Brevet FR2766988A1 — publié le 19990205

DISPOSITIF ET PROCEDE D'EOUILIBRAGE D'UN ROTOR DE MACHINE TOURNANTE RAPIDE l'invention concerne un dispositif et un procédé d'équilibrage d'un rotor de machine tournante. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif et un procédé d'équilibrage d'un rotor de machine tournante rapide, c'est à dire dont la vitesse de rotation est supérieure à 15000 tours par minute. Les balourds sont des déséquilibres dans le rotor tels que le centre de gravité du rotor se trouve pas sur l'axe de rotation. ces déséquilibres ont de fortes conséquences sur la fiabilité mécanique de la machine, sur le bruit généré, et sur les performances électriques de la machine. Des parties mécaniques telles que notamment les paliers de rotation, subissent une usure accélérée du fait des vibrations induites par le rotor déséquilibré mis en rotation. Cela est amplifié à certaines vitesses de rotation notamment lorsque les vibrations sont aux fréquences de résonance du rotor. Ces usures accélérées affectent les performances électriques de la machine. Ces vibrations sont aussi la source d'une augmentation du bruit de la machine tournante en fonctionnement. Tous les phénomènes décrits ci-dessus sont, bien entendu, d'autant plus prononcés que la vitesse de rotation du rotor est rapide. L'une des techniques d'équilibrage d'un rotor consiste à ramener le centre de gravité du rotor sur l'axe de rotation à l'aide de masses rapportées, judicieusement reparties sur le rotor. Un premier procédé consiste à équilibrer le rotor lors de sa fabrication, et, de le monter, déjà équilibré, dans la machine tournante. Pour les machines tournantes à vitesse rapide, un tel équilibrage ne peut être réalisé. En effet aux vitesses mis en jeu, la précision requise de l'équilibrage nécessite que celui-ci soit fait avec la machine en configuration de fonctionnement, de manière à prendre en compte les efforts statiques et dynamiques, mécanique et électromagnétique du stator, de la carcasse, et des accessoires constituant la machine, et le positionnement du rotor dans les paliers de rotation. D'autre procédé et dispositif permettent de réaliser un équilibrage de la machine montée, notamment pour des machines dont le rotor est enfermé de façon étanche dans la carcasse. Cependant, les dispositifs proposés sont très complexes, et très spécifiques, ce qui induit une fragilité, et une maintenance importante incompatibles avec des machines tournantes rapides de grandes séries comme des moteurs électriques rapides pour véhicules électriques. L'un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif d'équilibrage de machine tournante rapide, simple, peu coûteux, intégrable dans une chaîne de tests et de contrôles automatiques de la machine tournante en configuration de fonctionnement. A cet effet l'invention concerne un dispositif d'équilibrage d'un rotor de machine électrique tournante rapide en configuration de fonctionnement comprenant un rotor et un stator disposés dans une carcasse entourant et supportant le stator, ayant des flasques d'extrémité supportant les paliers du rotor, ledit dispositif d'équilibrage comprenant des masselottes de réduction du balourd statique et dynamique du rotor, disposées sur le rotor. Selon l'invention, le dispositif comprend au moins une gorge circulaire coaxiale avec l'axe de rotation, réalisée dans au moins une des faces transversales d'extrémité du rotor, les masselottes, disposées dans la gorge, étant bloquées en translation axiale et radiale par ladite gorge, et pouvant avoir un mouvement relatif angulaire, autour de l'axe de rotation par rapport au rotor, au moins une lumière réalisée dans le flasque d'extrémité du carter de la machine tournante en regard de la face transversale d'extrémité du rotor, positionné à la hauteur de la gorge de la face transversale d'extrémité du rotor, pour chaque masselotte, un moyen blocage/déblocage pour respectivement interdire autoriser ledit mouvement relatif angulaire de masselotte, un outil pour opérer sur le moyen de blocage/déblocage, et des moyens pour mesurer le déplacement angulaire du rotor. Dans une forme de réalisation, la gorge comprend une tranchée circulaire coaxiale ayant une coupe radiale en forme de "U" bloquant les masselottes, en translation radiale, l'ouverture annulaire de la forme en "U" étant partiellement fermée par une couronne coaxiale bloquant, en collaboration avec le fond de la gorge, les masselottes en translation axiale. la couronne coaxiale peut être une couronne rapportée solidarisée au rotor par frettage. Avantageusement les masselottes sont aux nombres de trois de masse m identique. Selon un mode de réalisation, le moyen de blocage comprend un trou fileté dans la masselotte et une vis destinée à être vissée dans le trou fileté, ledit trou étant réalisé sur la face de la masselotte en regard de la partie ouverte de l'ouverture annulaire de la forme en 'U". La lumière réalisée dans le flasque d'extrémité du carter de la machine tournante, en regard de la face transversale d'extrémité du rotor, est positionnée en regard de la partie ouverte de l'ouverture annulaire de la forme en "U". Le dispositif selon l'invention peut être un banc d'équilibrage automatisé comprenant des moyens automatiques pour bloquer ou débloquer les masselottes, des moyens de mise en rotation du rotor, des moyens de mesure automatiques pour mesurer le déplacement angulaire du rotor, et des moyens de calcul, de commande, et de synchronisation pour respectivement, calculer des balourds et des nouvelles positions des masselottes, commander le déplacement desdites masselottes dans des nouvelles positions et, synchroniser les mouvements des moyens automatiques pour bloquer ou débloquer les masselottes et des moyens de mise en rotation du rotor. L'invention concerne aussi un procédé d'équilibrage d'une machine électrique tournante rapide prête à fonctionner. on procède à l'équilibrage de la machine tournante en configuration de fonctionnement, sans démontage. Une des étapes du procédé consiste à déplacer une masselotte bloquée dans une nouvelle position angulaire relative. Pour cela on fait tourner le rotor jusqu'à ce que la masselotte soit en regard de la lumière; on autorise le mouvement angulaire relatif de la masselotte par déblocage de la masselotte en utilisant l'outil adapté pour le moyen de blocage/déblocage; on maintien la masselotte débloquée en regard de la lumière, on fait tourner le rotor du déplacement angulaire calculé, et on contrôle le déplacement angulaire avec les moyens pour mesurer le déplacement angulaire du rotor; on interdit le mouvement angulaire relatif de la masselotte par blocage de la masselotte en utilisant l'outil adapté pour le moyen de blocage/déblocage. Un exemple de réalisation du procédé complet est le suivant lors de l'étape de montage de la machine on a bloqué les masselottes dans des positions initiales connues; une fois la machine prête à fonctionner a/ on effectue des tests statiques et dynamiques, et on détermine les balourds statique et dynamique de la machine prête à fonctionner; b/ on calcule de nouvelles positions angulaires relatives des masselottes pour diminuer les balourds. c/ on répète les opérations a/ et b/ tant que les balourds statique et dynamique calculés sont supérieurs à des valeurs seuils préétablies. Bien entendu ces opérations peuvent être effectuées à l'aide d'un banc test automatique. Un premier avantage de la présente invention est de pouvoir assurer l'équilibrage de la machine tournante prête à fonctionner. Cela est très important dans le cas de machines tournantes rapides. Un autre avantage de la présente invention est de proposer un procédé d'équilibrage simple, adapté à la production de masse, pouvant, très facilement, et sans modifications majeures, s'adapter à des bancs de tests et de contrôles existants pour la validation des machines tournantes. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention résulteront de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une machine tournante pourvue d'un dispositif d'équilibrage selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'une face transversale d'extrémité du rotor pourvue d'une gorge et de masselottes selon le dispositif d'équilibrage de la présente invention. On appelle machine tournante prête à fonctionner une machine tournante complètement montée prête à être livrée. L'invention concerne un dispositif d'équilibrage d'un rotor 1 de machine électrique tournante rapide 2 prête à fonctionner, comprenant un rotor 1, et un stator 3 disposés dans une carcasse 4 entourant et supportant le stator 3. En outre la carcasse 4 comprend des flasques d'extrémité 5 supportant les paliers 6 du rotor 1. le dispositif d'équilibrage comprend des masselottes 7 de réduction du balourd statique et dynamique du rotor 1, montées sur le rotor 1 de telle manière que le centre d'inertie du rotor soit sensiblement situé sur l'axe 9 de rotation. Selon l'invention, le dispositif d'équilibrage comprend une gorge circulaire 8 coaxiale avec l'axe de rotation 9, réalisée dans au moins une des faces transversales 10 d'extrémité du rotor 1. Les masselottes 7, disposées dans la gorge 8, sont bloquées en translation axiale et radiale par la gorge 8. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures, la gorge circulaire 8 comprend une tranchée circulaire coaxiale 15 ayant une coupe radiale en forme de U" bloquant les masselottes 7 en translation radiale, l'ouverture annulaire de la forme en "U" étant partiellement fermée par une couronne coaxiale 16 bloquant, en collaboration avec le fond 17 de la gorge 8, les masselottes 7 en translation axiale. Un mode de réalisation du montage de la couronne coaxiale 16 consiste à rapporter la couronne 16 et à la solidariser au rotor 1 par frettage en ayant pris soin de monter au préalable les masselottes 7 dans la gorge 8. Les masselottes 7 sont libres selon un mouvement relatif angulaire autour de l'axe de rotation 9 par rapport au rotor 1. Préférentiellement, le dispositif selon l'invention comprend trois masselottes de masse m identique. En effet trois masselottes sont suffisantes pour l'équilibrage d'un objet tournant. Pour chaque masselotte 7, il est prévu un moyen de blocage/déblocage 12 pour respectivement interdire et autoriser le mouvement relatif angulaire de la masselotte 7. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures, le moyen de blocage/déblocage 12 comprend un trou fileté 18 dans la masselotte 7 et une vis 19 destinée à être vissée dans le trou fileté 18. Le trou fileté 18 est réalisé sur la face de la masselotte 7 en regard de la partie ouverte 20 de l'ouverture annulaire de la forme en "U". Le vissage de la vis 19 dans le trou fileté 18 est suffisant pour générer une dilatation de la masselotte 7 telle qu'elle soit bloquée par frottement contre les parois de la gorge 8 et de la couronne coaxiale 16. Le dispositif comprend, en outre, une lumière 11 réalisée dans le flasque d'extrémité 5 de la carcasse 4 de la machine tournante 2, en regard de la face transversale d'extrémité 10 du rotor 1. Cette lumière 11 est à la même distance de l'axe de rotation 9 que la gorge 8 de la face transversale d'extrémité 10 du rotor 1. De cette façon la partie ouverte 20 de l'ouverture annulaire de la forme en "U" en face de la lumière 11 est facilement accessible de l'extérieur de la carcasse 4 de la machine tournante 2. De même, le moyen de blocage/déblocage 12 des masselottes 7 situé dans la partie ouverte 20 de l'ouverture annulaire de la forme en "U" est facilement accessible de l'extérieur de la carcasse 4 de la machine tournante 2, à l'aide d'un outil 13 adapté. Dans le cas du système vis 19/ trou fileté 18, l'outil 13 peut être un simple tournevis, passant à travers la lumière 11. Afin de repérer la position angulaire relative des masselottes 7 sur le rotor 1, le dispositif comprend aussi des moyens 14 pour mesurer le déplacement angulaire du rotor 1. De cette manière il est possible de repérer la position des masselottes 7 les une par rapport aux autres et, durant le procédé d'équilibrage de repérer exactement le nouveau positionnement des dites masselottes 7. Bien évidemment, le dispositif d'équilibrage peut-être mis en oeuvre de façon manuelle ou automatique. Un dispositif d'équilibrage automatisé comprend des moyens mécaniques automatiques pour bloquer ou débloquer les masselottes, des moyens de mise en rotation du rotor et de mesure automatiques pour mesurer le déplacement angulaire du rotor, et des moyens de calcul, de commande, et de synchronisation pour respectivement, calculer des balourds et des nouvelles positions des masselottes, commander le déplacement desdites masselottes dans des nouvelles positions et, synchroniser les mouvements des moyens mécaniques automatiques pour bloquer ou débloquer les masselottes et des moyens de mise en rotation du rotor. L'invention concerne aussi un procédé d'équilibrage d'une machine électrique tournante rapide prête à fonctionner sans démontage de la machine. Dans le cas d'un dispositif d'équilibrage selon l'invention, pour déplacer une masselotte bloquée dans une nouvelle position angulaire relative, on fait tourner le rotor jusqu'à ce que la masselotte soit en regard de la lumière; on autorise le mouvement angulaire relatif de la masselotte par déblocage de la masselotte en utilisant l'outil adapté pour le moyen de blocage/déblocage; on maintien la masselotte débloquée en regard de la lumière, on fait tourner le rotor du déplacement angulaire calculé, et on contrôle le déplacement angulaire avec les moyens pour mesurer le déplacement angulaire du rotor; on interdit le mouvement angulaire relatif de la masselotte par blocage de la masselotte en utilisant l'outil adapté pour le moyen de blocage/déblocage. Cela donne pour l'ensemble du procédé les étapes suivantes les masselottes ont été bloquées dans des positions initiales connues lors de l'étape de montage de la machine; une fois la machine prête à fonctionner, a/ on effectue des tests statiques et dynamiques, et on détermine les balourds statique et dynamique de la machine prête à fonctionner; b/ on calcule de nouvelles positions angulaires relatives des masselottes pour diminuer les balourds statique et dynamique calculés, et on positionne les masselottes dans leur nouvelle position calculée; c/ on répète les opérations a/ et b/ tant que les balourds statique et dynamique calculés sont supérieurs à des valeurs seuils préétablies. Bien entendu ces opérations peuvent être effectuées à l'aide d'un banc test automatisé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme du métier sans que l'on s'écarte de l'invention. Par exemple le moyen de blocage/déblocage pour respectivement interdire et autoriser ledit mouvement relatif angulaire de la masselotte pourrait être un système à ressort venant plaquer la masselotte dans la gorges. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'équilibrage d'un rotor (1) de machine électrique tournante rapide (2) prête à fonctionner, comprenant un rotor (1), et un stator (3) disposés dans une carcasse (4) entourant et supportant le stator (3), ayant des flasques d'extrémité (5) supportant les paliers (6) du rotor (1), ledit dispositif d'équilibrage comprenant des masselottes (7) de réduction du balourd statique et dynamique du rotor (1), disposées sur le rotor (1), caractérisé en ce qu'il comprend une gorge circulaire coaxiale (8) avec l'axe de rotation (9), réalisée dans au moins une des faces transversales d'extrémité (10) du rotor (1), les masselottes (7), disposées dans la gorge (8), étant bloquées en translation axiale et radiale par ladite gorge (8), et pouvant avoir un mouvement relatif angulaire autour de l'axe de rotation 9, par rapport au rotor (1), au moins une lumière (11) réalisée dans le flasque d'extrémité (5) de la carcasse (4) de la machine tournante (2) en regard de la face transversale d'extrémité (10) du rotor (1) positionné en regard de la gorge (8) de la face transversale d'extrémité (10) du rotor (1), pour chaque masselotte (7), un moyen de blocage/déblocage (12) pour respectivement interdire et autoriser ledit mouvement relatif angulaire de la masselotte (7), un outil (13) pour opérer sur le moyen de blocage/déblocage (12), et des moyens (14) pour mesurer le déplacement angulaire du rotor (1). 2. Dispositif d'équilibrage selon la revendication 1 caractérisé en ce que la gorge (8) comprend une tranchée circulaire coaxiale (15) ayant une coupe radiale en forme de "U" bloquant les masselottes (7) en translation radiale, l'ouverture annulaire de la forme en "U" étant partiellement fermée par une couronne coaxiale (16) bloquant, en collaboration avec le fond (17) de la gorge (8), les masselottes (7) en translation axiale. 3. Dispositif d'équilibrage selon la revendication 2 caractérisé en ce que la couronne coaxiale (16) est une couronne rapportée solidarisée au rotor (1) par frettage. 4. Dispositif d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comprend trois masselottes (7) de masse m identique. 5. Dispositif d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que le moyen de blocage/déblocage (12) comprend un trou fileté (18) dans la masselotte (7) et une vis (19) destinée à être vissée dans le trou fileté (18), ledit trou (18) étant réalisé sur la face de la masselotte (7) en regard de la partie ouverte (20) de l'ouverture annulaire de la forme en "U". 6. Dispositif d'équilibrage selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comprend au moins une lumière (11) réalisée dans le flasque d'extrémité (5) de la carcasse (4) de la machine tournante (2) , en regard de la face transversale d'extrémité (10) du rotor (1), positionnée en regard de la partie ouverte (20) de l'ouverture annulaire de la forme en "U". 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce qu'il comprend un banc d'équilibrage automatisé comprenant des moyens mécaniques automatiques pour bloquer ou débloquer les masselottes, des moyens de mise en rotation du rotor et de mesure automatiques pour mesurer le déplacement angulaire du rotor, et des moyens de calcul, de commande, et de synchronisation pour respectivement, calculer des balourds et des nouvelles positions des masselottes, commander le déplacement desdites masselottes dans des nouvelles positions et, synchroniser les mouvements des moyens mécaniques automatiques pour bloquer ou débloquer les masselottes et des moyens de mise en rotation du rotor. 8. Procédé d'équilibrage d'une machine électrique tournante rapide prête à fonctionner, caractérisé en ce qu'on équilibre la machine tournante sans démontage de la machine. 9. Procédé d'équilibrage selon la revendication 8, d'une machine électrique tournante rapide prête à fonctionner, comprenant un rotor, et un stator disposés dans une carcasse entourant et supportant le stator, ayant des flasques d'extrémité supportant les paliers du rotor; un dispositif équilibrage comprenant une gorge circulaire coaxiale avec l'axe de rotation, réalisée dans au moins une des faces transversales d'extrémité du rotor, des masselottes de réduction du balourd statique et dynamique du rotor, disposées dans la gorge, bloquées en translation axiale et radiale par ladite gorge, et pouvant avoir un mouvement relatif angulaire autour de l'axe de rotation par rapport au rotor, pour chaque masselotte, un moyen de blocage/déblocage pour respectivement interdire et autoriser un mouvement relatif angulaire de la masselotte, et au moins une lumière réalisée dans le flasque d'extrémité de la carcasse en regard de la face transversale d'extrémité du rotor, positionné en regard de la gorge de la face transversale d'extrémité du rotor, ledit procédé étant caractérisé en ce que pour déplacer une masselotte bloquée dans une nouvelle position angulaire relative, on fait tourner le rotor jusqu'à ce que la masselotte soit en regard de la lumière; on autorise le mouvement angulaire relatif de la masselotte par déblocage de la masselotte en utilisant le moyen de blocage/déblocage; on maintien la masselotte débloquée en regard de la lumière, on fait tourner le rotor du déplacement angulaire calculé, et on contrôle le déplacement angulaire avec les moyens pour mesurer le déplacement angulaire du rotor; on interdit le mouvement angulaire relatif de la masselotte par blocage de la masselotte en utilisant le moyen de blocage/déblocage. 10. Procédé d'équilibrage selon la revendication 9 caractérisé en ce que lors de l'étape de montage de la machine on a bloqué les masselottes dans des positions initiales connues; une fois la machine prête à fonctionner a/ on effectue des tests statiques et dynamiques, et on détermine les balourds statique et dynamique de la machine prête à fonctionner; b/ on calcule de nouvelles positions angulaires relatives des masselottes pour diminuer les balourds statique et dynamique calculés, et on positionne les masselottes dans leur nouvelle position calculée; c/ on répète les opérations a/ et b/ tant que les balourds statique et dynamique calculés sont supérieurs à des valeurs seuils préétablies. 11. Procédé d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que les opérations sont effectuées par un banc test automatique.