Qu’est-ce que le frottement dans les machines tournantes ? Contact par friction • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l’équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors. Qu’est-ce que le frottement dans les machines tournantes ? Contact par friction • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l’équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors.

Qu’est-ce que le frottement dans les machines tournantes ? Contact par friction

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Comprendre le frottement dans les machines tournantes

Définition : Qu'est-ce que le frottement ?

Frottement Le frottement désigne le contact par friction et le mouvement de glissement relatif entre les composants rotatifs et fixes d'une machine. Ce terme met l'accent sur l'aspect continu du frottement. contact rotor-stator, ce qui le distingue des contacts ou impacts légers et intermittents. Le frottement génère des forces de friction, produit une chaleur importante par travail de friction et crée des marques distinctives. vibration des motifs caractérisés par un tourbillon inverse, des composantes sous-synchrones et des effets thermiques.

Le terme “ frottement ” est souvent utilisé de manière interchangeable avec “ frottement du rotor ”, bien que le frottement mette parfois l'accent sur les aspects de friction et thermiques du contact, tandis que le frottement du rotor peut inclure toutes les formes de contact, y compris les légers frottements ou impacts.

Mécanique du frottement

Modèle de frottement de Coulomb

Le frottement obéit aux principes du frottement sec (friction de Coulomb) :

  • Force de frottement : F = µ × N, où µ est le coefficient de frottement et N est la force normale
  • Direction: S'oppose toujours au mouvement relatif entre les surfaces
  • Coefficients typiques : Acier sur acier µ ≈ 0,3-0,5 ; acier sur matériau d'étanchéité µ ≈ 0,2-0,4
  • Génération de chaleur : Tout le travail de frottement est converti en chaleur.

Forces tangentielles et normales

Pendant le frottement :

  • Force normale : Exerce une pression radiale vers l'intérieur sur le rotor
  • Force de frottement : Agit tangentiellement, en opposition à la rotation
  • Force résultante : Cette combinaison tend à ralentir le rotor et à le dévier vers l'arrière.
  • Augmentation du couple : Le frottement dissipe la puissance, augmentant ainsi le besoin en couple moteur.

Modèles de vibration caractéristiques

Tourbillon arrière

La caractéristique la plus distinctive du frottement est le tourbillon inverse (inversé) :

  • La force de frottement crée une composante tangentielle qui entraîne un mouvement orbital inverse.
  • Arbre orbite tourne dans le sens inverse de la rotation de l'arbre
  • Fréquence généralement sous-synchrone (inférieure à 1× la vitesse)
  • Fréquences courantes : 0,5×, 0,33×, 0,25× (ordres fractionnaires)
  • La forme de l'orbite est souvent irrégulière ou déformée.

Caractéristiques du spectre

  • Pics subsynchrones : Plusieurs pics inférieurs à 1×, souvent aux harmoniques fractionnaires
  • Composant synchrone : 1× peut augmenter en raison des forces de frottement
  • Harmoniques supérieures : 2×, 3×, 4× à partir du frottement non linéaire
  • Bruit à large bande : Niveau de bruit élevé sur tout le spectre
  • Spectre instable : Des pics apparaissent, disparaissent ou leur fréquence change.

Caractéristiques de la forme d'onde temporelle

  • Événements impulsifs ou pics d'activité lors du déclenchement du contact
  • Écrêtage ou aplatissement aux déflexions maximales
  • Forme d'onde irrégulière et non sinusoïdale
  • Des motifs rythmiques issus de plusieurs fréquences sont présents.

Effets thermiques du frottement

Génération de chaleur

Le frottement convertit l'énergie mécanique en chaleur :

  • Taux: Puissance dissipée = Force de frottement × Vitesse de glissement
  • Ampleur: Frottage léger : 10 à 100 watts ; frottement intense : kilowatts
  • Concentration: La chaleur se concentre sur une petite surface de contact.
  • Augmentation de la température : Les températures locales peuvent dépasser 500 °C dans les cas les plus graves.

Développement de l'arc thermique

La boucle de rétroaction chaleur-vibration :

  1. Le frottement initial génère de la chaleur sur un côté de la tige
  2. Le chauffage asymétrique crée arc thermique
  3. La courbure thermique augmente la déviation de l'arbre
  4. Une déviation accrue provoque un frottement plus important
  5. Plus on frotte, plus on génère de chaleur
  6. Les commentaires positifs peuvent mener à un échec rapide

Effets thermiques secondaires

  • Chauffage des roulements : Chaleur conduite à travers l'arbre jusqu'aux paliers
  • Dégradation du pétrole : Les températures excessives dégradent le lubrifiant
  • Modifications matérielles : Transformations de phase ou changements métallurgiques dans les zones affectées thermiquement
  • Contrainte thermique : Peut amorcer des fissures dans les régions soumises à des contraintes thermiques

Méthodes de détection

Surveillance des vibrations

  • Alarmes sous-synchrones : Alerte en cas de pics à 0,3-0,5 fois la vitesse de course
  • Surveillance orbitale : Analyse automatisée de l'orbite détectant la rotation inverse
  • Changements spectraux : Algorithmes de détection de l'apparition soudaine de multiples harmoniques
  • Écrêtage de la forme d'onde : Détection de distorsion non sinusoïdale

Surveillance de la température

  • Capteurs de température de roulement avec alarmes à montée rapide
  • Surveillance de la température infrarouge des sections de puits exposées
  • Surveillance de la différence de température (palier supérieur vs palier inférieur)
  • Alarmes de vitesse de variation (par exemple, > 5 °C/minute)

Indicateurs supplémentaires

  • Augmentation du couple : La consommation d'énergie augmente en raison du frottement
  • Fluctuations de vitesse : De légères variations de vitesse dues à des variations du couple de frottement
  • Émission acoustique : Son à haute fréquence provenant du contact
  • Inspection visuelle : Débris d'usure, décoloration, dommages visibles

Mesures de réponse

Mesures immédiates

  1. Réduire la gravité : Diminuez la vitesse ou la charge si cela ne présente aucun danger.
  2. Surveillez de près : Surveillance continue des vibrations et de la température
  3. Préparez-vous à l'arrêt : Préparez-vous à l'arrêt d'urgence
  4. Arrêt d'urgence : Si les vibrations ou la température augmentent
  5. Autoriser le refroidissement : Actionner le mécanisme de rotation ou laisser refroidir naturellement avant l'inspection

Enquête

  • Rechercher des preuves physiques de contact
  • Mesurer les dégagements aux endroits suspects de frottement
  • Vérifiez la présence d'une courbure thermique ou d'une courbure permanente de l'arbre.
  • Identifier la cause première (vibrations excessives, jeu insuffisant, etc.)

Mesures correctives

  • Augmenter les dégagements : Usiner les zones endommagées ou remplacer les composants
  • S'attaquer à la cause profonde : Équilibrer le rotor, corriger l'alignement, résoudre les problèmes de roulement
  • Remplacer les pièces endommagées : Joints d'étanchéité, composants de roulement, sections d'arbre selon les besoins
  • Vérifier les autorisations : Vérifier que les dégagements nécessaires sont suffisants à tous les endroits avant le redémarrage

Le frottement est l'un des défauts liés aux vibrations les plus graves dans les machines tournantes. Son potentiel d'aggravation rapide par rétroaction thermique exige une détection immédiate, une intervention rapide et une correction complète afin de prévenir les défaillances catastrophiques des équipements critiques.

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Catégories : GlossaireDiagnostic des vibrations
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