Équilibrage des ventilateurs

Publié par Nikolai Shelkovenko sur

Equilibreuse portable et analyseur de vibrations Balanset-1A

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Le Balanset-1A est équipé de 2 canaux et est conçu pour l'équilibrage dynamique sur deux plans. Il convient donc à un large éventail d'applications, notamment les broyeurs, les ventilateurs, les broyeurs de végétaux, les vis sans fin des moissonneuses-batteuses, les arbres, les centrifugeuses, les turbines et bien d'autres encore. Sa polyvalence En savoir plus...

SKU : BS-1
Catégorie :

Équilibrage des ventilateurs

(Informations tirées de la norme ISO 31350-2007 VIBRATION. VENTILATEURS INDUSTRIELS. EXIGENCES RELATIVES AUX VIBRATIONS PRODUITES ET À LA QUALITÉ DE L'ÉQUILIBRAGE)

La vibration produite par le ventilateur est l'une de ses caractéristiques techniques les plus importantes. Elle indique la qualité de la conception et de la fabrication du produit. Une augmentation des vibrations peut indiquer une mauvaise installation du ventilateur, une détérioration de son état technique, etc. C'est pourquoi la vibration du ventilateur est généralement mesurée lors des essais de réception, pendant l'installation avant la mise en service, ainsi que lors de l'exécution d'un programme de surveillance de l'état de la machine. Les données relatives aux vibrations des ventilateurs sont également utilisées pour la conception de leurs systèmes de support et de raccordement (conduits). Les mesures de vibrations sont généralement effectuées avec des orifices d'aspiration et de refoulement ouverts, mais il convient de noter que les vibrations du ventilateur peuvent varier de manière significative en fonction de l'aérodynamique du flux d'air, de la vitesse de rotation et d'autres caractéristiques.
Les normes ISO 10816-1-97, ISO 10816-3-2002 et ISO 31351-2007 établissent des méthodes de mesure et définissent l'emplacement des capteurs de vibrations. Si les mesures de vibrations sont effectuées pour évaluer leur impact sur la base du conduit ou du ventilateur, les points de mesure sont choisis en conséquence.
Les mesures des vibrations des ventilateurs peuvent être coûteuses, et parfois leur coût dépasse largement celui de la fabrication du produit lui-même. Par conséquent, toute restriction sur les valeurs des composantes vibratoires discrètes individuelles ou des paramètres vibratoires dans les bandes de fréquence ne devrait être introduite que lorsque le dépassement de ces valeurs indique un dysfonctionnement du ventilateur. Le nombre de points de mesure des vibrations doit également être limité en fonction de l'utilisation prévue des résultats des mesures. En général, il suffit de mesurer les vibrations au niveau des supports du ventilateur pour évaluer l'état vibratoire de ce dernier.
La base est ce sur quoi le ventilateur est monté et qui lui fournit le support nécessaire. La masse et la rigidité de la base sont choisies pour éviter l'amplification des vibrations transmises à travers elle.
Les supports sont de deux types :
  • support conforme : Un système de support de ventilateur conçu pour que la première fréquence naturelle du support soit significativement inférieure à la fréquence de rotation du ventilateur. Pour déterminer le degré de conformité du support, il convient de prendre en compte les inserts élastiques entre le ventilateur et la structure de support. La conformité du support est assurée en suspendant le ventilateur à des ressorts ou en plaçant le support sur des éléments élastiques (ressorts, isolateurs en caoutchouc, etc.). La fréquence propre du système de suspension - ventilateur est généralement inférieure à 25% de la fréquence correspondant à la vitesse de rotation minimale du ventilateur testé.
  • support rigide : Un système de support de ventilateur conçu de telle sorte que la première fréquence naturelle du support est significativement plus élevée que la fréquence de rotation de fonctionnement. La rigidité de la base du ventilateur est relative. Elle doit être considérée en comparaison avec la rigidité des roulements de la machine. Le rapport entre la vibration du logement du palier et la vibration de la base caractérise l'influence de la compliance de la base. La base peut être considérée comme rigide et suffisamment massive si l'amplitude de la vibration de la base (dans n'importe quelle direction) près des pieds de la machine ou du cadre de support est inférieure à 25% du résultat de la mesure de la vibration maximale obtenue au niveau du support de roulement le plus proche (dans n'importe quelle direction).
Étant donné que la masse et la rigidité de la base temporaire sur laquelle le ventilateur est installé lors des essais en usine peuvent différer considérablement des conditions d'installation sur le site d'exploitation, les valeurs limites des conditions d'usine s'appliquent aux vibrations à bande étroite dans la gamme des fréquences de rotation, et pour les essais de ventilateurs sur site - aux vibrations à large bande, déterminant l'état vibratoire global de la machine. Le site d'exploitation est le lieu d'installation final du ventilateur, pour lequel les conditions d'exploitation sont définies.
Catégories de fans (catégories BV)
Les ventilateurs sont classés en fonction des caractéristiques de leur utilisation prévue, des classes de précision d'équilibrage et des valeurs limites recommandées pour les paramètres de vibration. La conception et l'utilisation du ventilateur sont des critères qui permettent de classer de nombreux types de ventilateurs en fonction des valeurs de déséquilibre et des niveaux de vibration acceptables (catégories BV).
Le tableau 1 présente les catégories auxquelles les ventilateurs peuvent être attribués en fonction de leurs conditions d'application, compte tenu des valeurs de déséquilibre et des niveaux de vibration admissibles. La catégorie du ventilateur est déterminée par le fabricant.

Tableau 1 - Catégories de ventilateurs

Conditions d'application Exemples Consommation électrique, kW Catégorie BV
Espaces résidentiels et bureaux Ventilateurs de plafond et de grenier, climatiseurs de fenêtre ≤ 0.15 BV-1
> 0.15 BV-2
Bâtiments et locaux agricoles Ventilateurs pour systèmes de ventilation et de conditionnement d'air ; Ventilateurs pour équipements en série ≤ 3.7 BV-2
> 3.7 BV-3
Procédés industriels et production d'électricité Ventilateurs dans les espaces clos, les mines, les convoyeurs, les chaudières, les souffleries, les systèmes d'épuration des gaz ≤ 300 BV-3
> 300 voir ISO 10816-3
Transport, y compris les navires Les fans des locomotives, des camions et des voitures ≤ 15 BV-3
> 15 BV-4
Tunnels Ventilateurs pour la ventilation des métros, tunnels et garages ≤ 75 BV-3
> 75 BV-4
Tous BV-4
Production pétrochimique Ventilateurs pour l'élimination des gaz dangereux et utilisés dans d'autres processus technologiques ≤ 37 BV-3
> 37 BV-4
Production de puces électroniques Ventilateurs pour la création de salles blanches Tous BV-5
Notes
1 Cette norme ne concerne que les ventilateurs d'une puissance inférieure à 300 kW. L'évaluation des vibrations des ventilateurs d'une puissance supérieure est conforme à la norme ISO 10816-3. Toutefois, les moteurs électriques de série standard peuvent avoir une puissance nominale allant jusqu'à 355 kW. Les ventilateurs équipés de tels moteurs électriques doivent être acceptés conformément à la présente norme.
2 Le tableau 1 ne s'applique pas aux ventilateurs axiaux légers à faible vitesse et de grand diamètre (généralement de 2800 à 12500 mm) utilisés dans les échangeurs de chaleur, les tours de refroidissement, etc. La classe de précision d'équilibrage pour ces ventilateurs doit être G16, et la catégorie de ventilateur - BV-3.
Lors de l'achat d'éléments individuels du rotor (roues ou impulseurs) en vue de leur installation ultérieure sur le ventilateur, la classe de précision d'équilibrage de ces éléments (voir tableau 2) doit être respectée, et lors de l'achat du ventilateur dans son ensemble, les résultats des essais de vibration en usine (tableau 4) et sur site (tableau 5) doivent également être pris en compte. En général, ces caractéristiques font l'objet d'un consensus, de sorte que le ventilateur peut être choisi en fonction de sa catégorie BV.
La catégorie établie dans le tableau 1 est typique pour l'utilisation normale des ventilateurs, mais dans des cas justifiés, le client peut demander un ventilateur d'une catégorie BV différente. Il est recommandé de spécifier la catégorie BV du ventilateur, la classe de précision d'équilibrage et les niveaux de vibration acceptables dans le contrat de fourniture de l'équipement.
Un accord séparé entre le client et le fabricant peut être conclu concernant les conditions d'installation du ventilateur, de sorte que les essais en usine du ventilateur assemblé tiennent compte des conditions d'installation prévues sur le site d'exploitation. En l'absence d'un tel accord, il n'existe aucune restriction quant au type de base (rigide ou souple) pour les essais en usine.

Équilibrage des ventilateurs

Dispositions générales
Le fabricant de ventilateurs est responsable de l'équilibrage des ventilateurs conformément au document réglementaire pertinent. La présente norme est basée sur les exigences de la norme ISO 1940-1. L'équilibrage est généralement effectué sur des machines d'équilibrage très sensibles, spécialement conçues pour permettre une évaluation précise du déséquilibre résiduel.
Classes de précision pour l'équilibrage des ventilateurs
Les classes de précision d'équilibrage pour les roues de ventilateur sont appliquées conformément au tableau 2. Le fabricant de ventilateurs peut procéder à l'équilibrage de plusieurs éléments de l'assemblage, qui peuvent comprendre, outre la roue, l'arbre, l'accouplement, la poulie, etc. En outre, des éléments d'assemblage individuels peuvent nécessiter un équilibrage.

Tableau 2 - Classes de précision de l'équilibrage

Catégorie de ventilateur
Classe de précision de l'équilibrage du rotor (de la roue)
BV-1
G16
BV-2
G16
BV-3
G6.3
BV-4
G2.5
BV-5
G1.0
Remarque : les ventilateurs de la catégorie BV-1 peuvent inclure des ventilateurs de petite taille pesant moins de 224 g, pour lesquels il est difficile de maintenir la précision d'équilibrage spécifiée. Dans ce cas, l'uniformité de la répartition de la masse par rapport à l'axe de rotation du ventilateur doit être assurée par la technologie de fabrication.

Mesure des vibrations du ventilateur

Exigences en matière de mesures
Dispositions générales
Les figures 1 à 4 montrent quelques points et directions de mesure possibles sur chaque palier de ventilateur. Les valeurs indiquées dans le tableau 4 se rapportent à des mesures effectuées dans le sens perpendiculaire à l'axe de rotation. Le nombre et l'emplacement des points de mesure pour les essais en usine et les mesures sur site sont déterminés à la discrétion du fabricant ou en accord avec le client. Il est recommandé d'effectuer les mesures sur les paliers de l'arbre de la roue du ventilateur (roue à aubes). Si cela n'est pas possible, le capteur doit être installé à un endroit où la liaison mécanique la plus courte entre lui et le palier est assurée. Le capteur ne doit pas être monté sur des panneaux non soutenus, sur le boîtier du ventilateur, sur des éléments de l'enceinte ou sur d'autres endroits qui ne sont pas directement reliés au palier (les résultats de ces mesures peuvent être utilisés, mais pas pour évaluer l'état vibratoire du ventilateur, mais pour obtenir des informations sur les vibrations transmises au conduit ou à la base - voir ISO 31351 et ISO 5348).
Figure 1. Emplacement d'un capteur à trois coordonnées pour un ventilateur axial monté horizontalement
Figure 2. Emplacement d'un capteur à trois coordonnées pour un ventilateur radial à simple aspiration
Figure 3. Emplacement d'un capteur à trois coordonnées pour un ventilateur radial à double aspiration
Figure 4. Emplacement d'un capteur à trois coordonnées pour un ventilateur axial monté verticalement
Les mesures dans le sens horizontal doivent être effectuées à angle droit par rapport à l'axe de l'arbre. Les mesures dans le sens vertical doivent être effectuées à angle droit par rapport à la direction de mesure horizontale et perpendiculairement à l'arbre du ventilateur. Les mesures dans le sens longitudinal doivent être effectuées parallèlement à l'axe de l'arbre.
Mesures à l'aide de capteurs à inertie
Toutes les valeurs de vibration spécifiées dans cette norme se réfèrent à des mesures effectuées à l'aide de capteurs à inertie, dont le signal reproduit le mouvement du logement du roulement.
Les capteurs utilisés peuvent être des accéléromètres ou des capteurs de vitesse. Une attention particulière doit être accordée à la fixation correcte des capteurs : sans espace sur la surface de support, sans oscillations ni résonances. La taille et la masse des capteurs et du système de fixation ne doivent pas être excessivement importantes pour éviter des changements significatifs dans les vibrations mesurées. L'erreur totale causée par la méthode de fixation des capteurs et l'étalonnage du système de mesure ne doit pas dépasser +/- 10% de la valeur mesurée.
Mesures à l'aide de capteurs sans contact
En accord avec l'utilisateur et le fabricant, des exigences relatives au déplacement maximal admissible de l'arbre (voir ISO 7919-1) dans les paliers lisses peuvent être établies. Les mesures correspondantes peuvent être effectuées à l'aide de capteurs sans contact.
Dans ce cas, le système de mesure détermine le déplacement de la surface de l'arbre par rapport au logement du roulement. Il est évident que l'amplitude admissible des déplacements ne doit pas dépasser la valeur du jeu du roulement. La valeur du jeu dépend de la taille et du type de roulement, de la charge (radiale ou axiale) et de la direction de mesure (certains roulements ont un trou elliptique, pour lequel le jeu dans la direction horizontale est plus grand que dans la direction verticale). La diversité des facteurs à prendre en compte ne permet pas de fixer des limites uniformes de déplacement de l'arbre, mais certaines recommandations sont présentées dans le tableau 3. Les valeurs indiquées dans ce tableau représentent un pourcentage de la valeur totale du jeu radial dans le roulement dans chaque direction.
Tableau 3 - Déplacement relatif maximal de l'arbre dans le palier
État vibratoire du ventilateur Déplacement maximal recommandé, pourcentage de la valeur de dégagement (le long de n'importe quel axe)
Mise en service/état satisfaisant Moins de 25%
Avertissement +50%
Fermeture +70%
1) Les valeurs de jeu radial et axial pour un roulement spécifique doivent être obtenues auprès de son fournisseur.
Les valeurs données tiennent compte des "faux" déplacements de la surface de l'arbre. Ces "faux" déplacements apparaissent dans les résultats de mesure car, outre les vibrations de l'arbre, les faux-ronds mécaniques influencent également ces résultats si l'arbre est courbé ou a une forme non circulaire. Lors de l'utilisation d'un capteur sans contact, les résultats des mesures incluront également des déplacements électriques déterminés par les propriétés magnétiques et électriques du matériau de l'arbre au point de mesure. On estime qu'au cours de la mise en service et du fonctionnement normal ultérieur du ventilateur, la plage de la somme des faux-ronds mécaniques et électriques au point de mesure ne doit pas dépasser la plus grande des deux valeurs : 0,0125 mm ou 25% de la valeur de déplacement mesurée. Les faux-ronds sont déterminés en faisant tourner lentement l'arbre (à une vitesse de 25 à 400 tr/min), lorsque l'effet des forces causées par le déséquilibre sur le rotor est négligeable. Pour respecter la tolérance de faux-rond établie, un usinage supplémentaire de l'arbre peut être nécessaire. Les capteurs sans contact doivent, si possible, être montés directement sur le palier.
Les valeurs limites indiquées ne s'appliquent qu'à un ventilateur fonctionnant dans son mode nominal. Si la conception du ventilateur permet un fonctionnement à vitesse de rotation variable, des niveaux de vibration plus élevés sont possibles à d'autres vitesses en raison de l'influence inévitable des résonances.
Si la conception du ventilateur permet de modifier la position des pales par rapport au flux d'air à l'orifice d'admission, les valeurs données doivent être appliquées pour des conditions où les pales sont complètement ouvertes. Il convient de noter que le décrochage du flux d'air, particulièrement perceptible lorsque l'angle des pales est important par rapport au flux d'air d'admission, peut entraîner une augmentation des niveaux de vibration.

Système de soutien aux ventilateurs

L'état vibratoire des ventilateurs après leur installation est déterminé en fonction de la rigidité du support. Un support est considéré comme rigide si la première fréquence naturelle du système "ventilateur - support" dépasse la vitesse de rotation. En général, le support peut être considéré comme rigide lorsqu'il est monté sur de grandes fondations en béton, et comme conforme lorsqu'il est monté sur des isolateurs de vibrations. Un cadre en acier, souvent utilisé pour le montage des ventilateurs, peut appartenir à l'un ou l'autre de ces deux types de support. En cas de doute sur le type de support du ventilateur, des calculs ou des tests peuvent être effectués pour déterminer la première fréquence naturelle du système. Dans certains cas, le support du ventilateur doit être considéré comme rigide dans une direction et souple dans une autre.

Limites des vibrations admissibles du ventilateur lors des essais en usine

Les niveaux limites de vibration indiqués dans le tableau 4 s'appliquent aux ventilateurs assemblés. Ils se rapportent à des mesures de vitesse de vibration à bande étroite au niveau des paliers pour la fréquence de rotation utilisée lors des essais en usine.
Tableau 4 - Valeurs limites de vibration lors des essais en usine
Catégorie de ventilateur Limite de la vitesse de vibration efficace, mm/s
Support rigide Soutien conforme
BV-1 9.0 11.2
BV-2 3.5 5.6
BV-3 2.8 3.5
BV-4 1.8 2.8
BV-5 1.4 1.8
Notes
1 Les règles de conversion des unités de vitesse vibratoire en unités de déplacement ou d'accélération pour les vibrations à bande étroite sont spécifiées à l'appendice A.
2 Les valeurs de ce tableau s'appliquent à la charge nominale et à la fréquence de rotation nominale du ventilateur fonctionnant en mode avec des aubes directrices d'admission ouvertes. Les valeurs limites pour d'autres conditions de charge doivent être convenues entre le fabricant et le client, mais il est recommandé qu'elles ne dépassent pas les valeurs du tableau de plus de 1,6 fois.

Limites des vibrations admissibles du ventilateur lors des essais sur site

La vibration d'un ventilateur sur le site d'exploitation ne dépend pas seulement de la qualité de son équilibrage. Des facteurs liés à l'installation, tels que la masse et la rigidité du système de support, ont également une influence. Par conséquent, le fabricant du ventilateur n'est pas responsable du niveau de vibration du ventilateur sur son site d'exploitation, à moins que cela ne soit spécifié dans le contrat.
Le tableau 5 présente les valeurs limites recommandées (en unités de vitesse de vibration pour les vibrations à large bande sur les paliers) pour le fonctionnement normal des ventilateurs de différentes catégories.

Tableau 5 - Valeurs limites de vibration sur le site d'exploitation

État vibratoire du ventilateur Catégorie de ventilateur Limite de la vitesse de vibration efficace, mm/s
Support rigide Soutien conforme
Mise en service BV-1 10 11.2
BV-2 5.6 9.0
BV-3 4.5 6.3
BV-4 2.8 4.5
BV-5 1.8 2.8
Avertissement BV-1 10.6 14.0
BV-2 9.0 14.0
BV-3 7.1 11.8
BV-4 4.5 7.1
BV-5 4.0 5.6
Fermeture BV-1 __1) __1)
BV-2 __1) __1)
BV-3 9.0 12.5
BV-4 7.1 11.2
BV-5 5.6 7.1
1) Le niveau d'arrêt des ventilateurs des catégories BV-1 et BV-2 est établi sur la base d'une analyse à long terme des résultats des mesures de vibrations.
La vibration des nouveaux ventilateurs mis en service ne doit pas dépasser le niveau de "mise en service". Au fur et à mesure que le ventilateur fonctionne, son niveau de vibration devrait augmenter en raison des processus d'usure et de l'effet cumulatif des facteurs d'influence. Cette augmentation des vibrations est généralement naturelle et ne doit pas susciter d'inquiétude jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau "d'alerte".
Lorsque le niveau de vibration "d'alerte" est atteint, il est nécessaire de rechercher les causes de l'augmentation des vibrations et de déterminer les mesures à prendre pour les réduire. Le fonctionnement du ventilateur dans cet état doit faire l'objet d'une surveillance constante et être limité au temps nécessaire pour identifier les mesures permettant d'éliminer les causes de l'augmentation des vibrations.
Si le niveau de vibration atteint le niveau "d'arrêt", des mesures visant à éliminer les causes de l'augmentation des vibrations doivent être prises immédiatement, sinon le ventilateur doit être arrêté. Si l'on tarde à ramener le niveau de vibration à un niveau acceptable, on risque d'endommager les roulements, de provoquer des fissures dans le rotor et aux points de soudure de l'enveloppe du ventilateur, ce qui entraînera finalement la destruction du ventilateur.
Lors de l'évaluation de l'état vibratoire du ventilateur, il est essentiel de surveiller l'évolution des niveaux de vibration dans le temps. Un changement soudain du niveau de vibration indique la nécessité d'une inspection immédiate du ventilateur et de mesures de maintenance. Lors de la surveillance des variations de vibrations, les processus transitoires causés, par exemple, par le remplacement du lubrifiant ou les procédures de maintenance ne doivent pas être pris en compte.

L'influence de la procédure d'assemblée

Outre les roues, les ventilateurs comportent d'autres éléments rotatifs susceptibles d'affecter le niveau de vibration du ventilateur : poulies d'entraînement, courroies, accouplements, rotors de moteur ou autres dispositifs d'entraînement. Si les conditions de la commande exigent la fourniture d'un ventilateur sans dispositif d'entraînement, il peut être peu pratique pour le fabricant d'effectuer des essais d'assemblage pour déterminer les niveaux de vibration. Dans ce cas, même si le fabricant a équilibré la roue du ventilateur, il n'est pas certain que le ventilateur fonctionnera en douceur tant que l'arbre du ventilateur n'est pas raccordé à l'entraînement et que l'ensemble de la machine n'a pas été soumis à des essais de vibration lors de la mise en service.
En général, après l'assemblage, un équilibrage supplémentaire est nécessaire pour réduire le niveau de vibration à un niveau acceptable. Pour tous les nouveaux ventilateurs des catégories BV-3, BV-4 et BV-5, il est recommandé de mesurer les vibrations de la machine assemblée avant la mise en service. Cela permettra d'établir une base de référence et de définir les mesures d'entretien ultérieures.
Les fabricants de ventilateurs ne sont pas responsables de l'impact sur les vibrations des pièces d'entraînement installées après les essais en usine.

Outils de mesure des vibrations et étalonnage

Outils de mesure
Les outils de mesure et les machines d'équilibrage utilisés doivent être vérifiés et répondre aux exigences de la tâche. L'intervalle entre les vérifications est déterminé par les recommandations du fabricant des outils de mesure (d'essai). L'état des outils de mesure doit garantir leur fonctionnement normal tout au long de la période d'essai.
Le personnel travaillant avec des outils de mesure doit avoir des compétences et une expérience suffisantes pour détecter les dysfonctionnements potentiels et la détérioration de la qualité des outils de mesure.
Calibrage
Tous les outils de mesure doivent être étalonnés conformément aux normes. La complexité de la procédure d'étalonnage peut varier d'une simple inspection physique à l'étalonnage de l'ensemble du système. Les masses correctives utilisées pour déterminer le déséquilibre résiduel conformément à la norme ISO 1940-1 peuvent également être utilisées pour étalonner les outils de mesure.

Documentation

Équilibre
Sur demande, si les termes du contrat le prévoient, un rapport d'essai d'équilibrage du ventilateur peut être fourni au client, et il est recommandé d'y inclure les informations suivantes :
- Nom du fabricant de la machine à équilibrer, numéro de modèle ;
- Type d'installation du rotor : entre supports ou en porte-à-faux ;
- Méthode d'équilibrage : statique ou dynamique ;
- Masse des pièces rotatives de l'ensemble rotor ;
- Déséquilibre résiduel dans chaque plan de correction ;
- Déséquilibre résiduel admissible dans chaque plan de correction ;
- Classe de précision d'équilibre ;
- Critères d'acceptation : accepté/rejeté ;
- Certificat d'équilibrage (si nécessaire).
Vibrations
Sur demande, si les termes du contrat le prévoient, un rapport d'essai de vibration du ventilateur peut être fourni au client, et il est recommandé d'y inclure les informations suivantes :
- Outils de mesure utilisés ;
- Méthode de fixation du capteur de vibrations ;
- Paramètres de fonctionnement du ventilateur (débit d'air, pression, puissance) ;
- Fréquence de rotation du ventilateur ;
- Type de support : rigide ou souple ;
- Vibrations mesurées :
1) Position des capteurs de vibrations et axes de mesure,
2) Unités de mesure et niveaux de référence des vibrations,
3) Plage de fréquence de mesure (bande de fréquence étroite ou large) ;
- Niveau(x) de vibration autorisé(s) ;
- Niveau(x) de vibration mesuré(s) ;
- Critères d'acceptation : accepté/rejeté ;
- Certificat de niveau de vibration (si nécessaire).

MÉTHODES D'ÉQUILIBRAGE DE VENTILATEURS SUR UNE MACHINE À ÉQUILIBRER

B.1. Ventilateur à entraînement direct
B.1.1. Dispositions générales
La roue du ventilateur, qui est montée directement sur l'arbre du moteur lors de l'assemblage, doit être équilibrée selon la même règle de prise en compte de l'effet de clavette que pour l'arbre du moteur.
Les moteurs des années précédentes pouvaient être équilibrés à l'aide d'une rainure de clavette complète. Actuellement, les arbres de moteur sont équilibrés à l'aide d'une demi-clavette, comme le prescrit la norme ISO 31322, et marqués de la lettre H (voir ISO 31322).
B.1.2. Moteurs équilibrés avec une rainure de clavette complète
La roue du ventilateur, montée sur l'arbre du moteur équilibré avec une rainure de clavette complète, doit être équilibrée sans clavette sur un arbre conique.
B.1.3. Moteurs équilibrés par une demi-clavette
Pour la roue de ventilateur montée sur l'arbre du moteur équilibré par une demi-clavette, les options suivantes sont possibles :
a) si la roue est équipée d'un moyeu en acier, y découper une rainure de clavette après l'équilibrage ;
b) l'équilibre sur un arbre conique avec une demi-clavette insérée dans la rainure de clavette ;
c) équilibrer sur un arbre avec une ou plusieurs rainures de clavette (voir B.3), en utilisant des clavettes pleines.
B.2. Ventilateurs entraînés par un autre arbre
Dans la mesure du possible, tous les éléments rotatifs, y compris l'arbre et la poulie du ventilateur, doivent être équilibrés en tant qu'unité unique. Si cela n'est pas possible, l'équilibrage doit être effectué sur un arbre (voir B.3) en utilisant la même règle de comptabilisation des rainures de clavette que pour l'arbre.
B.3. Arbor
L'arbre sur lequel la roue de ventilateur est montée lors de l'équilibrage doit répondre aux exigences suivantes :
a) être le plus léger possible ;
b) être dans un état équilibré, garanti par un entretien approprié et des inspections régulières ;
c) être de préférence conique pour réduire les erreurs liées à l'excentricité, résultant des tolérances des dimensions du trou du moyeu et de l'arbre. Si l'arbre est conique, la position réelle des plans de correction par rapport aux roulements doit être prise en compte dans les calculs du déséquilibre.
S'il est nécessaire d'utiliser un arbre cylindrique, celui-ci doit être pourvu d'une rainure de clavette dans laquelle une clavette pleine est insérée pour transmettre le couple de l'arbre à la roue du ventilateur.
Une autre option consiste à tailler deux rainures de clavette aux extrémités opposées du diamètre de l'arbre, ce qui permet d'utiliser la méthode d'équilibrage inverse. Cette méthode comporte les étapes suivantes. Tout d'abord, mesurez le déséquilibre de la roue en insérant une clavette complète dans une rainure et une demi-clavette dans l'autre. Ensuite, on fait tourner la roue de 180° par rapport à l'arbre et on mesure à nouveau son déséquilibre. La différence entre les deux valeurs de déséquilibre est due au déséquilibre résiduel de l'arbre et du cardan. Pour obtenir la valeur réelle du déséquilibre du rotor, il faut prendre la moitié de la différence entre ces deux mesures.

LES SOURCES DE VIBRATION DES VENTILATEURS

Il existe de nombreuses sources de vibrations à l'intérieur du ventilateur, et les vibrations à certaines fréquences peuvent être directement liées à des caractéristiques de conception spécifiques de la machine. Cette annexe ne couvre que les sources de vibrations les plus courantes observées dans la plupart des types de ventilateurs. La règle générale est que tout relâchement dans le système de supportage entraîne une détérioration de l'état vibratoire du ventilateur.

Déséquilibre du ventilateur

Il s'agit de la principale source de vibrations du ventilateur ; elle se caractérise par la présence d'une composante vibratoire à la fréquence de rotation (première harmonique). La cause du déséquilibre est que l'axe de la masse tournante est excentré ou incliné par rapport à l'axe de rotation. Cela peut être dû à une répartition inégale de la masse, à la somme des tolérances sur les dimensions du trou du moyeu et de l'arbre, à la flexion de l'arbre ou à une combinaison de ces facteurs. Les vibrations causées par le déséquilibre agissent principalement dans la direction radiale.
Une flexion temporaire de l'arbre peut résulter d'un échauffement mécanique inégal - dû à la friction entre les éléments rotatifs et stationnaires - ou de la nature électrique. Une flexion permanente peut résulter de changements dans les propriétés des matériaux ou d'un mauvais alignement de l'arbre et de la roue du ventilateur lorsque le ventilateur et le moteur sont montés séparément.
Pendant le fonctionnement, le déséquilibre de la roue du ventilateur peut augmenter en raison du dépôt de particules dans l'air. En cas de fonctionnement dans un environnement agressif, le déséquilibre peut résulter d'une érosion ou d'une corrosion inégale de la roue.
Le déséquilibre peut être corrigé par un équilibrage supplémentaire dans les plans appropriés, mais avant de procéder à l'équilibrage, il convient d'identifier et d'éliminer les sources de déséquilibre et de vérifier la stabilité vibratoire de la machine.

Désalignement du ventilateur et du moteur

Ce défaut peut se produire lorsque les arbres du moteur et du ventilateur sont reliés par une courroie ou un accouplement flexible. Le désalignement peut parfois être identifié par des composantes caractéristiques de la fréquence de vibration, généralement les premières et deuxièmes harmoniques de la fréquence de rotation. Dans le cas d'un désalignement parallèle des arbres, les vibrations se produisent principalement dans la direction radiale, tandis que si les arbres se croisent à un angle, les vibrations longitudinales peuvent devenir dominantes.
Si les arbres sont reliés à un angle et que des accouplements rigides sont utilisés, des forces alternées commencent à agir dans la machine, ce qui entraîne une usure accrue des arbres et des accouplements. L'utilisation d'accouplements flexibles permet de réduire considérablement cet effet.

Vibrations du ventilateur dues à l'excitation aérodynamique

L'excitation vibratoire peut être causée par l'interaction de la roue du ventilateur avec des éléments fixes de la conception, tels que les aubes directrices, le moteur ou les supports de roulements, des valeurs d'entrefer incorrectes ou des structures d'admission et d'échappement d'air mal conçues. Ces sources se caractérisent par l'apparition de vibrations périodiques associées à la fréquence de rotation de la roue, sur fond de fluctuations aléatoires dans l'interaction des pales de la roue avec l'air. La vibration peut être observée au niveau des harmoniques de la fréquence des pales, qui est le produit de la fréquence de rotation de la roue et du nombre de pales de la roue.
L'instabilité aérodynamique du flux d'air, causée par son décrochage de la surface des pales et la formation de tourbillons qui s'ensuit, provoque des vibrations à large bande, dont la forme du spectre change en fonction de la charge du ventilateur.
Le bruit aérodynamique se caractérise par le fait qu'il n'est pas lié à la fréquence de rotation de la roue et qu'il peut se produire à des sous-harmoniques de la fréquence de rotation (c'est-à-dire à des fréquences inférieures à la fréquence de rotation). Dans ce cas, on peut observer une vibration importante du carter du ventilateur et des conduits.
Si le système aérodynamique du ventilateur est mal adapté à ses caractéristiques, des chocs violents peuvent se produire. Ces impacts sont facilement perceptibles à l'oreille et sont transmis sous forme d'impulsions au système de support du ventilateur.
Si les causes susmentionnées entraînent une vibration des pales, il est possible d'en étudier la nature en installant des capteurs dans différentes parties de la structure.

Vibrations du ventilateur dues au tourbillon dans la couche d'huile

Les tourbillons qui peuvent se produire dans la couche de lubrification des paliers lisses sont observés à une fréquence caractéristique légèrement inférieure à la fréquence de rotation du rotor, à moins que le ventilateur ne fonctionne à une vitesse supérieure à la première vitesse critique. Dans ce dernier cas, l'instabilité du coin d'huile sera observée à la première vitesse critique, et cet effet est parfois appelé tourbillon résonant.

Sources de vibrations des ventilateurs de nature électrique

Un échauffement inégal du rotor du moteur peut le déformer, ce qui entraîne un déséquilibre (se manifestant au niveau de la première harmonique).
Dans le cas d'un moteur asynchrone, la présence d'une composante à une fréquence égale à la fréquence de rotation multipliée par le nombre de plaques du rotor indique des défauts liés aux plaques du stator, et inversement, des composantes à une fréquence égale à la fréquence de rotation multipliée par le nombre de plaques du rotor indiquent des défauts liés aux plaques du rotor.
De nombreux composants vibratoires de nature électrique se caractérisent par leur disparition immédiate lorsque l'alimentation est coupée.

Vibrations du ventilateur dues à l'excitation de l'entraînement par courroie

En général, il existe deux types de problèmes liés aux transmissions par courroie : lorsque le fonctionnement de la transmission est influencé par des défauts externes et lorsque les défauts se situent au niveau de la courroie elle-même.
Dans le premier cas, bien que la courroie vibre, cela est dû à des forces provenant d'autres sources, de sorte que le remplacement de la courroie ne produira pas les résultats escomptés. Les sources courantes de ces forces sont le déséquilibre du système d'entraînement, l'excentricité des poulies, le désalignement et les connexions mécaniques desserrées. Par conséquent, avant de remplacer les courroies, il convient d'effectuer une analyse des vibrations afin d'identifier la source d'excitation.
Si les courroies répondent à des forces externes, leur fréquence de vibration sera très probablement la même que la fréquence d'excitation. Dans ce cas, la fréquence d'excitation peut être déterminée à l'aide d'une lampe stroboscopique, en la réglant de manière à ce que la bande apparaisse immobile à la lumière de la lampe.
Dans le cas d'une transmission à courroies multiples, une tension inégale des courroies peut entraîner une augmentation significative des vibrations transmises.
Les cas où les sources de vibration sont les courroies elles-mêmes sont liés à leurs défauts physiques : fissures, points durs et mous, saleté sur la surface de la courroie, matériau manquant sur sa surface, etc. Dans le cas des courroies trapézoïdales, les variations de largeur de la courroie font monter et descendre la piste de la poulie, ce qui crée des vibrations en raison de la variation de la tension de la courroie.
Si la source de vibration est la courroie elle-même, les fréquences de vibration sont généralement les harmoniques de la fréquence de rotation de la courroie. Dans un cas spécifique, la fréquence d'excitation dépendra de la nature du défaut et du nombre de poulies, y compris les tendeurs.
Dans certains cas, l'amplitude des vibrations peut être instable. Cela est particulièrement vrai pour les transmissions à courroies multiples.
Les défauts mécaniques et électriques sont des sources de vibrations qui se transforment ensuite en bruits aériens. Le bruit mécanique peut être associé à un déséquilibre du ventilateur ou du moteur, au bruit des roulements, à l'alignement des axes, aux vibrations des parois de la gaine et des panneaux du boîtier, aux vibrations des pales de l'amortisseur, aux vibrations des pales, de l'amortisseur, des tuyaux et des supports, ainsi qu'à la transmission des vibrations mécaniques à travers la structure. Le bruit électrique est lié à diverses formes de conversion de l'énergie électrique : 1) les forces magnétiques sont déterminées par la densité du flux magnétique, le nombre et la forme des pôles, et la géométrie de l'entrefer ; 2) le bruit électrique aléatoire est déterminé par les balais, les arcs électriques, les étincelles électriques, etc.
Le bruit aérodynamique peut être associé à la formation de tourbillons, aux pulsations de pression, à la résistance de l'air, etc. et peut être à la fois à bande large et à bande étroite. Le bruit à large bande peut être causé par : a) des pales, des amortisseurs et d'autres obstacles sur la trajectoire du flux d'air ; b) la rotation du ventilateur dans son ensemble, les courroies, les fentes, etc. ; c) des changements soudains de la direction du flux d'air ou de la section transversale du conduit, des différences dans les vitesses d'écoulement, la séparation du flux due aux effets de frontière, les effets de compression du flux, etc. Les bruits à bande étroite peuvent être causés par : a) des résonances (effet de tuyau d'orgue, vibrations de cordes, vibrations de panneaux, d'éléments structurels, etc.) ; b) la formation de tourbillons sur des arêtes vives (excitation de colonnes d'air) ; c) des rotations (effet de sirène, fentes, trous, fentes sur des pièces rotatives).
Les impacts créés par le contact entre divers éléments mécaniques de la structure produisent un bruit similaire à celui produit par un coup de marteau, un roulement de tonnerre, une boîte vide qui résonne, etc. On peut entendre des bruits d'impact de dents d'engrenage et des claquements de courroies défectueuses. Les impulsions d'impact peuvent être si fugaces que pour distinguer les impulsions d'impact périodiques des processus transitoires, un équipement spécial d'enregistrement à grande vitesse est nécessaire. Dans la zone où se produisent de nombreuses impulsions d'impact, la superposition de leurs crêtes crée un effet de bourdonnement constant.

Dépendance des vibrations par rapport au type de support du ventilateur

Le bon choix du support du ventilateur ou de la conception des fondations est nécessaire pour assurer un fonctionnement sans heurts et sans problèmes. Pour garantir l'alignement des composants rotatifs lors de l'installation du ventilateur, du moteur et d'autres dispositifs d'entraînement, on utilise un cadre en acier ou une base en béton armé. Parfois, une tentative d'économiser sur la construction du support conduit à l'incapacité de maintenir l'alignement requis des composants de la machine. Cette situation est particulièrement inacceptable lorsque les vibrations sont sensibles aux changements d'alignement, notamment pour les machines composées de pièces séparées reliées par des attaches métalliques.
Les fondations sur lesquelles la base est posée peuvent également influencer les vibrations du ventilateur et du moteur. Si la fréquence naturelle de la fondation est proche de la fréquence de rotation du ventilateur ou du moteur, la fondation résonnera pendant le fonctionnement du ventilateur. Ce phénomène peut être détecté en mesurant les vibrations en plusieurs points de la fondation, du sol environnant et des supports du ventilateur. Souvent, dans des conditions de résonance, la composante verticale de la vibration dépasse de manière significative la composante horizontale. Les vibrations peuvent être atténuées en rendant les fondations plus rigides ou en augmentant leur masse. Même si le déséquilibre et le désalignement sont éliminés, ce qui permet de réduire les forces de forçage, des conditions préalables de vibration significatives peuvent encore exister. Cela signifie que si le ventilateur et son support sont proches de la résonance, l'obtention de valeurs de vibration acceptables nécessitera un équilibrage et un alignement des arbres plus précis que ce qui est généralement requis pour ce type de machines. Cette situation n'est pas souhaitable et doit être évitée en augmentant la masse et/ou la rigidité du support ou du bloc de béton.

Guide de surveillance et de diagnostic des conditions de vibration

Le principe de base de la surveillance de l'état vibratoire d'une machine (ci-après dénommée "l'état") consiste à observer les résultats de mesures correctement planifiées afin d'identifier une tendance à l'augmentation des niveaux de vibration et de l'examiner sous l'angle des problèmes potentiels. La surveillance est applicable dans les situations où les dommages se développent lentement et où la détérioration de l'état du mécanisme se manifeste par des signes physiques mesurables.
Les vibrations du ventilateur, résultant de l'apparition de défauts physiques, peuvent être surveillées à certains intervalles, et lorsqu'une augmentation du niveau de vibration est détectée, la fréquence d'observation peut être augmentée et une analyse détaillée de l'état peut être effectuée. Dans ce cas, les causes des changements de vibration peuvent être identifiées sur la base de l'analyse de la fréquence des vibrations, ce qui permet de déterminer les mesures nécessaires et de planifier leur mise en œuvre bien avant que les dommages ne deviennent graves. En général, on considère que des mesures sont nécessaires lorsque le niveau de vibration augmente de 1,6 fois ou de 4 dB par rapport au niveau de base.
Le programme de maintenance conditionnelle comprend plusieurs étapes, qui peuvent être brièvement formulées comme suit :
a) identifier l'état du ventilateur et déterminer le niveau de vibration de base (il peut différer du niveau obtenu lors des essais en usine en raison de méthodes d'installation différentes, etc ;)
b) sélectionner les points de mesure des vibrations ;
c) déterminer la fréquence d'observation (de mesure) ;
d) établir la procédure d'enregistrement des informations ;
e) déterminer les critères d'évaluation de l'état vibratoire du ventilateur, les valeurs limites pour les vibrations absolues et les variations de vibrations, résumer l'expérience acquise lors de l'utilisation de machines similaires.
Étant donné que les ventilateurs fonctionnent généralement sans problème à des vitesses qui n'approchent pas le seuil critique, le niveau de vibration ne devrait pas changer de manière significative avec de légères variations de vitesse ou de charge, mais il est important de noter que lorsque le ventilateur fonctionne avec une vitesse de rotation variable, les valeurs limites de vibration établies s'appliquent à la vitesse de rotation maximale de fonctionnement. Si la vitesse de rotation maximale ne peut être atteinte dans les limites de vibration établies, cela peut indiquer la présence d'un problème grave et nécessiter une enquête spéciale.
Certaines recommandations de diagnostic fournies dans l'annexe C sont basées sur l'expérience du fonctionnement des ventilateurs et sont destinées à une application séquentielle lors de l'analyse des causes de l'augmentation des vibrations.
Pour évaluer qualitativement les vibrations d'un ventilateur spécifique et déterminer les lignes directrices des actions à entreprendre, il est possible d'utiliser les limites des zones d'état vibratoire établies par la norme ISO 10816-1.
On s'attend à ce que les niveaux de vibration des nouveaux ventilateurs soient inférieurs aux valeurs limites indiquées dans le tableau 3. Ces valeurs correspondent à la limite de la zone A de l'état vibratoire selon la norme ISO 10816-1. Les valeurs recommandées pour les niveaux d'avertissement et d'arrêt sont établies sur la base de l'analyse des informations recueillies sur des types spécifiques de ventilateurs.
INFORMATIONS SUR LA CONFORMITÉ
NORMES INTERNATIONALES DE RÉFÉRENCE UTILISÉES COMME RÉFÉRENCES NORMATIVES DANS LA PRÉSENTE NORME
Tableau H.1
Désignation de la norme interétatique de référence
Désignation et titre de la norme internationale de référence et désignation conditionnelle de son degré de conformité à la norme interétatique de référence
ISO 1940-1-2007
ISO 1940-1:1986. Vibrations. Exigences relatives à la qualité d'équilibrage des rotors rigides. Partie 1. Détermination du déséquilibre admissible (IDT)
ISO 5348-2002
ISO 5348:1999. Vibrations et chocs. Montage mécanique des accéléromètres (IDT)
ISO 7919-1-2002
ISO 7919-1:1996. Vibrations des machines sans réciprocité. Mesures sur arbres tournants et critères d'évaluation. Partie 1. Directives générales (IDT)
ISO 10816-1-97
ISO 10816-1:1995. Vibrations. Évaluation de l'état des machines par des mesures de vibrations sur des pièces non tournantes. Partie 1. Directives générales (IDT)
ISO 10816-3-2002
ISO 10816-3:1998. Vibrations. Évaluation de l'état des machines par des mesures de vibrations sur des pièces non tournantes. Partie 3. Machines industrielles d'une puissance nominale supérieure à 15 kW et d'une vitesse nominale comprise entre 120 et 15000 tr/min, mesures in situ (IDT)
ISO 10921-90
ISO 5801:1997. Ventilateurs industriels. Essais de performance à l'aide de conduits normalisés (NEQ)
ISO 19534-74
ISO 1925:2001. Vibrations. Équilibrage. Vocabulaire (NEQ)
ISO 24346-80
ISO 2041:1990. Vibrations et chocs. Vocabulaire (NEQ)
ISO 31322-2006 (ISO 8821:1989)
ISO 8821:1989. Vibrations. Équilibrage. Lignes directrices pour la prise en compte de l'effet de clavette lors de l'équilibrage d'arbres et de pièces ajustées (MOD)
ISO 31351-2007 (ISO 14695:2003)
ISO 14695:2003. Ventilateurs industriels. Méthodes de mesure des vibrations (MOD)
Note : Les désignations conditionnelles suivantes du degré de conformité de la norme sont utilisées dans ce tableau : IDT - normes identiques ;
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