Comprendre le tourbillon d'huile

Définition : Qu'est-ce que Oil Whirl ?

Tourbillon d'huile Il s'agit d'un type de vibration instable auto-excitée qui se produit dans les machines équipées de paliers à film fluide (roulements lisses), comme les turbines, les compresseurs et les pompes de grande taille. Il s'agit d'une forme d'instabilité induite par le fluide, où le film d'huile soutenant l'arbre commence à pousser ce dernier autour du jeu du palier dans un mouvement circulaire vers l'avant. Ce mouvement tourbillonnaire est un sous-synchrone vibration, ce qui signifie qu'elle se produit à une fréquence inférieure à la vitesse de fonctionnement de la machine (1X).

Caractéristiques du tourbillon d'huile

Le tourbillon d’huile présente plusieurs caractéristiques distinctes et identifiables dans les données de vibration :

• Fréquence: La caractéristique la plus marquante est un pic de vibration de grande amplitude à une fréquence légèrement inférieure à la moitié de la vitesse de course, généralement comprise entre 0,4X et 0,48X (soit entre 40% et 48% de la vitesse de rotation de l'arbre). Par exemple, dans une machine tournant à 3 000 tr/min (50 Hz), un tourbillon d'huile apparaîtrait à environ 1 200-1 440 tr/min (20-24 Hz).
• Direction: La vibration est principalement radiale (horizontale et verticale) et est souvent très directionnelle.
• Graphique d'orbite: Lorsqu'il est observé sur un tracé d'orbite à partir de sondes de proximité XY, le tourbillon d'huile apparaît comme une orbite large, en précession vers l'avant et souvent déformée (non circulaire) avec une seule boucle interne bien définie.
• Comportement: Le tourbillonnement de l'huile n'est pas lié à une vitesse spécifique. Si la vitesse de la machine augmente, la fréquence du tourbillonnement augmente également, conservant toujours son rapport caractéristique d'environ 0,4 à 0,48 fois la nouvelle vitesse de fonctionnement. Il s'agit d'une différence essentielle par rapport à une résonance structurelle, qui se produit à une fréquence fixe, quelle que soit la vitesse de l'arbre.

Le mécanisme : comment se produit le tourbillon d’huile ?

Le tourbillonnement d'huile est dû à la dynamique du coin d'huile hydrodynamique qui soutient l'arbre dans un palier lisse. En fonctionnement normal, l'arbre en rotation entraîne l'huile dans un espace en forme de coin, créant un champ de pression qui soulève et soutient l'arbre. L'arbre n'est pas centré sur le palier, mais légèrement décalé.

L'huile contenue dans ce coin circule également autour du roulement à environ la moitié de la vitesse de l'arbre. Si le roulement est peu chargé ou présente un jeu excessif, les forces de stabilisation peuvent être faibles. Une légère perturbation peut entraîner l'encrassement de l'arbre par le film d'huile en circulation, qui commence alors à le pousser en rotation autour du roulement. Il en résulte une vibration auto-entretenue pouvant atteindre des amplitudes très élevées, souvent limitées uniquement par le jeu du roulement lui-même (l'arbre entre alors en contact avec le roulement).

Coup de fouet à l'huile : la forme la plus grave

Si la vitesse de la machine augmente jusqu'au point où la fréquence de tourbillonnement de l'huile (~ 0,4X - 0,48X) coïncide avec l'une des fréquences naturelles du rotor (a vitesse critique), la condition devient beaucoup plus grave. C'est ce qu'on appelle fouet à huile.

• Fréquence verrouillée : La vibration se « verrouille » sur la fréquence naturelle du rotor et n’augmente plus à mesure que la vitesse de la machine augmente.
• Haute amplitude : La condition de résonance fait que l’amplitude des vibrations devient extrêmement élevée et souvent destructrice.
• Danger: Le fouettement d'huile est une condition très dangereuse et instable qui peut entraîner une panne catastrophique de la machine.

Causes courantes et solutions

• Causes : Roulements légèrement chargés, jeu excessif des roulements, viscosité de l'huile incorrecte (trop faible), pression d'huile élevée ou conception de la machine qui place une vitesse critique à environ deux fois la vitesse de fonctionnement.

– Solutions: Les solutions visent à perturber le film d'huile instable. Cela peut inclure une augmentation de la charge des roulements, une modification de la viscosité de l'huile ou une reconception des roulements pour les doter de dispositifs anti-tourbillon (par exemple, roulements à alésage citron, à barrage de pression ou à patins basculants).

← Retour à l'index principal