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METHODE ET APPAREIL POUR L'EQUILIBRAGE DE ROTORS.
La présente invention se rapporte à un appareil perfectionné per- mettant d'effectuer l'équilibrage dynamique de rotors.
Un des objets principaux de l'invention réside dans un procédé sur et précis pour déterminer la valeur et le déphasage des vibrations produites par la rotation d'un corps non équilibré dynamiquement. A cette fin, les lec- tures nécessaires aux instruments sensibles se font, dans la présente invention, par une méthode de réduction à zéro. Il en résulte que la sensibilité n'est pas affectée par de légères erreurs ou par des variations dans l'étalonnage de l'ap- pareil de mesure,qui peut donc être relativement peu coûteux et peu fragile,. sans diminuer la valeur des résultats.
Un autre objet de l'invention réside dans les moyens de déterminer simultanément les amplitudes et les déphasages des différentes vibrations à étu-
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dier, au moyen d'une méthode de réduction à zéro.
On comprendra mieux les avantages et les caractérietiques nouvelles de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'ac- compagnent, donnés simplement à titre d'exemple et dans lesquels t
La Fig.1 représente une application de l'invention à une machine dont le rotor doit être équilibré dynamiquement.
La Fig.2 est une vue partiellement brisée d'une portion de l'ap- pareil.
La Fig.3 représente schématiquement les connexions électriques de l'appareil.
Les Fig. 4 et 5 sont des graphiques auxquels on se référera au cours des explications.
La Fig.6 représente une variante des connexions électriques.
A la figure 1, on a désigné par 10 le stator d'un moteur électri- que soumis à l'analyse. Le moteur comprend un rotor non représenté dont l'arbre 13 tourne dans des paliers supportés par des chevalets 11 et 12. Ceux-ci de même que les autres pièces fixes, seront soumis à des vibrations si le rotor n'est pas équilibré dynamiquement. Pour étudier les amplitudes et les déphasages de ces vibrations, on se sert de deux dispositifs sensibles aux vibrations 14 et 14' reliés aux paliers ou à d'autres parties accessibles du moteur. Du reste, on peut se servir d'un appareil unique que l'on déplace suivant les besoins.
Chacun des dispositifs 14, 14' est muni d'une partie fixe comprenant un aimant ou un autre système magnétique et d'une pièce mobile 15, 15' sur laquelle est enroulée une bobine 16, 16' respectivement
Dans chacune des bobines 16 et 16' on induit une tension tdsul- tant des vibrations auxquelles est soumis le dispositif. Dans le cas représenté les amplitudes et-les déphasages de ces tensions seront déterminés par les vi- brations horizontales des chevalets 11 et 12; leur fréquence correspondra au nombre de tours du rotor.
L'appareil comprend en outre un dispositif 18 qui sera décrit en détail ci-dessous. Ce dispositif est muni d'un arbre 20 qui peut être accouplé à l'arbre 13 du rotor à équilibrer.
Entre les dispositifs 18, d'une part, et 14,14' d'autre part, sont prévues un certain nombre de connexions électriques; celles-oi comprennent un commutateur 22, un Instrument de mesure 23 (de préférence un galvanomètre à zéro central, pour courant continua un second commutateur 25 et un potentiomètre ré-
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glable 26.
L'appareil 18 a été représenté en détail à la figure 2* Il comprend un support fixe 30 muni d'un rebbord annulaire 31; ce dernier se prolonge par une partie cylindrique creuse 32 qui y est fixée, Une enveloppe cylindrique 34, fixée également au rebord 31, peut tourner autour de son axe ; est fermée, à une extrémité, par une paroi transparente 35 à travers laquelle on peut obser- ver le mécanisme; de plus, l'enveloppe cylindrique 34 est munie d'un système à roue dentée et manivelle au moyen duquel on peut la faire tourner, Les déplace- ments angulaires du cylindre 34 peuvent être mesurés grâce à une éohelle 37 et un repère A prévu sur la pièce annulaire fixe 31.
A l'intérieur de l'enveloppe 34 se trouve une génératrice élec- trique comprenant un enroulement statorique 38 et un rotor 39. Celui-ci peut être constitué par un aimant permanent, par exemple en un alliage aluminium- nickel-cobalt connu sous le nom de "alnico". Ce rotor, aimanté par exemple sui- vant la direction de la flèche B, est monté sur l'arbre 20. Le rotor 39 sert à induire, dans l'enroulement 38, une tension sinusoïdale de la même fréquence que celle qui est induite dans les enroulements des dispositifs 14 et 14' par suite des vibrations des chevalets 11 et 12.
L'enroulement 38 peut tourner avec l'enveloppe 34, ce qui permet de régler la phase de la tension induite dans cet enroulement,
A l'intérieur de l'enveloppe 34 et fixé à celle-ci se trouve un plateau 43 portant deux interrupteurs dont la fermeture périodique est obtenue par la rotation de l'arbre 20. Ces interrupteurs comprennent chacun un contact fixe 45,46 et un contact mobile 47,48 respectivement* La fermeture des contacts est commandée par le mouvement d'une came 50 montée sur l'arbre 20 et sur la- quelle appuient les doigts 51 et 52.
Les ressorts 54 et 55 assurent la fermeture des contacts pour des positions convenables de la came,
Pour conserver les connexions électriques entre les contacts qui viennent d'être décrits et la génératrice 38, malgré la rotation de l'enveloppe 34, on a prévu une série de bagues 57 qui peuvent tourner avec cette enveloppe, Deux de ces bagues sont reliées à la génératrice au moyen de conducteurs 58 et d'autres sont reliées aux contacts 45,46, 47 et 48 par les conducteurs 59. Une série de balais fixes 60 en contact avec les bagues 57, assurent la liaison électrique avec les circuits extérieurs*
A la Fig.3 on a représenté schématiquement l'enroulement statori- que 38 sous la forme d'une bobine plate disposée dans un plan parallèle à l'axe de rotation de la machine et fixe par rapport au plateau 43.
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L'enroulement 38 est connecté aux bornes d'un potentiomètre 26 muni d'un curseur 65, La valeur de la tension entre les points 64 et 65 du po- tentiomètre peut être mesurée en déterminant la position du curseur 65 sur une échelle 66.
Lorsque le commutateur 25 se trouve dans sa position de gauche et que les contacts 46 et 48 sont fermés, l'instrument de mesure 23 est soumis à une tension sinusoïdale égale à la différence entre celle qui apparalt aux bor- nes de la bobine 16 et celle qui existe entre les points 64 et 65. La première de ces deux tensions présente une amplitude et une phase déterminées par les vi- brations auxquelles est soumise la bobine 16. On peut faire varier la seconde de ces tensions en amplitude en règlant le potentiomètre et en phase en agissant sur la position de l'enroulement 38.
Si l'on fait abstraction pour l'instant du fait que les contacts 46 et 48 ne sont fermés que d'une façon intermittente, on peut représenter le phénomène veotoriellement comme il a été montré à la Fig.4. Le vecteur OP re- présente la tension aux bornes de l'enroulement 38 et le vecteur OG la tension aux bornes de la bobine 16. Le vecteur D obtenu en complétant le triangle OPG, représente la différence entre 01''et OG, c'est-à-dire la tension appliquée à l'instrument de mesure 23.
Pour annuler D, il faut que l'amplitude de OP soit égale à celle de OG et, en outre, que le déphasage entre ces deux vecteurs soit nul. Par con- séquent, si on mesure l'amplitude et la phase de OP lorsque cette condition est satisfaite, on connaîtra en même temps ces grandeurs pour le vecteur OG, ce qui permet de déterminer les conditions des vibrations. Ainsi qu'il a été dit pré- cédemment, un des principaux objets de l'invention est de réaliser cette mesure au moyen d'une méthode de réduction à zéro.
La tension D peut être considérée comme étant constituée par la somme de deux composantes dont l'une Dy est en phase avec OP et l'autre Dx est déphasée de 90 par rapport à OP. Une autre mode de représentation a été uti- lisé à la Fig.5 où les sinusoides OP, D, D et Dy représentent respectivement les variations, en fonction du temps, des tensions correspondantes représentées vectoriellement à la Fig.4. La courbe D représente la somme des courbes Dx et Dy. La tension D est fonction du déphasage entre OP et OG (fig.4) tandis que Dy est fonction de la différence des amplitudes de ces vecteurs.
L'invention permet d'étudier séparément ces deux grandeurs et de déterminer, par conséquent, la phase et l'amplitude des vibrations indépendamment l'une de l'autre.
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On atteint ce but grâce aux contacta 45-47 et 46-48 et à la came 50. Lorsque les contacts se trouvent dans la position représentée et que l'in- duoteur 39 a son axe magnétique dirigé suivant la flèche B (Fig.2 et 3), les contacts 46 et 48 se ferment lorsque la tension induite dans la bobine 38 atteint son maximum, De même, les contacts 45 et 47 se ferment lorsque la tension aux bornes de la bobine 38 est minima, c'est-à-dire après un temps correspondant à 90 . Autrement dit, le milieu de la période de fermeture des contacts 45 et 47 se présente au moment où la tension OP atteint son maximum, et le milieu de la période de fermeture des contacts 46 et 48 se présente au moment où la tension OP passe par son minimum.
Se référant aux Fig, 3 et 5, supposons que le commutateur 25 se trouve dans sa position de gauche, de sorte que les contacts 46 et 48 sont en circuit. Dans ces conditions, l'instrument de mesure 23 sera soumis à la ten- sion D chaque fois que les contacte.46-48 sont fermés. La déviation de ltaiguil- le de l'instrument de mesure sera proportionnelle à la valeur de cette tension intégrée pour une période de fermeture du circuit. La déviation de l'aiguille est encore proportionnelle aux composantes Dx et Dy intégrées pour cette même période.
On a dit ci-dessus que le milieu de la période de fermeture des contacts 46 et 48 se présente lorsque la tension OP est à son minimum. Cet ins- tant correspond par exemple au temps "b" (fig.5). la déflation de l'instrument de mesure 23 sera donc proportionnelle à l'intégrale des quantités D et Dy depuis le temps "a" jusqu'au temps "c", c'est-à-dire à la somme algébrique des surfaces hachurées limitées par les courbes Dx et Dy. L'examen de la figure montre que,dans la zône considérée, l'intégrale correspondant à la courbe Dy est nulle car celle-ci limite deux surfaces égales, l'une positive, l'autre négative.
Par conséquent, la déviation de l'instrument de mesure 23 est due uni- quement à la quantité Dx o'est-à-dire à une fonction du déphasage entre la %en- sion OP et la tension OG. En déterminant le déphasage de OP par rapport à un repère quelconque,on peut déterminer en même temps le déphasage de OG et car conséquent celui de la vibration à laquelle est due cette tension OG.
On obtient cette mesure en faisant varier simultanément la posi- tion angulaire de l'enroulement 38 et du plateau 43 par rapport à un repère con- nu, par exemple le repère A, ce mouvement étant effectué par exemple au moyen de la manivelle 36. Dès qu'on a annulé la déviation de l'instrument de mesure 23 on peut déterminer le déphasage de la tension OG en relevant la position de l'é-
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-chelle 37 par rapport au repère A.
Pour déterminer l'amplitude de la tension induite dans la bobine 16, on ferme le commutateur 25 dans sa position de droite (sans changer la posi- tion de l'enroulement 38), ce qui a pour résultat de mettre en circuit les con- tacts 45 et 47. Le milieu de la période de fermeture du circuit est donc avancé de 90 (Instant c, fig.5) . Il en résulte que la déviation lue à l'appareil de mesure ne dépend plus que de la différence d'amplitude entre les vecteurs OG et OP. En règlant le potentiomètre 26 jusqu'à annuler l'indication de l'appareil de mesure, on peut déterminer l'amplitude de la tension engendrée par la bbbine 16. La tension ainsi mesurée au potentiomètre correspond à l'amplitude des vi- brations horizontales du chevalet 11.
En fermant le commutateur 22 dans sa position de gauche, on peut reprendre les mêmes mesures pour la bobine 16', ce qui permettra de déterminer l'amplitude et la phase des vibrations du palier 12. Les résultats des mesures correspondant aux bobines 16 et 16' permettent de déterminer la valeur et la position des balourds suivant les méthodes connues dans la technique.
Au lieu de procéder comme il a été indiqué ci-dessus, on peut également régler la phase et l'amplitude de la tension du potentiomètre avant d'effectuer les mesures. On peut procéder en effectuant d'abord un réglage grossier et ensuite le réglage fin en déplaçant alternativement le commutateur 25 vers la gauche et vers la droite jusqu'au moment où l'on obtient une lecture nulle pour les deux positions de ce commutateur.
A la Fig.6 on a représenté schématiquement une variante qui dif- fère du système décrit, dans la manière de connecter l'instrument de mesure; celui-ci, dans le cas de la fig.@, est shunté par le commutteur 25 pendant les périodes de fermeture; par exemple, lorsque le commutateur 25 se trouve dans sa position de gauche, l'appareil de masure est shunté aussi longtemps que les con- tacts 46 et 48 sont fermés. Par conséquent, la lecture obtenue à l'instrument de mesure correspond à l'intégrale de la tension apparaissant entre ces contacts pendant les périodes d'ouverture. Au point de vue du fonctionnement de l'appa- reil, le seul effet en est une avance de 180 du centre de la période d'intégra- tion par rapport à l'instant correspondant du système décrit plus haut.
La variante de la Fig.6 présente l'avantage de donner des résul- tats indépendants des résistances de contact des commutateurs, car même si les contacts entre les pièces mobiles l'une par rapport à l'autre ne sont pas par- faits, l'instrument de mesure sera cependant cours-circuité et aucune errent
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ne pourra résulter des oontaatli clêfeotueuxo
Au lieu du système à came et contacts décrit, on peut employer d'autres dispositions; par exemple on peut se servir de 'bagues et de balais ou même, dans certains cas, de dispositifs à décharge électrique commandés.
Bien qu'on ait décrit plusieurs formes de réalisation de l'inven- tion, il est évident qu'on ne désire pas se limite$ à ces formes particulières @ données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le candre de l'invention.