Vibrations subsynchrones et synchrones expliquées

Définition : Qu'est-ce que la vibration synchrone ?

Vibration synchrone Il s'agit de toute vibration se produisant à une fréquence égale à un multiple entier de la vitesse de rotation principale de la machine. Elle est synchronisée avec la rotation de l'arbre. Il s'agit de la catégorie de vibrations la plus courante dans les machines.

• La vibration exactement à la vitesse de fonctionnement (1x) est synchrone.
• Les vibrations à deux fois la vitesse de course (2x), trois fois (3x), etc., sont également des vibrations synchrones, souvent appelées « harmoniques » de la vitesse de course.

La grande majorité des défauts courants des machines, tels que déséquilibrer, désalignement, et relâchement mécanique, toutes se manifestent par des vibrations synchrones. Par exemple, la vibration causée par un balourd sera toujours à 1x tr/min, suivant parfaitement toute variation de vitesse de la machine.

Définition : Qu'est-ce que la vibration subsynchrone ?

Vibration sous-synchrone désigne toute vibration se produisant à une fréquence inférieure à la vitesse de rotation primaire (1x). Le préfixe « sub- » signifie « inférieure ». La présence de vibrations subsynchrones importantes est souvent un signal d'alarme sérieux, car elles sont généralement causées par des phénomènes dynamiques rotoriques instables et auto-excités plutôt que par de simples défauts mécaniques. Contrairement aux vibrations synchrones, la fonction de forçage des vibrations subsynchrones est générée par le mouvement du rotor lui-même.

Causes courantes de vibrations subsynchrones

Les vibrations sous-synchrones constituent une préoccupation majeure dans les turbomachines à grande vitesse équipées de paliers à film fluide.

1. Tourbillon d'huile

Il s'agit de la forme la plus courante d'instabilité sous-synchrone. Elle se produit dans les roulements à film fluide lorsque le film d'huile hydrodynamique qui soutient l'arbre commence à « fouetter » autour du roulement, poussant l'arbre vers l'avant. Cela crée une vibration distincte à une fréquence d'environ 0,42 à 0,48 fois la vitesse de course (0,42x – 0,48x)Le tourbillon d'huile dépend souvent de la charge et de la température et peut apparaître ou disparaître lorsque les conditions de la machine changent.

2. Fouet à huile

Le fouet d'huile est une forme plus grave et dangereuse de tourbillonnement d'huile. Il se produit lorsque la fréquence du tourbillon d'huile coïncide avec la première fréquence naturelle du rotor (vitesse critique) et se « verrouille » dessus. Dans ce cas, l'amplitude des vibrations sous-synchrones peut devenir très importante et ne disparaît pas avec l'augmentation de la vitesse. En fait, les vibrations restent à la fréquence critique du rotor même lorsque la machine accélère davantage. Le fouet d'huile est un phénomène hautement destructeur qui nécessite l'arrêt immédiat de la machine.

3. Frottement rotor-stator

Un frottement entre le rotor et une pièce fixe peut parfois induire des vibrations sous-synchrones. Cela se produit souvent à des fractions entières de la vitesse de rotation, par exemple 0,5xLa composante 0,5x est un signe classique d’un frottement qui fait « rebondir » le rotor une fois tous les deux tours.

Comment les différencier dans un spectre FFT

L’identification de ces composants dans un spectre FFT est simple :

• Pics synchrones : Recherchez le pic 1x RPM (la vitesse de fonctionnement) et tous les pics qui tombent sur des multiples entiers exacts (2x, 3x, etc.).
• Pics subsynchrones : Recherchez les pics significatifs apparaissant sur l'axe des fréquences *avant* le pic à 1x tr/min. Un pic à environ 45% du régime de fonctionnement est un signe classique de tourbillonnement d'huile.

Pourquoi la distinction est essentielle

La distinction entre vibrations synchrones et sous-synchrones est fondamentalement importante pour le diagnostic :

• Problèmes synchrones (comme le déséquilibre) sont des « vibrations forcées ». Elles peuvent souvent être corrigées par des ajustements mécaniques comme l'équilibrage ou l'alignement.
• Problèmes sous-synchrones Les vibrations (comme le fouettement de l'huile) sont des « vibrations auto-excitées » ou instabilités. Elles indiquent un problème de conception ou d'état fondamental du système rotor-palier et ne peuvent être résolues par équilibrage. La solution peut consister à modifier la conception du palier, à modifier la température ou la pression de l'huile, ou à reconcevoir le rotor.

Pour cette raison, un pic sous-synchrone de grande amplitude est généralement considéré comme une condition d’alarme plus grave qu’un pic synchrone de grande amplitude.

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