Qu'est-ce que l'équilibrage des rotors ? Guide complet

Définition : Le concept fondamental de l'équilibre

Équilibrage du rotor L'équilibrage est un processus systématique visant à améliorer la répartition des masses d'un corps en rotation (un rotor) afin de garantir que l'axe de masse effectif coïncide avec son axe géométrique réel. Lorsqu'un rotor est déséquilibré, des forces centrifuges sont générées pendant la rotation, ce qui entraîne des vibrations excessives, du bruit, une réduction de la durée de vie des roulements et une défaillance potentiellement catastrophique. L'objectif de l'équilibrage est de minimiser ces forces en ajoutant ou en retirant des masses précises à des endroits précis, réduisant ainsi les vibrations à un niveau acceptable.

Pourquoi l’équilibrage est-il une tâche de maintenance critique ?

Le balourd est l'une des sources de vibrations les plus courantes dans les machines tournantes. Réaliser un équilibrage de précision ne se limite pas à réduire les vibrations ; c'est une activité de maintenance essentielle qui offre des avantages considérables :

• Durée de vie accrue des roulements : Les forces de déséquilibre sont directement transmises aux roulements. Leur réduction prolonge considérablement leur durée de vie.
• Fiabilité améliorée des machines : Des vibrations plus faibles réduisent les contraintes sur tous les composants de la machine, y compris les joints, les arbres et les supports structurels, ce qui entraîne moins de pannes.
• Sécurité renforcée : Des niveaux de vibrations élevés peuvent provoquer une défaillance des composants, créant ainsi des risques importants pour la sécurité du personnel.
• Niveaux de bruit réduits : Les vibrations mécaniques sont une source majeure de bruit industriel. Une machine bien équilibrée est beaucoup plus silencieuse.
• Consommation d'énergie réduite : L’énergie qui serait autrement gaspillée en créant des vibrations et de la chaleur est convertie en travail utile, améliorant ainsi l’efficacité.

Types d'équilibrage : statique ou dynamique

Les procédures d'équilibrage sont classées selon le type de déséquilibre qu'elles corrigent. Les deux principaux types sont l'équilibrage statique et l'équilibrage dynamique.

Équilibrage statique (équilibrage sur un seul plan)

Un balourd statique se produit lorsque le centre de masse du rotor est décalé par rapport à son axe de rotation. Ce déséquilibre est souvent représenté par un point lourd unique. L'équilibrage statique corrige ce déséquilibre en appliquant une masse de correction unique à 180° en face du point lourd. On l'appelle « statique » car ce type de déséquilibre est détectable lorsque le rotor est au repos (par exemple, sur des rouleaux à lame tranchante). Il convient aux rotors étroits en forme de disque, comme les ventilateurs, les meules et les volants d'inertie, dont le rapport longueur/diamètre est faible.

Équilibrage dynamique (équilibrage à deux plans)

Le déséquilibre dynamique est une condition plus complexe qui comprend à la fois le déséquilibre statique et le déséquilibre de couple. Le déséquilibre de couple se produit lorsque deux points lourds identiques se trouvent aux extrémités opposées du rotor, à 180° l'un de l'autre. Cela crée un mouvement de bascule, ou moment, détectable uniquement lorsque le rotor tourne. L'équilibrage dynamique est nécessaire pour la plupart des rotors, en particulier ceux dont la longueur est supérieure à leur diamètre (comme les induits, les arbres et les turbines de moteurs). Il nécessite des corrections dans au moins deux plans différents sur la longueur du rotor afin de compenser à la fois la force et le déséquilibre de couple.

La procédure d'équilibrage : comment elle est réalisée

L'équilibrage moderne est généralement effectué à l'aide d'équipements spécialisés et d'une approche systématique, utilisant souvent la méthode du coefficient d'influence :

1. Exécution initiale : La machine est utilisée pour mesurer l'amplitude initiale des vibrations et l'angle de phase causés par le balourd existant. Un capteur de vibrations et un tachymètre (pour la référence de phase) sont utilisés.
2. Course d'essai avec poids : Un poids d'essai connu est temporairement fixé au rotor à une position angulaire connue dans un plan de correction.
3. Deuxième manche : La machine est remise en marche et la nouvelle amplitude et phase de vibration sont mesurées. La variation de vibration (différence vectorielle) est uniquement due à la masse d'essai.
4. Calcul: En connaissant l'influence du poids d'essai sur les vibrations, l'instrument d'équilibrage calcule un « coefficient d'influence ». Ce coefficient permet ensuite de déterminer la quantité précise de poids de correction et l'angle exact où il doit être placé pour compenser le déséquilibre initial.
5. Correction et vérification : La masse d'essai est retirée, la masse de correction permanente calculée est installée et un dernier essai est effectué pour vérifier que les vibrations ont été réduites à un niveau acceptable. Pour l'équilibrage sur deux plans, ce processus est répété pour le deuxième plan.

Normes et tolérances pertinentes

Les niveaux de vibrations acceptables ne sont pas arbitraires. Ils sont définis par des normes internationales, notamment la ISO 21940 Série (qui a remplacé l'ancienne norme ISO 1940). Ces normes définissent des « classes de qualité d'équilibrage » (par exemple, G 6.3, G 2.5, G 1.0) pour différentes classes de machines. Un G inférieur indique une tolérance plus stricte. Ces classes permettent de calculer le balourd résiduel maximal admissible pour un rotor donné, en fonction de sa masse et de sa vitesse de service, garantissant ainsi sa conformité aux exigences opérationnelles.

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