Qu'est-ce qu'un rotor fissuré ? Détection et réponse : Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors. Qu'est-ce qu'un rotor fissuré ? Détection et réponse : Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors.

Qu'est-ce qu'un rotor fissuré ? Détection et intervention

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Comprendre les rotors fissurés

Définition : Qu'est-ce qu'un rotor fissuré ?

A rotor fissuré est un rotor ou un arbre rotatif ayant développé une fissure de fatigue, une fracture se propageant à travers le matériau sous l'effet de contraintes cycliques. C'est essentiellement la même chose qu'une fissure de l'arbre mais met l'accent sur l'assemblage complet du rotor plutôt que sur le seul élément de l'arbre. Les rotors fissurés sont extrêmement dangereux, car la fissure peut se propager d'un petit défaut indétectable à une fracture catastrophique complète en quelques jours ou semaines après sa détection. vibration surveillance.

La signature vibratoire caractéristique d'un rotor fissuré est une 2× (seconde harmonique) composant qui se développe à mesure que la fissure se propage, résultant de la variation de la rigidité de l'arbre deux fois par tour lorsque la fissure s'ouvre et se ferme pendant la rotation.

Comment les fissures se développent dans les rotors

Sites d'initiation de fissures

Les fissures se forment presque toujours à des concentrations de contraintes :

  • Rainures de clavette : Coins pointus aux extrémités des rainures de clavette (site d'initiation le plus courant)
  • Changements de diamètre : Épaules, marches ou transitions
  • Sections filetées : Les racines des fils créent une concentration de contraintes
  • Trous et perçages transversaux : Pour les passages d'huile ou le montage
  • Bords ajustés à la presse : Ajustements serrés créant une contrainte résiduelle
  • Soudures : Zones affectées par la chaleur et orteils de soudure
  • Piqûres de corrosion : Défauts de surface provenant de corrosion
  • Marques d'usinage : Traces d'outils, surtout si elles sont perpendiculaires à la contrainte

Processus de croissance des fissures

  1. Formation de microfissures : Initié à la concentration de stress, généralement < 1 mm
  2. Propagation lente : La fissure se développe progressivement à chaque cycle de contrainte (cela peut prendre des années)
  3. Accélération: À mesure que la fissure se développe, l'intensité des contraintes augmente et le taux de croissance s'accélère.
  4. Stade détectable : Fissure 10-30% à travers le diamètre, une vibration 2× apparaît
  5. Taille critique : Le matériel restant est insuffisant pour supporter les charges
  6. Fracture catastrophique : Défaillance soudaine et complète de l'arbre

La signature vibratoire caractéristique 2X

Pourquoi les fissures produisent deux fois plus de vibrations

Le mécanisme de la fissure respiratoire :

  • Fissure fermée (compression) : Lorsque la zone de fissure est en compression (bas de rotation pour l'arbre horizontal), les faces de fissure sont en contact, la rigidité de l'arbre est plus élevée
  • Fissure ouverte (tension) : En cas de fissure en tension (sommet de rotation), la fissure s'ouvre, la rigidité de l'arbre diminue
  • Deux fois par révolution : La rigidité change deux fois par tour (une fois lorsque la fissure est orientée vers le haut, une fois lorsqu'elle est orientée vers le bas)
  • 2× Forçage : La variation de rigidité à une fréquence 2× crée une réponse vibratoire 2×
  • Croissance de l'amplitude : À mesure que la fissure se développe, l'asymétrie de rigidité augmente et l'amplitude 2× augmente

Caractéristiques de vibration

  • Indicateur principal : Composant 2× émergeant et croissant au fil du temps
  • 1× Modifications : Les vibrations 1× peuvent également augmenter car la fissure crée une courbure résiduelle
  • Harmoniques supérieures : 3×, 4× peuvent apparaître lorsque la fissure devient grave
  • Phase Comportement: Les angles de phase peuvent changer pendant le démarrage/la décélération différemment de déséquilibrer
  • Sensibilité à la température : L'amplitude 2× peut varier en fonction de la température de l'arbre (affectant l'ouverture des fissures)

Détection et diagnostic

Surveillance des vibrations

Tendance du ratio 2X/1X

  • Rapport de surveillance de 2× amplitude à 1× amplitude
  • Machinerie normale : 2×/1× < 0.2-0.3
  • Fissure suspecte : 2×/1× > 0,5 et en augmentation
  • Fissure confirmée : 2×/1× approchant ou dépassant 1,0
  • Urgence : 2×/1× > 2,0, arrêt immédiat recommandé

Tests transitoires

  • Diagrammes de Bode pendant le démarrage/l'arrêt
  • Un rotor fissuré présente un comportement 2× inhabituel
  • Peut voir deux pics à 1/2 de chaque vitesse critique
  • Les changements de phase diffèrent de la réponse normale au déséquilibre

Examen non destructif

  • Inspection par particules magnétiques (MPI) : Détecte les fissures superficielles et proches de la surface
  • Colorant pénétrant : Détection visuelle des fissures superficielles
  • Contrôle par ultrasons (UT) : Détecte les fissures internes
  • Courants de Foucault : Détection de fissures de surface sans contact
  • Radiographie: Détection de fissures internes dans les composants critiques

Intervention d'urgence

Lors de la détection d'une fissure suspecte

  1. Augmenter la surveillance : Du mensuel au quotidien ou en continu
  2. Réduire la sévérité des opérations : Réduisez la vitesse ou la charge si possible
  3. Planifier une inspection immédiate : Planifier un examen CND dès que possible
  4. Préparez-vous à l'arrêt : Commander un arbre de remplacement et planifier les procédures de réparation
  5. L'évaluation des risques: Calculer le temps jusqu'à une défaillance potentielle en fonction du taux de croissance

Si la fissure est confirmée

  • Arrêt immédiat : À moins que l’évaluation des risques ne démontre une exploitation continue et sûre pendant une période définie
  • Pas de redémarrage : Jusqu'à ce que l'arbre soit remplacé ou réparé
  • Remplacement de l'arbre : La solution la plus fiable
  • Analyse des causes profondes : Déterminer la cause de la fissure pour éviter qu'elle ne se reproduise

Stratégies de prévention

Conception

  • Éliminer ou minimiser les concentrations de stress
  • Utiliser des rayons de congé généreux (R > 0,1 × diamètre)
  • Évitez les rainures de clavette lorsque cela est possible ; utilisez des ajustements serrés
  • Sélection appropriée des matériaux et traitement thermique
  • Traitements de surface (grenaillage, nitruration) pour améliorer la résistance à la fatigue

Opération

  • Maintenir une bonne qualité de l'équilibre (minimiser les contraintes de flexion cycliques)
  • Précision alignement (réduire les moments de flexion)
  • Éviter le fonctionnement à des vitesses critiques
  • Prévenir les événements de survitesse
  • Contrôler les contraintes thermiques grâce à un échauffement/refroidissement approprié

Entretien

  • Surveillance régulière des vibrations avec tendance 2×
  • Inspection CND périodique (annuelle ou par évaluation des risques)
  • Prévenir la corrosion (protège contre l'initiation de piqûres)
  • Maintenir de faibles vibrations (réduit les contraintes cycliques)

Les rotors fissurés représentent l'un des modes de défaillance les plus critiques des machines tournantes. La combinaison de la surveillance vibratoire (détection d'une croissance caractéristique de la signature 2×) et des contrôles non destructifs périodiques offre une protection essentielle, permettant la détection avant une défaillance catastrophique et le remplacement planifié de l'arbre, évitant ainsi des dommages secondaires importants et des risques pour la sécurité.

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