Brevet FR2719897A1 — publié le 19951117

La présente invention concerne les machines tournantes de grandes dimensions à axe vertical telles que les turbo-pompes de production d'énergie électrique. Généralement, ces machines, ou groupes de machines, présentent un arbre creux, ou une ligne d'arbres creux. Lorsque la machine ou le groupe de machines a subi une avarie ou une intervention d'entretien, il est nécessaire de vérifier le positionnement de l'arbre ou de la ligne d'arbres. A cet effet, il est nécessaire de contrôler l'alignement de la ligne d'arbres, l'inclinaison de l'arbre avec son orientation et de déterminer l'effet manivelle de l'arbre. Dans le cas d'une turbo-pompe, cette opération de contrôle doit être faite lors du remontage des parties tournantes, à savoir le rotor de l'alternateur et la turbine. Il faut ensuite recontrôler l'ensemble du groupe en effectuant éventuellement un calage de correction. La présente invention se propose de fournir un procédé de mesure du positionnement d'un arbre creux vertical, ou d'une ligne d'arbres creux verticaux, qui soit fiable, qui nécessite peu de matériel et qui puisse être réalisé rapidement. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure du positionnement d'un arbre creux vertical d'une machine tournante caractérisé par les étapes suivantes - on fixe, au centre de la partie inférieure de l'arbre l'extrémité inférieure d'un fil de pendule inversé et on mesure ce centrage, ledit fil de pendule inversé étant disposé dans ledit arbre creux et son extrémité supérieure étant fixée à un support flottant disposé dans une cuve solidaire du support fixe de la machine tournante, on fixe un dispositif de télémesure optique (TOP) du pendule au-dessus de l'extrémité supérieure de l'arbre de la machine de façon solidaire de la partie fixe de la machine - on mesure la position dudit fil pour trois positions angulaires de l'arbre et l'on détermine le cercle passant par ces trois positions mesurées du fil, le centre de ce cercle définissant le centre de rotation de la partie inférieure de l'arbre ; - on fixe ledit fil de pendule inversé en un point de la partie supérieure de l'arbre qui est excentré par rapport au centre de ladite partie supérieure - on mesure la position du fil pour trois positions angulaires différentes de l'arbre et l'on détermine le cercle passant par ces trois positions mesurées du fil et dont le centre définit l'axe de rotation dudit point excentré de fixation du fil de pendule inversé, les différentes mesures et déterminations étant faites dans le même système d'axes et après stabilisation du fil ; et - on calcule l'orientation de l'arbre déterminée par la droite reliant les centres des deux cercles précités, la distance entre les centres des deux cercles précités dont le quotient par la longueur de l'arbre définit la pente de ce dernier et le rayon du premier cercle précité qui après correction de l'excentricité du point de fixation inférieur du fil, détermine le rayon de l'effet manivelle. Le centrage du point de fixation du fil du pendule dans la partie inférieure de l'arbre peut être mesuré avec le même dispositif que celui utilisé pour la position de l'arbre mais cette fois en faisant tourner la pièce de centrage du fil dans l'alésage inférieur de l'arbre et pour trois positions à 1200. Ce centrage exprimé en amplitude et orientation sera repéré dans le même système que celui de l'effet manivelle (repère angulaire solidaire de l'arbre). Cette opération s'effectuant à l'intérieur de l'arbre et au-dessus de ce dernier, elle est facile à mettre en oeuvre et peut être utilisée quelle que soit la géométrie du groupe. Par ailleurs, cette opération ne nécessite que l'utilisation d'un pendule inversé et d'un dispositif de mesure de la position du fil de ce pendule. Selon une autre caractéristique de l'invention, les trois positions angulaires de l'arbre sont réparties de manière régulière avec un écart angulaire d'environ 1200. Ceci permet d'améliorer la précision des mesures. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fil et le flotteur sont entourés par une gaine de protection contre les courants d'air. Ceci permet d'obtenir beaucoup plus rapidement la stabilisation du fil pour chaque mesure. Avantageusement, la rotation de l'arbre est commandée au moyen d'un câble dont une extrémité est fixée sur l'arbre, qui est enroulé sur ledit arbre et dont l'autre extrémité est solidaire d'un dispositif de traction, tel qu'un tire-fort. Ceci ne nécessite que l'utilisation d'un outil qui est toujours disponible dans une usine et qui peut être disposé à un endroit accessible de l'arbre ou de la ligne d'arbres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit d'un exemple de réalisation de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon 1 'in- vention, - les figures 2 et 3 illustrent deux étapes du procédé selon l'invention, - la figure 4 illustre les calculs qui sont effectués dans le procédé selon 1 invention, et - la figure 5 est une vue de détail du bas de la ligne d'arbres montrant le dispositif d'accrochage de l'extrémité inférieure du fil du pendule inverse. On voit sur la figure 1 une ligne d'arbres constituée de deux arbres creux verticaux, à savoir un arbre supérieur 1 d'un alternateur et un arbre inférieur 2 d'une turbine d'un groupe turbo-alternateur. Ces deux arbres sont accouplés aux moyens de plateaux d'accouplement 3. L'arbre de l'alternateur comporte deux paliers 4 et 5 et l'arbre de la turbine comporte un palier 6. A un endroit facilement accessible, on dispose un appareil de traction à câble tel qu'un tire-fort 7 qui est fixé sur la partie fixe du groupe et dont le câble est fixé sur l'arbre et enroulé sur ce dernier. Conformément à l'invention, on dispose un pendule inversé constitué par un fil 11 qui traverse la ligne d'arbres creux et dont l'extrémité inférieure 12 est fixée au centre de l'extrémité inférieure 13 de la ligne d'arbres. L'extrémité supérieure de ce fil de pendule 11 est solidaire d'un flotteur 13 qui est disposé dans une cuve 14 contenant du liquide tel que de l'huile. Ce récipient 14 est posé sur une potence 15 fixée à la partie supérieure du groupe sur la partie fixe de ce dernier. Le dispositif comporte également un capteur 16 de la position du fil 11 qui fait partie d'un dispositif de télémesure optique (TOP) disposé par exemple sous la potence 15,audessus de la ligne d'arbres. Le TOP est un système de stéréovision de type connu permettant de repérer la position d'un fil de pendule lié à une structure dont on doit assurer la surveillance des déformations sous contrainte. On prévoit également sur la partie supérieure 17 de la ligne d'arbres un barreau transversal 18 qui sert à la fixation du fil 11 comme cela sera expliqué plus bas. La figure 5 est une vue de détail en coupe représentant l'extrémité inférieure 13 de l'arbre creux 2 et elle illustre un mode de fixation de l'extrémité 12 du fil 11 du pendule inversé. Une plaque 21 est fixée à l'extrémité inférieure 3 de l'arbre 2 ; elle comporte un trou central 22 dans lequel s'engage une vis de centrage 23 qui comporte, à sa partie inférieure, un logement 24 dans lequel est disposé à pivotement un embout 25 en forme d'olive solidaire de l'extrémité 12 du câble 11. Conformément à l'invention, on effectue les opérations suivantes Tout d'abord, comme illustré schématiquement sur la figure 2, le fil 11 du pendule inversé est fixé simplement à son extrémité inférieure 12. On mesure alors la position de ce fil au moyen du capteur 16 pour trois positions angulaires différentes de la ligne d'arbres. Ces trois mesures permettent de déterminer un cercle dont le centre constitue en fait le centre de rotation de l'extrémité inférieure 12 du fil qui est fixé à la partie inférieure 13 de la ligne d'arbres et dont la position de centrage a été précisément mesurée (amplitude et orientation dans le "système arbre") selon la procédure définie précédemment, qui consiste à faire tourner la pièce de centrage 25 du câble il dans le logement 24 de la vis de centrage 23 fixée dans la plaque 21. Ce centrage est repéré dans le même système que celui de l'effet manivelle. Par conséquent, ces trois premières mesures permettent de déterminer l'axe de rotation du centre de la partie inférieure de la ligne d'arbres. Le rayon du cercle obtenu permettra de déterminer le rayon de l'effet mani velle après correction du décentrement du point de fixation du fil. Dans la deuxième étape, on fixe le fil du pendule inversé 11 à l'extrémité supérieure 17 de la ligne d'arbres au moyen du barreau transversal 18. Comme cela est illustré de manière exagérée sur la figure 3, ce point de fixation 19 est décentré par rapport au centre de l'extrémité supérieure 17 de la ligne d'arbres. On effectue encore trois mesures, dans des positions angulaires différentes, de la position du fil de pendule inversé 11 et on détermine également, à partir de ces trois positions, un cercle dont le centre définit l'axe de rotation de la partie supérieure de la ligne d'arbres. Les mesures sont effectuées lorsque l'arbre est arrêté ; il est entraîné en rotation en actionnant le tire-fort 7. Lorsque l'on est parvenu à la position de mesure désirée, ce tire-fort est détendu de manière à ne pas faire subir de contraintes à la ligne d'arbres. Pour faciliter la rotation de l'arbre, on peut injecter un film d'huile au niveau du pivot support de la ligne d'arbres. La fixation du fil 11 pendant cette deuxième étape peut être réalisée au moyen d'un serre-joint solidaire du barreau 18. La figure 4 illustre les traitements qui sont effectués sur les mesures fournies par le capteur 16. Les points P4, P5 et P6 correspondent aux mesures effectuées dans la première étape du procédé selon l'invention et concernent la partie inférieure de la ligne d'arbres. Les points P1, P2 et P3 sont les mesures effectuées dans la deuxième étape concernant la partie supérieure de la ligne d'arbres. Les mesures sont effectuées dans un même système d'axes x, y. Les points de mesure P4, P5 et P6 permettent de déterminer un cercle de rayon R et dont le centre 02 a pour coordonnées x2 et y2. Les trois points de mesure P1, P2 et P3 permettent de déterminer un cercle dont le centre 01 a pour coordonnées xl et yl. Les centres 01 et 02 définissent respectivement l'axe de rotation du point de fixation décentré 19 de la partie supérieure 17 et l'axe de rotation du centre de la partie inférieure 13 de la ligne d'arbres. La droite passant par ces deux centres 01 et 02 définit l'orientation de l'inclinaison de l'arbre. La distance entre les deux centres 01 et 02 permet de déterminer la pente de l'arbre qui est égale au quotient de cette distance par la longueur totale de l'arbre L. Le rayon R du cercle de rotation du centre de la partie inférieure 13 de la ligne d'arbres détermine, après correction du décentrement du point de fixation inférieur 19, le rayon de l'effet manivelle. A partir de ces valeurs, on peut calculer les réglages ou calages à effectuer pour repositionner correctement la ligne d'arbres. Les différentes mesures et calculs sont exploités par un système informatique, au moyen d'un logiciel spécialisé. Avantageusement, on effectue dix mesures pour chacun des points précités et on effectue la moyenne de ces dix mesures. Ceci permet d'améliorer la précision du calcul du centre et du rayon des deux cercles. Par ailleurs, l'ensemble du fil du pendule et du flotteur est protégé par un film en matière synthétique afin d'éviter les courants d'air qui peuvent créer un effet de cheminée et perturber la mesure. Cette mesure est bien entendu effectuée lorsque l'on a obtenu la stabilité du flotteur 13. La Demanderesse a constaté que cette stabilité est obtenue après environ sept minutes dans la première étape précitée et après environ deux minutes dans la deuxième étape. Pour améliorer la précision, il est avantageux que les trois points de mesure pour chaque phase soient décalés angulairement d'environ 1200. Pour le calcul du rayon de l'effet manivelle, la correction du décentrement du point de fixation 19 tient compte de l'amplitude et de la direction angulaire de ce décentrement dans un repérage solidaire de l'arbre. La Demanderesse a constaté que la durée d'une mesure est d'environ 5 secondes. Les trois dernières mesures effectuées restent affichées sur un écran ; ceci permet de contrôler que le fil du pendule ne bouge pas entre deux acquisitions. L'invention permet d'obtenir avec une grande précision le positionnement d'un arbre creux ou d'une ligne d'arbres creux en utilisant un capteur dont la précision est de 1 centième de millimètre - sur la pente la précision sera de + 2/100 mm - sur l'effet manivelle la précision sera de + 2/100 mm. La Demanderesse a constaté également que ce dispositif de contrôle est fidèle puisque des mesures effectuées à trois semaines d'intervalle ont été identiques à 1 centième de millimètre près. Le procédé selon l'invention permet de mettre en évidence le plus imperceptible mouvement de la ligne d'arbres lors de la mise en place des pièces et notamment des alésages ; cette information est très précieuse lors des opérations de remontage. Le procédé selon l'invention permet de ne déposer le système qu'une seule fois par la dépose et la repose de l'écrou lors d'une opération d'entretien du groupe. Malgré le temps nécessaire à la stabilisation du fil, le procédé selon l'invention est rapide puisque l'ensemble des opérations peut être effectué en quelques minutes. La description ci-dessus d'un exemple de réalisation n'a été fournie qu'à titre illustratif et il est évident que l'on peut y apporter des modifications ou variantes sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. En particulier, on peut bien évidemment inverser les deux phases de mesures citées ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure du positionnement d'un arbre creux vertical d'une machine tournante, caractérisé par les étapes suivantes - on fixe, au centre de la partie inférieure de l'arbre (2) l'extrémité inférieure (12) d'un fil (11) de pendule inversé et on mesure ce centrage, ledit fil de pendule inversé étant disposé dans ledit arbre creux et son extrémité supérieure étant fixée à un support flottant (13) disposé dans une cuve (14) solidaire du support fixe de la machine tournante, on fixe un dispositif de télémesure optique (TOP) du pendule au-dessus de l'extrémité supérieure de l'arbre de la machine de façon solidaire de la partie fixe de la machine - on mesure la position dudit fil (11) pour trois positions angulaires (P4, P5, P6) de l'arbre (1, 2) et l'on détermine le cercle (R) passant par ces trois positions mesurées du fil, le centre de ce cercle définissant l'axe de rotation du centre de la partie inférieure (13) de l'arbre (2) - on fixe ledit fil (11) de pendule inversé en un point (19) de la partie supérieure (17) de l'arbre (1) qui est excentré par rapport au centre de ladite partie supérieure (17) - on mesure la position du fil (11) pour trois positions angulaires (P1, P2, P3) différentes de l'arbre et l'on détermine le cercle passant par ces trois positions mesurées du fil et dont le centre définit l'axe de rotation dudit point excentré de fixation du fil de pendule inversé, les différentes mesures et déterminations étant faites dans le même système d'axes (x, y) et après stabilisation du fil ; et - on calcule l'orientation de l'arbre déterminée par la droite reliant les centres (01, 02) des deux cercles précités, la distance entre les centres des deux cercles précités dont le quotient par la longueur de l'arbre (L) définit la pente de ce dernier et le rayon (R) du premier cercle précité qui, après correction de l'excentricité du point de fixation supérieur (19) du fil, détermine le rayon de l'effet manivelle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les trois positions angulaires (P1, P2, P3 ; P4, P5, P6) de l'arbre sont réparties de manière régulière avec un écart angulaire d'environ 1200. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décentrement du point de fixation (19) du fil (11) sur la partie supérieure (17) de l'arbre est faible. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil est entouré par une gaine de protection contre les courants d'air. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rotation de l'arbre (1, 2) est commandée au moyen d'un câble dont une extrémité est fixée sur l'arbre, qui est enroulé sur ledit arbre et dont l'autre extrémité est solidaire d'un dispositif de traction (7), tel qu'un tire-fort. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation excentrée (19) du fil à la partie supérieure de l'arbre est réalisée au moyen d'un barreau (18) fixé sur la partie supérieure (17) de l'arbre. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure (12) du fil (11) de pendule inversé est fixée à pivotement sur la face extérieure d'une plaque (21) fixée à la partie inférieure (13) de l'arbre (2) et comportant un trou central (22). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le trou central (22) de la plaque (21) est engagée une vis de centrage (23) qui comporte un logement (24) dans lequel est disposé à pivotement un embout (25) solidaire de l'extrémité inférieure (12) du câble (11). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la mesure de centrage du point de fixation du fil du pendule inversé dans la partie inférieure de l'arbre est assurée en faisant tourner l'embout (25) de centrage du câble (11) dans le logement (24) de la vis de centrage (23) portée par la plaque (21) fixée à la partie inférieure de l'arbre (2).