Équilibrage du rotor — Procédures, types et normes
Le guide complet de l'équilibrage des machines tournantes : statique vs. dynamique (monoplan et biplan), la méthode du coefficient d'influence, les tolérances ISO 21940, l'équilibrage sur site et les techniques de correction.
Équilibrage statique vs. dynamique
Les deux types d'équilibrage fondamentaux — déterminés par la géométrie du rotor et le type de balourd présent
| Critère | Plan unique | Deux avions |
|---|---|---|
| Type de balourd corrigé | Statique uniquement | Statique + couple (dynamique) |
| Géométrie du rotor | L/D < 0,5 (forme de disque) | L/D > 0,5 (allongé) |
| Nombre de courses | 2 (initial + essai) | 3–4 (initial + 2 essais, ou couplage croisé) |
| Capteurs requis | 1 accéléromètre + tachymètre | 2 accéléromètres + tachymètre |
| Modèle de vibration des roulements | En phase à 1× | La phase varie (elle n'est pas en phase, ni à 180°). |
| rotors typiques | Roues de ventilateur, poulies, meules | Moteurs, pompes, rouleaux, turbines, arbres |
| Recommandation de plan ISO | Rotors étroits selon la norme ISO 1940-1 §4.3 | Norme pour tous les rotors allongés |
| Mode Balanset-1A | F2 | F3 |
La procédure d'équilibrage
Méthode du coefficient d'influence (poids d'essai) — l'approche standard pour l'équilibrage sur site et en atelier
Pourquoi équilibrer ? — Les avantages
Le balourd est la principale source de vibrations dans les machines tournantes (#1). Sa correction permet d'obtenir des résultats mesurables.
Qu'est-ce que l'équilibrage des rotors ?
Équilibrage du rotor Il s'agit du processus d'amélioration de la répartition des masses d'un corps en rotation afin que son centre de masse coïncide avec l'axe géométrique de rotation. Ceci minimise les forces centrifuges, réduisant ainsi les vibrations, palier charges, bruit et consommation d'énergie. La correction s'effectue en ajoutant ou en retirant du poids à des emplacements et des angles spécifiques, en fonction des mesures de vibrations et de l'analyse de phase. Le critère d'acceptation est défini par ISO 1940-1 (ISO 21940-11) notes G. Les deux types sont statique (plan unique) pour les rotors en forme de disque et dynamique (à deux plans) pour les rotors allongés.
Déséquilibrer Le balourd est la source de vibrations la plus courante dans les machines tournantes. Lorsque la répartition des masses est imparfaite (en raison des tolérances de fabrication, de l'hétérogénéité des matériaux, de la corrosion, de l'accumulation de dépôts ou de dommages), des forces centrifuges sont générées et augmentent avec le carré de la vitesse. Un léger balourd à basse vitesse peut devenir destructeur à haute vitesse.
L'équilibrage résout ce problème en mesurant itérativement la réponse vibratoire et en ajustant la répartition des masses jusqu'à ce que le résidu déséquilibrer est dans les limites de tolérance. Il s'agit à la fois d'un processus de fabrication (sur des machines d'équilibrage d'atelier) et d'un processus de maintenance (équilibrage sur site des équipements installés).
La méthode du coefficient d'influence
L'équilibrage moderne — aussi bien sur des machines dédiées que sur le terrain — utilise méthode du coefficient d'influence (poids d'essai). Le principe physique : si l'on sait comment une masse connue à une position connue modifie la vibration, on peut calculer la masse et la position nécessaires pour annuler le balourd initial.
Pour l'équilibrage à deux plans, le système devient une matrice 2×2 (quatre coefficients d'influence tenant compte du couplage croisé entre les plans), mais le principe reste identique. Balanset-1A résout ce problème automatiquement : l'opérateur n'a qu'à mettre la machine en marche et fixer les poids d'essai.
Sélection du poids d'essai
Le poids d'essai doit produire une variation notable des vibrations (idéalement de 10 à 30 % du niveau initial) sans créer de charges dangereuses. Une estimation initiale utile :
Quand équilibrer — Signature vibratoire
Comment savoir si les vibrations sont causées par un balourd plutôt que par… désalignement, le relâchement, ou défauts de roulement?
Fréquence: Pic dominant à exactement 1× RPM (vitesse de rotation) dans le FFT spectre.
Direction : Principalement radiale (horizontale et verticale). La composante axiale est faible.
Phase : Angle de phase stable et reproductible à 1×. La phase ne dérive pas avec le temps.
Dépendance à la vitesse : L'amplitude augmente avec le carré de la vitesse (proportionnelle à ω²).
Par opposition au défaut d'alignement : Un défaut d'alignement engendre des composantes 2× et/ou axiales 1× significatives. Les défauts de roulement produisent des fréquences non synchrones.
Avant tout équilibrage, vérifiez toujours le diagnostic. Balanset-1A L'analyseur de spectre (mode F1) affiche le spectre complet FFT spectre, permettant de confirmer que 1× domine avant de procéder à l'équilibrage.
Méthodes de correction
Ajout de masse
- Poids à clipser : Poids à ressort en zinc ou en acier. Couramment utilisés pour les ventilateurs et les roues. Installation rapide et non permanente.
- Poids à boulonner : Poids de précision fixés par des boulons dans des trous taraudés ou des rainures en T. Standard pour les grands rotors et les turbines.
- Poids à souder : Plaques ou barres d'acier soudées par points au rotor. Fixation permanente. Courante pour les ventilateurs industriels lourds et les rotors de concasseurs.
- Époxy/mastic : Adhésif bi-composant avec charge métallique. Convient aux surfaces irrégulières. Limité à des températures modérées.
- Vis de réglage : Se visse dans des trous radiaux. Couramment utilisé sur les moyeux et les broches d'accouplement. Réglable.
Élimination de la masse
- Forage: Enlever de la matière au point lourd. Contrôle précis de la masse enlevée (masse = densité × volume). Opération irréversible.
- Broyage/rectification : Enlever de la matière de la jante ou de la face. Courant sur les roues de turbines et les disques de frein.
Répartition de masse
Lorsque l'angle exact calculé se situe entre deux positions accessibles (par exemple, entre les trous de boulons d'un accouplement), la correction est répartie entre les deux positions adjacentes par décomposition vectorielle. Balanset-1A comprend un calculateur automatique de répartition du poids.
Équilibrage de terrain (in situ)
L'équilibrage sur site consiste à équilibrer un rotor sans le retirer de la machine. Cela élimine les temps d'arrêt liés au démontage et tient compte des conditions de fonctionnement réelles (alignement, précharge des roulements, effets de fondation) que l'équilibrage en atelier ne peut pas reproduire.
Le Balanset-1A est un système d'équilibrage de terrain portable complet : analyseur de vibrations à 2 canaux, tachymètre laser, intégré ISO 1940 Calculateur de tolérance, modes d'équilibrage monoplan (F2) et biplan (F3), répartition automatique du poids et génération d'un rapport d'équilibrage formel (F6). Précision de mesure : vitesse ±5%, phase ±1°. Convient aux machines G 16 à G 2.5.
Le Balanset-4 s'étend à 4 canaux pour les rotors complexes à plusieurs roulements ou la surveillance simultanée de plusieurs machines.
Avantages de l'équilibrage sur site
- Aucun démontage : Permet d'économiser des heures, voire des jours, d'arrêt de production pour les machines de grande taille.
- Conditions réelles de fonctionnement : Inclut l'alignement, la précharge des roulements, l'état thermique et les effets de la fondation.
- Équilibrage de finition : Corrige le balourd introduit lors de l'assemblage que l'équilibrage en atelier ne peut pas résoudre.
- Vérification post-maintenance : Contrôle rapide après remplacement de la roue, changement d'accouplement ou révision des roulements.
Normes et tolérances
L’équilibrage n’est pas " aussi bon que possible ", mais " dans les limites de tolérance ". Ces tolérances sont définies par des normes internationales :
| Standard | Sujet | Contenu clé |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Classes de qualité d'équilibrage (classes G) | Échelle G 0,4–G 4000. Formule : Upar = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = norme pour les ventilateurs, les pompes, les moteurs. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vocabulaire | Définitions : types de balourds, classifications des rotors, types de machines, termes de qualité. |
| ISO 14694 | Ventilateurs industriels | Catégories BV (équilibrage) et catégories FV (vibration) spécifiques aux roues de ventilateur. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Évaluation des vibrations des machines | Mesure l'opérationnel résultat de la qualité d'équilibrage. Classification par zone A/B/C/D. |
| ISO 21940-12 | Rotors flexibles | Procédures multi-vitesses et multi-plans pour les rotors au-dessus de la première vitesse critique de flexion. |
| ISO 21940-14 | Procédures d'équilibrage | Procédures générales d'équilibrage dans plusieurs plans. |
| API 610 / API 617 | Pompes/compresseurs pétroliers | Référence aux classes G de la norme ISO 1940 pour les exigences d'équilibrage des rotors. |
Exemples pratiques
Machine : Ventilateur centrifuge de 22 kW, 1 460 tr/min, masse de la roue : 38 kg. Vibrations excessives : 8,2 mm/s RMS sur le palier d'entraînement. L'analyse FFT confirme un pic dominant à 1× avec une phase stable.
Mise en place : Balanset-1A Capteur sur palier DE, tachymètre laser sur arbre. Mode F2 (monoplan — L/D < 0,4).
Étape 1 : Passe initiale : 8,2 mm/s à 47°.
Étape 2 : Poids d'essai : 15 g à 0° sur le moyeu du ventilateur, R = 200 mm.
Étape 3 : Essai : 5,9 mm/s à 112°.
Étape 4 : Le logiciel calcule : correction = 22 g à 198°, R = 200 mm.
Étape 5 : Installer le poids à souder de 22 g à 198°. Retirer le poids d'essai.
Étape 6 : Vérification : 0,9 mm/s. Tolérance ISO G 6.3 → Upar = 1 570 g·mm. Réalisé : ~180 g·mm. ✅ Conforme.
Machine : Moteur de 45 kW + pompe centrifuge, 2 950 tr/min, masse du rotor : 55 kg. Vibrations : palier DE : 6,1 mm/s, palier NDE : 4,8 mm/s. Différence de phase : ~140° → balourd dynamique.
Mise en place : Balanset-1A deux capteurs (DE + NDE), mode F3. Plans de correction : moyeu d'accouplement (plan 1) et extrémité du ventilateur du moteur (plan 2).
Courses : Initial → plan d'essai 1 (10 g à 0°) → plan d'essai 2 (8 g à 0°).
Résultat: Le logiciel résout une matrice 2×2. Correction : plan 1 = 18 g à 245°, plan 2 = 12 g à 68°.
Vérification : DE : 0,7 mm/s, EMI : 0,5 mm/s. Limite G 6.3 : 1 122 g·mm. ✅ Les deux plans sont largement dans les tolérances.
Machine : Broyeur à marteaux, 980 tr/min, masse du rotor 420 kg. Après le remplacement des marteaux, les vibrations ont augmenté à 14,5 mm/s.
Caractéristiques techniques : G 16 (usage intensif, conditions extrêmes). Upar = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g-mm.
Procédure : Rotor monoplan (disque). Essai à 150 g à 0° sur la jante. Correction : 280 g à 315°. Plaque d'acier à souder.
Résultat: 2,8 mm/s. Résidu ~5 600 g·mm. ✅ Largement dans les limites G 16.
Sujets connexes
- ISO 1940-1: Système de tolérance de classe G — critère d'acceptation des résultats d'équilibrage.
- ISO 1940-2: Vocabulaire — définitions de tous les termes d'équilibrage.
- Équilibre Qualité Grade: Calculatrice interactive de niveau G.
- Déséquilibrer: L'état physique que corrige l'équilibrage.
- ISO 14694: Catégories BV/FV spécifiques aux ventilateurs.
- Harmoniques: Distinguer 1× (déséquilibre) de 2× (désalignement) et autres ordres.
- Fréquence naturelle: Limite du rotor rigide/flexible — un élément essentiel pour l'approche d'équilibrage.
Questions fréquentes — Équilibrage des rotors
Procédures, types, diagnostics et normes
Articles connexes du glossaire
Équilibrer n'importe quel rotor — Sur le terrain
Modes à un et deux plans, calculateur de tolérance ISO 1940, analyseur de spectre pour le diagnostic, répartition automatique du poids et rapports d'équilibrage officiels — le tout dans un seul instrument portable.
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