Comprendre l'équilibrage sur le terrain (équilibrage in situ)
Équilibrage sur siteégalement connu sous le nom de équilibrage in situ, est le processus consistant à corriger le déséquilibre d'un rotor lorsqu'il tourne sur ses propres paliers et sa structure de support, à sa vitesse de fonctionnement normale ou à une vitesse proche de celle-ci. Contrairement à l'équilibrage en atelier, où le rotor est démonté et monté sur un banc dédié machine à équilibrer, l'équilibrage sur site est effectué une fois la machine entièrement assemblée. Il s'agit de la forme pratique et courante de équilibrage du rotor pour les équipes de maintenance et de fiabilité, car il corrige la machine telle qu'elle fonctionne réellement.
1. Définition : qu'est-ce que l'équilibrage de champ ?
Ce processus utilise généralement un appareil portable analyseur de vibrations sophistiqué pour mesurer le amplitude et phase du 1× (vitesse de rotation) vibrations, fixer un poids d'essai dont la masse est connue, mesurer à nouveau la réponse vibratoire, puis calculer le poids de correction requis poids de correction et son orientation angulaire. Le rotor restant dans ses propres paliers, le résultat reflète l'état réel de fonctionnement de la machine plutôt qu'une condition idéalisée sur un banc d'équilibrage.
Une référence de phase est indispensable : l'analyseur doit connaître où où se trouve l'arbre à chaque instant, afin de convertir un pic de vibration en angle de point lourd. Cette référence provient d'un tachymètre se déclenchant une fois par tour, généralement à partir d'une bande de bande réfléchissante.
2. Pourquoi l'équilibrage de champ est-il nécessaire ?
Bien que l'équilibrage en atelier soit très précis, il ne peut prendre en compte tous les facteurs qui influencent l'équilibre d'une machine dans son environnement opérationnel. L'équilibrage sur site est nécessaire lorsque le déséquilibre est causé par l'ensemble de la machine ou ne peut être corrigé qu'en le considérant. Les raisons les plus courantes sont :
- Déséquilibre de l'ensemble : Le déséquilibre final d'une machine correspond à la somme des déséquilibres de tous ses composants rotatifs (roue, arbre, couplage(poulie, clavettes et éléments de fixation). L'équilibrage sur site permet de corriger d'un seul coup le déséquilibre de l'ensemble, y compris les légers décalages apparus lors du remontage de la machine.
- Conséquences opérationnelles : Un déséquilibre peut résulter de conditions qui ne se manifestent que lors d'un fonctionnement normal, telles que déformation thermique du rotor, forces aérodynamiques, ou forces hydrauliques instationnaires. Ces résultats ne peuvent pas être reproduits sur une machine d'équilibrage de garage.
- Accumulation de matière ou usure : pour les ventilateurs, les soufflantes et les centrifugeuses, une accumulation inégale du produit ou une répartition inégale l'usure entraîne l'apparition d'un déséquilibre au fil du temps. L'équilibrage sur site est la seule solution pratique pour y remédier sans procéder à une révision complète.
- Impossibilité de démantèlement : Pour les très grosses machines — grands ventilateurs industriels, groupes électrogènes à turbine —, le démontage du rotor en vue d'un équilibrage en atelier est extrêmement coûteux et prend beaucoup de temps. L'équilibrage sur site constitue une solution bien plus économique et rapide, et c'est sur ce principe que reposent les critères d'équilibrage sur site dans ISO 21940-13.
3. Le processus d'équilibrage de champ (méthode des coefficients d'influence)
La méthode la plus courante pour l'équilibrage in situ est la méthode du coefficient d'influence, qui suit une séquence logique et reproductible :
- Exécution initiale : la machine fonctionne à sa vitesse normale, et l'amplitude et la phase initiales de vibration 1× — la balourd initial vecteur — sont mesurés et enregistrés.
- Positionnement des poids d'essai : La machine est à l'arrêt et un poids d'essai de masse connue est solidement fixé au rotor dans une position angulaire connue.
- Essai : La machine est remise en marche à la même vitesse. La nouvelle amplitude et la nouvelle phase des vibrations (le vecteur de réponse) sont mesurées et enregistrées.
- Calcul : la variation du vecteur de vibration provoquée par le poids d'essai donne coefficient d'influence, qui indique dans quelle mesure la vibration au point de mesure varie pour un déséquilibre donné au niveau de l'emplacement de correction. L'analyseur combine ce coefficient avec le vecteur initial — en utilisant addition vectorielle — pour calculer la masse et l'angle exacts de la correction requise.
- Positionnement du poids de correction : la machine est arrêtée, le poids d'essai est retiré et le poids de correction calculé est fixé de manière permanente selon l'angle spécifié.
- Passage de vérification : la machine est mise en marche une dernière fois pour vérifier que les vibrations ont baissé à un niveau acceptable, conformément à des normes telles que ISO 20816-1, et que le balourd résiduel se situe dans la plage de tolérance choisie.
Les rotors simples sont gérés avec équilibrage monoplan; des rotors plus longs présentant une composante de couple nécessitent équilibrage à deux plans (dynamique). Un calculateur de poids d'essai permet de choisir une charge de départ sûre et efficace pour le premier essai.
4. L'équilibrage sur site en pratique à l'aide d'un analyseur portable
Sur le terrain, l'ensemble du circuit décrit ci-dessus est mis en œuvre à l'aide d'un seul appareil portable plutôt que d'un support d'équilibrage. Un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A mesure l'amplitude et la phase sur chaque palier, calcule automatiquement les coefficients d'influence et guide les corrections à un et deux plans, puis vérifie le déséquilibre résiduel par rapport à ISO 21940-11 niveaux de qualité d'équilibrage. En fonctionnant dans les roulements de la machine à vitesse de service, il capture l'état de fonctionnement réel — effets liés à l'assemblage, à la chaleur et à l'aérodynamique compris — qu'une machine d'atelier ne peut tout simplement pas reproduire. Le tachymètre optique à laser fourni fournit la référence de phase (une fois par tour) à partir d'un petit morceau de ruban réfléchissant ; aucune préparation de l'arbre n'est donc nécessaire, hormis l'application de cette bande de ruban.
5. Éléments clés à prendre en compte et mesures de protection
L'équilibrage sur site exige des compétences et une planification minutieuse. Comme le soulignent des normes telles que ISO 21940-13, la sécurité est primordiale.
- La sécurité : Les poids d'essai et de correction doivent être fixés de manière suffisamment solide pour résister à la force centrifuge à vitesse de fonctionnement, et l'accès à la machine doit être contrôlé pendant son fonctionnement.
- Prérequis : Avant de procéder à l'équilibrage, excluez les autres causes pouvant expliquer une vibration élevée de 1× — désalignement, résonance, a arbre courbé, ou mécanique relâchement — car un rééquilibrage ne peut pas résoudre un problème qui n'est pas réellement un déséquilibre.
- Instrumentation : Ce travail nécessite un analyseur capable de mesurer l'amplitude et la phase, ainsi qu'un capteur de référence de phase (tachymètre). La répétabilité des mesures dépend d'un montage correct du capteur et d'une impulsion de tachymètre propre et fiable.
- Stabilité de la vitesse : La machine doit maintenir une vitesse constante tout au long de chaque cycle ; toute variation de vitesse fausse les données de phase sur lesquelles repose l'ensemble du calcul.
