Pourquoi l'équilibrage des hélices est-il important pour les navires ?

Des hélices mal équilibrées génèrent des forces centrifuges à la vitesse de rotation de l'arbre qui se transmettent à la coque par l'intermédiaire des paliers. Ceci provoque des vibrations excessives, une usure prématurée des paliers et des joints d'étanchéité du tube d'étambot, des fissures de fatigue dans la ligne d'arbre et un inconfort pour les passagers et l'équipage. Un équilibrage correct, conforme à la norme ISO 21940, minimise ces effets.

Quel grade d'équilibrage G dois-je utiliser pour une hélice marine ?

La classe G16 est la plus courante pour les hélices marines. La classe G6.3 est utilisée pour les navires à grande vitesse ou les bâtiments de la marine, où les limites de vibrations sont plus strictes. La classe G40 peut convenir aux hélices de bateaux de travail à faible vitesse.

Comment est calculée la tolérance par pale ?

Le balourd total admissible est réparti équitablement entre toutes les pales. Pour une hélice à 4 pales avec un balourd total de 1 000 g·mm, chaque pale peut présenter un balourd maximal de 250 g·mm. Ceci suppose une disposition symétrique des pales.

Quelle force centrifuge le balourd d'une hélice crée-t-il ?

La force centrifuge F = U × ω² / 1 000 000, où U représente le balourd en g·mm et ω la vitesse angulaire en rad/s. Même de faibles balourds à haut régime moteur engendrent des forces importantes ; par exemple, un balourd de 5 000 g·mm à 300 tr/min produit environ 5 N, tandis qu’à 3 000 tr/min, il produit environ 500 N.

Est-il possible d'équilibrer une hélice sur l'arbre sans la démonter ?

Oui, l'équilibrage d'hélice in situ est possible grâce à des instruments d'équilibrage portables comme la série Balanset de Vibromera. Des masses d'essai sont fixées à l'hélice, la réponse vibratoire est mesurée et les masses de correction sont calculées. Cela permet d'éviter un passage coûteux en cale sèche.

Outil d'ingénierie gratuit

Calculateur de balourd d'hélice

Calculer le balourd admissible de l'hélice, la force centrifuge, l'excentricité et la tolérance par pale conformément à la norme ISO 21940. Essentiel pour le contrôle des vibrations des arbres d'hélice marins.

ISO 21940-11 Hélices marines Tolérance par pale

Masse de l'hélice (kg)

Nombre de pales

Diamètre de l'hélice (mm)

Vitesse de l'arbre (RPM)

Classe de qualité d'équilibrage G

Préréglages rapides

Résultats

Balourd admissible

—

Balourd spécifique (excentricité)

—

Force centrifuge au balourd admissible

—

Tolérance par pale

—

Vitesse angulaire ω

—

Balourd admissible de l'hélice (ISO 21940)

Le balourd admissible d'une hélice est calculé à l'aide de la même formule ISO 21940-11 que celle utilisée pour toutes les machines tournantes :

Où G est le degré d'équilibrage (mm/s), m est la masse de l'hélice (kg), et ω = 2π·n/60 est la vitesse angulaire (rad/s).

Force centrifuge due au balourd

La force centrifuge générée par le balourd à la vitesse de fonctionnement :

U — balourd (g·mm)
ω — vitesse angulaire (rad/s)
F — force centrifuge (N)

Tolérance par pale

Pour les hélices symétriques, le balourd total admissible est réparti en parts égales entre toutes les pales :

Classes d'équilibrage typiques pour les hélices

Niveau	Application
G40	Hélices de bateaux de travail à faible vitesse, non critiques
G16	Hélices marines standard, navires de charge
G6.3	Navires à grande vitesse, navires de la marine, ferries à passagers
G2.5	Hélices de précision, sous-marins silencieux

Exemple pratique

Exemple — Hélice marine à 4 pales

Compte tenu de ce qui précède : Masse = 500 kg, Vitesse = 300 tr/min, Grade = G16, 4 pales

ω = 2π × 300 / 60 = 31,42 rad/s

U_per = 16 × 500 × 1000 / 31,42 = 254 620 g·mm

Excentricité = 16 × 1000 / 31,42 = 509,2 μm

F = 254 620 / 1 000 000 × 31,42² = 251,5 N

Par pale : 254 620 / 4 = 63 655 g·mm

⚠️ Remarque : Les hélices marines fonctionnent dans des conditions extrêmes. L'encrassement, l'endommagement des pales et l'érosion par cavitation peuvent modifier leur balourd au fil du temps. Un contrôle périodique des vibrations est recommandé afin de détecter tout balourd naissant.