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Fréquences de défauts des paliers lisses
Calculer la plage de fréquences de tourbillonnement d'huile, les indicateurs de fouettement d'huile, la fréquence de l'arbre et les caractéristiques de vibration sous-synchrones pour les paliers lisses/à manchon.
Résultats
Résumé des fréquences clés
| Fréquence | Hz | CPM | Indicateur |
|---|
⚠️ Fouet à l'huile : Si la vitesse de fonctionnement dépasse environ deux fois la première vitesse critique, le tourbillon d'huile peut se bloquer sur la fréquence naturelle du rotor, provoquant un fouettement d'huile – une situation d'instabilité grave. Surveillez attentivement les composants sous-synchrones.
Tourbillon d'huile
Le tourbillon d'huile est une vibration auto-entretenue dans les paliers à film fluide. Le coin du film d'huile génère une force qui entraîne l'arbre sur une orbite de précession vers l'avant à une fréquence inférieure à sa vitesse de rotation.
Le rapport de tourbillonnement typique est d'environ 0,43, mais varie de 0,42 à 0,48 en fonction de la géométrie du palier, de la charge, de la viscosité de l'huile et du jeu.
Fouet à huile
Le fouettement d'huile se produit lorsque la fréquence de tourbillonnement de l'huile coïncide avec la première vitesse critique de flexion du rotor. À ce stade, la vibration sous-synchrone « se verrouille » sur la vitesse critique et ne suit plus la vitesse de l'arbre.
Le fouettement d'huile est une condition potentiellement destructrice qui nécessite une attention immédiate.
Fréquence de l'arbre
Indicateurs clés de vibration
| Fréquence | Modèle | Indication |
|---|---|---|
| 0,42–0,48× arbre | Précession subsynchrone vers l'avant | Tourbillon d'huile — début d'instabilité des paliers |
| Sous-synchrone verrouillé | Fréquence fixe quelle que soit la vitesse | Fouettement d'huile — bloqué au 1er critique |
| 1 arbre | Synchrone | Réponse normale au déséquilibre |
| 2× arbre | Deuxième harmonique | Désalignement, jeu ou réponse non linéaire |
Compte tenu de ce qui précède : Vitesse de rotation de l'arbre = 3000 tr/min, rapport de tourbillonnement = 0,43
Fréquence de l'arbre = 3000 / 60 = 50,0 Hz
Plage de tourbillonnement d'huile = 0,42×50 à 0,48×50 = 21,0 – 24,0 Hz
Tourbillon typique = 0,43 × 50 = 21,5 Hz (1 290 CPM)
2× arbre = 100,0 Hz
Conseil de diagnostic : Le tourbillonnement d'huile suit la vitesse de rotation de l'arbre (sa fréquence varie proportionnellement). Le fouettement d'huile, quant à lui, ne suit pas la vitesse ; il reste fixe à la vitesse critique. C'est le principal moyen de distinguer ces deux phénomènes lors de la montée en régime ou de la descente en décélération.
Le tourbillon d'huile (oil whirl) est une vibration auto-excitée dans les paliers lisses hydrodynamiques (à film d'huile), provoquée par le coin d'huile qui entraîne l'arbre dans une orbite de précession directe. Il se produit à environ 0.42–0.48× la vitesse de rotation de l'arbre (souvent cité autour de ~0.43×).
L'amplitude du tourbillon d'huile augmente avec la vitesse et peut devenir instable, évoluant finalement vers le fouettement d'huile (oil whip) s'il n'est pas corrigé.
Le fouettement d'huile (oil whip) survient lorsque la fréquence du tourbillon d'huile coïncide avec la première fréquence propre du rotor (première vitesse critique de flexion). À ce stade, la fréquence de tourbillon « s'accroche » sur la fréquence propre et n'augmente plus avec la vitesse de rotation.
Différence clé : le tourbillon d'huile suit la vitesse de l'arbre (proportionnel), tandis que le fouettement d'huile reste bloqué sur la vitesse critique quelle que soit la vitesse de fonctionnement. Le fouettement d'huile est une instabilité sévère générant des niveaux vibratoires potentiellement destructeurs.
Le tourbillon d'huile s'identifie par :
- Une fréquence située à ~0.42–0.48× la vitesse de l'arbre
- Une orbite de précession directe (l'arbre décrit son orbite dans le même sens que la rotation)
- Une fréquence qui suit la vitesse de l'arbre proportionnellement — c'est l'indice déterminant
- Une amplitude qui augmente généralement avec la vitesse
D'autres sources sous-synchrones comme le frottement rotor-stator (rub) ou le desserrage mécanique apparaissent généralement à des sous-harmoniques exacts (½×, ⅓×) et peuvent présenter une précession rétrograde (inverse).
L'apparition du tourbillon d'huile dépend de plusieurs facteurs :
- Vitesse d'arbre dépassant le seuil de stabilité
- Faible charge sur le palier (les paliers faiblement chargés y sont plus sujets)
- Faible viscosité de l'huile (température trop élevée ou mauvais grade d'huile)
- Jeu excessif du palier (coussinets usés)
- Défaut de lignage ou balourd modifiant la répartition de charge sur le palier
Les solutions comprennent :
- Augmenter la charge spécifique sur le palier ou réduire le jeu radial
- Utiliser des géométries de paliers anti-tourbillon (patins oscillants, palier à barrage de pression, alésage elliptique/citron)
- Modifier la viscosité de l'huile (changement de grade ou régulation de température)
- Réduire la vitesse de service en dessous du seuil d'instabilité
- Améliorer le lignage d'arbres et l'équilibrage pour stabiliser la charge sur le palier
- Ajouter un amortissement externe ou des amortisseurs à film d'huile comprimé (squeeze-film)
Les procédures décrites sur cette page ont été développées et testées sur le terrain par l'équipe Vibromera à l'aide du Balanset-1A, un équilibreur portable à deux canaux et analyseur de vibrations pour l'équilibrage des rotors sur site.
Instruments professionnels d'analyse vibratoire pour le diagnostic des problèmes de paliers lisses. Suivi sub-synchrone et analyse d'orbite. Utilisés dans plus de 50 pays.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko est ingénieur en analyse vibratoire, ainsi que fondateur et PDG de Vibromera. Depuis plus de 15 ans, il équilibre des équipements rotatifs sur le terrain plutôt que sur banc d'essai : broyeurs, ventilateurs industriels, concasseurs, centrifugeuses, arbres et broches. C'est de ce travail que sont nés les instruments Balanset — conçus comme un outil qu'un spécialiste peut emporter jusqu'à la machine et utiliser seul, sur site, et non comme un équipement de laboratoire. Vibromera a été fondée en 2017 et est basée à Porto, au Portugal, depuis 2023. Le développement, l'assemblage et le support de la gamme Balanset se font ici. L'instrument phare est le Balanset-1A, un analyseur portable pour l'équilibrage à un et deux plans et pour le diagnostic vibratoire. Nikolai est personnellement impliqué dans le support client, dans le traitement des cas d'équilibrage difficiles et dans le développement du logiciel. Il travaille avec des clients du monde entier, dans toutes les langues.
