Comprendre la méthode des quatre essais dans l'équilibrage des rotors
Définition : Qu'est-ce que la méthode des quatre essais ?
Le méthode des quatre passages est une procédure systématique pour équilibrage à deux plans qui utilise quatre séries de mesures distinctes pour établir un ensemble complet de coefficients d'influence pour les deux plans de correction. La méthode consiste à mesurer l'état initial du rotor, puis à tester chaque plan de correction indépendamment avec un poids d'essai, puis en testant simultanément les deux avions avec des poids d'essai.
Cette approche globale permet une caractérisation complète de la réponse dynamique du système rotor-palier, permettant un calcul précis de poids de correction qui minimisent vibration aux deux emplacements de roulement simultanément.
La procédure en quatre étapes
La méthode consiste en quatre séries de tests séquentiels, chacune ayant un objectif spécifique :
Exécution 1 : Exécution initiale (de référence)
La machine fonctionne à sa vitesse d'équilibrage dans son état initial. Mesures de vibrations (à la fois amplitude et phaseLes vibrations sont enregistrées aux deux emplacements des paliers (Palier 1 et Palier 2). Ceci permet d'établir la signature vibratoire de référence causée par le système d'origine. déséquilibrer.
- Enregistrement : Vibration au palier 1 = A₁, ∠θ₁
- Enregistrement : Vibration au palier 2 = A₂, ∠θ₂
Essai 2 : Poids d’essai dans l’avion 1
La machine est arrêtée et une masse d'essai connue (T₁) est fixée à une position angulaire spécifiée dans le plan de correction 1. La machine est redémarrée et les vibrations sont de nouveau mesurées au niveau des deux paliers. La variation des vibrations indique l'influence de la masse placée dans le plan 1 sur les deux points de mesure.
- Poids d'essai T₁ ajouté au plan 1 à l'angle α₁
- Enregistrement : Nouvelle vibration au niveau des paliers 1 et 2
- Calculer : Effet de T₁ sur le palier 1 (effet primaire)
- Calculer : Effet de T₁ sur le palier 2 (effet de couplage croisé)
Essai 3 : Poids d’essai dans l’avion 2
On retire le poids d'essai T₁ et on en place un autre (T₂) à un emplacement précis dans le plan de correction 2. On effectue ensuite une nouvelle mesure. Cela permet de déterminer l'influence d'un poids placé dans le plan 2 sur les deux paliers.
- Poids d'essai T₁ retiré de l'avion 1
- Poids d'essai T₂ ajouté au plan 2 à l'angle α₂
- Enregistrement : Nouvelle vibration au niveau des paliers 1 et 2
- Calculer : Effet de T₂ sur le palier 1 (effet de couplage croisé)
- Calculer : Effet de T₂ sur le palier 2 (effet primaire)
Essai 4 : Poids d’essai dans les deux avions
Les deux masses d'essai sont installées simultanément (T₁ dans le plan 1 et T₂ dans le plan 2), et une quatrième mesure est effectuée. Ceci fournit des données supplémentaires permettant de vérifier la linéarité du système et d'améliorer la précision des calculs, notamment lorsque les effets de couplage croisé sont importants.
- T₁ et T₂ ont été installés simultanément.
- Enregistrement : Réponse vibratoire combinée des deux paliers
- Vérification : La somme vectorielle des effets individuels correspond à la mesure combinée (valide la linéarité)
Fondements mathématiques
La méthode des quatre essais établit quatre coefficients d'influence qui forment une matrice 2×2 décrivant le comportement complet du système :
La matrice des coefficients d'influence
- α₁₁: Effet d'un poids unitaire dans le plan 1 sur les vibrations au niveau du palier 1 (effet direct)
- α₁₂: Effet d'un poids unitaire dans le plan 2 sur les vibrations au niveau du palier 1 (couplage croisé)
- α₂₁: Effet d'un poids unitaire dans le plan 1 sur les vibrations au niveau du palier 2 (couplage croisé)
- α₂₂: Effet d'un poids unitaire dans le plan 2 sur les vibrations au niveau du palier 2 (effet direct)
Résolution des poids de correction
Une fois les quatre coefficients connus, le logiciel d'équilibrage résout un système de deux équations vectorielles simultanées pour calculer les poids de correction (W₁ pour le plan 1, W₂ pour le plan 2) qui minimiseront les vibrations au niveau des deux paliers :
- α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = -V₁ (pour annuler les vibrations au niveau du palier 1)
- α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = -V₂ (pour annuler les vibrations au niveau du palier 2)
Où V₁ et V₂ sont les vecteurs de vibration initiaux aux deux paliers. La solution utilise mathématiques vectorielles et l'inversion de matrice.
Avantages de la méthode des quatre passages
La méthode en quatre étapes offre plusieurs avantages importants :
1. Caractérisation complète du système
En testant chaque plan indépendamment puis les deux simultanément, la méthode caractérise pleinement les effets directs et les effets de couplage. Ceci est crucial lorsque les plans sont proches ou lorsque la rigidité des paliers varie considérablement.
2. Vérification intégrée
L'essai 4 permet de vérifier la linéarité du système. Si l'effet combiné des deux poids d'essai ne correspond pas à la somme vectorielle de leurs effets individuels, cela indique un comportement non linéaire (jeu, jeu des paliers, problèmes de fondation) qui doit être corrigé avant de poursuivre.
3. Précision améliorée
Lorsque les effets de couplage croisé sont importants (un plan affectant fortement l'autre palier), la méthode à quatre essais fournit des résultats plus précis que les méthodes plus simples à trois essais.
4. Données redondantes
Le fait de disposer de quatre mesures pour quatre inconnues offre une certaine redondance, permettant au logiciel de détecter et potentiellement de compenser les erreurs de mesure.
5. Confiance dans les résultats
L'approche systématique et la vérification intégrée permettent au technicien d'avoir l'assurance que les corrections calculées seront efficaces.
Quand utiliser la méthode des quatre passages
La méthode en quatre étapes est particulièrement appropriée dans ces situations :
- Couplage croisé significatif : Lorsque les plans de correction sont très rapprochés ou lorsque le système rotor-palier présente une rigidité asymétrique, un plan affecte significativement les deux paliers.
- Exigences de haute précision : Quand serré tolérances d'équilibrage doit être respecté.
- Caractéristiques du système inconnues : Lors du premier équilibrage d'une machine, lorsque le comportement du système est mal compris.
- Équipement critique : Machines de grande valeur où le temps supplémentaire consacré à un quatrième cycle est justifié par une confiance accrue dans le résultat.
- Mise en place d'un étalonnage permanent : Lors de la création étalonnage permanent Les données seront utilisées ultérieurement, et la rigueur de la méthode en quatre étapes garantit l'exactitude des coefficients stockés.
Comparaison avec la méthode des trois essais
La méthode en quatre étapes peut être comparée à la méthode plus simple méthode des trois passages:
Méthode des trois passages
- Exécution 1 : Condition initiale
- Essai 2 : Poids d'essai dans l'avion 1
- Essai 3 : Poids d'essai dans l'avion 2
- Calculez les corrections directement à partir de trois essais.
Avantages de la méthode à quatre passages
- Vérification de la linéarité : L'exécution 4 confirme que le système se comporte de manière linéaire.
- Meilleure caractérisation du couplage croisé : Des données plus complètes lorsque le couplage croisé est fort
- Détection des erreurs : Les anomalies sont plus facilement identifiées.
Avantages de la méthode à trois essais
- Gain de temps : Une exécution en moins réduit le temps d'équilibrage d'environ 20%
- Précision suffisante : Pour de nombreuses applications, trois passages donnent des résultats satisfaisants.
- Simplicité: Moins de données à gérer et à traiter
En pratique, la méthode en trois passes est plus couramment utilisée pour les travaux d'équilibrage de routine, tandis que la méthode en quatre passes est réservée aux applications de haute précision ou aux situations problématiques.
Conseils pratiques d'exécution
Pour une exécution réussie de la méthode en quatre étapes :
Sélection du poids d'essai
- Choisissez des poids d'essai qui produisent une variation de vibration de 25 à 50% par rapport à la valeur de référence.
- Utilisez des poids de même magnitude pour les deux plans afin d'obtenir une qualité de mesure cohérente.
- Assurez-vous que les poids sont solidement fixés pour toutes les courses
Cohérence des mesures
- Maintenir des conditions de fonctionnement identiques (vitesse, température, charge) pour les quatre essais.
- Laisser le temps à la stabilisation thermique de se faire entre les essais si nécessaire.
- Utilisez les mêmes emplacements de capteurs et le même montage pour toutes les mesures.
- Effectuez plusieurs mesures par essai et calculez leur moyenne pour réduire le bruit.
Contrôles de qualité des données
- Vérifiez que les poids d'essai produisent des changements de vibration clairement mesurables (au moins 10-15% du niveau initial).
- Vérifiez que les résultats de l'exécution 4 correspondent approximativement à la somme vectorielle des effets des exécutions 2 et 3 (à 10-20% près).
- Si le test de linéarité échoue, examinez les problèmes mécaniques avant de poursuivre.
Dépannage
Problèmes courants liés à la méthode des quatre passages et leurs solutions :
L'exécution 4 ne correspond pas à la réponse attendue
Causes possibles :
- Comportement non linéaire du système (jeu, patinage mou, jeu des roulements)
- Poids d'essai trop importants, entraînant un fonctionnement non linéaire du système
- Erreurs de mesure ou conditions de fonctionnement incohérentes
Solutions:
- Vérifier et corriger les problèmes mécaniques
- Utilisez des poids d'essai plus petits.
- Vérifier l'étalonnage du système de mesure
- Garantir des conditions de fonctionnement uniformes pour toutes les courses
Résultats du bilan final médiocres
Causes possibles :
- Corrections calculées installées à des angles incorrects
- erreurs d'amplitude de poids
- Les caractéristiques du système ont changé entre les essais et l'installation de correction.
Solutions:
- Vérifiez soigneusement l'installation du poids de correction
- Assurer la stabilité mécanique tout au long de la procédure
- Envisagez de répéter l'opération avec de nouvelles données d'essai.
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