Comprendre les vibrations latérales dans les machines tournantes
Définition : Qu'est-ce que la vibration latérale ?
Vibration latérale (également appelée vibration radiale ou vibration transversale) désigne le mouvement d'un arbre en rotation perpendiculairement à son axe. En termes simples, il s'agit du mouvement latéral ou vertical de l'arbre pendant sa rotation. La vibration latérale est le type de vibration le plus courant. vibration dans les machines tournantes et est généralement causée par des forces radiales telles que déséquilibrer, désalignement, des arbres tordus ou des défauts de roulement.
Comprendre les vibrations latérales est fondamental pour dynamique du rotor car il représente le mode de vibration principal pour la plupart des équipements rotatifs et est au centre de la plupart des surveillances et des équilibrage activités.
Direction et mesure
Les vibrations latérales sont mesurées dans le plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre :
Système de coordonnées
- Direction horizontale : Mouvement latéral parallèle au sol
- Direction verticale : Mouvement de haut en bas perpendiculaire au sol
- Direction radiale : Toute direction perpendiculaire à l'axe de l'arbre (combinaison horizontale et verticale)
Emplacements de mesure
Les vibrations latérales sont généralement mesurées à :
- Boîtiers de roulement : Utilisation d'accéléromètres ou de capteurs de vitesse montés sur des chapeaux de palier ou des socles
- Surface de l'arbre : Utilisation de sondes de proximité sans contact pour la mesure directe du mouvement de l'arbre
- Orientations multiples : Les mesures dans les directions horizontale et verticale fournissent une image complète du mouvement latéral
Principales causes de vibrations latérales
Les vibrations latérales peuvent provenir de nombreuses sources, chacune produisant des signatures vibratoires caractéristiques :
1. Déséquilibre (le plus courant)
Déséquilibrer est la cause la plus fréquente de vibrations latérales. Une distribution de masse asymétrique crée une force centrifuge rotative qui produit :
- Fréquence de vibration 1X (une fois par tour)
- Relativement stable phase relation
- Amplitude proportionnelle au carré de la vitesse
- Circulaire ou elliptique orbite de l'arbre
2. Désalignement
Désalignement de l'arbre entre les machines couplées crée des forces latérales :
- Principalement 2X vibrations (deux fois par tour)
- Peut également exciter les harmoniques 1X et supérieures
- Montre souvent également une composante axiale élevée
- Les relations de phase diffèrent du déséquilibre
3. Arbre courbé ou arqué
Un arbre courbé ou courbé en permanence crée une excentricité géométrique :
- 1X vibration pouvant ressembler à un déséquilibre
- Vibrations élevées même à faible vitesse de rotation
- Difficile à corriger en équilibrant seul
4. Défauts de roulement
Roulement à éléments roulants les défauts produisent des vibrations latérales caractéristiques :
- Composants haute fréquence (fréquences de défaut des roulements)
- Modulé par des fréquences plus basses créant bandes latérales
- Nécessite souvent analyse d'enveloppe pour la détection
5. Desserrage mécanique
Des roulements, des fondations ou des boulons de montage desserrés créent :
- Harmoniques multiples (1X, 2X, 3X, etc.)
- Réponse non linéaire au forçage
- Vibration erratique ou instable
6. Frottement rotor-stator
Le contact entre les pièces rotatives et fixes génère :
- Composants sous-synchrones
- Changements soudains d'amplitude et de phase des vibrations
- Possible courbure thermique
Vibrations latérales et autres types de vibrations
Les machines tournantes peuvent subir des vibrations dans trois directions principales :
Vibration latérale (radiale)
- Direction: Perpendiculaire à l'axe de l'arbre
- Causes typiques : Déséquilibre, mauvais alignement, arbre tordu, défauts de roulement
- Mesures: Accéléromètres ou capteurs de vitesse sur les boîtiers de roulement ; sondes de proximité sur l'arbre
- Dominance: Généralement la composante de vibration de plus grande amplitude
Vibration axiale
- Direction: Parallèle à l'axe de l'arbre
- Causes typiques : Désalignement, problèmes de palier de butée, problèmes de flux de processus
- Mesures: Accéléromètres montés axialement
- Dominance: Amplitude généralement inférieure à celle latérale, mais diagnostique pour certains défauts
Vibration de torsion
- Direction: Mouvement de torsion autour de l'axe de l'arbre
- Causes typiques : Problèmes d'engrènement, problèmes électriques du moteur, problèmes d'accouplement
- Mesures: Nécessite des capteurs de vibrations de torsion ou des jauges de contrainte spécialisés
- Dominance: Généralement petit mais peut provoquer des défaillances par fatigue
Modes de vibrations latérales et vitesses critiques
En dynamique du rotor, les modes de vibration latéraux décrivent les modèles de déflexion caractéristiques de l'arbre :
Premier mode latéral
- Forme de courbure simple (arc simple ou arc)
- Fréquence naturelle la plus basse
- Le plus facilement excité par le déséquilibre
- D'abord vitesse critique correspond à ce mode
Deuxième mode latéral
- Déviation en S avec un point nodal
- Fréquence naturelle plus élevée
- Deuxième vitesse critique
- Important pour rotors flexibles
Modes latéraux supérieurs
- Des formes de plus en plus complexes avec plusieurs nœuds
- Ne concerne que les rotors à très grande vitesse ou très flexibles
- Peut être excité par le passage d'une lame ou d'autres excitations à haute fréquence
Mesure et surveillance
Paramètres de mesure
Les vibrations latérales sont caractérisées par plusieurs paramètres :
- Amplitude: L'amplitude du mouvement, mesurée en déplacement (µm, mils), vitesse (mm/s, in/s) ou accélération (g, m/s²)
- Fréquence: Généralement une vitesse de fonctionnement 1X pour les vibrations dominées par le déséquilibre, mais peut inclure des harmoniques et d'autres fréquences
- Phase: Le moment du déplacement maximal par rapport à un repère de référence sur l'arbre
- Orbite: Le chemin réel tracé par le centre de l'arbre vu de bout en bout
Normes de mesure
Les normes internationales fournissent des indications sur les niveaux acceptables de vibrations latérales :
- Série ISO 20816 : Limites de vibration pour différents types de machines en fonction de la vitesse RMS
- API 610, 617, 684 : Normes sectorielles spécifiques pour les pompes, les compresseurs et la dynamique des rotors
- Zones de gravité : Définir les niveaux acceptables, de prudence et d'alarme en fonction du type et de la taille de l'équipement
Contrôle et atténuation
Équilibre
Équilibre est la principale méthode pour réduire les vibrations latérales dues au déséquilibre :
- Équilibrage monoplan pour rotors à disque
- Équilibrage à deux plans pour la plupart des rotors industriels
- Équilibrage modal pour les rotors flexibles fonctionnant au-dessus des vitesses critiques
Alignement
L'alignement précis des arbres réduit les forces latérales dues au désalignement :
- Outils d'alignement laser pour un positionnement précis des arbres
- Prise en compte de la croissance thermique dans les procédures d'alignement
- Correction du pied mou avant l'alignement
Amortissement
Amortissement contrôle les amplitudes des vibrations latérales, notamment aux vitesses critiques :
- Les paliers à film fluide offrent un amortissement important
- Amortisseurs à film compressible pour un contrôle supplémentaire
- Traitements d'amortissement des structures de support
Modification de la rigidité
Le changement de rigidité du système déplace les vitesses critiques :
- L'augmentation du diamètre de l'arbre augmente les vitesses critiques
- La réduction de la portée des roulements augmente la première vitesse critique
- Le raidissement des fondations affecte la réponse globale du système
Importance diagnostique
L'analyse des vibrations latérales est la pierre angulaire du diagnostic des machines :
- Tendance: La surveillance des vibrations latérales au fil du temps révèle des problèmes en développement
- Identification des défauts : La fréquence et le modèle de vibration identifient des types de défauts spécifiques
- Évaluation de la gravité : L'amplitude par rapport aux normes indique la gravité du problème
- Vérification de l'équilibrage : La réduction des vibrations latérales confirme un équilibrage réussi
- Maintenance conditionnelle : Les niveaux de vibration déclenchent des actions de maintenance
Une gestion efficace des vibrations latérales est essentielle pour un fonctionnement fiable et à long terme des machines tournantes, ce qui en fait un objectif principal des programmes de surveillance des vibrations, des stratégies de maintenance prédictive et des considérations de conception dynamique des rotors.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 