FR2984194A3

FR2984194A3 - Systeme d'alignement d'arbres de machine tournante

Info

Publication number: FR2984194A3
Application number: FR1162031A
Authority: FR
Inventors: Laurent Dumesnil; Daniel Schlegel; Ezio Pena
Original assignee: GE Energy Products France SNC
Current assignee: GE Energy Products France SNC
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-21
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: FR2984194B3

Abstract

Système d'alignement d'arbres de machines tournantes comprenant au moins deux arbres (2, 3) et deux moyens d'accouplement (4, 5) disposés respectivement à au moins une extrémité d'un arbre (2, 3), le premier moyen d'accouplement (4) étant destiné à être fixé au deuxième moyen d'accouplement (5). Le système d'alignement d'arbres (1) comprend des moyens de serrage (6) du premier moyen d'accouplement (4) associé au premier arbre (2) et des moyens de fixation (7) du deuxième arbre (3) associé au deuxième moyen d'accouplement (5), lesdits moyens de fixation (7) étant disposés à une extrémité opposée aux moyens de serrage (6).

Description

B11-5516FR 1 Système d'alignement d'arbres de machine tournante La présente invention concerne le domaine des machines tournantes, telles que par exemple les turbines à gaz. Plus particulièrement, la présente invention concerne les systèmes d'alignement d'arbres de machines tournantes lors du montage ou la maintenance de telles machines. Il est nécessaire que les arbres d'une machine tournante soient correctement alignés afin de limiter les vibrations et l'usure notamment au niveau des moyens d'accouplement des arbres. Il a ainsi été proposé de coupler les arbres d'une machine tournante, par exemple le rotor et l'arbre mené, au moyen d'un accouplement flexible afin de s' affranchir des problèmes d'alignement. En outre, cette solution permet au rotor et à l'arbre mené de conserver des comportements vibratoires qui leur sont propres, dans la mesure où ils restent mécaniquement découplés. Toutefois, un tel accouplement flexible ne permet pas d'obtenir un alignement convenable lors du fonctionnement de la machine tournante. Par ailleurs, il existe un besoin de pouvoir vérifier et régler le parallélisme et la concentricité entre deux arbres d'une machine tournante, et notamment entre les moyens d'accouplement de chaque arbre. Les moyens d'accouplement peuvent être une bride. Une bride est une pièce de fixation de forme cylindrique creuse ceinturant un arbre ou tuyau et percée sur sa périphérie afin de venir se fixer à une autre bride joignant ainsi un arbre à un autre. On connait actuellement des systèmes d'alignement comprenant une pièce intermédiaire entre les brides de deux arbres. La pièce intermédiaire comporte un tube de couplage, deux moyens d'accouplement à chaque extrémité du tube et deux diaphragmes disposés chacun entre le tube et un des moyens d'accouplement. Un tel système est flexible de sorte qu'il permet une jonction aisée entre les brides. Toutefois, un tel système est complexe et son poids élevé nécessite l'utilisation d'outillage supplémentaire afin de contraindre une telle augmentation de poids. Au vu de ce qui précède, l'invention se propose de pallier les inconvénients des systèmes d'alignement d'arbres de machines tournantes à accouplement rigide. Un but de l'invention est de fournir un système d'alignement d'arbres fiable, facile à mettre en oeuvre, démontable facilement tout en présentant un encombrement et un poids réduits.

Un autre but de l'invention est de maintenir un arbre de façon concentrique à la bride de la machine tournante tout en permettant la libre rotation de l'arbre afin de faciliter l'utilisation de moyens de mesure pour vérifier notamment le parallélisme et la concentricité entre l'arbre et la bride.

Enfin, le système d'alignement d'arbres selon l'invention a pour but d'utiliser des moyens d'accouplement rigides et d'éviter l'utilisation de pièces supplémentaires afin de réduire la durée et le coût d'assemblage. L'invention a pour objet un système d'alignement d'arbres de machines tournantes comprenant au moins deux arbres et deux moyens d'accouplement disposés respectivement à au moins une extrémité d'un arbre. Le premier moyen d'accouplement est destiné à être fixé au deuxième moyen d'accouplement. Le système d'alignement d'arbres comprend des moyens de serrage du premier moyen d'accouplement associé au premier arbre et des moyens de fixation du deuxième arbre associé au deuxième moyen d'accouplement, lesdits moyens de fixation étant disposés à une extrémité du système d'alignement opposée aux moyens de serrage. Ainsi, le deuxième arbre est maintenu de façon concentrique par rapport au premier moyen d'accouplement et donc au premier arbre. Avantageusement, les moyens de serrage comprennent deux mors chacun en forme de V reliés entre eux de manière à former une mâchoire coulissant entre une position ouverte et une position fermée de préhension et de serrage d'un des moyens d'accouplement. De ce fait, la mâchoire peut s'adapter à différentes tailles de moyen d' accouplement. Chaque mors peut comprendre deux parties de mors symétriques par rapport au plan passant par l'axe longitudinal des arbres et un axe vertical perpendiculaire à l'axe longitudinal, chaque partie de mors formant une branche du V. Avantageusement, les deux mors sont reliés par des moyens de liaison et coulissent entre une position fermée de serrage du deuxième moyen d'accouplement et une position ouverte. Par exemple, les moyens de liaison comprennent deux tiges filetées, parallèles entre elles, destinées à être insérées dans des taraudages correspondants pratiqués sur chacun des mors. Ces tiges filetées peuvent coopérer avec des éléments taraudés, tels que par exemple, des boulons disposés de part et d'autre de chaque tige filetée. Dans un mode de réalisation, les moyens de liaison comprennent deux tiges de guidage parallèles aux tiges filetées. Avantageusement, le système d'alignement d'arbres comprend deux poutres comportant chacune deux branches formant un V se prolongeant perpendiculairement aux moyens de serrage. Les moyens de fixation peuvent comprendre à cet effet, quatre barres filetées destinées à coopérer avec un taraudage pratiqué respectivement dans chacune des branches de poutre dans une direction perpendiculaire à ladite branche de poutre.

Par exemple, les barres sont filetées et comprennent une première extrémité destinée à coopérer avec un boulon et une deuxième extrémité destinée à venir s'appuyer sur le deuxième arbre. Ainsi, une telle fixation du deuxième arbre permet sa libre rotation et facilite ainsi d'éventuelles mesures, telles que par exemple la concentricité des arbres et le parallélisme. Selon un mode de réalisation, deux branches d'une poutre sont reliées entre elles par des moyens de guidage.

Les moyens de guidage peuvent comprendre deux tubes latéraux reliant les deux branches d'une poutre et un tube longitudinal reliant l'intersection des tubes latéraux aux moyens de serrage. Avantageusement, chaque branche de poutre comprend des perçages destinés à coopérer avec un des tubes latéraux et chaque mors comprend des perçages destinés à coopérer respectivement avec les branches de poutre et le tube longitudinal. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de serrage comprennent des crochets disposés à la périphérie des moyens d'accouplement et des moyens de fixation comportant un anneau rigide entourant le deuxième arbre et relié à chaque crochet par des éléments tendeurs rigides. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un système d'alignement d'arbres selon un premier mode de réalisation de l' invention ; - la figure 2 illustre le système d'alignement d'arbres selon la figure 1 en position fermée de serrage ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un système d' alignement d' arbres selon un deuxième mode de réalisation l'invention ; et - la figure 4 représente schématiquement un système d'alignement d'arbres selon un troisième mode de réalisation l' invention. Dans la suite de la description, deux repères orthogonaux, représentés sur les figures, sont définis comme suit : Le premier repère orthogonal comprend - un axe longitudinal X, horizontal et passant par l'axe de symétrie du système d'alignement d'arbres et dirigé d'une première extrémité à une deuxième extrémité ; - un axe transversal Y, horizontal, perpendiculaire à l'axe X; - un axe vertical Z, orthogonal aux axes X et Y et vertical. Le deuxième repère orthogonal comprend -un axe V1, correspondant à une bissectrice entre l'axe transversal Y et l'axe vertical -Z, -un axe V2, perpendiculaire à l'axe V1 et correspondant à une bissectrice entre l'axe transversal -Y et l'axe vertical -Z, -L'axe longitudinal X étant l'axe orthogonal aux axes V1 et V2 du deuxième repère. Tel qu'illustré sur les figures 1 et 2, le système d'alignement d'arbres, référencé 1 dans son ensemble, est destiné à permettre l'alignement d'arbres à accoupler 2, 3, par exemple d'une machine tournante (non représentée). A cet effet, le système d'alignement d'arbres 1 est destiné à être intégré dans un dispositif (non représenté), tel que par exemple un tunnel de protection, protégeant les arbres à accoupler, ainsi que leurs moyens d'accouplement. Les premier et deuxième arbres 2, 3 de la machine tournante doivent être correctement alignés afin de limiter les vibrations et l'usure au niveau des moyens d'accouplement 4, 5 des arbres. Les moyens d'accouplement 4, 5 peuvent être par exemple une pièce de fixation de forme cylindrique creuse telle qu'une bride, ceinturant respectivement le premier arbre 2 et le deuxième arbre 3 et percée sur sa périphérie afin de venir se fixer à une autre bride joignant ainsi le premier arbre 2 au deuxième arbre 3. Chaque moyen d'accouplement 4, 5 est disposé à une extrémité de son arbre 2, 3 associé. Les arbres 2, 3 à accoupler peuvent être par exemple pleins ou creux. Un arbre plein peut, par exemple, être utilisé pour s'accoupler à un arbre d'un organe moteur (non représenté), tel que par exemple un réducteur de vitesses, un alternateur ou tout autre élément adéquat et un arbre creux, peut être par exemple un tuyau destiné à faire passer un fluide. Le système d'alignement d'arbres 1 comprend des moyens de serrage 6 du premier moyen d'accouplement 4 associé au premier arbre 2 et des moyens de fixation 7 du deuxième arbre 3 associé au deuxième moyen d'accouplement 5. Les moyens de serrage 6 sont disposés à une première extrémité la du système d'alignement d'arbre 1 opposée aux moyens de fixation 7 disposés à une deuxième extrémité lb.

Les moyens de serrage 6 comprennent deux mors 8, 9 chacun en forme de V. Chaque mors 8, 9 comprend deux parties de mors 8a, 8b et 9a, 9b symétriques par rapport à un plan (non représenté) comprenant les axes longitudinal X et vertical Z. Chaque partie de mors 8a, 8b du premier mors 8 forme une branche du V et comprend une partie latérale 8c, 8d s'étendant à partir de la branche en V vers l'extérieur suivant l'axe transversal Y. De manière similaire, chaque partie de mors 9a, 9b du deuxième mors 9 forme une branche du V et comprend une partie latérale 9c, 9d s'étendant à partir de la branche en V vers l'extérieur suivant l'axe transversal Y.

Les deux mors 8, 9 sont reliés par des moyens de liaison 10, 11, notamment entre les premières parties latérales 8c et 9c et entre les deuxième parties latérales 8d, 9d. Les moyens de liaison 10, 11 comprennent deux tiges filetées 10a, 11a, parallèles entre elles, destinées à être insérées dans des taraudages correspondants (non référencés) pratiqués sur chacun des mors 8, 9 et notamment sur chacune des parties latérales 8c, 9c, et 8d, 9d. Ainsi, les mors 8, 9, forment une mâchoire coulissant entre une position fermée de serrage du premier moyen d'accouplement 4 et une position ouverte permettant aux moyens d'accouplement 4, 5 associés respectivement au premier et deuxième arbre 2, 3 de se déplacer suivant l'axe longitudinal X. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, les moyens de liaison 10, 11 comprennent également deux tiges 10b, llb non filetées parallèles aux tiges filetées afin de faciliter le guidage en translation suivant l'axe vertical Z des mors 8, 9. Des éléments taraudés, tels que des boulons 10c, 11c peuvent être disposés à chaque extrémité des tiges filetées 10a, lla de manière à venir, par exemple, maintenir la position fermée des mors 8, 9 lors du serrage du premier moyen d'accouplement 4.

Dans l'exemple illustré, le système d'alignement d'arbres 1 comprend quatre poutres 12a, 12b, 13a, 13b se prolongeant dans la direction longitudinale X perpendiculairement aux moyens de serrage 6. Chaque poutre 12a, 12b et 13a, 13b s'étend à partir d'une portion de mors correspondante 8a, 8b et 9a, 9b. Les poutres 12a, 12b, 13a, 13b présente, par exemple, une section parallélépipédique et peuvent être, par exemple, creuses afin d'alléger le poids du système d'alignement d'arbres 1. En variante, on pourrait prévoir deux poutres 12, 13 formant un V comprenant respectivement deux branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b. Chaque poutre ou branche de poutre 12a, 12b, 13a, 13b comprend, à une extrémité opposée au moyens de serrage 6, des taraudages (non référencés) pratiqués respectivement dans une direction perpendiculaire à chaque branche de poutre suivant les axes V1 et V2, et destinés à coopérer avec les moyens de fixation 7 du deuxième arbre 3. Les moyens de fixation 7 comprennent quatre barres filetées 7a, 7b, 7c, 7d. Une extrémité des barres filetées 7a, 7b, 7c, 7d vient s'appuyer sur le deuxième arbre 3, comme visible sur la figure 2, afin de le maintenir fixe. Le mode de réalisation illustré à la figure 3, dans lequel les mêmes éléments ont les mêmes références, représente un système d'alignement d'arbres 1 comprenant deux poutres 12, 13 comportant chacune deux branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b se prolongeant dans la direction longitudinale X perpendiculairement aux moyens de serrage 6. Deux branches 12a, 12b et 13a, 13b d'une poutre 12 et 13 sont reliées entre elles par des moyens de guidage 14 et 15. Les moyens de guidage 14 et 15 comprennent chacun deux tubes latéraux 14a, 14b et 15a, 15b s'étendant respectivement dans les directions V1 et V2 et reliant les deux branches 12a, 12b et 13a, 13b d'une poutre 12 et 13. Chacun des tubes latéraux 14a, 14b et 15a, 15b sont insérés respectivement dans un perçage (non référencés) pratiqué sur les branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b. Ainsi, les branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b peuvent coulisser le long de chaque tube latéral 14a, 14b et 15a, 15b et être réglées indépendamment l'une de l'autre afin de venir fixer le deuxième arbre 3 par les moyens de fixation 7.

Les moyens de guidage 14 et 15 comprennent en outre un tube longitudinal 14c, 15c reliant l'intersection des tubes latéraux 14b et 15a, 15b aux moyens de serrage 6. Les branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b associés aux tubes latéraux correspondants 14a, 14b et 15a, 15b forment un V de forme concordante à la forme en V des mors 8, 9 des moyens de serrage 6. Chaque mors 8, 9 comprend des perçages 8e, 8f, 8g et 9e, 9f, 9g pratiqués dans la direction longitudinale X et destinés à coopérer respectivement avec le tube longitudinal 14c et 15c et les branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b. Les perçages 8f, 8g et 9f, 9g coopérant avec les branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b sont à cet effet de forme parallélépipédique de dimension supérieure aux branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b de manière à pouvoir permettre aux branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b de coulisser suivant les tubes latéraux 14a, 14b et 15a, 15b. Les perçages parallélépipédiques 8f, 8g et 9f, 9g permettent également un guidage en translation des branches de poutre 12a, 12b et 13a, 13b. Les moyens de serrage 6 illustrés à la figure 3 sont identiques aux moyens de serrage 6 illustrés aux figures 1 et 2 et ne seront pas davantage décrits Le mode de réalisation illustré à la figure 4, dans lequel les mêmes éléments ont les mêmes références, représente un système d'alignement d'arbres 20 comprenant des moyens de serrage 21 des deux moyens d'accouplement 4, 5 et des moyens de fixation 22 du deuxième arbre 3.

Les moyens de serrage 21 comportent des crochets 21a, 21b, 21c, 21d, par exemple au nombre de quatre, disposés à la périphérique des moyens d'accouplement 4, 5 afin de maintenir les moyens d'accouplement 4, 5 serrés.

Chaque crochet de serrage 21a, 21b, 21c, 21d est relié aux moyens de fixation 22, comprenant par exemple une chaîne ou anneau rigide entourant le deuxième arbre 3, par des éléments tendeurs rigides 23.

Grâce à l'invention décrite, il est possible de vérifier et régler le parallélisme et la concentricité entre deux arbres d'une machine tournante, et notamment entre les moyens d'accouplement de chaque arbre. De plus, le système d'alignement d'arbres est facile à mettre en oeuvre, démontable facilement tout en présentant un encombrement et un poids réduits. Par ailleurs, un tel système d'alignement permet de maintenir un arbre de façon concentrique à la bride de la machine tournante tout en permettant la libre rotation de l'arbre afin de faciliter l'utilisation de moyens de mesure pour vérifier notamment le parallélisme et la concentricité entre l'arbre et la bride.

Claims

REVENDICATIONS1. Système d'alignement d'arbres de machines tournantes comprenant au moins deux arbres (2, 3) et deux moyens d'accouplement (4, 5) disposés respectivement à au moins une extrémité d'un arbre (2, 3), le premier moyen d'accouplement (4) étant destiné à être fixé au deuxième moyen d'accouplement (5), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de serrage (6) du premier moyen d'accouplement (4) associé au premier arbre (2) et des moyens de fixation (7) du deuxième arbre (3) associé au deuxième moyen d'accouplement (5), lesdits moyens de fixation (7) étant disposés à une extrémité opposée aux moyens de serrage (6).
2. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 1, dans lequel les moyens de serrage (6) comprennent deux mors (8, 9) chacun en forme de V.
3. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 2, dans lequel chaque mors (8, 9) comprend deux parties de mors (8a, 8b, 9a, 9b) symétriques par rapport à un plan passant par l'axe longitudinal (X) des arbres (2, 3) et un axe vertical (Z) perpendiculaire à l'axe longitudinal (X), chaque partie de mors (8a, 8b, 9a, 9b) formant une branche du V.
4. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les deux mors (8, 9) sont reliés par des moyens de liaison (10, 11) et coulissent entre une position fermée de serrage du premier moyen d'accouplement (4) et une position ouverte.
5. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 4, dans lequel les moyens de liaison (10, 11) comprennent deux tiges filetées (10a, 11a), parallèles entre elles, destinées à être insérées dans des taraudages correspondants pratiqués sur chacun des mors (8, 9)
6. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 5, dans lequel les moyens de liaison (10, 11) comprennent deux tiges de guidage (10b, 11b) parallèles aux tiges filetées (10a, 10b).
7. Système d'alignement d'arbres selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux poutres (12, 13) comportant chacune deux branches (12a, 12b, 13a, 13b) formant un V se prolongeant perpendiculairement aux moyens de serrage (6).
8. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 7, dans lequel les moyens de fixation (7) comprennent quatre barres filetées (7a, 7b, 7c, 7d) destinées à coopérer avec un taraudage pratiqué respectivement dans chacune des branches de poutre (12a, 12b, 13a, 13b) dans une direction perpendiculaire à ladite branche de poutre (12a, 12b, 13a, 13b).
9. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 7 ou 8, dans lequel deux branches d'une poutre (12a, 12b, 13a, 13b) sont reliées entre elles par des moyens de guidage (14, 15).
10. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 9, dans lequel les moyens de guidage (14, 15) comprennent deux tubes latéraux (14a, 14b, 15a, 15b) reliant deux branches d'une poutre (12a, 12b, 13a, 13b) et un tube longitudinal (14c, 15c) reliant l'intersection des tubes latéraux (14a, 14b, 15a, 15b) aux moyens de serrage (6).
11. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 10, dans lequel chaque branche de poutre (12a, 12b, 13a, 13b) comprend des perçages destinés à coopérer avec un des tubes latéraux (14a, 14b, 15a, 15b) et chaque mors (8, 9) comprend des perçages (8e, 8f, 8g, 9e, 9f, 9g) destinés à coopérer respectivement avec les branches de poutre (12a, 12b, 13a, 13b) et le tube longitudinal (14c, 15c).
12. Système d'alignement d'arbres selon la revendication 1, dans lequel les moyens de serrage (6) comprennent des crochets (21a, 21b, 21c, 21d) disposés à la périphérique des moyens d'accouplement (4, 5) et les moyens de fixation (7) comprennent un anneau rigide entourant le deuxième arbre (3) et relié à chaque crochet (21a, 21b, 21c, 21d) par des éléments tendeurs rigides (23).