FR2620051A1

FR2620051A1 - PENDULUM-TYPE ROTATING MACHINES HAVING AT LEAST ONE DAMPING DEVICE

Info

Publication number: FR2620051A1
Application number: FR8712311A
Authority: FR
Inventors: Dominique Biot
Original assignee: Societe Generale pour les Techniques Nouvelles SA SGN
Current assignee: Societe Generale pour les Techniques Nouvelles SA SGN
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1989-03-10
Anticipated expiration: 2007-09-04
Also published as: GB2209486A; JPS6448447U; GB8820853D0; DE8810473U1; GB2209486B; JPH0738748Y2; FR2620051B1

Abstract

La présente invention concerne une machine tournante de type pendulaire comportant un arbre 34, lié à une cuve tournante 35 et accouplé avec un moteur 31 qui l'entraîne en rotation, ledit arbre 34 étant entouré et relié à un moyeu 37 solidaire d'une articulation angulaire (ou rotule 39), ladite machine étant caractérisée en ce que l'on dispose, au-dessous de ladite articulation angulaire 39, au moins deux amortisseurs 42 de vibrations à basse fréquence disposés horizontalement et de façon radiale par rapport à l'arbre, chaque amortisseur étant fixé d'une part audit moyeu 37 et d'autre part à un bâti fixe 33.The present invention relates to a rotating machine of the pendulum type comprising a shaft 34, linked to a rotating bowl 35 and coupled with a motor 31 which drives it in rotation, said shaft 34 being surrounded and connected to a hub 37 integral with an articulation angular (or ball joint 39), said machine being characterized in that there is, below said angular articulation 39, at least two low-frequency vibration dampers 42 arranged horizontally and radially with respect to the shaft , each shock absorber being fixed on the one hand to said hub 37 and on the other hand to a fixed frame 33.

Description

Machines tournantes de type pendulaire comportant au moins unPendulum type rotary machines comprising at least one

dispositif d'amortissement.damping device.

La présente invention concerne les machines tournantes de type pendulaire, c'est-à-dire munies d'une rotule oscillante à la partie supérieure du rotor qui permet à ce dernier de tourner suivant son axe principal d'inertie, même lorsque celui-ci ne The present invention relates to rotary machines of the pendulum type, that is to say provided with an oscillating ball at the upper part of the rotor which allows the latter to rotate along its main axis of inertia, even when the latter born

coïncide pas avec l'axe géométrique du rotor. does not coincide with the geometric axis of the rotor.

On sait que cette propriété des machines pendulaires We know that this property of pendulum machines

leur permet de fonctionner, même lorsqu'il y a des balourds impor- allows them to function, even when there are large imbalances

tants, avec un niveau vibratoire nettement plus faible que celui des tants, with a vibration level significantly lower than that of

machines munies d'un palier rigide à chaque extrémité du rotor. machines fitted with a rigid bearing at each end of the rotor.

Cette propriété destine tout particulièrement ces machines pendu- This property is particularly intended for these hanged machines.

laires à la décantation et à l'essorage de solutions chargées; lesdites machines sont également très appréciées lorsque l'on doit décanter ou essorer des suspensions ou des solutions de matériaux for settling and spinning of charged solutions; said machines are also very popular when it is necessary to decant or wring out suspensions or solutions of materials

nocifs,notamment radioactifs.harmful, especially radioactive.

L'expérience montre que, même lorsque le rotor est dimensionné de manière que la fréquence propre de flexion de l'arbre d'entraînement ne soit pas excitée, ce rotor est animé d'un mouvement pendulaire de basse fréquence dit mouvement de précession. En absence de tout amortissement spécifique, ce Experience shows that, even when the rotor is dimensioned so that the natural frequency of bending of the drive shaft is not excited, this rotor is driven by a pendulum movement of low frequency called precession movement. In the absence of any specific depreciation, this

mouvement pendulaire de basse fréquence peut atteindre des ampli- pendulum movement of low frequency can reach ampli

tudes inadmissiblesnotamment dans le cas o, le rotor et le bâti étant séparés par une dalle de protection, l'arbre traverse ladite inadmissible studies, especially in the case where, the rotor and the frame being separated by a protective slab, the shaft passes through said

dalle par une ouverture avec un jeu réduit. slab through an opening with reduced clearance.

Pour lutter contre ce mouvement pendulaire de basse fréquence, on a déjà décrit, par exemple dans le brevet français 8502012,divers systèmes d'amortissement. Selon un art antérieur connu, on a préconisé la combinaison de plusieurs amortisseurs verticaux (8, 18) agissant en association avec une pièce en forme de cuvette (20a) et d'un organe (7) en forme de cloche dont le bord inférieur se déplace dans une dépression (4a) pratiquée dans la dalle. On a également préconisé, selon un dispositif perfectionné, la combinaison de ces mêmes amortisseurs verticaux (18) agissant en association avec une pièce en forme de cuvette (20a) avec une To combat this low frequency pendulum movement, various damping systems have already been described, for example in French patent 8502012. According to a known prior art, it has been recommended the combination of several vertical dampers (8, 18) acting in association with a cup-shaped part (20a) and of a bell-shaped member (7) whose lower edge is moves in a depression (4a) made in the slab. It has also been recommended, according to an improved device, the combination of these same vertical dampers (18) acting in association with a cup-shaped part (20a) with a

seconde série d'amortisseurs (21) interposés entre Le paLier pen- second series of shock absorbers (21) interposed between the basket

duLaire (15) de l'arbre vertical (11) et Le bâti fixe (20) de La machine, concentriquement à L'extérieur de La première série usuelle d'amortisseurs (18). L'étude plus approfondie des phénomènes liés à ce mouvement pendulaire à conduit à constater: - d'une part que les systèmes d'amortissement primaires (tels que le système 8, 18 du brevet 8502012) ne permettaient pas la duLaire (15) of the vertical shaft (11) and the fixed frame (20) of the machine, concentrically outside the first usual series of shock absorbers (18). A more in-depth study of the phenomena linked to this pendular movement leads to the observation: - on the one hand that the primary damping systems (such as the system 8, 18 of the patent 8502012) did not allow the

réalisation d'un amortissement suffisant pour surmonter les vibra- achieving sufficient damping to overcome vibrations

tions basses fréquences constatées; low frequencies observed;

- d'autre part que le système supplémentaire d'amortisseurs verti- - on the other hand that the additional system of vertical shock absorbers

caux extérieurs (tels que 21 dans le brevet 8502012) introduisait external cals (such as 21 in patent 8502012) introduced

certaines difficultés de constructions et de réalisations. certain difficulties of constructions and realizations.

L'objet selon la présente invention est donc un dispositif d'amortissement visant à surmonter le phénomène de The object according to the present invention is therefore a damping device aimed at overcoming the phenomenon of

précession décrit ci-dessus et les phénomènes de vibration à basse. precession described above and low vibration phenomena.

fréquence qui y sont liés.frequency associated with it.

L'invention concerne donc une machine tournante de type pendulaire comportant un arbre, lié à une cuve tournante et accouplé avec un moteur qui l'entraîne en rotation, ledit arbre étant entouré sur une partie de sa hauteur et relié à un moyeu solidaire d'une rotule permettant audit moyeu de suivre les mouvements d'inclinaison dudit arbre, caractérisée en ce que l'on dispose, au-dessous de ladite rotule, au moins deux amortisseurs de vibrations à basse fréquence disposés horizontalement et de façon radiale par rapport à l'arbre, chaque amortisseur étant The invention therefore relates to a rotary pendulum type machine comprising a shaft, linked to a rotating tank and coupled with a motor which drives it in rotation, said shaft being surrounded over part of its height and connected to a hub integral with a ball joint allowing said hub to follow the tilting movements of said shaft, characterized in that there is, below said ball joint, at least two low-frequency vibration dampers arranged horizontally and radially with respect to the shaft, each shock absorber being

fixé d'une part au moyeu et d'autre part à un bâti fixe. fixed on the one hand to the hub and on the other hand to a fixed frame.

Le moyeu, entourant l'arbre, est relié à celui-ci au moyen de dispositifs tels que des roulements à billes; ainsi, le moyeu ne tourne pas lorsque l'axe est entraîné en rotation par le moteur. De plus, à la partie supérieure du moyeu, on peut fixer un plateau qui, éventuellement par l'intermédiaire de ressorts, The hub, surrounding the shaft, is connected to the latter by means of devices such as ball bearings; thus, the hub does not rotate when the axis is rotated by the motor. In addition, at the upper part of the hub, a plate can be attached which, possibly by means of springs,

facilitera le rappel du moyeu vers sa position d'équilibre verticale. will facilitate the return of the hub to its vertical equilibrium position.

La rotule peut être quelconque; elle est en elle- The patella can be any; she is in her-

même connue.even known.

Chaque amortisseur disposé horizontalement et radia- Each shock absorber arranged horizontally and radially

lement est lié d'une part au moyeu et d'autre part à un bâti fixe. Lement is linked on the one hand to the hub and on the other hand to a fixed frame.

Ce bâti peut être quelconque mais doit présenter une résistance mécanique suffisante vis-à-vis des efforts qu'il subit. Ce bâti peut être indépendant de la machine proprement dite (il peut être par exemple constitué par un bloc de béton) ou faire partie de ladite machine; c'est ce mode de réalisation qui sera décrit dans This frame can be arbitrary but must have sufficient mechanical strength vis-à-vis the forces it undergoes. This frame can be independent of the machine itself (it can for example consist of a concrete block) or be part of said machine; it is this embodiment which will be described in

l'exemple non limitatif illustrant l'invention. the nonlimiting example illustrating the invention.

Il faut utiliser au moins deux amortisseurs; dans le cas o l'on emploie deux amortisseurs, il est préférable qu'ils soient disposés perpendiculairement, l'un par rapport à l'autre. Mais on peut également utiliser trois, quatre,..., amortisseurs, At least two shock absorbers must be used; in the case where two shock absorbers are used, it is preferable that they be arranged perpendicularly, one with respect to the other. But we can also use three, four, ..., shock absorbers,

l'essentiel étant qu'ils soient régulièrement répartis. the main thing is that they are regularly distributed.

On pourra par des calculs simples déterminer un ordre de grandeur acceptable des caractéristiques des amortisseurs à We can by simple calculations determine an acceptable order of magnitude of the characteristics of the shock absorbers

utiliser en tenant compte notamment des dimensions et des carac- use, taking particular account of the dimensions and characteristics

téristiques de structures de la machine, de balourds admissibles et des vitesses de rotation souhaitées ainsi que des déplacements acceptables (inclinaisons) de l'arbre. Ces amortisseurs pourront machine structure, admissible unbalances and desired rotational speeds as well as acceptable displacements (inclinations) of the shaft. These shock absorbers can

être des amortisseurs classiquement utilisés ou être des amortis- be shock absorbers conventionally used or be shock absorbers

seurs actifs tels que décrits schématiquement ci-après. active agents as described schematically below.

Il a été trouvé de plus qu'il n'était pas souhaitable, à l'aide des amortisseurs "basse fréquence" décrits ci-dessus, de chercher à amortir les mouvements du rotor dus au balourd tournant à haute vitesse dans la cuve et qui se traduisent, aux vitesses de rotation élevées de la machine, par des vibrations de haute fréquence. Pour éviter ainsi que les amortisseurs basse fréquence ne soient sollicités par lesdites vibrations à haute fréquence, on préconise selon l'invention l'utilisation de tampons élastiques convenables qui sont montés en série avec chaque amortisseur. Par un choix judicieux des caractéristiques élastiques de ces tampons, on a constaté que l'amortisseur proprement dit était sollicité lors des mouvements à basse fréquence du moyeu, tandis que les It has also been found that it was not desirable, using the “low frequency” dampers described above, to seek to dampen the movements of the rotor due to the unbalance rotating at high speed in the tank and which result in high frequency vibrations at high machine speeds. To prevent the low-frequency dampers from being stressed by said high-frequency vibrations, the invention recommends the use of suitable elastic buffers which are mounted in series with each damper. By a judicious choice of the elastic characteristics of these buffers, it was found that the damper itself was stressed during low frequency movements of the hub, while the

vibrations haute fréquence transmises audit moyeu étaient essen- high frequency vibrations transmitted to said hub were essential

tiellement absorbées par lesdits tampons élastiques. partially absorbed by said elastic pads.

L'exemple non limitatif suivant illustre l'invention; pour une bonne compréhension de l'art antérieur, on a reproduit, sur Les figures 1 et 2, les figures 1 et 2 du brevet 8502012; on a The following nonlimiting example illustrates the invention; for a good understanding of the prior art, Figures 1 and 2 have been reproduced, Figures 1 and 2 of patent 8502012; we have

illustré schématiquement sur les figures 3 et 4 ledit exemple. schematically illustrated in Figures 3 and 4 said example.

La figure 3 est une coupe axiale schématique d'un Figure 3 is a schematic axial section of a

mode de réalisation.embodiment.

La figure 4 montre en coupe un agencement d'un amor- Figure 4 shows in section an arrangement of a shock absorber.

tisseur "basse fréquence présentant en série deux tampons élastiques low frequency weaver with two elastic pads in series

amortisseurs des vibrations "haute fréquence". "high frequency" vibration dampers.

Compte tenu de l'existence des figures 1 et 2 illus- Given the existence of Figures 1 and 2 illus-

trant l'art antérieur, les repères des figures 3 et 4 commencent trant prior art, the marks of Figures 3 and 4 begin

au numéro 31.at number 31.

Sur la figure 3, on peut voir: - en 31 le moteur d'entraînement; ce moteur est monté sur un In Figure 3, we can see: - at 31 the drive motor; this motor is mounted on a

bâti 33 lui-même fixé sur une dalle de béton 45. frame 33 itself fixed on a concrete slab 45.

- en 34 l'arbre d'entraînement qui est d'une part solidaire d'une cuve tournante 35 et d'autre part relié au moteur 31 à l'aide d'un accouplement élastique 32; cet accouplement élastique autorisera le pivotement angulaire de l'arbre 34 - At 34 the drive shaft which is on the one hand integral with a rotating tank 35 and on the other hand connected to the motor 31 by means of an elastic coupling 32; this elastic coupling will allow the angular pivoting of the shaft 34

autour d'un point de pivotement situé au centre de la rotule. around a pivot point located in the center of the patella.

On notera que l'arbre 34 traverse la dalle de béton 45 grâce à une ouverture 46 dont le diamètre doit être suffisamment Note that the shaft 34 crosses the concrete slab 45 through an opening 46 whose diameter must be sufficiently

proche de celui de l'arbre pour assurer une certaine protec- close to that of the tree to provide some protection

tion de l'extérieur; cette faible différence de diamètre tion from the outside; this small difference in diameter

entre l'arbre et l'ouverture ayant pour conséquence l'impos- between the tree and the opening resulting in

sibilité d'admettre, pour l'arbre, un pivotement angulaire sibility of admitting, for the shaft, an angular pivoting

trop important.too important.

- en 36 les deux roulements à billes relient l'arbre 34 au - at 36 the two ball bearings connect the shaft 34 to

moyeu 37; ce moyeu est à son tour solidaire d'une articula- hub 37; this hub is in turn secured to a joint-

tion angulaire telle qu'une rotule 39; cette rotule,dont angular tion such as a ball joint 39; this ball joint, of which

la partie fixe est rendue solidaire du bâti par une plate- the fixed part is made integral with the frame by a platform

forme 40, permet au moyeu un.pivotement autour de l'axe de ladite rotule; le moyeu est en outre pourvu à sa partie supérieured'un plateau 38 qui sert d'élément de rappel, éventuellement à l'aide de ressortsde compression 41, pour ramener le moyeu en position verticale; - en 42 les amortisseurs basse fréquence selon l'invention; form 40, allows the hub un.pivotement around the axis of said ball; the hub is further provided at its upper part with a plate 38 which serves as a return element, optionally by means of compression springs 41, to return the hub to the vertical position; - at 42 the low frequency dampers according to the invention;

ces amortisseurs, connus en eux-mêmes et dont les caracté- these shock absorbers, known in themselves and whose characteristics

ristiques peuvent être déterminées par le calcul et l'expé- rimentation, relient donc la partie inférieure du moyeu 37 au bâti rigide 33; comme indiqué ci-dessus, ces amortisseurs sont disposés horizontalement (lorsque la machine est au dimensions can be determined by calculation and experimentation, therefore connecting the lower part of the hub 37 to the rigid frame 33; as indicated above, these shock absorbers are arranged horizontally (when the machine is at

repos) et radialement par rapport à l'arbre 34. rest) and radially with respect to the shaft 34.

Sur la figure 4, on peut voir en coupe schématique un agencement d'un amortisseur qui est muni, en série, de deux tampons élastiques assurant l'amortissement des vibrations haute fréquence. - Sur cette figure 4 In Figure 4, we can see in schematic section an arrangement of a damper which is provided, in series, with two elastic buffers ensuring the damping of high frequency vibrations. - In this figure 4

- on retrouveen37 le moyeu, en 33 le bâti et en 42 l'amortis- - the hub is found in 37, in 33 the frame and in 42 the damping -

seur basse fréquence; l'amortisseur utilisé, qui est de préférence un amortisseur télescopique hydraulique, est relié low frequency; the shock absorber used, which is preferably a hydraulic telescopic shock absorber, is connected

au moyeu 37 par l'articulation 43 et au bâti par l'intermé- to hub 37 by articulation 43 and to frame by means of

diaire de tampons élastiques (lorsque l'on n'utilise pas de tampon élastique, l'amortisseur sera relié au bâti à l'aide d'une articulation non représentée); - on voit en 47 les deux tampons élastiques qui sont serrés sur le bâti 33 au moyen de deux rondelles 48 fixées sur la tige diary of elastic buffers (when an elastic buffer is not used, the shock absorber will be connected to the frame using a joint not shown); - We see at 47 the two elastic pads which are tightened on the frame 33 by means of two washers 48 fixed on the rod

filetée 49 elle-même solidaire de l'amortisseur 42. threaded 49 itself secured to the damper 42.

A la place de l'amortisseur basse fréquence décrit In place of the low frequency shock absorber described

précédemment, on peut avantageusement mettre en oeuvre des amortis- previously, it is advantageously possible to use damping

seurs hydrauliques passifs mais réglables. passive but adjustable hydraulic sisters.

Ainsi l'amortisseur proprement dit peut être consti- Thus the shock absorber itself can be constituted

tué d'un vérin à double effet blouclé sur lui-même et comportant sur ladite boucle une vanne de laminage qui permet un réglage de la killed by a double-acting cylinder locked on itself and comprising on said loop a rolling valve which allows adjustment of the

variation de l'amortissement. Cette vanne peut être à réglage progres- variation in depreciation. This valve can be progressively adjusted.

sif ou à réglage par paliers successifs. sif or adjustable in successive steps.

Le principe pourrait être que le laminage au moyen de la vanne sera d'autant plus élevé que le mouvement de la rotule sera important. Dans le cas d'un réglage par paliers, on peut penser que The principle could be that the rolling by means of the valve will be higher the greater the movement of the ball joint. In the case of a stepwise adjustment, one might think that

trois positions sont suffisantes pour couvrir l'ensemble des condi- three positions are sufficient to cover all the conditions

tions de marche.market.

On mentionne très succinctement ci-après les caractéristiques chiffrées d'une machine selon l'invention: - La machine pendulaire est munie d'une cuve tournante (35) d'une masse de 400 kg et d'un diamètre de 1 m; ladite cuve est liée à un arbre (34) d'une masse de 300 kg; la distance du centre de rotation de la rotule (39) au centre de gravité de la cuve tournante (35) est de 2 m; - la vitesse nominale de rotation de la cuve est de 1500 tr/min ou 157 rd/s; - le balourd nominal de fonctionnement est de 2 kg; - le déplacement admissible de la cuve (déterminé par l'espace entre l'arbre (34) et l'ouverture (46) pratiquée dans la dalle (45) est de 10 mm; Very briefly mentioned below are the quantitative characteristics of a machine according to the invention: - The pendulum machine is provided with a rotating tank (35) with a mass of 400 kg and a diameter of 1 m; said tank is linked to a tree (34) with a mass of 300 kg; the distance from the center of rotation of the ball joint (39) to the center of gravity of the rotating tank (35) is 2 m; - the nominal speed of rotation of the tank is 1500 rpm or 157 rd / s; - the nominal operating unbalance is 2 kg; - The admissible displacement of the tank (determined by the space between the shaft (34) and the opening (46) made in the slab (45) is 10 mm;

- les ressorts (41) introduisent une raideur angulaire de 1.105 Nm/rd. - the springs (41) introduce an angular stiffness of 1.105 Nm / rd.

Dans ces conditions: - l'angle de pivotement de l'arbre, autour du centre de rotation de la rotule est, à la vitesse nominale, de 103 rd et le déplacement correspondant du centre de gravité de la cuve est de -3 2x 103 m; - le déplacement admissible de la cuve étant de 10 mm, l'angle de rotation maximum de l'arbre est de 5.10-3 rd; - donc le coefficient d'amortissement nécessaire pour le passage de la fréquence propre est de 0,1; la valeur de l'amortissement nécessaire est de 11 300 N/m/s; la pulsation de la fréquence propre est de 7,07 rd/s; - dans ces conditions, l'effort transmis au bâti (33) est de 200 N. Under these conditions: - the pivot angle of the shaft, around the center of rotation of the ball joint is, at nominal speed, 103 rd and the corresponding displacement of the center of gravity of the tank is -3 2x 103 m; - the admissible displacement of the tank being 10 mm, the maximum angle of rotation of the shaft is 5.10-3 rd; - therefore the damping coefficient necessary for the passage of the natural frequency is 0.1; the value of the damping required is 11,300 N / m / s; the pulsation of the natural frequency is 7.07 rd / s; - under these conditions, the force transmitted to the frame (33) is 200 N.

Claims

1. Pendulum type rotary machine comprising a shaft (34), linked to a rotary tank (35) and coupled with a motor (31) which drives it in rotation, said shaft (34) being surrounded and connected to a hub ( 37) integral with an angular articulation (or ball joint 39), said machine being characterized in that there is, below said angular articulation (39), at least two dampers (42) of low frequency vibrations arranged horizontally and radially with respect to the shaft, each damper being fixed on the one hand to said hub (37) and on the other

part to a fixed frame (33).

2. Machine according to claim 1, characterized in

what each of the shock absorbers includes in series with said shock absorber

low frequency weaver proper, at least one elastic pad

tick (47) shock absorber of high frequency vibrations.