Comprendre l'équilibre de la sensibilité
Définition : Qu'est-ce que l'équilibrage de la sensibilité ?
Équilibrer la sensibilité (également appelé déséquilibre résiduel minimal réalisable ou MARU) est la plus petite quantité de déséquilibrer qui peuvent être détectés, mesurés et corrigés de manière fiable pendant un équilibrage procédure. Elle représente la limite pratique de la précision avec laquelle un rotor peut être équilibré compte tenu des capacités de l'équipement de mesure, des caractéristiques du système rotor-palier et des facteurs environnementaux.
La sensibilité d'équilibrage est un paramètre crucial car elle détermine si un paramètre spécifié tolérance d'équilibrage Cela ne peut être réalisé. Si la tolérance requise est inférieure à la sensibilité du système, les spécifications d'équilibrage ne peuvent être respectées, quelle que soit la précision de l'exécution.
Pourquoi l'équilibre de la sensibilité est important
Comprendre et quantifier la sensibilité d'équilibrage est essentiel pour plusieurs raisons :
- Évaluation de la faisabilité : Avant de commencer un travail d'équilibrage, la sensibilité permet de déterminer si la qualité d'équilibrage requise peut être atteinte de manière réaliste.
- Sélection du matériel : Choisir un équipement d'équilibrage et des capteurs présentant une sensibilité adaptée à l'application.
- Analyse coûts-avantages : L'obtention d'une sensibilité extrêmement élevée nécessite un équipement coûteux et des procédures fastidieuses. Les exigences en matière de sensibilité doivent correspondre aux besoins opérationnels.
- Dépannage : Lorsque la qualité de l'équilibrage ne répond pas aux attentes, l'analyse de sensibilité permet de déterminer si le problème provient de la procédure d'équilibrage, des limitations de l'équipement ou de problèmes mécaniques du système de rotor.
- Assurance qualité: La sensibilité documentée fournit une preuve objective des capacités du système d'équilibrage.
Facteurs affectant la sensibilité d'équilibrage
Plusieurs facteurs influencent la sensibilité d'équilibrage atteignable :
1. Facteurs liés au système de mesure
- Résolution du capteur : La plus petite variation de vibration que le accéléromètre ou un capteur peut détecter.
- Rapport signal/bruit : Les vibrations de fond provenant d'autres sources (machines adjacentes, bruit électrique, vibrations du sol) peuvent masquer de petites variations dues à un déséquilibre.
- Précision de l'instrumentation : La précision de analyseur de vibrations en mesurant amplitude et phase.
- Précision du tachymètre : La précision de la mesure de phase dépend de la précision du signal de référence à une répétition par tour.
- Résolution numérique : La résolution du convertisseur A/D et la largeur des intervalles de la FFT influent sur la précision de la mesure.
2. Caractéristiques du système rotor-palier
- Réponse dynamique : L'intensité de la réaction du système au déséquilibre (amplitude du coefficient d'influence). Les systèmes à faible réponse nécessitent des déséquilibres plus importants pour produire des vibrations mesurables.
- Type et état du roulement : Des roulements usés présentant un jeu excessif ou un comportement non linéaire réduisent la sensibilité.
- Résonances structurelles : Opérant à proximité résonance peut améliorer la sensibilité (réponse vibratoire plus élevée), mais loin de la résonance, la réduit.
- Amortissement: Les systèmes fortement amortis atténuent les vibrations, réduisant ainsi la sensibilité.
- Rigidité des fondations : Une fondation flexible ou souple absorbe l'énergie vibratoire, réduisant ainsi les vibrations mesurables pour un déséquilibre donné.
3. Facteurs opérationnels et environnementaux
- Vitesse de fonctionnement: La force de déséquilibre augmente avec le carré de la vitesse, la sensibilité s'améliore donc à des vitesses plus élevées.
- Variables du processus : Le débit, la pression, la température et la charge peuvent engendrer des vibrations qui masquent les effets de déséquilibre.
- Conditions ambiantes : Les variations de température, le vent et les vibrations du sol affectent les mesures.
- Répétabilité : Les variations des conditions de fonctionnement entre les séries de mesures réduisent la sensibilité effective.
4. Précision du placement des poids
- Résolution de masse : Le plus petit incrément de poids disponible (par exemple, il est uniquement possible d'ajouter des poids par incréments de 1 gramme).
- Précision du positionnement angulaire : Avec quelle précision poids de correction peut être positionné de manière angulaire.
- Cohérence de la position radiale : Variations du rayon auquel les poids sont placés.
Détermination de la sensibilité d'équilibrage
La sensibilité peut être déterminée expérimentalement à l'aide d'une procédure de test :
Procédure
- Établir une base de référence : Équilibrer le rotor pour obtenir le plus faible déséquilibre résiduel possible par les méthodes normales.
- Ajouter un poids léger connu : Ajoutez une petite quantité, précisément connue poids d'essai à un angle connu (par exemple, 5 grammes à 0°).
- Mesurer la réponse : Mettez la machine en marche et mesurez la variation des vibrations.
- Évaluer la détectabilité : Si le changement est clairement mesurable et distinguable du bruit (nécessitant généralement un changement d'au moins 2 à 3 fois le niveau de bruit de mesure), le déséquilibre est détectable.
- Répéter: Répétez l'opération avec des poids progressivement plus faibles jusqu'à ce que le changement devienne indiscernable du bruit de mesure.
Règle empirique
Le déséquilibre minimal détectable est généralement considéré comme étant la quantité qui produit un changement de vibration d'environ 10-15% du niveau de bruit de fond ou de la répétabilité de la mesure, selon la valeur la plus élevée.
Valeurs de sensibilité typiques
La sensibilité d'équilibrage varie considérablement en fonction du système et de l'équipement :
Machines d'équilibrage de haute précision (environnement d'atelier)
- Sensibilité : 0,1 à 1 g·mm par kg de masse du rotor
- Applications : rotors de turbines, broches de précision, équipements à grande vitesse
- Réalisable notes G: G 0,4 à G 2,5
Équilibrage sur le terrain avec des équipements portables
- Sensibilité : 5 à 50 g·mm par kg de masse du rotor
- Applications : La plupart des machines industrielles, ventilateurs, moteurs, pompes
- Niveaux scolaires atteignables : de G 2,5 à G 16
Machines de grande taille et à faible vitesse (sur site)
- Sensibilité : 100 à 1000 g·mm par kg de masse du rotor
- Applications : Concasseurs de grande taille, broyeurs à vitesse lente, rotors massifs
- Niveaux scolaires atteignables : de G 16 à G 40+
Amélioration de la sensibilité d'équilibrage
Lorsque plusieurs stratégies peuvent être employées lorsqu'une sensibilité plus élevée est requise :
Mises à niveau de l'équipement
- Utilisez des capteurs de meilleure qualité, avec une résolution supérieure et un bruit plus faible.
- Passez à des analyseurs de vibrations plus précis.
- Améliorer la précision du tachymètre ou de la référence de phase
Optimisation des techniques de mesure
- Moyenne de plusieurs mesures pour réduire le bruit aléatoire
- Effectuez l'équilibrage à des vitesses plus élevées, là où les forces de déséquilibre sont plus importantes.
- Optimiser l'emplacement de montage des capteurs (plus près des roulements, montage plus rigide)
- Protéger les capteurs des interférences électromagnétiques
- Contrôler les conditions environnementales (température, isolation des vibrations)
Modifications du système
- Renforcer les fondations pour réduire l'atténuation des vibrations
- Remplacez les roulements usés pour améliorer la linéarité de la réponse.
- Isoler la machine des sources de vibrations externes
Améliorations procédurales
- Utilisation étalonnage permanent pour réduire le nombre d'essais nécessaires
- Employer coefficient d'influence techniques de raffinement
- Mettre en œuvre un contrôle statistique des processus pour suivre la répétabilité des mesures.
Sensibilité vs. Tolérance : La relation critique
Pour un équilibre réussi, le rapport entre sensibilité et tolérance doit être approprié :
Condition requise
Sensibilité d'équilibrage ≤ (Tolérance spécifiée / 4)
Cette “ règle du 4:1 ” garantit que le système d’équilibrage possède une capacité suffisante pour atteindre de manière fiable la tolérance requise avec une marge de sécurité adéquate.
Exemple
Si la tolérance spécifiée est de 100 g·mm :
- Sensibilité requise : ≤ 25 g·mm
- Si la sensibilité réelle est de 30 g·mm, il peut être difficile d'atteindre la tolérance de manière constante.
- Si la sensibilité réelle est de 10 g·mm, la tolérance peut être facilement atteinte avec une marge confortable.
Implications pratiques
Comprendre la sensibilité à l'équilibre a des conséquences pratiques directes :
- Demande de devis : La sensibilité détermine si une opération d'équilibrage peut être effectuée avec l'équipement disponible ou si elle nécessite des installations spécialisées.
- Rédaction de spécifications : Les spécifications de tolérance doivent être réalistes compte tenu de la sensibilité d'équilibrage disponible.
- Contrôle de qualité: La sensibilité documentée fournit des critères objectifs permettant d'évaluer si les mauvais résultats d'équilibrage sont dus aux limitations de l'équipement ou à des erreurs de procédure.
- Justification de l'équipement : Des exigences de sensibilité quantifiées justifient, le cas échéant, l'investissement dans des systèmes d'équilibrage de plus haute précision.
Documenter la sensibilité
Le travail d'équilibrage professionnel doit inclure une documentation sur la sensibilité :
- Méthode utilisée pour déterminer la sensibilité
- Déséquilibre minimal détectable mesuré (MARU)
- Répétabilité des mesures (écart type des mesures répétées)
- Comparaison de la sensibilité à la tolérance spécifiée (rapport de capacité)
- Déclaration de conformité : “ La sensibilité du système de X g·mm est suffisante pour atteindre la tolérance spécifiée de Y g·mm ”
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