Equilibrage actif des machines tournantes : application aux grandes lignes d'arbres

= Active balancing of turbomachinery : application to large shaft lines

• Auteur / Autrice : Carine Alauze
• Direction : Michel Lalanne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMSt - Laboratoire de Mécanique des Structures, UMR 5514 (Lyon, INSA1968-2003)
• Jury : Président / Présidente : Régis Dufour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johan Der Hagopian, Luc Gaudiller, Roger Ohayon, Philippe Voinis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Lalanne, Claude Lesueur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbogénérateurs

Équilibrage (mécanique industrielle)

Machines tournantes

Transmission (mécanique)

Génie mécanique

Résumé

Les défauts de balourds sont inhérents à la fabrication des machines tournantes et peuvent provoquer des vibrations importantes qu'il est nécessaire de limiter. Le travail présenté qui fait suite à une étude bibliographique du domaine concerne l'équilibrage actif de rotors. Il s'agit de réaliser la correction des défauts de balourd en temps réel, durant l'exploitation de la machine en régime permanent et transitoire. Le concept proposé consiste à générer une force de correction à l'aide de deux masses mobiles situées dans un même plan et circulant à une distance constante de l'axe du rotor. Le processus d'équilibrage est basé sur la méthode des coefficients d'influence et inclut des développements de mesure et de contrôle spécifiques. La mise en œuvre comprend une détermination préalable des coefficients d'influence qui sont ensuite utilisés pour équilibrer le rotor à des vitesses prédéterminées pour réduire au mieux les vibrations au passage des vitesses critiques. Ne première application expérimentale met en œuvre un dispositif technologique adapté aux machines de grandes dimensions pour réaliser l'équilibrage actif d'un banc d'essai mono rotor. La validité de la technologie ainsi que l'efficacité de l'équilibrage sont montrées expérimentalement : les vibrations au passage de la vitesse critique sont fortement diminuées. Une simulation de l'équilibrage actif réalisée à partir d'un modèle du rotor permet de valider la modélisation et la procédure de simulation par comparaison avec les résultats expérimentaux. La deuxième application est une simulation numérique de l'équilibrage actif d'un groupe turboalternateur industriel équipé de plusieurs dispositifs et traversant plusieurs vitesses critiques. Les résultats montrent l'intérêt de l'équilibrage actif d'une machine multi rotor par rapport à un équilibrage conventionnel. Cette étude a été réalisée dans le cadre d'un contrat de recherche avec E. D. F. /D. E. R.

Unbalance defects are inherent to rotating machinery manufacturing and cause considerable vibrations which must be reduced. This work, which follows a bibliographical study, concerns the active balancing of rotors. The unbalance correction is carried out in real-time, during operation in steady state and transient responses. The concept suggested consists of generating a correction force using two mobile weights situated on the same plane and running at a constant radius of the rotation axis. The balancing process is based on the influence coefficients method and includes specific measurement and control developments. Influence coefficients are determined first and then used to balance the rotor at a specified speed during its transient response, in order to minimize vibrations at critical speeds. An initial experimental application is presented. A technological device designed for large sized machines is described and used to balance a single rotor test bench. The technology and the process efficiencies are shown: vibrations at critical speed are substantially decreased. A simulation of active balancing of the rotor is then carried out in order to validate the simulation procedure compared to experimental results. The second application is a numerical simulation of the active balancing of an industrial turbo generator set passing through multiple critical speeds. The results show the advantage of active balancing of a multi rotor machine compared to conventional balancing. This study has been carried out in collaboration with E. D. F. /D. E. R.