Qu'est-ce que la rigidité des fondations ? Dynamique des structures • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors. Qu'est-ce que la rigidité des fondations ? Dynamique des structures • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors.

Qu'est-ce que la rigidité des fondations ? Dynamique des structures

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Comprendre la rigidité des fondations

Définition : Qu'est-ce que la rigidité des fondations ?

Rigidité des fondations La résistance à la flexion de la structure portante d'une machine (plaque de base, fondations en béton, socles et sol) lorsqu'elle est soumise à des forces statiques ou dynamiques. Elle est quantifiée en force par unité de flexion (généralement exprimée en N/mm, lbf/po ou N/m) et représente la déformation de la fondation sous l'effet des charges de la machine tournante.

La rigidité des fondations est un paramètre critique dans dynamique du rotor car il fait partie de la rigidité totale du système qui détermine vitesses critiques, vibration Amplitudes et réponse dynamique. Une rigidité insuffisante des fondations peut abaisser les vitesses critiques dans la plage de fonctionnement, amplifier les vibrations, provoquer des problèmes d'alignement et compromettre la fiabilité des équipements.

Pourquoi la rigidité des fondations est importante

Effet sur les vitesses critiques

La rigidité des fondations affecte directement le système fréquences naturelles:

  • Rigidité totale du système = combinaison en série des rigidités du rotor, du roulement et de la fondation
  • Les fondations souples réduisent la rigidité totale, abaissant les vitesses critiques
  • Peut déplacer des vitesses critiques des zones de sécurité vers la plage de fonctionnement
  • Vitesse critique ∝ √(rigidité totale), donc les fondations molles ont un impact significatif

Contrôle de l'amplitude des vibrations

  • Chez Résonance : Des fondations plus rigides produisent généralement des amplitudes de vibration maximales plus faibles
  • En dessous de la résonance : Des fondations très rigides peuvent augmenter les vibrations transmises (pas d'isolation)
  • Conception optimale : Équilibre entre rigidité et isolation en fonction de la gamme de fréquences

Stabilité de l'alignement

  • Les fondations flexibles permettent aux équipements de se déplacer sous les charges de fonctionnement
  • La dilatation thermique des machines peut déformer les fondations flexibles
  • Précision alignement difficile à entretenir sur des fondations molles
  • La déflexion des fondations due aux charges de processus (forces de tuyauterie) affecte l'alignement

Composants contribuant à la rigidité des fondations

1. Bloc de fondation en béton

  • Rigidité du matériau : Module d'élasticité du béton (~25-40 GPa)
  • Géométrie: L'épaisseur, la largeur et le renforcement affectent la rigidité globale
  • Masse: Une masse plus importante s'accompagne généralement d'une structure plus rigide
  • Condition: Les fissures et la détérioration réduisent considérablement la rigidité

2. Support du sol

  • Le sol sous la fondation fournit un support élastique
  • La rigidité du sol varie énormément (argile molle : 10 N/mm³ ; roche : 1 000+ N/mm³)
  • Souvent l'élément le plus doux de la chaîne de soutien
  • Peut dominer la rigidité totale du système dans de mauvaises conditions de sol

3. Plaque de base de la machine

  • Structure en acier ou en fonte
  • Connecte l'équipement à la fondation en béton
  • L'épaisseur, les nervures et la conception affectent la rigidité
  • Doit être correctement jointoyé à la fondation

4. Piédestaux et supports

  • Socles de roulement connexion des roulements à la plaque de base
  • Structures à colonnes ou à consoles
  • Peut offrir une flexibilité significative dans les piédestaux hauts ou minces

5. Couche de coulis

  • Comble l'espace entre la plaque de base et le béton
  • Un jointoiement approprié est essentiel pour la rigidité
  • Un coulis détérioré ou manquant crée des points faibles
  • Rigidité typique du coulis inférieure à celle du béton ou de l'acier

Mesure et évaluation

Test de rigidité statique

  • Méthode: Appliquer une force connue, mesurer la déflexion
  • Calcul: k = F / δ (force divisée par la déflexion)
  • Test typique : Vérin hydraulique appliquant une charge sur la plaque de base
  • Mesures: Indicateurs à cadran ou capteurs de déplacement

Rigidité dynamique (test modal)

  • Essais d'impact avec marteau instrumenté
  • Mesurer la fonction de réponse en fréquence
  • Extraire les paramètres modaux (fréquences naturelles, formes de mode, rigidité)
  • Plus représentatif des conditions de fonctionnement réelles

Évaluation opérationnelle

  • Comparer les vibrations au niveau des roulements aux vibrations au niveau des fondations
  • Une transmissibilité élevée indique une fondation rigide
  • Une faible transmissibilité suggère une flexibilité ou un isolement des fondations
  • Diagrammes de Bode à partir du démarrage/de la descente, révéler les modes de fondation

Exigences de conception

Directives générales

  • Normes API : La fréquence naturelle de la fondation doit être > 2× la vitesse maximale de la machine
  • Alternative: Fréquence naturelle de fondation < 0,5× vitesse minimale de la machine (fondation isolée)
  • Éviter: Résonances de fondation entre 0,5 et 2,0 × vitesse de fonctionnement
  • Cible: Rigidité de la fondation > 10× rigidité d'appui pour une influence minimale

Exigences spécifiques à l'équipement

  • Turbines: Fondations très rigides (masse de béton 3 à 5 fois la masse du rotor)
  • Compresseurs alternatifs : Des fondations massives pour absorber les charges pulsatoires
  • Machines à grande vitesse : Rigide pour maintenir la séparation de vitesse critique
  • Équipement de précision : Extrêmement rigide pour éviter toute dérive d'alignement

Problèmes dus à une rigidité insuffisante

Vitesses critiques réduites

  • Les vitesses critiques chutent dans la plage de fonctionnement
  • Vibrations élevées à des vitesses qui devraient être sûres
  • Peut empêcher d'atteindre la vitesse de fonctionnement prévue
  • Nécessite un renforcement des fondations ou une limitation de la vitesse

Vibrations excessives

  • Le mouvement des fondations amplifie les vibrations globales
  • Résonance de la structure de fondation
  • Vibration transmise aux équipements adjacents
  • Dommages structurels dus à des flexions répétées

Instabilité de l'alignement

  • Déplacement d'équipement sur une fondation flexible
  • Alignement perdu après un travail de précision initial
  • Les effets de la croissance thermique sont amplifiés
  • Les changements de charge du processus entraînent une variation d'alignement

Méthodes d'amélioration

Amélioration des fondations en béton

  • Ajouter de la masse : Augmenter la taille/épaisseur des fondations
  • Renforcer: Ajouter des renforts en acier ou une post-tension
  • Réparer les fissures : Injection d'époxy ou réparation de béton
  • S'étendre jusqu'au substrat rocheux : Pieux ou caissons sur des couches de sol compétentes

Raidissement de la plaque de base

  • Ajouter des goussets ou des nervures au cadre structurel
  • Augmenter l'épaisseur de la plaque de base
  • Améliorer la couverture et la qualité du coulis
  • Ajouter un renfort entre les piédestaux

Amélioration des sols

  • Stabilisation ou injection de sol
  • Fondations profondes (pieux) contournant les sols pauvres
  • Compactage ou densification
  • Consultation en ingénierie géotechnique pour les problématiques majeures

Hébergements opérationnels

  • Modification de la vitesse : Opérer loin des résonances de fondation
  • Isolation des vibrations : Ajouter des isolateurs pour découpler la machine de la fondation
  • Équilibre : Tolérances d'équilibrage plus strictes pour réduire l'excitation
  • Amortissement: Ajouter des traitements d'amortissement à la structure de fondation

Meilleures pratiques de conception de fondations

Nouvelles installations

  • Effectuer une étude géotechnique des conditions du sol
  • Calculer la masse et la géométrie des fondations requises
  • Inclure une analyse dynamique (fréquences naturelles, réponse au déséquilibre)
  • Conception pour une rigidité et une masse adéquates
  • Assurer l'isolation des structures adjacentes
  • Inclure des dispositions pour le jointoiement et l'alignement

Évaluation des fondations existantes

  • Mesurer les vibrations au niveau des fondations et les comparer aux vibrations des roulements
  • Effectuer des tests modaux pour identifier les fréquences naturelles de base
  • Vérifiez les fissures, la détérioration, le tassement
  • Vérifier l'intégrité du coulis sous les plaques de base
  • Comparer les spécifications réelles et celles de conception

La rigidité des fondations est souvent négligée, mais c'est un paramètre fondamental qui influence les performances des machines tournantes. Une rigidité adéquate des fondations assure une séparation adéquate des vitesses critiques, maintient la stabilité de l'alignement et prévient les problèmes de résonance. À l'inverse, une rigidité insuffisante peut compromettre le bon fonctionnement et la fiabilité d'équipements pourtant performants.

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