR2630213A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne le domaine des es- sais de tenue aux vibrations de constructions et d'équipe- ments, plus'particulièrement les dispositifs d'essai de te- nue aux vibrations de palettes de ventilateur. La présente invention trouvera son application dans les systèmes de ventilation utilisant des ventilateurs axiaux et centrifuges dans Les constructions mécaniques, dans l'aviation, dans la technique spatiale, dans la cons- truction navale, dans les industries de charbon et de pétro- le. On connaît bien un dispositif pour essais program- més des palettes d'un ventilateur centrifuge qui comprend un bloc à programme aux sorties duquel sont branchées un circuit de charge dynamique des palettes du ventilateur et un circuit de charge statique des palettes du ventilateur, chacun de ces circuits comportant en série un bloc de comparaison, un bloc de commande et un moteur électrique. L'arbre du moteur élec- trique du circuit de charge statique porte la roue de ventila- teur à essayer. Le moteur électrique du circuit de charge dy- namique des palettes est mécaniquement relié au cylindre inté- rieur d'un excitateur aérodynamique introduit dans la tubulu- re d'entrée du ventilateur. Sur la palette du ventilateur se trouve un capteur extensométrique dont la sortie est branchée, vie un amplificateur de composante statique des contraintes dans la palette, un amplificateur de composante dynamique des contraintes dans la palette et un amplificateur d'adaptation, sur un bloc de comparaison du circuit de charge dynamique des palettes. La sortie de l'amplificateur de la composante dyna- mique des contraintes dans la palette est branchée sur une deuxième entrée d'un additionneur. La sortie de l'addition- neur est branchée, via l'amplificateur d'adaptation, sur le bloc de comparaison du circuit de charge statique des palet- tes, Le moteur électrique du circuit de charge dynamique des palettes met le cylindre intérieur de l'excitateur aérodyna- mique dans une position déterminée imposée par le bloc à programme. Le bloc de commande du circuit de charge statique agit sur le moteur électrique sur l'arbre duquel la roue a palettes du ventilateur tourne avec un nombre de tours par minute déterminé. Sur le capteur extensométrique, on prélève un signal portant l'information sur les composantes statique et dynamique des contraintes dans la palette, ce signal est os05 comparé avec celui de consigne et le signal différentiel agit sur le bloc de commande. Ce dispositif exige une grande durée des essais de tenue aux vibrations. Le dispositif ne donne pas de possibilité d'essayer la palette de ventilateur à sa fréquence de résonance, à la- quelle l'amplitude d'oscillations de la palette du ventilateur et, par conséquent, les contraintes mécaniques survenant dans le matériau de la palette deviennent maximales. L'invention vise à proposer un dispositif d'essai de tenue aux vibrations de palettes de ventilateur qui permet de les essayer à la fréquence de résonance de la palette du ventilateur, ce qui permet d'améliorer la fiabilité des palet- tes du ventilateur. Le problème posé est résolu à l'aide d'un disposi- tif d'essai de tenue aux vibrations de palettes de ventila- teur comportant un moteur électrique dont l'arbre- porte la roue à palettes d'un ventilateur à essayer et dont l'entrée est branchée sur la sortie d'un bloc de commande, et un cap- teur extensométrique monté sur la palette du ventilateur et dont la sortie est branchée sur l'entrée d'un premier amplifi- cateur d'adaptation, caractérisé en ce qu'il comporte en ou- tre un bloc de détection de la fréquence de résonance de la palette du ventilateur, dont l'entrée est branchée sur la sor- tie du premier amplificateur d'adaptation, et un bloc d'entre- tien de la fréquence de résonance de vibrations de la palette du ventilateur, dont les entrées sont branchées sur les sor- ties du bloc de détection de la fréquence de résonance de vi- brations de la palette du ventilateur et la sortie, sur l'en- trée du bloc de commande, Le bloc de détection de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette du ventilateur comporte avanta- geusement, en série, un redresseur à deux alternances dont l'entrée est reliée à la sortie du premier amplificateur d'a- daptation, un filtre de lissage, un bloc de différentiation, un indicateur de zéro et un premier élément de commutation. Par ailleurs, il est avantageux que le bloc d'en- tretien de la fréquence de résonance de vibrations de la pa- lette du ventilateur comporte, mis en série, un capteur de pression du courant d'air monté sur la palette du ventilateur, un deuxième amplificateur d'adaptation,-un premier formateur d'impulsions rectangulaires, un détecteur de différence de phase dont la sortie est branchée sur la première entrée d'un circuit de comparaison et, par un deuxième élément de commu- tation, l'entrée de commande duquel est reliée à la sortie de l'indicateur de zéro du bloc de détection de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette du ventilateur, sur l'entrée d'un bloc de mémorisation dont la sortie est bran- chée sur la deuxième entrée dudit circuit de comparaison, et la sortie du circuit de comparaison est branchée, par un troi- sième élément de commutation, dont l'entrée de commande est reliée à la sortie de l'indicateur de zéro du bloc de détec- tion de la fréquence de résonance d'oscillations de la palet- te du ventilateur, sur la première entrée d'un intégrateur dont la deuxième entrée-est branchée sur la sortie du premier élément de commutation du bloc de détection de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette du ventilateur et la sortie, sur l'entrée du bloc de commande, ledit bloc d'en- tretien de la fréquence de résonance comportant aussi un deu- xième formateur d'impulsions rectangulaires dont l'entrée est branchée sur la sortie du premier amplificateur d'adapta- tion et la sortie, sur la deuxième entree du détecteur de différence de phase. L'utilisation de la présente invention permettra d'élever la fiabilité des palettes de ventilateur, notamment leur tenue aux vibrations et la stabilité de leur comporte- ment en présence de vibrations, grâce à des essais des palet- tes de ventilateur aux régimes de résonance de vibrations et au maintien automatique du régime de résonance de vibrations de palettes avec une haute précision.. L'invention ressortira de la description qui suit d'un exemple concret du dispositif d'essais de tenue aux vi- brations de palettes de ventilateur schématisé sur les des- sins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un moteur électrique avec, fixée sur son arbre, une roue à palettes de ventilateur, conformément à l'invention; - la figure 2 représente le schéma synoptique d'un dis- positif selon l'invention. Le dispositif d'essai de tenue aux vibrations de palettes de ventilateur comporte un moteur électrique 1 (fig. 1) dont l'arbre 2 porte une roue à palettes 3 d'un ventila- teur axial 4 à essayer. L'ouverture d'entrée 5 de la chemise 6 du ventilateur 4 abrite un excitateur aérodynamique 7 réa- lisé sous forme d'un disque plat à fentes. Dans la variante d'essai d'un ventilateur centri- fuge, il est possible de réaliser l'excitateur aérodynamique sous forme d'un cylindre avec baies. Les bornes d'entrée du moteur électrique 1 sont branchées à la sortie d'un bloc de commande 8. Le bloc de commande 8 est réalisé suivant un mode connu ("Guide de la technique de conversion" ("Spravochnik po preobrazonvatelnoi tekhnike") par Chizhenko I.M., 1978, "Tekhnika" /Kiev/, pp. 377 à 389). Une palette 9 du ventilateur 4 porte un capteur extensométrique 10 et un capteur 11 de pression du courant d'air. La sortie du capteur extensométrique 10 est branchée sur l'entrée d'un premier amplificateur d'adaptation 12 (fig. 2). La sortie du premier amplificateur d'adaptation: 12 est reliée à l'entrée d'un bloc 13 de détection de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette du ven- tilateur. Le dispositif comporte églament un bloc 14 d'en- tretien de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette de ventilateur, les entrées duiblo14 étant branchées sur les sorties du bloc 13 de détection de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette de ventilateur et la sortie, sur l'entrée du bloc de commande 8, Le bloc 13 de détection de la fréquence de résonan- ce de la palette du ventilateur comporte, mis en série, un re- dresseur à deux alternances 15, dont l'entrée est branchée sur la sortie du premier amplificateur d'adaptation 12, un filtre de lissage 16, un bloc de différentiation 17, un indicateur de zéro 18 et un premier élément de commutation 19, Le bloc 14 d'entretien de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette de ventilateur comporte, mis en série, un capteur 11 de pression du courant d'air, un deuxième amplificateur d'adaptation 20, un premier formateur 21 d'im- pulsions rectangulaires 21, un détecteur de différence de pha- se 22, dont la sortie est branchée sur la première entrée d'un circuit de comparaison 23 et sur la première entrée de comman- de d'un deuxième élément de commutation 24. La deuxième entree de commande du deuxième élément de commutation 24 est reliée à la sortie de l'indicateur de zéro 18 du bloc 13. La sortie du deuxième élément de commutation 24 est branchée sur l'en- trée d'un bloc de mémorisation 25. La-sortie du bloc de mémo- risation 25 est branchée sur la deuxième entrée du circuit de comparaison 23. La sortie du circuit de comparaison 23 est branchée sur la première entrée de commande d'un troisième élément de commutation 26, La deuxième entrée de commande du troisième élément de commutation 26 est branchée sur la sor- tie de l'indicateur de zéro 18 du bloc 13, La sortie du troi- sième élément de commutation 26 est branchée sur la première entree d'un intégrateur 27. La deuxième entrée de l'intégra- teur 27 est reliée à la sortie du premier élément de commuta- tion 19 du bloc 13, La sortie de l'intégrateur 27 est bran- chée sur l'entrée du bloc de commande 8. Le bloc 14 d'entre- tien de la fréquence de résonance de vibrations de la palet- te de ventilateur comporte également un deuxième formateur d'impulsions rectangulaires 28 dont l'entrée est branchée * sur la sortie du premier amplificateur d'adaptation 12 et la sortie, sur la deuxième entrée du détecteur de différence de phase 22, Le dispositif d'essai de tenue aux vibrations de palettes de ventilateur fonctionne de la façon suivante. Au départ, les éléments de commutation 19 (fig. 2), 24 et 26 sont ouverts, Avec l'arrivée d'un signal de démarrage P sur la première entrée de commande, les éléments de commuta- tion 19 et 24 se ferment. L'entrée de l'intégrateur 27 reçoit une tension de référence U0O Le signal électrique de sortie de l'intégrateur 27 agit, par l'intermédiaire du bloc de com- mande 8, sur le moteur électrique 1 (fig. 1) en faisant tour- ner son arbre 2. Le courant d'air aérodynamique produit par le ventilateur 4 passe par les fentes de l'excitateur aérody- namique 7 et agit sur les pales 9 en provoquant leurs vibra- tions forcées qui sont converties par le capteur extensométri- que 10 en un signal électrique. Le capteur 11 de pression du courant d'air convertit en un signal électrique la pression du courant d'air agissant sur la palette 9, Le signal du cap- teur 11 arrive, via le deuxième amplificateur d'adaptation 20 (fig. 2) du bloc 14 de détection de la fréquence de résonance de vibrations de la palette de ventilateur, vers l'entrée du premier formateur d'impulsions rectangulaires 21. Le signal du capteur extensométrique 10 arrive, via le premier amplifi- cateur d'adaptation 12, vers le redresseur à deux alternances du bloc 13 de détection de la fréquence de résonance de vibration de la palette du ventilateur. Le signal redressé passe par le filtre de lissage 16 oa sont supprimées les com- posantes HF du signal et attaque le bloc de différentiation 17. A une fréquence de vibrations de la palette 9 (fig. 1) du ventilateur 4 inférieure à celle de résonance, le signal de sortie du bloc de différentiation 17 (fig. 2) est positive, alors qu'à l'augmentation de la fréquence de vibrations de la palette 9 (fig, 1) et de la vitesse de ro- tation du ventilateur 9, l'amplitude de vibrations forcées de la palette 9 et le signal de sortie du filtre de lissage 16 (fig, 2) croit en continu, le signal de sortie du bloc de différentiation 17 diminue, Le signal de sortie de l'intégrateur 27 et la vi- tesse de rotation de l'arbre 2 (fig. 1) du moteur électrique 1 croissent jusqu'au moment o le signal à la sortie du bloc de différentiation 17 (fig. 2) devient nul, ce qui a lieu en présence d'oscillations de résonance de la palette 9 (fig. 1). Dans ce cas, l'indicateur de zéro 18 (fig. 2) est déclenché et produit un signal qui ouvre l'élément de commutation 19 (la tension de référence U est coupée), ouvre l'élément de O commutation 24 (la liaison entre les blocs 22 et 25 est cou- pée) et ferme l'élément de commutation 26. L'élément de com- mutation 26 met le circuit de comparaison 23 du bloc 14 sur l'entrée de l'intégrateur 27. L'élément de commutation 24 s'ouvre lorsque les vibrations de la palette 9 se mettent en résonance. Par conséquent, le bloc de mémorisation 25 mémori- se la valeur du signal de sortie Ur du détecteur de différen- ce de phase 22 qu'il fournit en cas d'oscillations de réso- nance des palettes 9 (fig. 1) du ventilateur 4 et dont la va- leur est proportionnelle à la différence de phase entre les signaux de sortie des formateurs d'impulsions rectangulaires 21 et 28 (fig. 2) correspondant à la différence de phase en- tre l'action du courant aérodynamique arrivant par les fentes de l'excitateur aérodynamique 7 (fig. 1) et les vibrations forcées de la palette 9 du ventilateur 4. Au moment de fermeture des éléments de commutation 19, 24 et 26 (fig. 2), le signal de sortie du circuit de com- paraison 23 est égal à zéro parce que ses entrées sont atta- quées par les signaux du détecteur de différence de phases 22 et du bloc de mémorisation 25 proportionnels à la valeur de résonance de la différence de phase entre les signaux de sortie des formateurs d'impulsions rectangulaires 21 et-28. Durant les essais, les caractéristiques de rigi- dité et d'amortissement de la palette 9 (fig. 1) varient en permanence, Cette variation nécessite un réglage continu de la vitesse de rotation de l'arbre 2 du moteur électrique 1, c'est-à-dire de la fréquence du courant aérodynamique agis- sant sur la palette 9, pour réaliser les essais de la palet- te 9 à la fréquence de résonance de vibrations La valeur de résonance de la différence de phase (la différence de phase en présence de vibrations de résonance de la palette 9) des signaux des formateurs d'impulsions rectangulaires 2630? 13 21 et 28 (fig. 2), qui caractérise la palette 9 (fig. 1) donnée du ventilateur 4 et ne dépend pas pratiquement de la variation des caractéristiques de rigidité et d'amortisse- ment de la palette 9, a été déterminée par le bloc 13 (fig. 2), mémorisée par le bloc de mémorisation 25 et est automa- tiquement entretenue par le bloc 14. Par exemple, dans le cas o, sous l'action sur le régime d'essai de facteurs dé- stabilisants, la fréquence de vibrations de la palette 9 (fig. 1) diminue U =,r' la vitesse de rotation de l'arbre 2 du moteur électrique 1 accroit automatiquement du fait de l'élévation du niveau du signal de sortie de l'intégrateur 27 (fig. 2) par suite de l'apparition à la sortie du circuit de comparaison 23 d'un signal de polarité positive. La ca- ractéristique phase-fréquence de la palette 9 (fig. 1) du ventilateur 4 revêt un caractère uniforme continu, par consé- quent, à la variation de la fréquence de vibrations de la pa- lette 9, la différence de phase entre les signaux de sortie des formateurs d'impulsions rectangulaires 21 et 28 (fig. 2) est inférieure à la différence de phase entre ces signaux à la fréquence de résonance) = br de la palette 9 (fig. 1) du ventilateur 4. C'est pourquoi le signal de sortie du détec- teur de différence de phase 22 (fig. 2) devient inférieur à la valeur U et la sortie du circuit de comparaison 23 déga- r ge un signal de polarité positive, ce qui entraîne l'augmen- tation des niveaux des signaux de sortie de l'intégrateur 27 et du bloc de commande 8 et l'élévation de la vitesse de ro- tation de l'arbre 2 du moteur électrique 1. La vitesse de rotation de l'arbre 2 du moteur électrique 1 croit alors jusqu'au moment o la différence de phases entre les signaux de sortie des conformateurs 21 et 28 (fig. 2) d'impulsions rectangulaires atteigne sa valeur de résonance et le signal de sortie du détecteur de différence de phase 22 atteigne la valeur Ur, Dans ce cas, le signal de sortie du circuit de comparaison 23 redevient nul et les signaux de sortie de l'intégrateur 27 et du bloc de commande 8 cessent de varier. Ainsi, le bloc 14 assure un entretien automatique de la fré- quence de résonance de vibrations de la palette du ventila- teur à haute précision. Les vibrations de palette de la roue de ventila- teur étant à la fréquence de résonance, les essais de tenue aux vibrations sont faits aux contraintes mécaniques maxima- les dans le matériau de la palette, ce qui permet de réduire la durée des essais. L'utilisation du dispositif permet d'élever la largeur de vie du ventilateur, REVENDICATIONS 1, Dispositif d'essais de tenue aux vibrations de palettes de-ventilateur comportant un moteur électrique (1), dont l'arbre (2) porte la roue à palettes (3) d'un ventila- teur (4) a essayer et dont l'entrée est branchée sur la sor- tie d'un bloc de commande (8), et un capteur extensométrique (10) monté sur une palette (9) du ventilateur (4) et dont la sortie est branchée sur l'entrée d'un premier amplificateur d'adaptation (12), caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un bloc (13) de détection de la fréquence de résonance de vi- brations de la palette du ventilateur, dont l'entrée est branchée sur la sortie du premier amplificateur d'adaptation (12), et un bloc (14) d'entretien de la fréquence de résonan- ce d'oscillations de la palette du ventilateur, dont les en- trées sont branchées sur les sorties du bloc (13) de détec- tion de la fréquence de résonance de vibrations de la palette du ventilateur et la sortie, sur l'entrée du bloc de commande (8). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le bloc (13) de détection de la fréquence de ré- sonance de vibrations de la p&lette du ventilateur comporte, mis en série, un redresseur à deux alternances (15) dont l'entrée est branchée sur la sortie du premier amplificateur d'adaptation (12), un filtre de lissage (16), un indicateur de zéro (18) et un premier élément de commutation (19). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le bloc (14) d'entretien de la fréquence de ré- sonance de vibrations de la palette de ventilateur comporte, mis en série, un capteur (11) de pression du courant d'air installé sur la palette (9) du ventilateur (4), un deuxième amplificateur d'adaptation (20), un premier formateur d'im- pulsions rectangulaires -(21),'un détecteur de différence de phase (22) dont la sortie est branchée sur la première en- trée d'un circuit de comparaison (23) et, par un deuxième élément de commutation (24), dont l'entrée de commande est branchée sur la sortie de l'indicateur de zéro (18) du bloc (13) de détection de la fréquence de résonance de la palet- te de ventilateur, est reliée à l'entrée d'un bloc de mémo- risation (25) dont la sortie est branchée sur la deuxième entrée du circuit de comparaison (23), alors que la sortie du circuit de comparaison (23) est reliée, par un troisième élément de commutation (26), dont l'entrée de commande est branchée sur la sortie de l'indicateur de zéro (18) du bloc (13) de détection de la fréquence de résonance de vibrations de la palette de ventilateur, à la première entrée d'un in- tégrateur (27) dont la deuxième entrée est branchée sur la sortie du premier élément de commutation (19) du bloc (13) de détection de la fréquence de résonance d'oscillations de la palette du ventilateur et la sortie, à l'entrée du bloc de commande (8), et que ledit bloc (14) comporte également un deuxième formateur d'impulsions rectangulaires (28) dont l'entrée est branchée sur la sortie du premier amplificateur d'adaptation (12) et la sortie, sur la deuxième entrée du détecteur de différence de phase (22).