Qu'est-ce que la vibration axiale dans les machines tournantes ? • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin sur moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors. Qu'est-ce que la vibration axiale dans les machines tournantes ? • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin sur moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et de nombreux autres rotors.

Qu'est-ce que la vibration axiale dans les machines tournantes ?

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Comprendre les vibrations axiales dans les machines rotatives

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

Vibration axiale (également appelée vibration longitudinale ou vibration de poussée) est le mouvement de va-et-vient d'un rotor dans une direction parallèle à son axe de rotation. Contrairement à vibrations latérales qui est un mouvement latéral perpendiculaire à l'arbre, la vibration axiale représente l'arbre se déplaçant vers l'intérieur et vers l'extérieur sur toute sa longueur, semblable au mouvement d'un piston.

Bien que généralement d'amplitude inférieure à celle des vibrations latérales, les vibrations axiales sont très utiles pour diagnostiquer certains types de défauts de machines, en particulier désalignement, problèmes de paliers de butée et problèmes liés au processus dans les pompes et les compresseurs.

Caractéristiques et mesures

Direction et mouvement

Les vibrations axiales se produisent le long de l'axe central de l'arbre :

  • Le mouvement est parallèle à l'axe de rotation de l'arbre
  • Le rotor se déplace d'avant en arrière comme un mouvement alternatif
  • Généralement mesuré au niveau des logements de roulement ou des extrémités d'arbre
  • Amplitude généralement inférieure à la vibration radiale mais très significative sur le plan diagnostique

Configuration de mesure

Les vibrations axiales nécessitent un montage spécifique du capteur :

  • Orientation du capteur : Accéléromètre ou capteur de vitesse monté parallèlement à l'axe de l'arbre
  • Emplacements typiques : Sur les capuchons d'extrémité des boîtiers de palier, les cloches d'extrémité des moteurs ou les boîtiers de butée
  • Sondes de proximité : Peut mesurer la position axiale directement lorsqu'il est monté face à la surface d'extrémité de l'arbre
  • Importance: Souvent négligé mais essentiel pour un diagnostic complet des machines

Principales causes de vibrations axiales

1. Désalignement (cause la plus courante)

Désalignement de l'arbre, en particulier le désalignement angulaire, est la principale cause de vibrations axiales :

  • Symptôme: Vibration axiale élevée 1X ou 2X à la vitesse de fonctionnement
  • Mécanisme: Le décalage angulaire entre les arbres couplés crée des forces axiales oscillantes transmises à travers l'accouplement
  • Indicateur de diagnostic : Une amplitude de vibration axiale > 50% de vibration radiale suggère fortement un désalignement
  • Relation de phase : Vibration axiale aux extrémités motrices et non motrices généralement déphasées de 180°

2. Défauts des paliers de butée

Les problèmes avec les paliers de butée qui contrôlent la position axiale de l'arbre provoquent des vibrations axiales caractéristiques :

  • Usure ou endommagement des paliers de butée
  • Précharge insuffisante de la butée
  • Défaillance du palier de butée permettant un jeu axial excessif
  • Problèmes de lubrification spécifiques aux paliers de butée

3. Forces hydrauliques ou aérodynamiques

Les forces de processus dans les pompes, les compresseurs et les turbines créent des forces axiales :

  • Cavitation de la pompe : L'effondrement des bulles de vapeur crée des forces de choc axiales
  • Déséquilibre de la turbine : Un flux asymétrique crée une poussée axiale oscillante
  • Turbulence du flux axial : Dans les compresseurs et turbines axiaux
  • Déferlante : La poussée du compresseur crée de violentes vibrations axiales
  • Recirculation : Fonctionnement hors conception provoquant des instabilités d'écoulement

4. Desserrage mécanique

Des jeux excessifs permettent un mouvement axial :

  • Surfaces de butée usées
  • Composants d'accouplement lâche
  • Contrainte axiale inadéquate dans la conception des roulements
  • Entretoises ou cales usées

5. Problèmes de couplage

L'usure ou la mauvaise installation de l'accouplement génère des vibrations axiales :

  • Dents d'accouplement à engrenages usées permettant un flottement axial
  • Accouplements flexibles mal installés
  • Erreurs de longueur des entretoises de couplage
  • Angles de joint universel créant des composantes de force axiale

6. Problèmes de croissance thermique

La dilatation thermique différentielle peut induire des forces axiales :

  • Dilatation thermique des tuyauteries poussant/tirant sur l'équipement
  • Croissance thermique inégale entre les machines couplées
  • Le tassement des fondations affecte l'alignement axial

Importance diagnostique

Diagnostic de désalignement

La vibration axiale est l’indicateur clé pour diagnostiquer un désalignement :

  • Règle de base : Si les vibrations axiales sont supérieures à 50% ou aux vibrations radiales, suspectez un désalignement
  • Contenu fréquentiel : Principalement 2X pour le désalignement parallèle décalé ; 1X et 2X pour le désalignement angulaire
  • Analyse de phase : Une différence de phase de 180° entre les mesures axiales aux extrémités opposées confirme le désalignement
  • Confirmation: Vibration axiale élevée qui diminue considérablement après qu'un alignement de précision confirme le diagnostic

Diagnostic de pompe et de compresseur

Pour les équipements rotatifs manipulant des fluides :

  • Cavitation : Vibration axiale aléatoire à haute fréquence avec caractéristiques à large bande
  • Déséquilibre hydraulique : 1X vibration axiale due à une charge asymétrique de la roue
  • Surtension: Oscillation axiale de grande amplitude et de basse fréquence
  • Fréquence de passage de la lame : La composante axiale à la fréquence de passage des pales indique des problèmes de flux

Évaluation de l'état des roulements

  • Une augmentation soudaine des vibrations axiales peut indiquer une détérioration du palier de butée
  • Les vibrations axiales avec des fréquences de défaut de palier de butée confirment un problème de palier
  • Un flottement axial excessif mesuré avec des sondes de proximité indique une usure des roulements

Niveaux et normes acceptables

Directives générales

Alors que des normes comme ISO 20816 traitent principalement des vibrations radiales, les limites des vibrations axiales sont généralement exprimées comme suit :

  • Par rapport à Radial : L'axe doit être < 50% de vibrations radiales dans des conditions normales
  • Limites absolues : Généralement 25-50% des limites de vibrations radiales pour la classe de machine
  • Comparaison de base : Des augmentations de 50 à 1 001 TP3T par rapport à la valeur de référence justifient une enquête

Normes spécifiques aux équipements

  • API 610 (Pompes centrifuges) : Spécifie les limites de vibrations radiales et axiales
  • API 617 (Compresseurs centrifuges) : Inclut les critères d'acceptation des vibrations axiales
  • Turbomachines : Souvent surveillé en continu avec des capteurs de position axiale et de vibrations

Méthodes de correction et d'atténuation

Pour le désalignement

  1. Alignement d'arbres de précision : Utilisez des outils d'alignement laser pour corriger les désalignements angulaires et parallèles
  2. Correction du pied mou : Assurez-vous que tous les pieds de montage sont à plat avant l'alignement
  3. Considération sur la croissance thermique : Tenir compte de la dilatation thermique de fonctionnement dans l'alignement
  4. Décharge de traction des tuyaux : Éliminer les forces de tuyauterie qui désalignent l'équipement

Pour les problèmes de palier de butée

  • Remplacer les composants usés des paliers de butée
  • Vérifier la précharge et les jeux appropriés des paliers de butée
  • Assurer une lubrification adéquate des surfaces des paliers de butée
  • Vérifiez l'installation et le calage corrects des paliers de butée

Pour les forces axiales liées au processus

  • Éliminer la cavitation : Augmenter la pression d'admission, réduire la température du fluide, vérifier les blocages d'admission
  • Optimiser le point de fonctionnement : Faire fonctionner les pompes et les compresseurs dans la plage de conception
  • Équilibrer les forces hydrauliques : Utiliser des trous d'équilibrage ou des aubes arrière sur les turbines
  • Contrôle anti-surtension : Mettre en œuvre une prévention efficace des surtensions pour les compresseurs

Pour les problèmes mécaniques

  • Remplacer les accouplements et les composants d'accouplement usés
  • Resserrer les connexions mécaniques desserrées
  • Vérifiez les dimensions correctes des entretoises et des cales
  • Assurez-vous que l'installation du couplage est correcte conformément aux spécifications du fabricant

Meilleures pratiques de mesure

Installation du capteur

  • Montage ferme : Utilisez des goujons ou de l'adhésif plutôt que des aimants pour les mesures axiales lorsque cela est possible
  • Vérifier l'orientation : Assurez-vous que le capteur est vraiment parallèle à l'axe de l'arbre (et non à un angle)
  • Les deux extrémités : Mesurer les vibrations axiales aux extrémités motrices et non motrices pour la comparaison des phases
  • Sondes de proximité : Pour les équipements critiques, installez des capteurs de position axiale permanents

Collecte de données

  • Collectez toujours des données axiales ainsi que des mesures radiales horizontales et verticales
  • Enregistrer les relations de phase entre les mesures axiales à différents endroits
  • Comparer les rapports d'amplitude axiale et radiale
  • Tendance des vibrations axiales au fil du temps pour détecter les problèmes en développement

Comparaison des vibrations axiales et radiales

Différences clés

Aspect Vibration radiale (latérale) Vibration axiale
Direction Perpendiculaire à l'axe de l'arbre Parallèle à l'axe de l'arbre
Amplitude typique Plus haut Inférieur (généralement < 50% de radial)
Causes principales Déséquilibre, arbre tordu, défauts de roulement Désalignement, problèmes de palier de butée, forces de processus
Valeur diagnostique État général des machines Spécifique aux problèmes de désalignement et de poussée
Priorité de surveillance Objectif principal Secondaire mais essentiel pour le diagnostic

Applications industrielles

La surveillance des vibrations axiales est particulièrement importante pour :

  • Pompes centrifuges : Détection des forces hydrauliques et de la cavitation
  • Compresseurs: Surveillance des paliers de butée et détection des surtensions
  • Turbines: Forces axiales des aubes de turbine et état des paliers de butée
  • Équipement couplé : Vérification de l'alignement et de l'état de couplage
  • Équipement de traitement : Surveillance des conditions d'écoulement

Bien que les vibrations axiales soient souvent éclipsées par les vibrations radiales, plus importantes, les analystes vibratoires expérimentés reconnaissent leur valeur diagnostique essentielle. De nombreux problèmes de machines, qui pourraient passer inaperçus en examinant uniquement les vibrations radiales, sont clairement révélés par les schémas de vibrations axiales, ce qui en fait un élément essentiel des programmes complets de surveillance de l'état des machines.

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