Brevet FR2789174A1 — publié le 20000804

DESCRIPTION La prOsente invention concerne un dispositif permettant d'équilibrer automatiquement et en cours de rotation un élément tournant de machine soumis à un balourd tel qu'un rotor, un tambour ou une roue par exemple. Pour résoudre ce problème; la technique actuelle consiste généralement a procéder à l'équilibrage des éléments tournants de machines à l'arrêt de ces dits éléments tournants par adjonction d'une masselotte diamétralement opposée au balourd ou par extraction de matière du côté du balourd, jusqu'à l'obtention de l'équilibre recherché. Une autre technique consiste, dans certains cas d'application, à contrôler la -vitesse de rotation de l'élément' tournant pour limiter la gne du balourd comme dans le cas de certains lave-linge par exemple, mais sans supprimer le balourd. Si la première technique d'équilibrage est satisfaisante lorsque le balourd est invariable par sa masse et par sa direction sur l'élément tournant de machine, son application est difficilement envisageable dans le cas d'un système o le balourd est variable soit en cours de rotation par sa masse et/ou par sa direction sur l'élément tournant de machine, soit après chaque mise en route de la machine. La présente invention a pour objet la suppression du balourd, même lorsque ce balourd est variable par sa masse et/ou par son orientation sur le dit élément tournant de machine en cours de rotation ou après chaque mise en route de la machine. D'une façon plus précise, le dispositif comprend des réservoirs implantés sur l'élément tournant a équilibrer, recevant un fluide tel que de l'eau par exemple par l'intermédiaire d'un circuit hydraulique dont la masse de ce fluide injecté dans le ou les réservoirs opposés au balourd, fait office de contrepoids d'équilibrage. Ce dispositif comporte en effet d'une part, selon une première caractéristique, une suspension répartie autour de chaque extrémité de la cage de support du dit élément tournant au niveau des paliers, des butées de positionnement axial de la dite cage par rapport au support de machine et solidaires du dit support de machine, trois réservoirs implantés à 120 l'un de l'autre sur le dit élément tournant éloignés de l'axe de rotation et munis chacun d'un bec de remplissage/vidange et d'un reniflard courbés vers le centre de rotation et ayant une longueur qui dépasse la limite de remplissage des réservoirs, un corps de support solidaire de l'arbre de l'élément tournant par une extrémité et muni de trois vannes fermées au repos réparties à 1200 l'une de l'autre à égale distance de l'axe de rotation du dit élément tournant et décalées en avant du sens de rotation d'un angle X par rapport aux axes d'implantation des réservoirs sur le dit élément tournant et les extrémités des tiges de commande de ces vannes sortantes par la face avant du corps de support parallèlement à l'axe de rotation du dit élément tournant sont dans un même plan perpendiculaire à cet axe de rotation, un joint tournant implanté par la face avant du corps de 2 2789174 support, une tuyauterie d'amenée du fluide d'équilibrage, un canal d'alimentation pour chaque vanne partant d'une cavité et une su canalisation de refoulement de chaque vanne traversant l'arbre du dit élément tournant au niveau du palier pour alimenter le réservoir de même côté, et d'autre part, une butée circulaire solidaire du support de machine et coaxiale à l'arbre du dit élément tournant lorsqu'il est en équilibre ou à l'arrêt et présente à sa partie centrale un bossage circulaire situé sur la face en vis à vis des tiges de commande de vannes ainsi qu'un large trou de passage de la tuyauterie d'amenée du fluide d'équilibrage. Selon des modes particuliers de réalisation: - le dispositif peut comporter trois électrovannes. - le corps de support d'électrovannes est muni de trois contacts ressorts de commande de ces électrovannes et implantés à 120 l'un de l'autre sur un même diamètre et dont l'axe de déplacement est parallèle à l'axe de rotation de l'élément tournant. - le dispositif peut comporter plus de trois vannes ou électrovannes. - l'axe de déplacement des tiges de commande de vannes ou des contacts ressorts de commande des électrovannes peut être perpendiculaire à l'axe de rotation de l'élément tournant. - la butée de commande des vannes ou d'électrovannes peut être cylindrique. - l'élément tournant peut comporter plus de trois réservoirs. - la butée en matériau non conducteur d'électricité peut être plane et comporter une couche circulaire conductrice d'électricité à sa partie Centrale en vis à vis des contacts ressorts de commande des électrovannes et dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre du cercle décrit par les contacts ressorts de commande des électrovannes. la commande des électrovannes peut s'opérer par l'intermédiaire d'un système sans contact mécanique tel que des cellules photoélectriques, des rayons infrarouges ou rayons dits laser par exemple. - la (les) vanne ou électrovanne sollicitée en cours de rotation est (sont) celle qui alimente le (les) réservoir opposé au balourd. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente schématiquement, une vue d'ensemble d'une machine équipée du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement, une coupe de la machine équipée du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente en coupe, l'implantation des réservoirs sur l'élément tournant. La figure 4 représente en coupe, la suspension élastique de la cage de l'élément tournant sur le support de machine. La figure 5 représente schématiquement en coupe, le mécanisme de détection du balourd, de répartition et de dosage du fluide 3 2789174 d'équilibrage du dispositif dans le ou les réservoirs en opposition au balourd, en position d'équilibre de l'élément tournant. La figure 6 représente en coupe, la butée et la position des tiges de commande de vannes lorsque le système est équilibré. La figure 7 représente schématiquement en coupe, le mécanisme de détection du balourd, de répartition et de dosage du fluide d'équilibrage du dispositif dans le ou les réservoirs en opposition au balourd, en position de déséquilibre de l'élément tournant. La figure 8 représente en coupe la butée et la position des tiges de commande de vannes lorsque le système est en déséquilibre. La figure 9 représente, en cours de rotation lorsque l'élément tournant est soumis à un cas de balourd, la position des extrémités de tiges de commande des vannes par rapport aux réservoirs matérialisée par l'angle X et la représentation graphique des efforts qui ont pour origine ce décalage.(Même plan de coupe que CC). La figure 10 représente schématiquement en coupe, le mécanisme de détection du balourd, de répartition et de dosage du fluide d'équilibrage du dispositif dans le ou les réservoirs en opposition au balourd en position d'équilibre de l'élément tournant, équipé de vannes dont les tiges de commande sont positionnée perpendiculairement à l'axe de rotation. Dans ce cas de figure, le nombre de vannes (ou électrovannes) est paire et chaque vanne (ou électrovanne) alimente le réservoir qui lui est opposé. La figure 11 représente la butée cylindrique et la position des tiges de commande de vannes par rapport à cette butée en position d'équilibre de l'élément tournant. La figure 12 représente schématiquement en coupe, le mécanisme de détection du balourd, de répartition et de dosage du fluide d'équilibrage du dispositif dans le ou les réservoirs en opposition au balourd en position d'équilibre de l'élément tournant, équipé d'électrovannes. La figure 13 représente en coupe, la butée équipé d'une couche conductrice d'électricité à sa partie centrale et la position des contacts ressorts par rapport à cette couche conductrice d'électricité en position d'équilibre de l'élément tournant. En référence à ces dessins, le dispositif comporte d'une part, une suspension à ressorts (3) constituant la fixation de la cage (2) du tambour (5) sur le support de machine (1) et des butées latérales (4) de positionnement axial de la cage (2) par rapport à ce support de machine. Les ressorts de cette suspension sont répartis à chaque extrémité de la cage (2) au niveau de ses paliers comme illustré par les figures 2 et 4, d'une façon telle qu'en cours de rotation, l'axe 02 du tambour (5) soumis à un balourd, tend à décrire un cercle C2 de centre 01 situé sur l'axe de la butée (15) comme illustré par la figure 8. Le dispositif comporte également trois réservoirs (6) solidaires du tambour (5) à sa périphérie et à 1200 l'un de l'autre. Chaque réservoir est muni d'une part d'un large bec (7) courbé vers l'axe de rotation et situé à la partie la plus basse du réservoir 4 2789174 lorsque celui-ci est en position haute pour sa vidange complète à l'arrêt de la machine et d'autre part un second bec (8) de plus petit diamètre faisant office de reniflard pour faciliter cette vidange par un appel d'air également courbé vers l'axe de rotation et situé à la partie supérieure du réservoir lorsque celui-ci est en position haute. Le tambour (5) doit effectuer quelques rotations lentes pour vidanger tous les réservoirs qui doivent êtres vides de préférence avant chaque démarrage de la machine. L'une des extrémités de l'arbre du tambour (5) reçoit le mouvement moteur (M), tandis qu'à l'autre extrémité, un corps de support (9) est solidaire de cet arbre par la vis (16) et la clavette (17) et muni de trois vannes (10) à fermeture au repos situées à 120 l'une de l'autre et décalées en avant du sens de rotation co d'un angle " par rapport à l'axe d'implantation des réservoirs (6) pour compenser le décalage en avant du balourd représenté sur la figure 9 par la force F en projection orthogonale sur l'axe xx' de la résultante R du balourd réel F1 et de l'effort du couple moteur F2 du tambour (5). La valeur de cet angle " sera choisie en fonction d'une valeur moyenne du balourd constatée au cas d'application concerné et la vitesse de rotation minimum acquise sera celle pour laquelle le fluide contenu dans les réservoirs en cours de rotation ne coule pas par les becs de remplissages/vidange (7) sous l'effet de sa force d'inertie centrifuge. Les tiges (18) de commande de vannes (10) sortent par la face avant du corps de support (9) parallèlement à leur axe de rotation et leurs extrémités sont situées dans un même plan perpendiculaire à leur axes de rotation. Le corps de support (9) comporte aussi un joint tournant (13) à sa face avant, une tuyauterie d'amenée d'eau (14), une cavité interne de laquelle part une canalisation (11) d'alimentation pour chaque vanne, une canalisation (12) de refoulement traversant l'arbre du tambour (5) au niveau du palier pour arriver jusqu'à l'entrée du bec de remplissage et de vidange (7) de chaque réservoir et d'autre part une partie fixe constituée d'une butée (15) circulaire solidaire du support de machine (1) et dont l'axe est aligné sur l'axe du tambour (5) lorsqu'il est en rotation et en équilibre ou à l'arrêt. Cette butée présente à sa partie centrale un large trou permettant le passage de la tuyauterie d'amenée d'eau (14) de telle sorte que cette tuyauterie ne touche pas La butée en cours de rotation du tambour lorsqu'il est soumis à un balourd, et présente également à sa partie centrale un bossage circulaire dont le grand diamètre est légèrement inférieur au diamètre du cercle décrit par l'extrémité (18) des tiges de commande des vannes (10). Lorsque le tambour est en rotation et en équilibre, aucune extrémité de tige de commande de vanne qui décrivent un cercle Cl de centre 01 n'est en contact avec le bossage de la butée (15) et aucune vanne n'est donc sollicitée comme illustré par la figure 6. Si au contraire, en cours de rotation du tambour (5) il y à un balourd comme illustré par l'exemple des figures 7 et 8, l'axe 02 du tambour décrit un cercle C2 de centre 01 par lequel passe l'axe de la butée (15) et l'extrémité de tige de commande de vanne X décrit un cercle Cx de centre 01, l'extrémité de tige de commande de vanne Y décrit un cercle Cy de centre 01 et l'extrémité de tige de commande Z décrit un cercle Cz de centre 01. Dans ce cas de figure particulier, les cercles Cy et Cz sont identiques. L'extrémité de la tige de commande de vanne X opposée au balourd, prend seule appui sur le bossage de la butée (15) en cours de rotation et sollicite la vanne qui alimente en eau le réservoir également opposé au balourd jusqu'à ce que la masse de l'eau contenue dans le réservoir équilibre le tambour (5). A ce moment précis l'extrémité de la tige de commande de vanne X n'est plus en appui sur le bossage de la butée (15) et par conséquent aucune vanne n'est plus sollicité comme dans le cas de la figure 6. De même, si la direction du balourd l'exige, deux extrémités de tiges de commande de vannes peuvent prendre appui sur le bossage de la butée sur un même rayon comme illustré sur la figure 9 ou sur des rayons différents. Chacune des vannes cessera d'alimenter le réservoir qui lui est approprié lorsque les extrémités des tiges de commande des vannes 205 cesseront de prendre appui sur le bossage de la butée (15) pour se trouver en dernier lieu dans le cas de la figure 6. A l'arrêt de la machine les réservoirs se vidangent par gravitation lorsqu'ils arrivent en position haute au cours d'un cycle de rotation lent de quelques tours. 210 Dans la forme de réalisation selon les figures 10 et 11, les tiges de commande des vannes (10) sont perpendiculaires à l'axe de rotation du tambour (5) et de la même manière que précédemment, en absence de balourd en cours de rotation du tambour (5), aucune tige de commande de vanne n'est sollicitée par la butée (19) en forme de couronne. Si 215 au contraire il y à présence de balourd en cours de rotation, une (ou deux) extrémité de la tige de commande de vanne de même sens que le balourd prend appui sur la butée (19) et sollicite la vanne qui alimente en eau le (ou les) réservoir en opposition au balourd jusqu'à atteindre l'équilibre recherché. Dans ce cas de figure, le nombre de 220 vannes (ou électrovannes) est paire. Dans une autre forme de réalisation selon les figures 12 et 13, le corps de support (9) comporte des électrovannes (20) dont le principe de fonctionnement reste identique aux cas des vannes A commande mécanique. En absence de balourd, les contacts ressorts (21) ne 225 touchent pas la couche conductrice d'électricité de la butée (22) alimentée par le plot (23) et fixée sur un support non conducteur d'électricité. Ainsi, aucune des électrovannes (20) connectées de l'autre côté par l'alimentation tournante (24) n'est excitée. Si au contraire il y à présence de balourd, un (ou deux) contact ressort 230 (21) en opposition au balourd touche la couche conductrice de la butée (22) et excite l'électrovanne qui alimente en eau le réservoir en opposition au balourd jusqu'à atteindre l'équilibre recherché. Selon plusieurs variantes non illustrées, les contacts ressorts peuvent êtres situés sur un corps de support de telle sorte qu'ils se 235 déplacent selon un axe perpendiculaire à l'axe de rotation et la couche conductrice d'électricité en forme de couronne est fixée sur un support non conducteur d'électricité. Selon d'autres variantes également non illustrées, la commande des électrovannes peut s'opérer par l'intermédiaire d'un système sans 240 frottement tel que des cellules photoélectriques, des rayons infrarouges ou des rayons dits laser par exemple pour des raisons de bruit ou d'usure dû au frottement des tiges de commande de vannes ou des contacts ressorts sur la butée, ou bien la recherche d'une 6 2789174 meilleure performance du dispositif d'équilibrage qui représente dans 245 les cas cités ci-dessus une marge de tolérance due au jeu qui existe entre le bossage et les tiges de commande des vannes à l'état d'équilibre considéré du tambour ou le jeu qui existe entre les contacts ressorts et la couche conductrice d'électricité dans le cas des électrovannes à l'état également d'équilibre considéré du tambour. 250 Dans le cas d'un élément tournant trop long par exemple, les deux extrémités de l'arbre peuvent êtres équipées du dispositif d'équilibrage avec chacun un système de réservoirs séparés. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à l'équilibrage des centrifugeuses ou des tambours de lave-linge dans la 255 phase d'essorage du cycle de lavage. Ce dispositif, dans le dernier cas d'application, permet de faire des essorages à des vitesses élevées et de supprimer éventuellement les masses d'inertie qui équipent les lave-linge actuellement. 7 2789174 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour l'équilibrage automatique d'un élément tournant de machine soumis à un balourd tel qu'un rotor, un tambour, ou une roue par exemple du type comprenant des réservoirs implantés sur l'élément tournant a équilibrer et recevant un fluide tel que de l'eau par exemple par l'intermédiaire d'un circuit hydraulique et dont la masse de ce fluide injecté dans le ou les réservoirs fait office de contrepoids d'équilibrage, caractérisé en ce qu'il comporte d'une part une suspension élastique (3) répartie autour des extrémités d'une cage de support (2) de l'élément tournant (5) au niveau des paliers de telle sorte qu'en cours de rotation, l'axe du dit élément tournant soumis au balourd décrit un cercle C2 de centre O1 passant par l'axe du dit élément tournant (5) lorsqu'il est en équilibre en cours de rotation, des butées (4) de positionnement axial de la cage (2) par rapport au support de machine (1) et solidaires de ce dit support de machine, trois réservoirs (6) implantés à 120 l'un de l'autre sur le dit élément tournant (5) éloignés de l'axe de rotation et munis chacun d'un bec de remplissage/vidange (7) partant de la partie la plus basse et d'un reniflard (8) partant de la partie la plus haute de ces réservoirs lorsqu'ils sont en position haute, les dits becs de remplissage/vidange et reniflards sont courbés vers le centre de rotation et ont une longueur qui dépasse la limite de remplissage des réservoirs (6), un corps de support (9) solidaire de l'arbre du dit élément tournant (5) par une extrémité et muni de trois vannes (10) fermées au repos réparties à 120 l'une de l'autre et décalées en avant du sens de rotation d'un angle " par rapport aux axes d'implantation des réservoir (6) sur le dit élément tournant (5) et dont les extrémités des tiges de commande de vannes (18) sortantes par la face avant du corps de support (9) parallèlement à l'axe de rotation du dit élément tournant (5) sont dans un même plan perpendiculaire à cet axe de rotation, un joint tournant (13) implanté dans le corps de support (9) par sa face avant, une tuyauterie (14) d'amenée du fluide d'équilibrage et une canalisation de refoulement (12) de chaque vanne traversant l'arbre du dit élément tournant (5) au niveau du palier pour alimenter le réservoir de même côté, et d'autre part une butée circulaire (15) solidaire du support de machine (1) et dont l'axe est positionné dans l'alignement de l'axe de l'arbre du dit élément tournant (5) lorsqu'il est en équilibre. Cette butée (15) présente à sa partie centrale un bossage circulaire situé sur la face en vis à vis des tiges de commande de vannes (18) de telle sorte que les tiges de commande de vannes (18) puissent prendre appui sur ce bossage lorsque l'élément tournant est en déséquilibre et à son centre un large trou de passage de la tuyauterie d'amenée du fluide d'équilibrage (14). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de support (9) comporte trois électrovannes. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps de support (9) est muni de trois contacts ressorts de commande des électrovannes implantés à 120 l'un de l'autre sur un même diamètre et décalés en avant du sens de rotation d'un angle X par rapport à l'axe d'implantation des réservoirs (6) sur l'élément tournant (5). 4) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le corps de support (9) est équipé de plus de trois vannes ou électrovannes. ) Dispositif selon les revendications 1,2,3 et 4, caractérisé en ce que l'axe de déplacement des tiges de commande de vannes (18) ou des contacts ressorts de commande des électrovannes (21) est perpendiculaire à l'axe de rotation de l'élément tournant (5) 6) Dispositif selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que la butée (19) de commande des vannes ou d'électrovannes est cylindrique. 7) Dispositif selon la revendication 1 et 4, caractérisé en ce que l'élément tournant (5) est muni de plus de trois réservoirs. 8) Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la butée (22) en matériau non conducteur d'électricité est plane et comporte une couche circulaire conductrice d'électricité à sa partie centrale en vis à vis des contacts ressorts de commande des électrovannes (21) et dont le diamètre extérieur de cette couche conductrice d'électricité est légèrement inférieur au diamètre du cercle C3 décrit par les contacts ressorts de commande des électrovannes (21) en cours de rotation. 9) Dispositif selon les revendications 1, 2, 4 et 8, caractérisé en ce que la commande des électrovannes (20) peut s'opérer par l'intermédiaire d'un système sans contact mécanique tel que des cellules photoélectriques, des rayons infrarouges ou rayons dits laser par exemple. ) Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que la (les) vanne ou électrovanne sollicitée en cours de rotation est (sont) celle qui alimente le (les) réservoir en opposition au balourd.