Brevet FR2844877A1 — publié le 20040326

PROCEDE POUR L'EQUILIBRAGE ROTATIF D'UN ROTOR DE TURBOCOMPRESSEUR AVEC MACHINE ELECTRIQUE ROTATIVE L'invention concerne un turbocompresseur d'un moteur à 5 combustion interne. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur. Un turbocompresseur possède une configuration dans laquelle un rotor de turbocompresseur, formé par le 10 raccordement, par le biais d'un corps d'arbre, entre un rotor de turbine et une roue de compresseur, est soutenu de façon à pouvoir tourner par un roulement. Le rotor de turbocompresseur possède une structure très rigide. Même lorsque des vibrations de déformation apparaissent, leur 15 fréquence propre est considérablement élevée. Toutefois, le rotor de turbocompresseur tourne en général à une vitesse élevée, supérieure à 100 000 tr/min. En conséquence, la fréquence propre peut se rapprocher de la vitesse de rotation. C'est pourquoi, afin d'empêcher toute cassure due 20 à la résonance, on mesure traditionnellement à l'avance l'équilibrage rotatif de chaque produit. L'équilibrage rotatif s'effectue en plaçant le rotor de turbocompresseur sur un dispositif de test, puis en retirant progressivement une partie du rotor de 25 turbocompresseur pendant qu'il tourne. La publication japonaise mise à l'Inspection Publique No. 2002-47994 divulgue une invention concernant une forme préférée d'une roue de compresseur lorsque l'équilibrage rotatif est effectué en retirant une partie de la roue de compresseur, 30 ainsi qu'une partie préférée à retirer. La publication japonaise mise à l'Inspection Publique No. 2002-39904 divulgue une invention concernant une position préférée dans laquelle est placé un accéléromètre permettant de détecter les vibrations lorsque l'équilibrage rotatif est effectué. Auparavant, un rotor de turbocompresseur était formé par le raccordement d'un rotor de turbine avec une roue de 5 compresseur par le biais d'un corps d'arbre, de telle sorte que la roue de compresseur était entraînée par le rotor de turbine. Toutefois, avec le développement des systèmes de commande électroniques, en particulier dans le domaine du contrôle du fonctionnement des véhicules au cours de ces 10 dernières années, l'intégration d'un moteur électrique ou d'un générateur motorisé (dans ce mémoire descriptif, ils portent le nom de " machine électrique rotative ") a été largement adoptée, de telle sorte que le turbocompresseur fonctionne plus efficacement, en fonction des états de 15 fonctionnement d'un moteur à combustion interne et d'un véhicule. Toutefois, une telle intégration de la machine électrique rotative rallonge le rotor de turbocompresseur de la longueur de la machine électrique rotative et augmente la masse en rotation. En conséquence, il est 20 possible qu'une seconde fréquence propre du rotor de turbocompresseur soit réduite dans une zone dans laquelle la fréquence propre se rapproche d'une vitesse de rotation de service du rotor de turbocompresseur, ce qui génère une résonance secondaire qui n'a jamais été prise en compte 25 auparavant. L'invention est réalisée afin de remédier au problème précédemment mentionné de la résonance secondaire. Le but de l'invention est de proposer une mesure devant être prise à l'avance pour un rotor de turbocompresseur, de telle 30 sorte que la résonance secondaire peut être évitée. Afin de résoudre le problème précédemment mentionné, conformément à l'invention, il est proposé un procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur, qui comprend un rotor de turbine, une roue de compresseur et un rotateur d'une machine électrique rotative et qui est soutenu de façon à pouvoir tourner par des moyens de roulement, l'équilibrage rotatif pour la 5 résonance primaire et l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaire étant effectués simultanément, de façon à réduire au minimum à la fois la première résonance et la seconde résonance. Il est préférable que l'équilibrage rotatif soit 10 effectué en retirant une partie du rotor de turbocompresseur même lorsque l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire et l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaire sont effectués simultanément, de façon à réduire au minimum à la fois la première résonance et la 15 seconde résonance. En outre, il est souhaitable que le retrait d'une partie du rotor de turbocompresseur soit effectué au niveau d'une partie commune en ce qui concerne l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire et l'équilibrage rotatif 20 pour la résonance secondaire. Lorsque le retrait n'est pas effectué au niveau d'une partie commune, il est préférable que le retrait soit effectué au niveau d'au moins deux parties différentes l'une de l'autre. Dans ce cas, il est préférable que l'une des deux 25 parties soit destinée à l'équilibrage de la résonance primaire et que l'autre partie soit destinée à l'équilibrage pour la résonance secondaire. En outre, il est préférable que l'une des au moins deux parties soit une partie d'un rotor de turbine et que 30 l'autre soit une partie de la roue de compresseur. De plus, il est préférable que la partie pour la roue de compresseur comprenne un écrou permettant de fixer la roue de compresseur à un corps d'arbre du rotor de turbocompresseur. Conformément au procédé destiné à l'équilibrage rotatif du rotor, lorsque l'on procède à. l'équilibrage 5 rotatif du rotor de turbocompresseur qui comprend le rotor de turbine, la roue de compresseur et le rotateur de la machine électrique rotative, et qui est soutenu de façon à pouvoir tourner par les moyens de roulement, l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire et l'équilibrage rotatif 10 pour la résonance secondaire sont effectués simultanément, de façon à réduire au minimum à la fois la première résonance et la seconde résonance. En conséquence, même lorsque la fréquence propre secondaire du rotor de turbocompresseur, qui génère une résonance secondaire en 15 raison d'augmentations de la longueur du rotor de turbocompresseur en direction axiale et de la masse en rotation, se rapproche d'une zone de vitesse de rotation de service du rotor de turbocompresseur, étant donné que l'équilibrage rotatif est effectué à l'avance en prenant en 20 compte cette situation, il est possible d'éviter toute entrave au fonctionnement du rotor de turbocompresseur due à la résonance secondaire. Comme mentionné plus haut, dans le cas o l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire et 25 l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaire sont effectués simultanément de façon à réduire au minimum à la fois la première résonance et la seconde résonance, lorsqu'ils sont effectués en retirant une partie du rotor de turbocompresseur, il est possible de produire un effet 30 de suppression à la fois de la résonance primaire et de la résonance secondaire de façon simple, en retirant une partie de matériel au niveau d'une partie donnée du rotor de turbocompresseur. Dans ce cas, excepté lorsque le retrait d'une partie supérieure du rotor de turbocompresseur doit être effectué au niveau d'une seule partie commune pour la résonance primaire et la résonance secondaire, lorsque le retrait est effectué au niveau d'au 5 moins deux parties différentes l'une de l'autre, il est en général possible de procéder à un ajustement permettant de supprimer la résonance primaire et à un ajustement permettant de supprimer la résonance secondaire aussi rapidement que possible, sans que l'un n'empêche l'autre. 10 En outre, lorsque l'une des au moins deux parties est une partie du rotor de turbine et que l'autre est une partie de la roue de compresseur, les parties sont situées à une distance importante l'une de l'autre. En conséquence, l'impact du retrait d'une partie de matériel au niveau 15 d'une partie sur l'autre partie peut être réduit au minimum et l'on peut obtenir une suppression complète de la résonance primaire et de la résonance secondaire. De même, lorsqu'une partie de matériel est retirée dans un écrou au cours de l'équilibrage, si le retrait 20 n'est pas approprié, l'équilibrage peut être à nouveau effectué en remplaçant simplement l'écrou. Le mode de réalisation mentionné ci-dessus, ainsi que d'autres modes de réalisation, objets, caractéristiques, avantages, importance technique et industrielle de cette 25 invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée suivante des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple, lorsque lus en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels la Figure 1 représente un diagramme montrant de 30 façon schématique un exemple d'un rotor de turbocompresseur avec une machine électrique rotative, sur lequel est appliqué un procédé destiné à l'équilibrage rotatif, conformément à un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 représente un diagramme montrant de façon schématique un mode de résonance primaire du rotor de turbocompresseur présenté dans la figure 1; la figure 3 représente un diagramme montrant de 5 façon schématique un mode de résonance secondaire du rotor de turbocompresseur présenté dans la figure 1, et la figure 4 représente une vue montrant de façon spécifique le rotor de turbocompresseur de la figure 1, sur lequel est appliqué le procédé destiné à l'équilibrage 10 rotatif, conformément au mode de réalisation. Dans la description suivante et les schémas joints, la présente invention est expliquée de façon plus détaillée, à l'aide de modes de réalisation donnés à titre d'exemple. La figure 1 montre de façon schématique un exemple 15 d'un rotor de turbocompresseur comportant une machine électrique rotative, dans lequel un corps d'arbre S, aux extrémités duquel se trouvent un rotor de turbine T et une roue de compresseur C, est soutenu de façon à pouvoir tourner par des moyens de roulement B-B au niveau d'une 20 partie médiane, un rotateur M de la machine électrique rotative étant situé entre la roue de compresseur et les moyens de roulement. Dans le rotor de turbocompresseur, lorsque l'équilibrage rotatif n'est pas effectué de façon appropriée, le rotor de turbocompresseur peut engendrer une 25 résonance primaire, dans laquelle un mode de flexion primaire montré à la figure 2 est accentué. En conséquence, l'équilibrage rotatif est effectué pour empêcher la résonance primaire. Toutefois, lorsque le rotor de turbocompresseur est rallongé en raison de l'intégration du 30 rotateur M de la machine électrique rotative en plus du rotor de turbine T et de la roue de compresseur C, le rotor de turbocompresseur peut engendrer une résonance secondaire, dans laquelle un mode de flexion secondaire montré dans la figure 3 est accentué dans une zone de vitesse de rotation de service du rotor de turbocompresseur. On notera que dans les figures 2 et 3, les déformations apparaissant dans le mode de flexion 5 primaire et dans le mode de flexion secondaire sont illustrées de façon exagérée, dans un but explicatif. Les flexions apparaissant dans le mode de flexion secondaire, dans lequel les parties fléchies se trouvent au niveau de deux ou plusieurs parties, sont respectivement générées 10 dans des formes spécifiques en fonction de la disposition du rotor de turbine, de la roue de compresseur, du rotateur de la machine électrique rotative et du roulement. La figure 4 représente une vue de profil montrant de façon spécifique le rotor de turbocompresseur illustré dans 15 les figures 1 à 3. Un rotor de turbine 12 est fixé au niveau d'une extrémité d'un corps d'arbre 10. Une roue de compresseur 16 est fixée au niveau de l'autre extrémité du corps d'arbre 10 à l'aide de deux roulements 14 placés entre le rotor de turbine 12 et la roue de compresseur 16. 20 Un rotateur 18 d'une machine électrique rotative est placé entre la partie de roulement 14 et la roue de compresseur 16. Le rotor de turbine 12 est fixé par soudage à une extrémité du corps d'arbre 10, au niveau d'une partie d'une partie de moyeu 20. La roue de compresseur 16 est fixée à 25 l'autre extrémité du corps d'arbre 10 à l'aide d'un écrou 22. L'équilibrage rotatif d'un corps couplé formé par le rotor de turbine 12 et le corps d'arbre 10, ainsi que l'équilibrage rotatif de la roue de compresseur 16, sont 30 effectués avant que le corps couplé et la roue de compresseur 16 ne soient raccordés l'un à l'autre. A ce moment, le retrait d'une partie de matériel destiné à l'équilibrage rotatif s'effectué en général au niveau des parties portant les numéros 24, 26, 28, 30. La roue de compresseur 16 et le rotateur 18 de la machine électrique rotative sont ensuite fixés au corps 5 couplé formé par le corps d'arbre 10 et le rotor de turbine, puis sont intégralement assemblés. Le corps d'arbre 10 est alors soutenu de façon à pouvoir tourner au niveau des deux parties de roulement 14-14 par les moyens de roulement (non illustrés). Le rotor de turbine est 10 entraîné par de l'air comprimé dont la température est supérieure ou égale à 400 OC. L'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur complet est ensuite effectué lorsque des vibrations sont détectées par un capteur de vibrations (non illustré) placé dans un boîtier du 15 turbocompresseur. A ce moment, il est préférable que la partie appropriée au retrait d'une partie de matériel pour l'équilibrage rotatif soit une partie de la partie de moyeu 21 du côté du rotor de turbine, et soit une partie de l'écrou 22 du côté de la roue de compresseur. Lorsqu'une 20 partie de matériel est retirée dans l'écrou, si la position de retrait n'est pas appropriée, le retrait peut être à nouveau effectué en remplaçant simplement l'écrou. Le procédé permettant d'effectuer simultanément l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire et 25 l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaire, de telle sorte que l'on réduit au minimum à la fois la première résonance et la seconde résonance, varie selon les produits en fonction des relations entre la partie de retrait qui doit être retirée pour l'équilibrage rotatif 30 destiné à la résonance primaire et la partie de retrait qui doit être retirée pour l'équilibrage rotatif destiné à la résonance secondaire. Si les deux parties sont identiques, il est entendu que le retrait est effectué au niveau d'une seule partie. Toutefois, lorsque les deux parties ne sont pas identiques, il est préférable que les parties soient sélectionnées de sorte à être des parties différentes dans le rotor de turbocompresseur. A savoir, par exemple, 5 lorsque la partie de retrait de matériel pour l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire est sélectionnée pour être une partie du rotor de turbine, il est préférable que la partie de retrait de matériel pour l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaires soit sélectionnée pour être 10 une partie de la roue de compresseur. Il est préférable que les parties de retrait à retirer soient aussi distantes que possible l'une de l'autre, afin d'empêcher l'apparition d'interférences entre l'ajustement pour la résonance primaire et l'ajustement pour la résonance secondaire. Lorsque l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire et l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaire sont effectués simultanément, de façon à réduire au minimum à la fois la première résonance et la seconde résonance, les parties de retrait peuvent être 20 sélectionnées pour se trouver au niveau de positions angulaires différentes ainsi qu'au niveau de positions différentes en direction axiale. A savoir, par exemple, lorsqu'une position angulaire est optimale pour le retrait de matériel pour l'équilibrage rotatif pour la résonance 25 primaire, mais que la position angulaire n'est pas appropriée pour l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaire, l'ajustement peut être effectué en déplaçant la position de retrait de matériel pour l'équilibrage rotatif de la résonance primaire par rapport à la position 30 angulaire optimale afin de réduire au minimum à la fois la résonance primaire et la résonance secondaire. Un tel procédé permettant de réduire au minimum à la fois la première résonance et la deuxième résonance permet de réaliser l'équilibrage rotatif pour la résonance primaire tout comme l'équilibrage rotatif pour la résonance secondaire. Tandis que l'invention a été décrite en détail en 5 référence au mode de réalisation préféré, il est évident pour l'homme du métier que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation mentionnés ci-dessus, et que l'invention peut être réalisée dans d'autres modes de réalisations différents au sein de l'étendue de 10 l'invention. Il est suggéré un procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur qui comprend un rotor de turbine, une roue de compresseur et un rotateur d'une machine électrique rotative, et qui est soutenu de 15 façon à pouvoir tourner par des éléments de roulement, un équilibrage rotatif pour la résonance primaire et un équilibrage rotatif pour la résonance secondaire étant effectués simultanément de façon à réduire au minimum à la fois la première résonance et la seconde résonance. Ainsi, 20 même lorsqu'une fréquence propre secondaire du rotor de turbocompresseur se rapproche d'une zone de vitesse de rotation de service du rotor de turbocompresseur, étant donné que l'équilibrage rotatif est effectué à l'avance en tenant compte de cette situation, il est possible 25 d'empêcher toute entrave au fonctionnement du rotor de turbocompresseur due à la résonance secondaire. Revendications 1. Procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur qui comprend un rotor de turbine, une 5 roue de compresseur et un rotateur d'une machine électrique rotative et qui est soutenu de façon à pouvoir tourner par des moyens de roulement, caractérisé en ce que l'équilibrage rotatif destiné à la résonance primaire et l'équilibrage rotatif destiné à la résonance secondaire 10 sont effectués simultanément de façon à réduire au minimum à la fois la première résonance et la seconde résonance. 2. Procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que l'équilibrage rotatif est effectué en retirant une partie du rotor de turbocompresseur. 3. Procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur selon la revendication 2, caractérisé 20 en ce que le retrait d'une partie du rotor de turbocompresseur est effectué au niveau d'au moins deux parties différentes l'une de l'autre. 4. Procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor 25 de turbocompresseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des deux parties est destinée à l'équilibrage de la résonance primaire et l'autre partie est destinée à l'équilibrage de la résonance secondaire. 5. Procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor de turbocompresseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des au moins deux parties est une partie du rotor de turbine et l'autre est une partie de la roue de compresseur. 6. Procédé destiné à l'équilibrage rotatif d'un rotor 5 de turbocompresseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie de la roue de compresseur comprend un écrou permettant de fixer la roue de compresseur à un corps d'arbre du rotor de turbocompresseur.