Comprendre le balourd dans les machines tournantes
Déséquilibre — utilisé de manière interchangeable avec déséquilibre — est l'état dans lequel un rotorSon centre de masse ne coïncide pas avec son axe de rotation. La masse étant répartie de manière inégale autour de l'arbre, lorsque le rotor tourne, ce décalage de masse génère une force centrifuge ce qui éloigne le rotor de son centre et fait vibrer l'ensemble de la machine. Ce décalage entre le centre de masse et le centre géométrique est le déséquilibre du rotor excentricité, et les vibrations qu'il génère font du déséquilibre le défaut le plus courant sur les machines tournantes — et généralement le premier que le technicien de diagnostic vérifie.
1. Définition : Qu'est-ce qui provoque la force ?
La force perturbatrice est centrifuge : F = m·r·ω², où m·r est le déséquilibre (la masse décalée multipliée par son rayon) et ω est la vitesse angulaire. Deux conséquences s'en déduisent immédiatement. Premièrement, la force tourne avec l'arbre ; elle exerce donc une poussée sur les paliers une fois par tour. Deuxièmement, elle est proportionnelle à la carré en matière de vitesse — un rotor qui semble fonctionner correctement lorsqu’on le fait tourner lentement à la main peut devenir très exigeant à plein régime, c’est pourquoi qualité d'équilibrage Les exigences se durcissent considérablement à mesure que la vitesse de rotation augmente. Le déséquilibre est quantifié par le produit de la masse par le rayon, généralement exprimé en grammes-millimètres (g·mm), car la force résulte à la fois de la quantité de masse décentrée et de la distance à laquelle elle se trouve par rapport à l'axe.
2. Diagnostiquer un déséquilibre : les signes caractéristiques
Un déséquilibre est relativement facile à repérer car son Vibrations sa signature est tellement cohérente — c'est l'une des principales raisons pour lesquelles elle constitue le point de départ naturel dans analyse des vibrations:
- Fréquence : la vibration se situe exactement à 1 fois la vitesse de rotation (le vitesse de fonctionnement). Que l'on accélère ou que l'on ralentisse la machine, le pic suit parfaitement.
- Direction : l'énergie est principalement radial — horizontale et verticale — avec généralement peu axiale (vibration de poussée).
- Amplitude : proportionnelle au carré de la vitesse de rotation ; ainsi, doubler la vitesse multiplie par quatre environ la force de balourd et les vibrations qui en résultent.
- Phase : le 1× phase La mesure est stable et reproductible, ce qui permet de localiser le point lourd.
Étant donné qu'un pic dominant de 1× peut également provenir de désalignement, a arbre courbé ou résonance, un analyste minutieux confirme ce déséquilibre par son ensemble motif : 1× élevé, faible harmoniques, principalement de l'énergie radiale, et une phase stable. En revanche, une composante 2× importante oriente le diagnostic vers un désalignement ou jeu mécanique.
3. Les trois types de déséquilibre
Balourd statique
Également appelé « déséquilibre de force », il s'agit du type le plus simple, dans lequel la masse est décalée dans un seul plan — imaginez un point lourd sur un disque mince. Il est dit « statique » car il se manifeste au repos : en équilibre sur des arêtes de couteau sans frottement, le rotor roule jusqu'à ce que le point lourd se trouve en bas. Un simple poids placé à 180° du point lourd permet de le corriger, ce qui relève du domaine de équilibrage monoplan.
Déséquilibre de couple
Deux points de masse égaux situés aux extrémités opposées du rotor, à 180° l'un de l'autre, s'annulent en tant que force nette mais forment un couple — un moment de basculement qui fait osciller le rotor d'un bout à l'autre. Un tel rotor est équilibré statiquement (il ne roule pas sur ses arêtes) mais vibre fortement en fonctionnement, et il faut deux contrepoids placés dans deux plans distincts pour annuler ce moment.
balourd dynamique
Le déséquilibre dynamique, phénomène que l'on retrouve sur presque toutes les machines réelles, combine des effets statiques et des effets de couple. Sa correction nécessite des modifications de masse dans au moins deux plans le long du rotor — équilibrage dynamique (sur deux plans). Lorsque les composantes statique et de couple se trouvent alignées angulairement, ce cas particulier est appelé déséquilibre quasi-statique.
4. Causes courantes
Un déséquilibre peut être présent dès la fabrication ou apparaître au cours du fonctionnement. Parmi les causes fréquentes, on peut citer :
- Défauts de fabrication : Porosité dans les pièces moulées, densité inégale du matériau et tolérances d'usinage.
- Erreurs d'assemblage : des composants mal installés, des boulons mal serrés ou des clavettes mal alignées.
- Usure et détérioration : érosion irrégulière, corrosion ou l'usure sur les pales du ventilateur et la pompe roues à aubes.
- Accumulation de matériaux : la saleté, la poussière ou les résidus de produit qui s'accumulent sur les rotors des ventilateurs, des soufflantes et des centrifugeuses.
- Défaillance d'un composant : Un contrepoids délogé ou une pale cassée provoque instantanément un grave déséquilibre.
5. Pourquoi il est essentiel de corriger les déséquilibres
Faire fonctionner une machine présentant un déséquilibre important finit par l'endommager, car la force cyclique sollicite la structure à chaque tour :
- Défaillance prématurée des roulements : Les roulements sont soumis à des charges dynamiques élevées et s'usent rapidement.
- Fatigue et fissuration : les contraintes répétées s'accumulent fatigue dommages au niveau de l'arbre, des fondations et des éléments environnants.
- Baisse de rendement : l'énergie se dissipe sous forme de vibrations et de chaleur au lieu d'être convertie en énergie utile.
- Risques pour la sécurité : Dans les cas extrêmes, un déséquilibre grave peut entraîner une défaillance catastrophique.
6. Corriger les déséquilibres sur le terrain
Le déséquilibre se résout grâce à une approche systématique équilibrage procédure — l'une des mesures les plus efficaces pour améliorer la fiabilité des machines. L'objectif n'est pas d'éliminer totalement le déséquilibre, mais de le réduire à un niveau faible et bien défini balourd résiduel dans les limites de tolérance. Les limites admises proviennent de la Catégorie G système de ISO 21940-11 (qui a remplacé l'ancienne norme ISO 1940-1) ; la vibration qui en résulte est ensuite évaluée par rapport aux limites de sévérité fixées dans ISO 20816 (la norme moderne qui succède à la norme ISO 10816). Un logiciel gratuit Calculateur de déséquilibre résiduel (ISO 21940-11) convertit la classe de qualité d'équilibrage et la vitesse de fonctionnement choisies en g·mm admissibles par plan.
Sur une machine assemblée, le travail s'effectue sur place plutôt que sur une machine à équilibrer. Un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A mesure l'amplitude et la phase de 1×, et détermine le coefficients d'influence d'un poids d'essai, et calcule la masse et l'angle de chacun poids de correction pour un ou deux plans équilibrage sur place. Comme il fonctionne dans les paliers propres de la machine à vitesse de fonctionnement, il corrige le balourd tout en vérifiant que le balourd résiduel se situe dans les limites de la classe ISO choisie.
