Comprendre les vibrations au démarrage des machines tournantes
Définition : Qu'est-ce que la vibration de démarrage ?
Vibration au démarrage fait référence à la vibration Caractéristiques et comportement des machines tournantes pendant la période d'accélération du repos à la vitesse normale de fonctionnement. Cela englobe à la fois les caractéristiques attendues vibrations transitoires lorsque la machine passe à travers vitesses critiques et tout phénomène vibratoire anormal pouvant survenir notamment lors de la phase de démarrage, tel que arc thermique, des instabilités de roulement ou des tassements mécaniques.
La compréhension et la surveillance des vibrations au démarrage sont essentielles pour un fonctionnement sûr de la machine, car de nombreux problèmes liés aux vibrations se manifestent plus clairement lors des démarrages, et la période transitoire de démarrage peut être la période de fonctionnement la plus stressante mécaniquement.
Caractéristiques typiques des vibrations au démarrage
Progression normale des vibrations au démarrage
Dans une machine fonctionnant correctement, les vibrations au démarrage suivent un modèle prévisible :
Phase initiale (vitesse 0-20%)
- Très faible vibration de déséquilibrer (force proportionnelle à la vitesse²)
- Toute vibration significative indique des problèmes mécaniques ou arc thermique
- Les vibrations lentes fournissent une base de référence pour l'état mécanique
Accélération à travers les vitesses critiques
- L'amplitude des vibrations augmente à mesure que l'on approche de chaque vitesse critique
- Amplitude maximale à la vitesse critique (résonance)
- Diminution rapide à mesure que la vitesse continue au-delà de la vitesse critique
- 180° phase passer par chaque vitesse critique
- Plusieurs pics si plusieurs vitesses critiques existent en dessous de la vitesse de fonctionnement
Approche de la vitesse de fonctionnement
- Les vibrations se stabilisent à un niveau stable
- Principalement une composante 1× provenant d'un déséquilibre résiduel
- La stabilisation thermique peut entraîner des changements progressifs au cours des 30 à 60 premières minutes
Problèmes courants de vibrations au démarrage
1. Arc thermique
Arc thermique est le problème de vibration le plus courant spécifique au démarrage :
- Symptôme: Vibrations élevées lors de l'accélération initiale, diminuant progressivement à mesure que la machine se réchauffe
- Cause: Chauffage asymétrique créant une courbure temporaire de l'arbre
- Fréquence: 1× synchrone
- Comportement: Élevé même à des vitesses de roulement lentes ; diminue lorsque l'équilibre thermique est atteint
- Solution : Procédures de préchauffage prolongées, fonctionnement du vireur
2. Vibrations excessives à vitesse critique
- Symptôme: Pics de vibrations très élevés lors du passage à des vitesses critiques
- Causes : Pauvre amortissement, déséquilibre élevé, fonctionnement trop proche de la vitesse critique
- Risque: Dommages potentiels aux roulements et aux joints à chaque démarrage
- Solution : Améliorer l'équilibrage, augmenter le taux d'accélération dans les zones critiques, ajouter de l'amortissement
3. Frottez pendant l'accélération
- Symptôme: Vibrations erratiques soudaines et composantes sous-synchrones
- Cause: Jeux insuffisants, vibrations excessives à vitesse critique provoquant un contact
- Risque: Dommages thermiques, destruction du joint
- Solution : Vérifier les jeux, améliorer l'équilibre, ralentir l'accélération
4. Instabilité des roulements au démarrage
- Symptôme: Vibration sous-synchrone se développant pendant l'accélération
- Cause: Roulement pas encore à température de fonctionnement et rigidité/amortissement optimal
- Comportement: Peut disparaître à mesure que le roulement se réchauffe
- Solution : Échauffement prolongé à vitesse intermédiaire avant accélération complète
Conception de la procédure de démarrage
Optimisation du taux d'accélération
Le taux d'accélération doit être adapté aux caractéristiques de la machine :
Zones d'accélération lente
- Roulage initial (vitesse 0-10%) : Très lent à détecter les arcs thermiques ou les problèmes mécaniques
- Ci-dessous le premier point critique : Taux modéré pour l'échauffement thermique
- Au-dessus de toutes les critiques : Peut accélérer plus rapidement jusqu'à la vitesse de fonctionnement
Zones de passage rapide
- Plages de vitesse critiques : Accélérer rapidement (±15-20% autour de chaque vitesse critique)
- Taux typique: 2 à 5 × taux d'accélération normal
- But: Minimiser le temps de résonance, limiter l'accumulation d'amplitude de vibration
Points d'arrêt
- Vitesses de trempage thermique : Maintenir à 30%, 50%, 70% pour les grandes turbines
- Durée: 10 à 30 minutes à chaque prise
- But: Permettre la stabilisation thermique, réduire les gradients thermiques
- Vérification des vibrations : Vérifiez que les vibrations sont acceptables avant de continuer
Critères de surveillance et d'acceptation
Surveillance en temps réel
Au démarrage, surveillez :
- Niveau de vibration global : Ne doit pas dépasser les limites d'alarme à aucune vitesse
- Températures des roulements : Augmentation progressive acceptable ; une augmentation rapide indique des problèmes
- Suivi de la vitesse : Confirmer que la machine accélère en douceur
- Angle de phase : Suivi des changements inattendus indiquant des problèmes mécaniques
Critères d'acceptation
- Pics de vitesse critiques : Devrait correspondre aux prédictions ±10-15%
- Amplitudes de crête : Ne doit pas dépasser les limites de conception (généralement définies dans les spécifications de l'équipement)
- Vibration en régime permanent : Devrait atteindre des niveaux acceptables après stabilisation thermique
- Répétabilité : Les startups successives doivent afficher un comportement cohérent
Dépannage des vibrations anormales au démarrage
Vibration initiale élevée
Causes possibles :
- Arc thermique dû à une opération ou un arrêt précédent
- Archet mécanique ou flèche courbée
- Problèmes de roulement (usure, désalignement)
- Défauts desserrés ou mécaniques
Augmentation des vibrations pendant l'échauffement
Causes possibles :
- Développement d'un arc thermique à partir d'un chauffage asymétrique
- Croissance thermique affectant l'alignement
- Le jeu des roulements varie avec la température
- Les jeux de fermeture dus à la dilatation thermique entraînent des frottements
Vibration erratique pendant l'accélération
Causes possibles :
- Frottement ou contact intermittent
- Des composants détachés se tassent ou se déplacent
- Problèmes de couplage
- Comportement variable des roulements
Documentation et données de base
Mise en service initiale
Établir la signature vibratoire de démarrage de base :
- Enregistrer les données complètes de démarrage
- Générer Diagrammes de Bode et parcelles en cascade
- Documenter toutes les vitesses critiques et les amplitudes de pointe
- Archiver comme référence pour une comparaison future
Comparaison périodique
- Comparer le démarrage actuel à la ligne de base
- Rechercher des changements dans les emplacements de vitesse critiques (indique des changements mécaniques)
- Suivre les changements dans les amplitudes de crête (indique des changements de déséquilibre ou d'amortissement)
- Surveiller les nouveaux composants de vibration non présents dans la ligne de base
L'analyse des vibrations au démarrage offre un aperçu de l'état de santé des machines, complémentaire à la surveillance en régime permanent. De nombreux problèmes émergents se révèlent plus clairement lors des démarrages, ce qui fait de l'analyse des vibrations au démarrage un outil précieux de maintenance prédictive pour les équipements rotatifs critiques.
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