CH372880A - Dispositif de centrage du rotor d'une machine tournante - Google Patents

Description

  Dispositif de centrage du rotor     d'une        machine    tournante    La présente invention     concerne    un dispositif de  centrage du rotor d'une machine tournante.  



  On connaît déjà des dispositifs de centrage fai  sant appel à un flux magnétique pour maintenir un  rotor coaxial à un organe magnétique inducteur de  centrage fixe. Cependant les     différentes    solutions  proposées ne permettent pas d'obtenir un centrage  rigoureux.  



  La présente invention vise à réaliser un disposi  tif de centrage qui assure le maintien rigoureuse  ment coaxial du rotor par     rapport    à l'axe de l'organe  magnétique de     centrage.     



  La présente invention a pour objet un dispositif  de centrage du rotor d'une machine tournante, com  prenant un organe magnétique inducteur de centrage,  coaxial et adjacent au rotor, des moyens pour pro  duire un     flux    magnétique dans cet organe magnéti  que inducteur de centrage, lequel comporte, sur sa  face transversale qui est voisine du rotor, des pièces  polaires constituées par deux couronnes concentri  ques, à savoir une couronne intérieure et une cou  ronne extérieure, et un organe     magnétique    porté par  la face transversale du rotor qui fait face audit  organe magnétique inducteur de centrage, cet organe  magnétique comportant deux couronnes concentri  ques intérieure et extérieure disposées en regard des  couronnes polaires correspondantes de l'organe  magnétique inducteur de centrage,

   caractérisé en ce  que chacune des couronnes de l'organe magnétique  inducteur de centrage et de l'organe magnétique du  rotor est constituée par plusieurs     nervures    concen  triques     terminées    par des arêtes vives, de manière  que le     flux    magnétique produit dans l'organe magné  tique inducteur de centrage se ferme par l'organe  magnétique du rotor et assure le     maintien    du rotor  centré sur l'axe de     l'organe    magnétique inducteur  de centrage.

      Pour équilibrer et compenser la force d'attrac  tion     axiale    exercée par l'organe magnétique induc  teur de centrage sur le rotor, on peut prévoir un  organe magnétique inducteur     auxiliaire    exerçant sur  ce rotor une force axiale opposée à celle exercée  par l'organe magnétique     inducteur    de centrage.  



  Les flux magnétiques produits dans les circuits  magnétiques inducteurs de centrage et auxiliaires  peuvent être produits soit par des aimants perma  nents, soit par des électro-aimants.  



  Le dispositif selon l'invention permet de suppri  mer, dans une machine     tournante,    l'arbre portant le  rotor ainsi que les paliers de centrage de cet arbre.  



  Le     dispositif    selon l'invention peut être notam  ment     utilisé    pour transmettre un couple entre le  rotor et un arbre menant ou mené.  



  Dans ce cas, la transmission du couple entre  l'arbre et le rotor peut se faire à travers une paroi  étanche, le rotor menant ou mené étant disposé dans  une enceinte rigoureusement hermétique, de sorte  qu'il n'est pas nécessaire de prévoir pour ce rotor  des     paliers,    leur graissage, ni des dispositifs d'étan  chéité sur l'arbre du rotor puisque celui-ci est  supprimé.  



  D'autre part, dans toutes les formes d'exécution,  la suppression de l'arbre portant le rotor et de ses       paliers    peut conduire à une réduction sensible du  volume total de la machine, ce qui peut, dans cer  tains cas, être un avantage appréciable.  



  On décrira ci-après, à titre d'exemple, diverses  formes de réalisation de la présente invention en se  référant au dessin annexé, dans lequel:  La     fig.    1 est une vue en coupe longitudinale  d'un coupleur électromagnétique.  



  La     fig.    2 est une demi-vue en élévation du rotor  mené du coupleur suivant la     fig.    1.      La     fig.    3 est une vue en coupe longitudinale  d'un autre coupleur électromagnétique.  



  La     fig.    4 est une demi-vue en élévation du rotor  mené du coupleur suivant la     fig.    3.  



  La     fig.    5 est une vue en coupe     longitudinale          partielle,    à plus grande échelle, du coupleur suivant  la     fig.    3, le rotor mené étant supposé être excentré  par     rapport    au rotor menant.  



  La     fig.    6 est une vue en perspective des rotors  menant et mené et de l'organe     inducteur        fixe    du  coupleur suivant la     fig.    3, ces éléments étant coupés  par un plan diamétral.  



  Le coupleur électromagnétique représenté sur les       fig.    1 et 2 comprend essentiellement un arbre mo  teur 1, dont est     solidaire    un rotor     menant    2, et un  rotor mené     flottant    3, dont est solidaire un organe de  travail 4 de la machine     entraînée.    Dans l'exemple       considéré,    cet organe de travail est une roue de  compresseur. Le rotor mené 3 et la roue de com  presseur 4 sont disposés dans une enceinte herméti  que 5     délimitée    par une enveloppe 35 et séparée  d'une     enceinte    6, dans laquelle se trouve le rotor  menant 2, par une cloison étanche 7.  



  L'arbre menant 1 est solidaire d'un collet de  butée 8, qui transmet à un palier 9 les poussées  axiales auxquelles est     soumis    l'arbre 1. Cet arbre 1  est d'autre part guidé par un second palier radial 10,  les paliers 9 et 10 étant montés dans une enveloppe  11, dans     laquelle    est logé le rotor menant 2. L'enve  loppe 11 porte un organe magnétique inducteur  annulaire 12, à section en U, dans lequel est logé un  enroulement inducteur     fixe    13 produisant un flux  magnétique     (     servant à la transmission du couple  entre le rotor menant 2 et le rotor mené 3.

   Le  rotor menant 2 présente un premier ensemble de  dents 14, disposées suivant une couronne extérieure,  et un second ensemble de dents 15 disposées sui  vant une couronne     intérieure.    Les     couronnes    de  dents extérieures 14 et     intérieures    15 sont séparées  par une entretoise annulaire en matière     amagnéti-          que    16.  



  Le rotor mené 3 comprend, de l'autre côté de la  cloison étanche 7 et en regard du rotor menant 2,  un premier organe magnétique annulaire 17 présen  tant une couronne de dents extérieures 18 et une  couronne de dents     intérieures    19. Les couronnes de  dents extérieures 18 et 14 d'une part, et intérieures  19 et 15 d'autre part, sont respectivement disposées  en regard les unes des autres de chaque côté de la  cloison étanche 7.  



  Le coupleur     décrit    à titre d'exemple étant du  type synchrone, les dents 14 et 15 du rotor     menant     2 sont en nombre égal au nombre de dents 18 et 19  du rotor mené 3. Il est évident que l'on peut envisa  ger de la même façon de     réaliser    un coupleur asyn  chrone en prévoyant des nombres de dents diffé  rents sur les rotors menant et mené.  



  Le rotor mené 3 porte un second organe magné  tique     annulaire    21, coaxial au premier, cet organe  magnétique 21 coopérant avec un organe     inducteur       magnétique de centrage 22. L'organe magnétique in  ducteur de centrage 22 est porté par une partie 23  de l'enveloppe extérieure de la machine et comprend  essentiellement deux anneaux en matière magnétique  24 et 25 réunis par une entretoise annulaire 26 en  matière     amagnétique,    un enroulement inducteur an  nulaire 27 étant logé entre les     anneaux    24 et 25.  



  Ces anneaux 24 et 25 présentent respectivement,  sur leurs faces transversales qui font face au rotor  mené 3, des couronnes polaires extérieure 28 et inté  rieure 29. La couronne polaire extérieure 28 est  constituée par deux     nervures    circulaires présentant  des arêtes vives, tandis que de la même manière la  couronne polaire intérieure 29 est constituée par  trois nervures circulaires à arêtes vives.  



  De la même façon, le second organe magnétique  21 du rotor mené 3 présente deux couronnes, à  savoir une couronne extérieure 31 et une couronne  intérieure 32. Ces couronnes 31 et 32 sont comme  précédemment constituées respectivement par deux  et trois nervures circulaires à arêtes vives. Les ner  vures des couronnes 31 et 32 ont les mêmes diamè  tres, les mêmes pas et la même répartition que les  nervures des couronnes correspondantes 28 et 29 et  leur font face.  



  Le centrage du rotor mené 3 est obtenu par l'ali  mentation de l'enroulement     inducteur    27, lequel  produit un flux magnétique     4)1.    Ce flux magnétique       #)1    se ferme à travers les anneaux 24 et 25, le second  organe magnétique 21 du rotor 3 et la partie 23 de  l'enveloppe extérieure de la machine.

   Le     flux        qDl    est  concentré dans les nervures constituant les différen  tes couronnes extérieures 28 et 31 et intérieures 29  et 32 et assure de ce fait une mise en position très  précise du rotor mené 3 par     rapport    à l'axe longi  tudinal     X-X    de la machine, position pour laquelle la  réluctance de l'ensemble du circuit magnétique de  centrage est minimale.  



  Le nombre de nervures des couronnes intérieure  et extérieure est différent car     il    est nécessaire que la  section de passage     offerte    au flux magnétique soit  constante tout le long du trajet de ce flux.  



  Le second organe magnétique 21 du rotor mené  3 présente en outre à sa périphérie une jupe cylin  drique 33, qui repose par sa face transversale sur  une surface d'appui annulaire plane 34 prévue dans  l'enveloppe 35 abritant le rotor mené 3. Suivant  d'autres variantes de     réalisation,    cette surface d'appui  pourrait être conique ou sphérique.  



  Par suite des forces d'attraction axiales dues aux       flux    magnétiques     q)    et     (P1,    le rotor mené 3 exerce  une pression sur la surface 34. Pour régler à volonté  cette pression, on a prévu un organe magnétique  inducteur auxiliaire 36 constitué par une cuirasse  annulaire 37, à     l'intérieur    de laquelle est logé un  enroulement inducteur 38 alimenté en courant conti  nu ou redressé. Le rotor mené 3     porte    d'autre     part     un anneau continu 39, en métal magnétique.

   Le       flux        (P.    engendré par l'organe magnétique inducteur  auxiliaire 36 se ferme dans l'anneau continu 39, si      bien que ce dernier est soumis à une force d'attrac  tion axiale en direction de cet organe inducteur 36.  Cette force d'attraction axiale peut donc être réglée  à volonté, par variation de l'excitation de l'enroule  ment inducteur 38, de manière à équilibrer en partie  la pression exercée par le rotor mené 3 sur la       surface    d'appui 34.  



  Sur les     fig.    3 à 6 est représenté un autre coupleur  électromagnétique, dans lequel le     flux    magnétique  produit par le circuit magnétique inducteur de cen  trage sert également à la transmission du couple  entre le rotor menant 42 et le rotor mené     flottant     43. Dans cette forme de réalisation, les éléments  similaires à ceux du coupleur des     fig.    1 et 2     portent     les mêmes nombres de référence.

   Sur la     fig.    3, l'arbre  moteur 1 du coupleur porte un plateau 41, qui est  claveté à une     extrémité    et sur lequel sont fixés deux  anneaux     rotoriques    coaxiaux 44 et 45, en métal  magnétique, réunis par une entretoise     annulaire          amagnétique    46. Les éléments 41, 44, 45 et 46 cons  tituent le rotor menant 42 et dans l'espace annulaire  compris entre les anneaux 44 et 45 est logé l'organe  magnétique annulaire fixe 12, porté par l'enveloppe  11 de la machine, et comprenant à l'intérieur l'enrou  lement inducteur 13.  



  Comme dans le premier exemple précédemment  décrit, le rotor mené 43 est solidaire de l'organe de  travail 4 de la machine et est disposé dans; une  enceinte hermétique 5, laquelle est     délimitée    par une  enveloppe 48 et une cloison étanche de séparation  47.  



  Le rotor mené 43 comprend un seul organe  magnétique 49 constitué par un plateau annulaire,  dont le diamètre est grand par rapport à la hauteur  et sur lequel est fixé l'organe de travail de la  machine.  



  L'organe magnétique 49 présente deux ensembles  de dents extérieures 50 et     intérieures    51 disposées  suivant deux couronnes concentriques à l'axe longi  tudinal     Y-Y    du rotor. Les dents 50 et 51 résultent  du découpage, au moyen d'incisions radiales, de  couronnes continues analogues aux couronnes exté  rieure 31 et intérieure 32 du rotor mené 3 du cou  pleur des     fig.    1 et 2. Chaque dent 50 de la couronne  extérieure est constituée par deux nervures concen  triques, à arêtes vives, et, de même, chaque dent 51  de la couronne intérieure est constituée par trois  nervures concentriques, également à arêtes vives.

   Les  dents extérieures 50 et intérieures 51 sont disposées  par paires suivant des rayons formant entre eux  un angle constant, la somme des longueurs des arcs  que constituent les nervures d'une dent extérieure 50  étant égale à la somme des longueurs des arcs que  constituent les nervures de la dent     intérieure    51  disposée suivant le même rayon. On obtient ainsi une  section constante pour le passage du flux magnéti  que     ( 3.     



  Le rotor menant 42 est constitué, de l'autre côté  de la cloison étanche 47, de la même façon que le  rotor mené 49. Les anneaux 44 et 45 sont prolon-         gés    par des dents polaires disposées respectivement  suivant des couronnes extérieure et intérieure. Les  dents extérieures 52 et     intérieures    53 sont réalisées  de la même façon que les dents correspondantes  50 et 51 du rotor mené 43.

   Dans     cette    forme de  réalisation, le flux magnétique     03    produit par     l'enrou-          lëment    inducteur 13 se ferme à travers les anneaux       rotoriques    44, 45 et l'organe magnétique 49, en  étant concentré dans les nervures des dents intérieu  res 53, 51 et extérieures 52, 50.  



  En fonctionnement, la position du rotor mené  43 est celle qui fournit la réluctance minimale du  circuit magnétique, c'est-à-dire celle pour laquelle les  arêtes des nervures des dents 50-53 sont disposées  en regard les unes des autres. L'axe de rotation du  rotor mené 43 est     ainsi    déterminé par la     liaison     magnétique avec le rotor menant 42, l'axe de ce  rotor menant     étant    défini matériellement par les  paliers 9 et 10.  



  D'autre part, la coïncidence respective des dents  50, 51 avec les dents 52, 53 définit la position de       réluctance        minimale,    à laquelle correspond le couple  de transmission synchrone qui est fonction, pour des  dimensions données, de l'intensité d'excitation de  l'enroulement inducteur 13.  



  On peut encore dire que le circuit magnétique  ainsi constitué présente une réluctance<U>minim</U>ale  lorsque trois conditions sont remplies à savoir  1. Coïncidence de l'axe     Y-Y    du rotor mené 43  avec l'axe     X-X    du rotor menant 42.  



  2. Disposition en regard les unes des autres, des  deux côtés de la cloison 47, d'une part des dents  50 et 52 et d'autre part des dents 51 et 53.  



  3.     Distance        minimale    a     (fig.    6) entre les arêtes des  dents en regard.  



  La paroi étanche 47 disposée entre les rotors       menant    et mené étant constituée en une matière       amagnétique    et mauvaise conductrice de l'électricité,  dès que l'on     alimente    l'enroulement d'excitation 13,  le flux magnétique     (1)3        s'établit    en empruntant les  zones les plus perméables.

   Pour que la réluctance  du circuit magnétique soit     minimale,    il faut que les  axes     X-X    du rotor     menant    42 et     Y-Y    du rotor mené  43     cdincident.    Si un écart e     (fig.    5) tend à se pro  duire entre les axes     X-X    et     Y-Y,    des forces de  rappel magnétiques FO et     Fl        sollicitent    respective  ment les rotors 43 et 42 et tendent de toute façon  à rétablir la coïncidence des axes     X-X    et Y-Y.  



  Comme dans la forme de réalisation des     fig.    1  et 2, un organe magnétique inducteur     auxiliaire    36  est prévu pour créer un flux magnétique     ( 2    contre  balançant l'attraction axiale exercée par le circuit  magnétique inducteur de centrage sur le rotor mené  43.  



  Dans toutes les formes de     réalisation,    le rotor  mené 3 ou 43     tourne    en étant centré sur les     paliers     9 et 10, mais sans liaison matérielle avec ceux-ci, le  couple     d'entraînement    étant fonction du courant  d'excitation dans l'enroulement     inducteur    13.      Le rotor mené 43 peut par conséquent tourner à  l'intérieur d'une ambiance quelconque en étant com  plètement isolé du     milieu    extérieur. Les paliers de       centrage    du rotor 43 sont en fait constitués par les  paliers extérieurs de l'arbre moteur 1.  



  Dans une variante, les rôles des rotors peuvent  être inversés, le rotor     flottant    étant alors le rotor  d'une turbine et     entraînant    le rotor mené solidaire  d'une     générarice.    De même, bien que l'on ait prévu,  pour le dispositif de transmission du couple, un     entre-          fer    plan, il est évident que l'on     pourrait    réaliser ce  dispositif de transmission de la même façon au  moyen d'un entrefer     cylindrique.     



  Dans la forme de     réalisation    des figures 1 et 2,  l'organe magnétique 17 portant les dents 18 et 19  pourrait être remplacé par un simple plateau continu  recouvert d'une     pellicule    conductrice,     l'entrainement     se faisant alors par     l'intermédiaire    des courants de  Foucault produits dans cette     pellicule.     



  On peut prévoir, pour les     nervures    constituant  les     différentes    dents et couronnes, des profils diffé  rents, la condition essentielle à respecter étant que  ces nervures soient terminées par des arêtes vives  pour assurer     une    mise en position très précise des  deux rotors l'un par rapport à l'autre.

Claims (1)

1. REVENDICATION Dispositif de centrage du rotor d'une machine tournante, comprenant un organe magnétique induc teur de centrage, coaxial et adjacent au rotor, des moyens pour produire un flux magnétique dans cet organe magnétique inducteur de centrage, lequel comporte, sur sa face transversale qui est voisine du rotor, des pièces polaires constituées par deux cou ronnes concentriques, à savoir une couronne inté rieure et une couronne extérieure, et un organe magnétique porté par la face transversale du rotor qui fait face audit organe magnétique inducteur de centrage,

   cet organe magnétique comportant deux couronnes concentriques intérieure et extérieure dis posées en regard des couronnes polaires correspon dantes de l'organe magnétique inducteur de centrage, caractérisé en ce que chacune des couronnes de l'organe magnétique inducteur de centrage et de l'organe magnétique du rotor est constituée par plu sieurs nervures concentriques terminées par des arêtes vives, de manière que le flux magnétique produit dans l'organe magnétique inducteur de centrage se ferme par l'organe magnétique du rotor et assure le maintien du rotor centré sur l'axe de l'organe magné tique inducteur de centrage.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif suivant la revendication, caractérisé en ce qu'il comprend un organe magnétique induc teur auxiliaire exerçant sur le rotor une force axiale opposée à celle exercée par l'organe magnétique in ducteur de centrage. 2. Dispositif suivant la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un anneau en matière magnétique porté par le rotor et tournant en regard de l'organe magnétique inducteur auxi liaire.

   3. Dispositif suivant la revendication, destiné à transmettre un couple entre ledit rotor et un arbre menant ou mené, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un organe magnétique annulaire porté par ledit arbre et présentant deux couronnes de dents, cet organe coopérant avec un organe magnétique similaire porté par ledit rotor de manière à assurer la transmission du couple, ledit organe magnétique présentant les deux couronnes de nervures intérieu re et extérieure étant également annulaire et coopé rant avec les couronnes similaires de l'organe magné tique inducteur de centrage qui est fixe. 4.

   Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que l'entrefer entre les deux orga nes magnétiques qui assurent la transmission du couple est plan. S. Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que l'entrefer entre les deux orga nes magnétiques qui assurent la transmission du coupe est cylindrique. 6. Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que les deux organes magnétiques ont le même nombre de dents, de sorte que le fonc tionnement est synchrone. 7. Dispositif suivant la sous-revendication 3, caractérisé en ce que les deux organes magnétiques ont des nombres de dents différents, de sorte que le fonctionnement est asynchrone. 8.

   Dispositif suivant la revendication, destiné à transmettre un couple entre ledit rotor et un arbre menant ou mené, caractérisé en ce que ledit organe inducteur magnétique de centrage est monté sur ledit arbre et en ce que les couronnes des deux organes magnétiques sont constituées par plusieurs nervures concentriques terminées par des arêtes vives lesquel les sont découpées par des incisions radiales qui délimitent des dents, de sorte que le flux magnéti que servant à centrer le rotor assure également la transmission du couple. 9.

   Dispositif suivant la sous-revendication 8, caractérisé en ce que la somme des longueurs déve loppées des dents de la couronne intérieure est égale à la somme des longueurs développées des dents de la couronne extérieure. 10. Dispositif suivant la revendication, caracté risé en ce que ledit organe magnétique porté par le rotor présente une jupe cylindrique terminée par une face transversale qui est appliquée contre une surfa ce d'appui correspondante ménagée dans l'enveloppe du rotor. 11. Dispositif suivant la revendication, caracté risé en ce que les moyens pour produire le flux magnétique sont constitués par un aimant perma nent ou un électro-aimant.