ISO 21940-12 : Procédures et tolérances pour les rotors à comportement flexible
ISO 21940-12 est la norme internationale qui permet de résoudre le problème difficile de l'équilibre entre l'offre et la demande. rotors flexibles - les rotors dont la forme et la répartition des balourds varient sensiblement avec la vitesse, en particulier lorsqu'ils approchent de leur point de flexion et qu'ils le traversent vitesses critiques. Son titre complet est “Vibrations mécaniques - Équilibrage des rotors - Partie 12 : Procédures et tolérances pour les rotors à comportement flexible”.” Contrairement à un rotor rigide, Alors qu'un rotor flexible équilibré au repos peut vibrer violemment à sa vitesse de service, il peut être équilibré une fois à faible vitesse et rester en équilibre. La présente norme fournit les procédures spécialisées à plusieurs vitesses et à plusieurs plans que ces rotors requièrent, et elle est le compagnon naturel des normes suivantes ISO 21940-11, qui régit les rotors rigides.
1. Champ d'application et classification des rotors
La norme s'applique à tout rotor dont la distribution du balourd et/ou la forme déviée change avec la vitesse. L'ISO 21940-12 encadre le travail autour de configurations du rotor Les rotors peuvent avoir un comportement flexible et les procédures d'équilibrage adaptées à chacun d'entre eux, plutôt qu'un système de classes numérotées. Le schéma à cinq catégories largement cité ci-dessous provient en fait de la norme ISO 11342:1998, aujourd'hui supprimée, et reste un guide utile pour la complexité du travail ; les rotors vont de quasi-rigides à très flexibles :
- Classe 1 - Rotors rigides : se comportent de manière rigide dans toute la gamme de vitesses et sont traités selon la norme ISO 21940-11.
- Classe 2 - Rotors quasi-rigides : peut être équilibré à faible vitesse, mais peut nécessiter une équilibre de compensation à la vitesse de service pour nettoyer la flexion résiduelle.
- Classe 3 - Rotors nécessitant un équilibrage à plusieurs vitesses : passant généralement par une ou plusieurs vitesses critiques, le plus souvent en équilibre avec la coefficient d'influence méthode.
- Classe 4 et 5 - Rotors très flexibles : tels que les grands arbres de générateurs de turbines, qui excitent de multiples modes de flexion et nécessitent des technologies de pointe. équilibrage modal pour corriger chaque mode.
Le fait de placer un rotor dans la bonne classe indique d'emblée à l'analyste la complexité du travail et la procédure à suivre.
2. Procédures d'équilibrage : Deux méthodes de base
Ce chapitre constitue le cœur technique de la norme. Son message central est qu'un équilibrage à basse vitesse est insuffisant pour un rotor flexible et doit être complété par un travail à haute vitesse qui tient compte de la flexion de l'arbre. La norme ISO 21940-12 organise ce travail sous la forme d'une famille de procédures d'équilibrage - les procédures à basse vitesse (désignées de A à F, telles que l'équilibrage à un ou deux plans et l'équilibrage par étapes au cours de l'assemblage) et les procédures à grande vitesse (G à I, effectuées à une ou plusieurs vitesses élevées). Les procédures à grande vitesse reposent sur deux techniques principales :
La méthode du coefficient d'influence
Cette technique polyvalente et largement utilisée permet de placer un poids d'essai dans un plan de correction à la fois et enregistre le résultat. Vibrations réponse - les deux l'amplitude et la phase - à plusieurs points de mesure et à plusieurs vitesses. En répétant cette opération pour chaque plan, on obtient une matrice de coefficients d'influence qui décrit mathématiquement comment le déséquilibre d'un plan affecte les vibrations en tout point et à toute vitesse. Un ordinateur inverse ensuite cette matrice pour déterminer l'ensemble des masses et des angles des poids de correction qui minimisent simultanément les vibrations sur l'ensemble de la plage de fonctionnement. Les mêmes mathématiques sont à la base du travail sur un seul plan ; vous pouvez les explorer de manière interactive à l'aide du logiciel Calculateur de coefficient d'influence.
Équilibrage modal
L'équilibrage modal est l'approche la plus intuitive sur le plan physique : il traite chaque courbure mode du rotor comme un problème de déséquilibre distinct. Le rotor tourne à une vitesse critique choisie ou proche de celle-ci pour exciter au maximum la forme du mode correspondant ; les mesures de vibration localisent alors le “point lourd” effectif pour ce mode, et des poids de correction sont placés aux points de déflexion maximale - les anti-nœuds - pour le contrebalancer. Le processus est répété mode par mode pour chaque mode de flexion significatif dans la plage de fonctionnement, en équilibrant le rotor un mode à la fois. Les deux méthodes ne sont pas rivales ; les grandes machines sont souvent équilibrées à l'aide d'une méthode hybride qui utilise la vision modale pour choisir les plans et les coefficients d'influence pour affiner les poids.
3. Spécification des tolérances d'équilibre
Le simple Catégorie G qui fonctionne si bien pour les rotors rigides est généralement inadéquate pour les rotors flexibles, parce qu'un seul chiffre d'excentricité ne peut pas rendre compte de la flexion en fonction de la vitesse. La norme ISO 21940-12 introduit donc des critères de tolérance plus larges, qui peuvent être basés sur :
- Limites de la déséquilibre modal résiduel pour chaque mode de flexion significatif.
- Limites de la les amplitudes absolues de vibration de l'arbre aux endroits et aux vitesses spécifiés, en particulier à la vitesse de service.
- Limites de la les forces transmises aux roulements.
Ces limites basées sur les vibrations et les forces lient les critères d'acceptation à des normes de sévérité en service telles que le ISO 20816 plutôt qu'à un seul chiffre de déséquilibre résiduel.
4. Vérification de l'état final de l'équilibre
L'acceptation d'un rotor flexible est fondamentalement différente de celle d'un rotor rigide. Un rotor rigide est vérifié à une seule vitesse ; un rotor flexible doit être confirmé en équilibre tout au long de sa vie. entière la plage de fonctionnement. Après les corrections finales, le rotor est soumis à un test d'étanchéité. élan, Le rotor est accepté seulement si les vibrations mesurées restent en dessous des limites prédéfinies à toutes les vitesses - en particulier en passant par chaque vitesse critique et en restant à la vitesse maximale de fonctionnement continu. Le rotor n'est accepté que si les vibrations mesurées restent en deçà des limites prédéfinies à toutes les vitesses - en particulier lors du passage de chaque vitesse critique et lors du maintien de la vitesse maximale de fonctionnement en continu. Ce contrôle complet confirme que le comportement dynamique complet du rotor a été maîtrisé.
5. La dimension terrain et les outils pratiques
Bien qu'une grande partie du travail sur les rotors flexibles se fasse sur des bancs d'équilibrage à grande vitesse, les mêmes compétences en matière de mesure de l'amplitude et de la phase s'appliquent aux systèmes d'équilibrage à grande vitesse. équilibrage des champs et l'équilibrage des garnitures une fois la machine installée. Un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A capte 1× l'amplitude et la phase dans les roulements de la machine, calcule les coefficients d'influence et permet à un ingénieur d'appliquer et de vérifier une correction d'assiette à la vitesse de fonctionnement sans démontage - un besoin fréquent pour les rotors quasi-rigides de classe 2 qui réussissent leur équilibrage en atelier, mais qui fléchissent encore légèrement en service. Pour les moyennes et grandes machines installées, les procédures in situ et les mesures de protection dédiées de ISO 21940-13 s'appliquent parallèlement à cette partie.
6. Points clés à retenir
- Comportement flexible ou rigide : un rotor est considéré comme flexible lorsque sa vitesse de fonctionnement atteint une fraction significative - généralement supérieure à 70% - de sa première flexion fréquence naturelle. Lorsqu'il tourne plus vite, les forces centrifuges le plient et modifient son déséquilibre.
- Vitesses critiques et formes de mode : Il est essentiel de connaître les vitesses critiques du rotor et les formes qu'il prend à chacune d'entre elles ; chaque mode constitue un problème d'équilibrage distinct.
- Multi-plans, multi-vitesses : les corrections dans plusieurs plans, éclairées par des mesures à plusieurs vitesses, sont la règle plutôt que l'exception.
- Équilibrage modal : une stratégie puissante dans laquelle des poids sont ajoutés spécifiquement pour contrebalancer le déséquilibre de chaque mode de flexion à ses anti-nœuds.
