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Équilibrage dynamique sur site

Guide technique complet pour l'équilibrage des rotors industriels

Partie I : Fondements théoriques et réglementaires de l'équilibrage dynamique

Field dynamic balancing is one of the key operations in vibration commissioning and condition-based maintenance, aimed at extending the service life of industrial equipment and preventing emergency situations. The use of portable instruments such as Balanset-1A allows these operations to be performed directly at the operating site, minimizing downtime and costs associated with dismantling. However, successful balancing requires not only the ability to work with the instrument, but also a deep understanding of the physical processes underlying vibration, as well as knowledge of the regulatory framework governing the quality of work.

Le principe méthodologique repose sur l'installation de masses d'essai et le calcul des coefficients d'influence du balourd. En résumé, l'instrument mesure les vibrations (amplitude et phase) d'un rotor en rotation, puis ajoute successivement de petites masses d'essai dans des plans spécifiques pour « calibrer » l'influence de la masse supplémentaire sur les vibrations. En fonction des variations d'amplitude et de phase des vibrations, l'instrument calcule automatiquement la masse et l'angle d'installation des masses correctives nécessaires pour éliminer le balourd.

Cette approche met en œuvre ce qu'on appelle méthode des trois passages Pour l'équilibrage biplan : une mesure initiale et deux essais avec des poids d'essai (un dans chaque plan). Pour l'équilibrage monoplan, deux essais suffisent généralement : un sans poids et un avec un poids d'essai. Les instruments modernes effectuent automatiquement tous les calculs nécessaires, ce qui simplifie considérablement le processus et réduit les exigences de qualification des opérateurs.

Section 1.1 : Physique du balourd : analyse approfondie

Au cœur de toute vibration dans un équipement rotatif se trouve le balourd. Le balourd est une condition où la masse du rotor est inégalement répartie par rapport à son axe de rotation. Cette répartition inégale entraîne l'apparition de forces centrifuges, qui à leur tour provoquent des vibrations des supports et de la structure entière de la machine. Les conséquences d'un balourd non traité peuvent être catastrophiques : usure prématurée et destruction des roulements, endommagement des fondations et de la machine elle-même. Pour un diagnostic et une élimination efficaces du balourd, il est nécessaire d'en distinguer clairement les types.

Types de balourd

Installation d'équilibrage de rotor avec moteur électrique sur supports, capteurs de vibrations, appareil de mesure, ordinateur portable avec affichage du logiciel
Configuration d'une machine d'équilibrage de rotor avec système de surveillance contrôlé par ordinateur pour mesurer les forces statiques et dynamiques afin de détecter les déséquilibres dans les composants rotatifs du moteur électrique.

Balourd statique (monoplan) : In this type of unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the axis of rotation - the center of mass is offset radially from the rotation axis. In a static state, such a rotor, installed on horizontal knife-edges (parallel ways), will always turn with the heavy side downward. Static unbalance is dominant for thin, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5, for example, grinding wheels or narrow fan impellers. Static unbalance elimination is possible by installing one corrective weight in one correction plane, diametrically opposite to the heavy point - a single-plane approach that is valid at moderate speeds (roughly under 1000 rpm); high-speed narrow discs still require two-plane balancing.

Balourd de couple (moment) : Ce type de balourd se produit lorsque l'axe d'inertie principal du rotor coupe l'axe de rotation au centre de masse, mais n'est pas parallèle à celui-ci. Le balourd de couple peut être représenté par deux masses déséquilibrées de même amplitude, mais de directions opposées, situées dans des plans différents. À l'état statique, un tel rotor est en équilibre et le balourd ne se manifeste que pendant la rotation, sous forme de balancement ou d'oscillation. Pour le compenser, il est nécessaire d'installer au moins deux masses correctives dans deux plans différents, créant ainsi un moment de compensation.

Configuration d'équilibrage du rotor avec moteur électrique sur supports de paliers, capteurs de vibrations, câbles et écran d'ordinateur portable d'analyseur Vibromera
Schéma technique d'un appareil d'essai de rotor de moteur électrique avec des enroulements en cuivre montés sur des roulements de précision, connectés à un équipement de surveillance électronique pour mesurer la dynamique de rotation.

Balourd dynamique : Il s'agit du type de balourd le plus courant en conditions réelles, combinant des balourds statiques et de couple. Dans ce cas, l'axe central d'inertie principal du rotor ne coïncide pas avec l'axe de rotation et ne le coupe pas au centre de masse. Pour éliminer le balourd dynamique, une correction de masse dans au moins deux plans est nécessaire. Les instruments à deux canaux tels que le Balanset-1A sont spécialement conçus pour résoudre ce problème.

Balourd quasi-statique : Il s'agit d'un cas particulier de balourd dynamique où l'axe d'inertie principal coupe l'axe de rotation, mais pas au centre de masse du rotor. Il s'agit d'une distinction subtile, mais importante pour le diagnostic des systèmes rotoriques complexes.

Rotors rigides et flexibles : distinction essentielle

L'un des concepts fondamentaux de l'équilibrage est la distinction entre rotors rigides et rotors flexibles. Cette distinction détermine la possibilité et la méthodologie d'un équilibrage réussi.

Rotor rigide : Un rotor est considéré comme rigide si sa fréquence de rotation de fonctionnement est nettement inférieure à sa première fréquence critique et s'il ne subit pas de déformations élastiques (déflexions) importantes sous l'action des forces centrifuges. L'équilibrage d'un tel rotor est généralement réalisé avec succès dans deux plans de correction. Les instruments Balanset-1A sont principalement conçus pour fonctionner avec des rotors rigides.

Rotor flexible : Un rotor est considéré comme flexible s'il fonctionne à une fréquence de rotation proche de l'une de ses fréquences critiques ou supérieure à celle-ci. Dans ce cas, la déflexion élastique de l'arbre devient comparable au déplacement du centre de masse et contribue elle-même de manière significative aux vibrations globales.

Avertissement important

Tenter d'équilibrer un rotor flexible en utilisant la méthode des rotors rigides (dans deux plans) conduit souvent à un échec. L'installation de masses correctives peut compenser les vibrations à basse vitesse, en dessous de la vitesse de résonance, mais à la vitesse de fonctionnement, lorsque le rotor se déforme, ces mêmes masses peuvent amplifier les vibrations en excitant un mode de vibration lié à la flexion. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles l'équilibrage " ne fonctionne pas ", même si toutes les manipulations de l'instrument sont effectuées correctement.

Avant toute intervention, il est primordial de classifier le rotor en corrélant sa vitesse de fonctionnement avec ses fréquences critiques connues (ou calculées). S'il est impossible de contourner la résonance, il est recommandé de modifier temporairement les conditions de montage de l'unité pendant l'équilibrage afin de décaler la résonance.

Section 1.2 : Cadre réglementaire : Normes ISO

Les normes dans le domaine de l'équilibrage remplissent plusieurs fonctions clés : elles établissent une terminologie technique unifiée, définissent les exigences de qualité et, surtout, servent de base à un compromis entre nécessité technique et faisabilité économique.

ISO 21940-11 (anciennement ISO 1940-1) : exigences de qualité pour l'équilibrage des rotors rigides

Software for Balanset-1A portable balancer and vibration analyzer. Balance tolerance calculator (ISO 1940)
Software for Balanset-1A portable balancer and vibration analyzer. Balance tolerance calculator (ISO 1940)

This standard is the fundamental document for determining permissible residual unbalance. It introduces the concept of balance quality grade (G), which is chosen by machine type only. The speed enters later, when the grade is converted into a permissible specific unbalance: epar = (G × 9549) / n.

Classe de qualité d'équilibrage G : Each type of equipment corresponds to a specific quality grade that remains constant regardless of rotation speed. For example, grade G6.3 is recommended for fans, pumps and general-purpose electric motors, G16 for crushers and agricultural machinery, and G2.5 for turbines and turbo-compressors.

Calcul du balourd résiduel admissible (Upar): The standard allows calculation of a specific permissible unbalance value that serves as a target indicator during balancing. The calculation is performed in three stages:

  1. Détermination du balourd spécifique admissible (epar) en utilisant la formule :
    eper = (G × 9549) / n
    Où G est le grade de qualité d'équilibrage (par exemple, 2,5) et n est la fréquence de rotation de fonctionnement (tr/min). L'unité de mesure de epar est g·mm/kg ou μm.
  2. Détermination du balourd résiduel admissible (Upar) pour l'ensemble du rotor :
    Uper = eper × M
    où M est la masse du rotor, en kg. L'unité de mesure de Upar est g·mm.
  3. Allocation of Upar between the two correction planes. For a symmetric rotor, split it 50/50 (in the example below: 19.9 g·mm per plane). For an asymmetric between-bearing rotor: Ugauche = Upar × (b/L), Udroit = Upar × (a/L), where a and b are the distances from the center of mass to the left and right bearings and L = a + b. Overhung rotors require a moment-based recalculation with a tighter tolerance on the overhung plane. Balanset-1A performs this allocation automatically and shows the per-plane residual unbalance (D1, D2) next to the balancing tolerance on the Result tab.

Exemple: Pour un rotor de moteur électrique d'une masse de 5 kg, fonctionnant à 3000 tr/min et de classe de qualité G2.5 :
epar = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm
Upar = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm
This means that after balancing, the residual unbalance should not exceed 39.8 g·mm - for this symmetric rotor, about 19.9 g·mm in each of the two correction planes.

ISO 20806:2009 : critères et mesures de protection pour l'équilibrage sur site des rotors moyens et grands

Cette norme réglemente directement le processus d'équilibrage en place.

Avantages : Le principal avantage de l'équilibrage sur site est que le rotor est équilibré dans des conditions réelles de fonctionnement, sur ses supports et sous charge. Ceci permet de prendre automatiquement en compte les propriétés dynamiques du système de support et l'influence des composants du train d'arbres connectés.

Inconvénients et limites :

  • Accès limité : L'accès aux plans de correction sur une machine assemblée est souvent difficile, ce qui limite les possibilités d'installation des poids.
  • Besoin d'essais : Le processus d'équilibrage nécessite plusieurs cycles de " démarrage-arrêt " de la machine.
  • Difficulté en cas de balourd important : Dans les cas de balourd initial très important, les limitations sur le choix du plan et la masse corrective peuvent ne pas permettre d'atteindre la qualité d'équilibrage requise.

Partie II : Guide pratique de l'équilibrage avec les instruments Balanset-1A

The success of balancing depends overwhelmingly on the thoroughness of preparatory work. Most failures are related not to instrument malfunction, but to ignoring factors affecting measurement repeatability. The main preparation principle is to exclude all other possible sources of vibration so that the instrument measures only the effect of unbalance.

Section 2.1 : Fondements du succès : Diagnostics de pré-équilibrage et préparation de la machine

Étape 1 : Diagnostic des vibrations primaires (s'agit-il vraiment d'un balourd ?)

Avant l'équilibrage, il est utile d'effectuer une mesure préliminaire des vibrations en mode vibromètre. Le logiciel Balanset-1A dispose d'un mode " Vibromètre " (touche F5) permettant de mesurer les vibrations globales et celles du composant séparément à la fréquence de rotation (1×) avant la mise en place des masses.

Signe classique de balourd : Le spectre vibratoire doit être dominé par un pic à la fréquence de rotation du rotor (pic à 1x tr/min). L'amplitude de cette composante dans les directions horizontale et verticale doit être comparable, et les amplitudes des autres harmoniques doivent être nettement inférieures.

Signes d'autres défauts : Si le spectre contient des pics significatifs à d'autres fréquences (par exemple, 2x, 3x RPM) ou à des fréquences non multiples, cela indique la présence d'autres problèmes qui doivent être éliminés avant l'équilibrage.

Étape 2 : Inspection mécanique complète (liste de contrôle)

  • Rotor : Thoroughly clean all rotor surfaces from dirt, rust and built-up deposits (caked product). Even a small amount of dirt at a large radius creates significant unbalance. Check for absence of broken or missing elements.
  • Roulements : Vérifiez que les roulements ne présentent pas de jeu excessif, de bruits parasites ni de surchauffe. Des roulements usés empêcheront d'obtenir des mesures stables.
  • Fondation et charpente : Ensure that the unit is installed on a rigid foundation. Check the torque of the anchor bolts and the absence of cracks in the frame.
  • Entraînement : Pour les transmissions par courroie, vérifiez la tension et l'état de la courroie. Pour les accouplements, vérifiez l'alignement des arbres.
  • La sécurité : Assurer la présence et le bon fonctionnement de tous les dispositifs de protection.

Section 2.2 : Installation et configuration de l'instrument

Installation du matériel

Capteurs de vibrations (accéléromètres) :

  • Connect sensor cables to corresponding instrument connectors (e.g., X1 and X2 for Balanset-1A; on newer revisions the connectors are labeled Ch-1 and Ch-2).
  • Installez les capteurs sur les boîtiers de roulement aussi près que possible du rotor.
  • Pratique clé : Pour obtenir un signal optimal, les capteurs doivent être installés dans la direction où les vibrations sont les plus importantes. Utilisez une base magnétique puissante ou un support fileté pour assurer un contact rigide.

Capteur de phase (tachymètre laser) :

  • Connect the sensor to the special input (X3 for Balanset-1A; labeled Tacho on newer revisions).
  • Fixez un petit morceau de ruban réfléchissant sur l'arbre ou toute autre partie rotative du rotor.
  • Installez le tachymètre de manière à ce que le faisceau laser atteigne la cible de façon stable tout au long du tour complet.

Configuration du logiciel (Balanset-1A)

  • Launch the software and connect the USB interface module (administrator rights are not required).
  • Go to the balancing module (F7 - Balancing). Create a new record for the unit being balanced.
  • Select balancing type: 1-plane (static, the F2 - Single-plane tab) for narrow rotors or 2-plane (dynamic, the F3 - Two-plane tab) for most other cases.
  • Définir les plans de correction : choisir les emplacements sur le rotor où les masses correctives peuvent être installées en toute sécurité.

Section 2.3 : Procédure d'équilibrage : guide étape par étape

Passage 0 : mesure initiale

  • Démarrez la machine et stabilisez-la à une vitesse de fonctionnement stable. Il est essentiel que la vitesse de rotation soit constante lors de tous les cycles suivants.
  • Dans le programme, lancez la mesure. L'instrument enregistrera les valeurs initiales d'amplitude et de phase des vibrations.
Configuration d'équilibrage du rotor du moteur électrique avec capteurs de vibrations X1, X2 sur paliers, ordinateur portable pour l'analyse des données sur support.
Appareil de test de moteurs industriels avec rotor bobiné en cuivre monté sur des roulements de précision, doté d'un système de surveillance contrôlé par ordinateur.
Interface du logiciel d'équilibrage à deux plans Vibromera affichant les données de vibration, le spectre de fréquence et les champs de mesure de masse d'essai
Interface logicielle d'équilibrage dynamique à deux plans affichant les données d'analyse vibratoire avec des formes d'onde temporelles et des graphiques de spectre de fréquence.

Passage 1 : Poids d'essai dans le plan 1

  • Arrêtez la machine.
  • Sélection du poids d'essai : The trial weight mass should be sufficient to cause noticeable change in vibration parameters (amplitude change of at least 20-30% OR phase change of at least 20-30 degrees). You do not have to guess the starting mass: after Run 0 the software's First Trial Weight Estimator recommends both the trial weight mass and its installation angle from the tachometer mark, and the program warns if the installed weight turns out to be too small.
  • Installation des poids d'essai : Fixez solidement la masse d'essai pesée à un rayon connu dans le plan 1. Enregistrez la position angulaire.
  • Démarrez la machine à la même vitesse stable.
  • Effectuez la deuxième mesure.
  • Arrêter la machine et remove the trial weight. If removing it is impractical, you can leave it installed - check the "Leave on rotor" box in the software so the calculation accounts for it.
Configuration d'équilibrage du rotor du moteur électrique avec capteurs de vibrations X1 et X2, analyseur portable, câbles de connexion et ordinateur portable.
Rendu 3D d'un banc d'essai de rotor de moteur électrique avec enroulements en cuivre montés sur un équipement d'équilibrage de précision.

Passage 2 : Poids d'essai dans le plan 2 (pour l'équilibrage à 2 plans)

  • Répétez exactement la procédure de l'étape 2, mais installez le poids d'essai dans le plan 2.
  • Démarrer, mesurer, arrêter et remove the trial weight (or leave it with the "Leave on rotor" box checked, as in Run 1).
Configuration d'équilibrage du rotor du moteur électrique avec capteurs de vibrations X1, X2, appareil de mesure, ordinateur portable et châssis de la machine d'équilibrage.
Appareil de test de moteurs industriels avec enroulements en cuivre montés sur des supports, doté d'un système de diagnostic contrôlé par ordinateur portable.

Calcul et installation de poids correctifs

  • Sur la base des changements vectoriels enregistrés lors des essais, le programme calculera automatiquement la masse et l'angle d'installation du poids correctif pour chaque plan.
  • L'angle d'installation est généralement mesuré à partir de l'emplacement du poids d'essai dans le sens de rotation du rotor.
  • Fixez solidement les masses correctives permanentes. Lors du soudage, n'oubliez pas que la soudure elle-même possède une masse.
Interface logicielle d'équilibrage de rotor à deux plans affichant les données de vibration, les masses de correction et les résultats de balourd résiduel.
Interface logicielle de la machine d'équilibrage dynamique affichant les résultats d'équilibrage à deux plans avec des masses de correction de 0,290 g et 0,270 g à des angles spécifiques.
Affichage du logiciel d'équilibrage de rotor à deux plans montrant les graphiques polaires pour les plans 1 et 2 avec les masses et les angles de correction.
Analyse d'équilibrage dynamique à deux plans présentant des diagrammes polaires pour la correction du rotor. L'interface affiche les besoins d'ajout de masse pour minimiser les vibrations.

Run T (Trim): Verification measurement and fine balancing

  • Redémarrez la machine.
  • Effectuer une mesure de contrôle pour évaluer le niveau de vibration résiduelle.
  • Comparez la valeur obtenue avec la tolérance calculée selon la norme ISO 1940-1.
  • Si les vibrations dépassent encore la tolérance, l'instrument calculera une petite correction " fine " (ajustement).
  • Une fois terminé, enregistrez le rapport et les coefficients d'influence pour une utilisation ultérieure éventuelle.
Configuration d'équilibrage du rotor du moteur avec capteurs de vibrations, appareil de mesure, ordinateur portable et supports d'équilibrage étiquetés X1/X2.
Rendu 3D d'un ensemble rotor de moteur électrique sur un banc d'essai, comportant des enroulements en cuivre avec des indicateurs de diagnostic verts.

Partie III : Résolution avancée de problèmes et dépannage

Cette section est consacrée aux aspects les plus complexes de l’équilibrage sur le terrain – les situations dans lesquelles la procédure standard ne produit pas de résultats.

Mesures de sécurité

Prévention des démarrages accidentels (verrouillage/étiquetage) : Before starting work, de-energize and disconnect the rotor drive. Hang warning tags on the starters so that no one starts the machine by mistake.

Équipement de protection individuelle : Le port de lunettes de sécurité ou d'une visière de protection est obligatoire. Les vêtements doivent être ajustés et sans bords flottants. Les cheveux longs doivent être dissimulés sous un couvre-chef.

Zone de danger autour de la machine : L'accès à la zone d'équilibrage est strictement interdit aux personnes non autorisées. Lors des essais, des barrières ou des rubans de signalisation sont installés autour de l'appareil. Le rayon de la zone dangereuse est d'au moins 3 à 5 mètres.

Fixation de poids fiable : When attaching trial or permanent corrective weights, pay special attention to their fixation. An ejected weight becomes a dangerous projectile.

Sécurité électrique : Respectez les consignes générales de sécurité électrique : utilisez une prise de courant mise à la terre en bon état de fonctionnement, ne faites pas passer les câbles dans des zones humides ou chaudes.

Section 3.1 : Diagnostic et résolution des problèmes d'instabilité de mesure

Symptôme : Lors de mesures répétées dans des conditions identiques, les valeurs d'amplitude et/ou de phase varient considérablement (« fluctuent », « sautent »). Cela rend le calcul de correction impossible.

Cause première: L'instrument ne présente aucun dysfonctionnement. Il signale avec précision que la réponse vibratoire du système est instable et imprévisible.

Algorithme de diagnostic systématique :

  • Jeu mécanique : Il s'agit de la cause la plus fréquente. Vérifiez le serrage des boulons de fixation du palier et des boulons d'ancrage du châssis. Recherchez des fissures dans les fondations ou le châssis.
  • Défauts de roulement : Un jeu interne excessif dans les roulements ou l'usure de la coquille du roulement permettent à l'arbre de se déplacer de manière chaotique à l'intérieur du support.
  • Instabilité liée au processus :
    • Aérodynamique (ventilateurs) : Les turbulences de l'écoulement et le décollement du flux au niveau des pales peuvent engendrer des effets de force aléatoires.
    • Hydraulique (pompes) : La cavitation crée de puissants chocs hydrauliques aléatoires qui masquent le signal périodique dû au balourd.
    • Mouvement de masse interne (concasseurs, broyeurs) : La matière peut se redistribuer à l'intérieur du rotor, agissant comme un "balourd mobile".
  • Résonance : Si la vitesse de fonctionnement est très proche de la fréquence naturelle de la structure, même de légères variations de vitesse entraînent d'énormes changements d'amplitude et de phase des vibrations.
  • Effets thermiques : Lorsque la machine chauffe, la dilatation thermique peut entraîner une flexion de l'arbre ou des modifications de son alignement.

Section 3.2 : Lorsque l’équilibrage n’aide pas : identifier les défauts fondamentaux

Symptôme : La procédure d'équilibrage a été effectuée, les mesures sont stables, mais la vibration finale reste élevée.

Using the vibration spectrum for differential diagnosis (in the Balanset software: F8 - Charts, "F5-Spectrum (Hz)" tab):

  • Désalignement de l'arbre : Signe principal : pic de vibration élevé à 2 fois la fréquence de rotation. Une vibration axiale élevée est caractéristique.
  • Défauts des roulements : Manifest as high-frequency vibration at characteristic "bearing" frequencies (BPFO, BPFI, BSF, FTF). Note that detailed rolling-bearing diagnostics is beyond the scope of Balanset-1A: the instrument measures vibration velocity in the 5-1000 Hz band, the sensor response rolls off above roughly 550 Hz, and there is no envelope (demodulation) analysis - use a dedicated bearing analyzer for that task.
  • Voile de l’arbre : Manifests as high peak at 1x RPM but often accompanied by noticeable component at 2x RPM. When the rotor is balanced on a mandrel, the software offers built-in runout compensation: the F7 - Run Ecc measurement (taken with the rotor turned 180 degrees on the mandrel) together with the "Subtract mandrel runout from measurements" option, so eccentricity is not mistaken for unbalance.
  • Problèmes électriques (moteurs électriques) : Une asymétrie du champ magnétique peut provoquer des vibrations à deux fois la fréquence d'alimentation (100 Hz pour un réseau de 50 Hz).

Erreurs d'équilibrage courantes et conseils de prévention

  • Équilibrage d'un rotor défectueux ou sale : Toujours vérifier l'état du mécanisme avant l'équilibrage.
  • Masse d'essai trop petite : Visez la règle de changement de vibration 20-30%.
  • Inconsistent operating speed between runs: Maintenez toujours une vitesse de rotation stable et identique pendant toutes les mesures.
  • Erreurs de phase et de marque : Surveillez attentivement la détermination de l'angle. L'angle du poids correctif est généralement mesuré à partir de la position du poids d'essai dans le sens de la rotation.
  • Fixation incorrecte ou perte de poids : Strictly follow the methodology - remove the trial weight after the run, or, if it stays on the rotor, make sure the "Leave on rotor" box is checked so the calculation accounts for it.

Normes de qualité d'équilibrage

Tableau 1 : Degrés de qualité d'équilibrage (G) selon la norme ISO 1940-1 pour les équipements typiques
Degré de qualité G Balance quality grade G = epar·ω (mm/s) Types de rotors (exemples)
G4000 4000 Vilebrequins montés rigidement de moteurs diesel marins lents
G1600 1600 Vilebrequins de gros moteurs à deux temps
G16 16 Cardan shafts with special requirements, agricultural machinery, crushers
G6.3 6.3 Pump rotors, fan impellers, electric motor armatures
G2.5 2.5 Rotors de turbines à gaz et à vapeur, turbocompresseurs, entraînements de machines-outils
G1 1 Entraînements de rectifieuses, broches
G0.4 0.4 Broches de rectifieuses de précision, gyroscopes

Note: the grade number is the product epar·ω in mm/s. The permissible specific unbalance itself is speed-dependent: epar = (G × 9549) / n [μm]. Example: G6.3 at 1500 rpm gives epar = 40.1 μm; at 3000 rpm it gives 20.1 μm.

Tableau 2 : Matrice de diagnostic des vibrations : balourd comparé à d'autres défauts
Type de défaut Fréquence du spectre dominant Caractéristique de phase Autres symptômes
Déséquilibre 1x tr/min Stable Les vibrations radiales prédominent
Désalignement de l'arbre 1x, 2x, 3x tr/min Peut être instable Vibrations axiales élevées - signe clé
jeu mécanique 1x, 2x et harmoniques multiples Instable, « sautillant » Mouvement visiblement perceptible
Défaut de roulement Hautes fréquences (BPFO, BPFI, etc.) Non synchronisé avec RPM Bruit parasite, température élevée
Résonance La vitesse de fonctionnement coïncide avec la fréquence naturelle La phase change de 180° lors du passage par la résonance L'amplitude des vibrations augmente fortement à une vitesse spécifique

Partie IV : Questions fréquemment posées et notes d'application

Section 4.1 : Questions générales fréquemment posées (FAQ)

Quand dois-je utiliser l'équilibrage à 1 plan plutôt qu'à 2 plans ?
Use 1-plane (static) balancing for narrow, disk-shaped rotors where the length-to-diameter ratio (L/D) is below approximately 0.5 and the speed is moderate (roughly under 1000 rpm), such as grinding wheels or narrow fan impellers. Use 2-plane (dynamic) balancing for elongated rotors, for any L/D above approximately 0.5, and for high-speed narrow discs. Two-plane balancing corrects both static unbalance and couple (moment) unbalance.

Que dois-je faire si le poids d'essai provoque une augmentation dangereuse des vibrations ?
Arrêtez immédiatement la machine. Ceci indique que le poids d'essai a été installé trop près du point lourd, aggravant ainsi le balourd. La solution consiste à déplacer le poids d'essai de 180 degrés par rapport à sa position initiale et à répéter la mesure. Cela permet de s'assurer que le poids d'essai crée un effet contraire au balourd existant, au lieu de l'accentuer.

Puis-je utiliser les coefficients d'influence enregistrés pour une autre machine ?
Oui, mais uniquement si les machines sont absolument identiques : même modèle, même rotor, même fondation, mêmes roulements. Toute modification de la rigidité structurelle modifiera les coefficients d’influence et les rendra invalides. Il est recommandé d’effectuer systématiquement de nouveaux essais pour chaque nouvelle machine afin de garantir la précision des calculs de correction.

Quelle est la différence entre un balourd statique et un balourd dynamique ?
In static unbalance the rotor's central principal axis of inertia is displaced parallel to the rotation axis - the center of mass is offset radially from the axis - and it can be detected without spinning by placing the rotor on knife-edge supports. Dynamic unbalance is a combination of static and couple unbalance where the principal axis of inertia doesn't coincide with the rotation axis - it only manifests during rotation and requires two-plane correction.

Pourquoi mes relevés d'équilibrage sont-ils instables (flottants) ?
Des relevés instables indiquent une réponse vibratoire imprévisible du système. Les causes fréquentes incluent : un jeu mécanique (boulons desserrés, fissures), des roulements usés présentant un jeu excessif, une instabilité du processus (cavitation dans les pompes, turbulence dans les ventilateurs), une résonance (vitesse de fonctionnement proche de la fréquence naturelle), des effets thermiques lors de la mise en marche ou des vibrations provenant d'équipements voisins. Il est impératif de résoudre ces problèmes avant de procéder à l'équilibrage.

Qu'est-ce que la méthode des trois essais dans l'équilibrage à deux plans ?
La méthode en trois étapes comprend : l’étape 0 – mesure initiale sans poids d’essai pour établir la vibration de référence ; l’étape 1 – mesure avec un poids d’essai installé dans le plan 1 pour déterminer son influence ; l’étape 2 – mesure avec un poids d’essai déplacé vers le plan 2. À partir de ces trois points de données, l’instrument calcule les poids correctifs exacts nécessaires pour les deux plans en utilisant la méthode du coefficient d’influence.

Comment calculer le balourd résiduel admissible selon la norme ISO 1940-1 ?
First calculate permissible specific unbalance: epar = (G × 9549) / n, where G is the quality grade (e.g., 2.5 for turbines, 6.3 for fans) and n is RPM. Then calculate permissible residual unbalance: Upar = epar × M, where M is rotor mass in kg. For example, a 5 kg rotor at 3000 RPM with G2.5: epar = (2.5 × 9549)/3000 = 7.96 μm, Upar = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Quel est l'effet de poids d'essai minimal nécessaire pour un équilibrage précis ?
Le poids d'essai doit induire une variation d'amplitude de vibration d'au moins 20 à 30 % ou une variation d'angle de phase d'au moins 20 à 30°. Si l'effet est trop faible, le signal utile est masqué par le bruit de mesure, ce qui entraîne des calculs de correction inexacts. Si aucun changement n'est observé, augmentez la masse du poids d'essai (dans les limites de sécurité) jusqu'à obtenir un effet suffisant.

How do I account for keyways? (ISO 8821, now ISO 21940-32:2012)
Standard practice is to use a "half-key" in the shaft keyway when balancing without the mating part, as specified in ISO 21940-32:2012 (which superseded ISO 8821). This compensates for the mass of that part of the key that fills the groove on the shaft.

Tableau 3 : Guide de dépannage des problèmes d'équilibrage courants
Symptôme Causes probables Actions recommandées
Lectures instables/« flottantes » Jeu mécanique, usure des roulements, résonance, instabilité du processus, vibrations externes Tighten all bolted connections, check bearing play, conduct coast-down test (the RunDown tab in the F5 - Vibration Meter mode), stabilize operating regime
Impossible d'atteindre la tolérance après plusieurs cycles Coefficients d'influence incorrects, rotor flexible, présence d'un défaut caché (défaut d'alignement) Répétez l'essai avec un poids correctement sélectionné, vérifiez la flexibilité du rotor, utilisez la FFT pour rechercher d'autres défauts.
Vibration normale après équilibrage mais revient rapidement Éjection de poids correctifs, accumulation de produit sur le rotor, déformations thermiques Utiliser une fixation plus fiable des masses correctrices (soudure), mettre en œuvre un programme de nettoyage régulier du rotor

Section 4.2 : Guide d'équilibrage pour des types d'équipements spécifiques

Industrial fans and induced-draft (ID) fans:

  • Problème: Les plus susceptibles de présenter un balourd en raison de l'accumulation de produit sur les aubes ou de l'usure abrasive.
  • Procédure : Nettoyez toujours soigneusement la turbine avant de commencer le travail. Faites attention aux forces aérodynamiques qui peuvent provoquer une instabilité.

Pompes :

  • Problème: Ennemi principal : la cavitation.
  • Procédure : Avant l'équilibrage, assurez-vous d'une marge de cavitation suffisante à l'entrée (NPSHa). Vérifiez que la conduite d'aspiration n'est pas obstruée.

Concasseurs, broyeurs et déchiqueteurs :

  • Problème: Usure extrême, possibilité de fortes variations de balourd dues à la rupture ou à l'usure du marteau.
  • Procédure : Vérifier l'intégrité et la fixation des éléments de travail. Un ancrage supplémentaire du châssis de la machine peut être nécessaire.

Induits de moteurs électriques :

  • Problème: Peut avoir des sources de vibrations à la fois mécaniques et électriques.
  • Procédure : Use the vibration spectrum (F8 - Charts) to check for vibration at twice the supply frequency. Its presence indicates electrical malfunction, not unbalance.

Conclusion

L'équilibrage dynamique des rotors sur site à l'aide d'instruments portables tels que le Balanset-1A est un outil performant pour améliorer la fiabilité et l'efficacité du fonctionnement des équipements industriels. Cependant, la réussite de cette procédure dépend moins de l'instrument lui-même que des qualifications du spécialiste et de sa capacité à appliquer une approche systématique.

Principes clés :

  • La préparation détermine le résultat : Un nettoyage minutieux du rotor, la vérification de l'état des roulements et de la fondation, ainsi qu'un diagnostic préliminaire des vibrations sont des conditions obligatoires pour un équilibrage réussi.
  • Le respect des normes est la base de la qualité : L'application de la norme ISO 1940-1 transforme l'évaluation subjective en un résultat objectif, mesurable et juridiquement significatif.
  • L'instrument n'est pas seulement un équilibreur mais aussi un outil de diagnostic : L'incapacité à équilibrer ou l'instabilité des relevés sont des signes diagnostiques importants indiquant des problèmes plus graves.
  • Comprendre la physique des processus est essentiel pour résoudre des tâches non standard : La connaissance des différences entre les rotors rigides et flexibles, ainsi que la compréhension de l'influence de la résonance, permettent aux spécialistes de prendre les bonnes décisions.

Le respect des recommandations énoncées dans ce guide permettra aux techniciens spécialisés non seulement de mener à bien les tâches courantes, mais aussi de diagnostiquer et de résoudre efficacement les problèmes complexes et non triviaux liés aux vibrations des équipements rotatifs.

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