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Quels sont les défauts des ventilateurs axiaux ? Problèmes de pales et d'écoulement

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Comprendre les défauts des ventilateurs axiaux

Définition : Que sont les défauts des ventilateurs axiaux ?

Défauts de ventilateur axial sont des problèmes spécifiques aux ventilateurs axiaux où l'air circule parallèlement à l'axe de l'arbre à travers un rotor en forme d'hélice. Ces défauts comprennent des erreurs d'angle de calage des pales, une dégradation du jeu au sommet des pales, fatigue et fissuration, défaillances de fixation du moyeu, décrochage rotatif et résonances aérodynamiques. Les ventilateurs axiaux diffèrent des ventilateurs centrifuges par leur trajectoire d'écoulement et leur répartition des forces, ce qui les rend vulnérables à des modes de défaillance uniques liés à la torsion des pales, aux fuites d'extrémité et aux variations de poussée axiale.

Les ventilateurs axiaux sont courants dans les systèmes CVC, les tours de refroidissement, les ventilateurs de tirage des centrales électriques et la ventilation industrielle. Leur grand diamètre et leurs pales relativement légères les rendent particulièrement sensibles à la fatigue due aux vibrations et aux instabilités aérodynamiques.

Défauts spécifiques aux ventilateurs axiaux

1. Problèmes d'angle et de pas des pales

Réglage de hauteur incorrect

  • Ventilateurs à pas réglable : Angle de lame réglable pour un réglage des performances
  • Désajustement : Lames réglées à un angle incorrect pour les conditions de fonctionnement
  • Effets : Faibles performances, fortes vibrations, tendance au calage
  • Réglage non uniforme : Lames à différents angles créant un déséquilibre

Déformation par torsion de la lame

  • Pales tordues en permanence par des charges aérodynamiques ou centrifuges
  • Modifie les angles d'écoulement et affecte les performances
  • Peut créer un déséquilibre en cas de torsion asymétrique
  • Distorsion thermique due aux gradients de température

2. Problèmes de jeu de pointe

Importance critique des ventilateurs axiaux

  • Fuite d'écoulement sur les extrémités des pales (tourbillons d'extrémité)
  • Efficacité très sensible au jeu de la pointe
  • Chaque augmentation de 1% du jeu entraîne une perte d'efficacité d'environ 1-2%
  • Affecte les vibrations et les performances acoustiques

Dégagement excessif

  • Causes : Usure, déformation du boîtier, déviation de la lame, croissance thermique
  • Effets : Perte de performance, augmentation de la force du tourbillon de pointe, vibrations
  • Typiquement neuf : 0,5-1,5% d'envergure de la pale
  • Action nécessaire : > 3% de portée indique un remplacement ou une reconstruction

Frottements de pointe

  • Extrémités des lames en contact avec le boîtier
  • De l'excès vibration, croissance thermique ou désalignement
  • Crée du bruit, des vibrations et endommage la lame
  • Marques d'usure visibles sur les pointes des lames et le boîtier

3. Défauts structurels de la lame

Fissures de fatigue

  • Emplacement: Racine de pale (fixation au moyeu), bord d'attaque
  • Cause: Charges aérodynamiques alternées, vibrations, résonance
  • Détection: Inspection par ressuage, par particules magnétiques ou par ultrasons
  • Criticité : Peut conduire à la libération de la lame

Défaillances de fixation de lame

  • Fissuration des soudures à la jonction pale-moyeu
  • Fixations boulonnées desserrées
  • Fissures des filets de racines
  • Défaillance progressive si non détectée

4. Instabilités aérodynamiques

stalle rotative

  • Séparation de flux sur certaines pales tournant autour de l'anneau
  • Vibration sous-synchrone (0,2-0,5 × vitesse du rotor)
  • Se produit en cas de faible débit ou de résistance d'entrée élevée
  • Peut être violent et endommager les lames

Battement

  • Vibration auto-excitée de la lame par couplage aéroélastique
  • Le mouvement de la lame affecte le flux d'air, le flux d'air affecte le mouvement de la lame
  • Fréquence à la fréquence naturelle de la lame
  • Peut provoquer une défaillance rapide de la lame
  • Rare mais catastrophique lorsqu'il se produit

Signatures vibratoires

Fréquence de passage des lames

  • Calcul: BPF = Nombre de lames × RPM / 60
  • Ventilateurs axiaux : BPF souvent important (plus élevé que celui des ventilateurs centrifuges)
  • Amplitude élevée : Problèmes de dégagement de pointe, dommages à la lame, problèmes de débit
  • Harmoniques : Plusieurs harmoniques BPF indiquent des problèmes de lame ou de flux

Déséquilibrer

  • De l'accumulation de la lame, de l'érosion ou de la non-uniformité de l'angle de pas
  • 1× composant de vibration
  • Corrigible par équilibrage avec des poids montés sur la lame

Vibrations liées au décrochage

  • Composantes sous-synchrones (0,2-0,5×)
  • Amplitude aléatoire et fluctuante
  • Augmentation du bruit à large bande
  • Disparaît lorsque le débit augmente

Détection et surveillance

Analyse des vibrations

  • Surveillance standard des vibrations des roulements
  • Tendance de l'amplitude du BPF
  • Rechercher des composants sous-synchrones (calage)
  • Mesure des vibrations axiales (variations de poussée)

Suivi des performances

  • Mesure du débit d'air (méthode de différence de pression)
  • Tendances de la consommation d'énergie
  • Calcul d'efficacité
  • Comparer aux performances de conception/de référence

Inspection

  • Inspection visuelle de la lame pour détecter les fissures, l'érosion et la corrosion
  • Vérification de l'angle d'inclinaison des pales
  • Mesure du jeu de la pointe
  • Inspection du moyeu et des points de fixation
  • CND pour la détection des fissures dans les ventilateurs critiques

Maintenance et correction

Entretien des lames

  • Nettoyer les dépôts sur les lames (et rééquilibrer)
  • Réparer les dommages mineurs dus à l'érosion/à la corrosion
  • Remplacer les lames fissurées ou gravement endommagées
  • Vérifiez que toutes les pales ont le même angle de pas
  • Vérifiez et serrez les boulons de fixation de la lame

Restauration de dégagement

  • Ajoutez des anneaux de protection ou des joints d'extrémité si le jeu est excessif
  • Reconstruire le boîtier pour réduire le diamètre
  • Remplacer le ventilateur si cela est économiquement justifié

Contrôle du point de fonctionnement

  • Ajuster la résistance du système pour faire fonctionner le ventilateur à proximité du point de conception
  • Contrôle de vitesse variable pour une adaptation optimale
  • Éviter l'utilisation dans la zone de décrochage
  • Commande d'aubes d'admission ou de registre pour la réduction

Les défauts des ventilateurs axiaux combinent les problèmes classiques des machines tournantes avec des phénomènes aérodynamiques spécifiques aux machines à flux axial. La compréhension des problèmes structurels des pales, de la criticité du jeu axial et des instabilités aérodynamiques comme le décrochage en rotation, combinée à une surveillance vibratoire et à des tests de performance appropriés, permet un fonctionnement fiable de ces machines essentielles au déplacement d'air dans les applications industrielles.

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