Comprendre le ralentissement dans l'analyse des machines tournantes
Définition : Qu'est-ce que Coastdown ?
Descente en côte (également appelé ralentissement ou décélération) est le processus permettant à une machine tournante de ralentir de sa vitesse de fonctionnement jusqu'à l'arrêt sans appliquer de freinage actif, en s'appuyant sur la décélération naturelle due au frottement, à la dérive et à d'autres pertes. Dans le contexte de dynamique du rotor et analyse des vibrations, un test de ralentissement est une procédure de diagnostic où vibration les données sont enregistrées en continu pendant que la machine décélère, fournissant des informations précieuses sur vitesses critiques, fréquences naturelles, et les caractéristiques dynamiques du système.
Les tests de décélération sont un outil fondamental pour la mise en service de nouveaux équipements, le dépannage des problèmes de vibrations et la validation des modèles dynamiques du rotor.
Objectif et applications
1. Identification de la vitesse critique
L’objectif principal des tests de décélération est d’identifier les vitesses critiques :
- À mesure que la vitesse diminue à chaque vitesse critique, l'amplitude des vibrations atteint son maximum
- Pics dans amplitude vs. tracé de vitesse marque les vitesses critiques
- Accompagnement à 180° phase le décalage confirme la résonance
- Plusieurs vitesses critiques peuvent être identifiées dans un seul test
2. Mesure de la fréquence naturelle
Les vitesses critiques correspondent aux fréquences naturelles :
- La première vitesse critique se produit à la première fréquence naturelle
- Deuxième critique à la deuxième fréquence naturelle, etc.
- Fournit une vérification expérimentale des prédictions analytiques
- Utilisé pour valider les modèles d'éléments finis
3. Détermination de l'amortissement
La netteté des pics de résonance révèle le système amortissement:
- Des pics aigus et élevés indiquent un faible amortissement
- Des pics larges et bas indiquent un amortissement élevé
- Le taux d'amortissement peut être calculé à partir de la largeur et de l'amplitude du pic
- Essentiel pour prédire les niveaux de vibrations lors des opérations futures
4. Évaluation de la distribution déséquilibrée
- Les relations de phase aux vitesses critiques révèlent déséquilibrer distribution
- Peut identifier le déséquilibre statique et le déséquilibre de couple
- Aide à planifier une stratégie d'équilibrage
Procédure de test de décélération
Préparation
- Installer les capteurs : Lieu accéléromètres ou des capteurs de vitesse aux emplacements de palier dans les directions horizontale et verticale
- Installer le tachymètre : Capteur optique ou magnétique pour suivre la vitesse de rotation et fournir une référence de phase
- Configurer l’acquisition de données : Configurer un enregistrement continu avec une fréquence d'échantillonnage adéquate
- Définir la plage de vitesse : Plage typique de la vitesse de fonctionnement jusqu'à 10-20% de vitesse de fonctionnement ou jusqu'à l'arrêt de la machine
Exécution
- Stabilisation à la vitesse de fonctionnement : Fonctionner à vitesse normale jusqu'à l'équilibre thermique et aux vibrations constantes
- Lancer Coastdown : Débranchez l'alimentation électrique (moteur, turbine, etc.) et laissez la décélération naturelle
- Surveillance continue : Enregistrez l'amplitude, la phase et la vitesse des vibrations tout au long de la décélération
- Surveillance de la sécurité : Soyez attentif aux vibrations excessives indiquant des résonances ou des instabilités inattendues
- Décélération complète : Continuer l'enregistrement jusqu'à ce que la machine s'arrête ou atteigne la vitesse minimale d'intérêt
Paramètres de collecte de données
- Taux d'échantillonnage : Assez élevé pour capturer toutes les fréquences d'intérêt (généralement 10 à 20 fois la fréquence maximale)
- Durée: Cela dépend de l'inertie du rotor, peut prendre de 30 secondes à 10 minutes
- Mesures: Amplitude, phase et vitesse des vibrations à tous les emplacements des capteurs
- Échantillonnage synchrone : Données échantillonnées à des incréments angulaires constants pour l'analyse des commandes
Analyse et visualisation des données
Intrigue de Bode
La visualisation standard pour les données de ralentissement est la Diagramme de Bode:
- Parcelle supérieure : Amplitude des vibrations en fonction de la vitesse
- Parcelle inférieure : Angle de phase vs. vitesse
- Signature de vitesse critique : Pic d'amplitude avec déphasage correspondant de 180°
- Parcelles multiples : Tracés séparés pour chaque emplacement et direction de mesure
Parcelle de cascade
Parcelles en cascade fournir une visualisation 3D :
- Axe des X : Fréquence (Hz ou ordres)
- Axe Y : Vitesse (RPM)
- Axe Z (couleur) : amplitude des vibrations
- 1× Composant : Apparaît comme une ligne diagonale suivie de vitesse
- Fréquences naturelles : Apparaissent sous forme de lignes horizontales (fréquence constante)
- Points d'intersection : Où la ligne 1× croise la ligne de fréquence naturelle = vitesse critique
Diagramme polaire
- Vecteurs de vibration tracés à plusieurs vitesses
- Motif en spirale caractéristique lorsque la vitesse diminue jusqu'aux vitesses critiques
- Changements de phase clairement visibles
Test de descente libre et de montée rapide
Avantages du Coastdown
- Aucune alimentation externe requise : Débranchez simplement le lecteur et laissez la machine tourner en roue libre.
- Décélération plus lente : Plus de temps à chaque vitesse, meilleure résolution
- Plus sûr : Le système perd naturellement de l'énergie plutôt que d'en gagner
- Moins de stress : Vitesses critiques dépassées avec une énergie décroissante
Avantages du runup
- Accélération contrôlée : Peut contrôler le taux à des vitesses critiques
- Une partie du démarrage normal : Données collectées lors du démarrage de routine
- Conditions actives : Charges de processus présentes, plus représentatives du fonctionnement
Considérations de comparaison
- Effets de la température : Le démarrage s'effectue à froid ; la descente se fait à partir de conditions de fonctionnement chaudes
- Rigidité du roulement : Peut différer entre chaud (descente) et froid (montée)
- Frottement et amortissement : Dépendant de la température, affectant les amplitudes de pic
- Comparaison des données : Les différences entre les données de démarrage et de ralentissement peuvent révéler des effets thermiques ou de charge
Applications et cas d'utilisation
Mise en service de nouveaux équipements
- Vérifier que les vitesses critiques correspondent aux prévisions de conception
- Confirmer les marges de séparation adéquates
- Valider les modèles dynamiques du rotor
- Établir des données de base pour référence future
Dépannage des problèmes de vibrations
- Déterminer si les vibrations élevées sont liées à la vitesse (résonance)
- Identifier des vitesses critiques jusqu'alors inconnues
- Évaluer les effets des modifications ou des réparations
- Distinguer la résonance des autres sources de vibrations
Procédures d'équilibrage
- Pour rotors flexibles, la décélération identifie les modes qui nécessitent un équilibrage
- Détermine les vitesses d'équilibrage appropriées
- Vérifie l'amélioration après équilibrage modal
Vérification des modifications
- Après les changements de roulement, vérifiez les changements de vitesse critiques
- Après des changements de masse ou de rigidité, confirmer les changements de fréquence naturelle prévus
- Comparez les données avant/après le ralentissement pour quantifier l'amélioration
Meilleures pratiques pour les tests de ralentissement
Considérations de sécurité
- Assurez-vous que tout le personnel est informé que le test est en cours
- Surveillez attentivement les vibrations pour détecter des résonances inattendues
- Disposer d'une capacité d'arrêt d'urgence
- Dégagez la zone autour de l'équipement pendant le test
- Si des vibrations excessives se développent, envisagez un arrêt d'urgence plutôt que de terminer le ralentissement.
Qualité des données
- Taux de décélération adéquat : Ni trop rapide (points de données insuffisants à chaque vitesse) ni trop lent (changements thermiques pendant le test)
- Conditions stables : Minimiser les changements de variables de processus pendant le test
- Plusieurs exécutions : Effectuer 2 à 3 ralentissements pour vérifier la répétabilité
- Tous les emplacements de mesure : Enregistrer les données à tous les paliers simultanément
Documentation
- Enregistrer les conditions de fonctionnement (température, charge, configuration)
- Capturez des données complètes sur les vibrations et la vitesse
- Générer des tracés d'analyse standard (Bode, cascade, polaire)
- Identifier et marquer toutes les vitesses critiques trouvées
- Comparer aux prévisions de conception ou aux données de test précédentes
- Archiver les données pour référence ultérieure
Interprétation des résultats
Identifier les vitesses critiques
- Rechercher des pics d'amplitude dans le diagramme de Bode
- Confirmer avec un déphasage de 180°
- Notez la vitesse à laquelle le pic se produit
- Calculer la marge de séparation à partir de la vitesse de fonctionnement
Évaluation de la gravité
- Amplitude maximale : Quelle est la hauteur des vibrations à vitesse critique ?
- Netteté maximale : Un pic prononcé indique un faible amortissement, un problème potentiel
- Proximité opérationnelle : À quel point la vitesse de fonctionnement est-elle proche des vitesses critiques ?
- Acceptabilité: Nécessite généralement une marge de séparation de ±15-20%
Analyse avancée
- Extrait formes de mode à partir de mesures multipoints
- Calculer les taux d'amortissement à partir des caractéristiques de pointe
- Identifier les modes de tourbillonnement avant et arrière
- Comparer à Diagramme de Campbell prédictions
Les tests de décélération constituent un outil de diagnostic essentiel dans la dynamique des rotors, fournissant des données empiriques qui complètent les prévisions analytiques et révélant le comportement dynamique réel des machines tournantes dans des conditions de fonctionnement réelles.
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