Comprendre la turbulence dans l'analyse des vibrations

Définition : Qu'est-ce que la turbulence ?

Dans le contexte de l'analyse des vibrations, turbulence L'écoulement chaotique, aléatoire et instable d'un fluide (liquide ou gaz) à travers une machine, telle qu'une pompe, un ventilateur ou une turbine, est appelé « fluide ». Cet écoulement irrégulier crée des fluctuations de pression qui agissent comme une force motrice, induisant une vibration aléatoire à basse fréquence dans la structure de la machine.

Contrairement aux forces discrètes et périodiques causées par déséquilibrer ou désalignement, la vibration due à la turbulence ne se produit pas à une fréquence unique et précise. Elle apparaît plutôt comme une « bosse » d'énergie à large bande et non synchrone dans le Spectre FFT.

Caractéristiques des vibrations turbulentes

• Fréquence: Il s’agit d’un phénomène de basse fréquence, se produisant généralement en dessous de 10 à 20 Hz et bien en dessous de la vitesse de fonctionnement de la machine.
• Nature du haut débit : Il ne produit pas de pic net et distinct. Au contraire, il augmente le niveau de bruit dans la région des basses fréquences du spectre, souvent décrite comme une « bosse aléatoire » ou une « botte de foin ».
• Aléatoire et non périodique : La vibration n'est pas stable. L'amplitude et la phase fluctuent constamment et aléatoirement. Vu dans le forme d'onde temporelle, il apparaît comme un signal chaotique et non répétitif.
• Direction: La vibration est généralement radiale et peut être présente dans les directions horizontale et verticale.

Causes courantes de turbulence

La turbulence est un problème hydraulique ou aérodynamique causé par des perturbations de l'écoulement régulier prévu du fluide. Les causes courantes sont :

• Fonctionnement en dehors du point de rendement optimal (BEP) : Les pompes et les ventilateurs sont conçus pour fonctionner de manière optimale et fluide à un point précis de leur courbe de performance. Un fonctionnement à un débit nettement supérieur ou inférieur au BEP entraînera un écoulement inefficace du fluide, créant ainsi des turbulences.
• Obstructions dans le trajet d'écoulement : Tout ce qui obstrue ou perturbe le passage du fluide peut provoquer des turbulences. Cela inclut une tuyauterie mal conçue (par exemple, des coudes serrés juste avant l'aspiration d'une pompe), des vannes partiellement fermées, des crépines obstruées ou des corps étrangers.
• Entraînement d'air ou cavitation : La présence de bulles d'air dans un liquide (entraînement) ou la formation et l'effondrement de bulles de vapeur (cavitation) crée des conditions hautement turbulentes et impulsives, qui génèrent des vibrations aléatoires importantes.
• Conception médiocre du puisard ou de l'admission : Dans les pompes, un puisard mal conçu peut créer des tourbillons qui introduisent de l’air et des turbulences dans l’aspiration de la pompe.

Diagnostic et différenciation

La clé du diagnostic de la turbulence réside dans sa nature aléatoire, large bande et basse fréquence. Un analyste expérimenté peut souvent l'identifier en observant le caractère « instable » et « battant » des vibrations sur la machine elle-même.

Il est important de différencier la turbulence des autres problèmes de basse fréquence :

• Desserrage mécanique : Le relâchement crée également du bruit à large bande, mais il est souvent caractérisé par un plancher de bruit élevé sur l'ensemble du spectre et des harmoniques distinctes de vitesse de fonctionnement, qui sont absentes dans la turbulence pure.

– Tourbillon d'huile: Il s’agit d’un pic sous-synchrone distinct à environ 0,4-0,48X, et non d’une large bosse d’énergie aléatoire.

– Frottement: Un frottement peut générer une large gamme de fréquences, mais il comprend souvent de nombreuses harmoniques et sous-harmoniques à haute fréquence, et la forme d'onde temporelle peut présenter des pics tronqués ou coupés.

La turbulence étant un problème lié au procédé et non à une défaillance mécanique, la solution consiste généralement à corriger le problème opérationnel ou de conception du système. Cela peut inclure le réglage du point de fonctionnement de la pompe ou du ventilateur, l'ouverture des vannes, le nettoyage des crépines ou la modification de la conception des tuyauteries.

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