Comprendre l'angle de phase dans les vibrations
Angle de phase — étroitement lié à la notion plus large de phase — correspond à la position angulaire, mesurée en degrés de 0 à 360, du pic Vibrations par rapport à un repère de référence situé sur l'arbre rotatif et correspondant à un tour complet. Ce repère provient d'un tachymètre ou phaseur clé. Autrement dit, l'angle de phase exprime la relation temporelle entre deux signaux vibratoires de même fréquence. Dans les deux cas, il fournit le « quand » qui complète amplitude — l’« amplitude » — et, ensemble, ces deux éléments forment un vecteur de vibration complet, doté à la fois d’une amplitude et d’une direction. L’angle de phase est indispensable pour équilibrage du rotor, où il indique où placer les poids de correction ; pour vitesse critique identification, où un changement de 180° confirme résonance; et pour le diagnostic des défauts, où des configurations de phase distinctives permettent de différencier un défaut d'un autre. Sans la phase, une grande partie du travail de diagnostic et de correction devient tout simplement impossible.
1. Mesure de la phase par rapport au Keyphasor
Le système de référence
- Marque de référence : une bande de bande réfléchissante ou une encoche sur l'arbre.
- Capteur: un tachymètre optique ou magnétique qui détecte le repère à chaque passage.
- Impulsion par tour : l'événement qui définit le point de référence 0°.
- Synchronisation des vibrations : La question à laquelle il faut répondre est la suivante : à quel moment le pic de vibration se produit-il par rapport à ce repère ?
- Mesure angulaire : la réponse, exprimée en degrés, de 0 à 360.
Convention de signe
- 0° correspond à la position du repère de référence.
- Direction augmente généralement dans le sens de rotation.
- Exemple: un déphasage de 90° signifie que le pic de vibration survient un quart de tour après le passage du repère de référence devant le capteur.
Étant donné que l'analyseur mesure le délai entre l'impulsion du tachymètre et le pic de vibration, la qualité de ce train d'impulsions détermine tout ce qui se passe en aval — un point sur lequel nous reviendrons dans la section consacrée aux difficultés de mesure.
2. Les applications critiques
L'équilibrage — l'utilisation la plus importante
La phase indique le point lourd et, par conséquent, la correction. La procédure est simple :
- Mesurer la phase du déséquilibrervibration induite par 1×.
- La phase indique la position angulaire du point lourd.
- Le poids de correction est placé à peu près à 180° du point lourd.
- Une précision de phase d'environ ±5 à 10° est nécessaire pour un équilibrage efficace.
- Sans phase, l'équilibrage est impossible : il n'y a aucun moyen de savoir dans quelle direction corriger.
Détermination de la vitesse critique
C'est le déphasage, et non pas simplement une variation d'amplitude, qui constitue la signature caractéristique de la résonance :
- En dessous de la vitesse critique, la phase reste relativement constante.
- Le franchissement de la vitesse critique entraîne un déphasage caractéristique de 180°.
- Au-dessus, la phase se situe à 180° de sa valeur inférieure au seuil critique.
- Ce changement de phase sur un Diagramme de Bode est l'indicateur fiable.
- Un pic d'amplitude ne suffit pas à lui seul ; il doit s'accompagner d'un déphasage.
Diagnostic de défaut
Déséquilibrer: La phase est stable et reproductible, conserve la même valeur à toutes les vitesses inférieures à la vitesse critique et indique l'emplacement du point lourd.
Désalignement: montre les relations de phase caractéristiques entre les roulements : les valeurs axiales sont souvent décalées de 180° entre l'extrémité d'entraînement et l'extrémité opposée, et la configuration de phase radiale permet d'identifier le type de désalignement.
Fissure d'arbre: La phase des composantes 1× et 2× varie lors du démarrage et de l'arrêt, se comportant différemment d'un simple déséquilibre ; cette variation reflète la « respiration » de la fissure à mesure que l'arbre tourne.
Relâchement: produit une phase irrégulière et instable qui peut varier de ±30 à 90° d'une mesure à l'autre. C'est précisément cette absence de répétabilité qui constitue l'indice diagnostique.
3. Phase entre deux points de mesure
La comparaison de la phase entre deux points permet de déterminer comment une structure ou un rotor se déplace dans son ensemble.
En phase (différence de 0°)
- Les deux points se déplacent ensemble, dans la même direction et au même moment.
- Indique une liaison rigide ou un mode en dessous de la résonance.
- C'est courant pour deux roulements montés sur le même rotor fonctionnant à une vitesse inférieure à la vitesse critique.
Déphasé (différence de 180°)
- Les points évoluent en sens inverse : l'un monte tandis que l'autre baisse.
- Indique un mode-forme un nœud entre eux, ou un fonctionnement au-delà de la résonance.
- Diagnostic pour balourd de couple et pour certains types de désalignement.
Différence de 90° (quadrature)
- Les signaux sont décalés d'un quart de cycle l'un par rapport à l'autre : l'un atteint son maximum au moment où l'autre passe par zéro.
- Peut indiquer un mouvement circulaire ou elliptique, visible sur un arbre orbite.
- Fréquent au niveau des résonances ou dans certaines géométries de support.
4. Les défis liés à la mesure
Quel doit être le degré de précision de la phase ?
- Équilibre : ±5-10°.
- Travail à vitesse critique : Une variation de ±10 à 20° est acceptable.
- Diagnostic des défauts : Un angle de ±15 à 30° suffit généralement.
Quels sont les facteurs qui influent sur la précision ?
- Qualité du tachymètre : Il est indispensable de disposer d'une impulsion nette par tour.
- Position du repère de référence : La marque doit être solidement fixée et clairement visible.
- Qualité du signal : Un bon rapport signal/bruit permet de maintenir la phase stable.
- Filtration: filtres peuvent introduire leurs propres déphasages, dont il faut tenir compte.
- Stabilité de la vitesse : une variation de vitesse fausse la mesure de phase.
Erreurs courantes
- Un repère de référence qui s'est déplacé — le ruban adhésif s'est décollé ou le repère a été déplacé.
- Un compte-tours mal réglé ou qui fonctionne par intermittence.
- Faible amplitude du signal, le bruit dominant l'estimation de phase.
- Lecture effectuée sur la mauvaise composante de fréquence.
5. La phase dans l'analyse vectorielle
Représentation polaire
Une mesure de vibration est naturellement un vecteur : la magnitude correspond à l'amplitude et l'angle à la phase. En la représentant sur un diagramme polaire C'est la méthode standard pour visualiser et suivre la réponse pendant l'équilibrage.
Addition de vecteurs
Addition de vecteurs — les principes mathématiques qui sous-tendent tout calcul de poids d'essai — nécessitent à la fois l'amplitude et la phase, car c'est la phase qui détermine la manière dont deux vecteurs s'additionnent :
- À 0°, ils s'additionnent de manière arithmétique.
- À 180°, ils se soustraient.
- Pour tout autre angle, on applique les mathématiques vectorielles classiques.
6. Le déroulement pratique sur le terrain
Sur une machine réelle, la mesure de la phase est assurée par un analyseur portable à deux canaux fonctionnant au niveau des paliers de l'équipement à la vitesse de fonctionnement. Le Balanset-1A lit l'amplitude 1× et la phase par rapport à l'impulsion de son tachymètre laser, et le logiciel convertit ce vecteur en masse et en angle de chaque poids d'essai et la masse de correction avant de confirmer le balourd résiduel. Si vous souhaitez combiner ou résoudre manuellement des vecteurs de vibration pour vérifier un résultat, la Calculateur d'angle de phase des vibrations effectue les mêmes opérations vectorielles.
7. Documenter et communiquer la phase
Format standard
- Indiquez les valeurs sous la forme « amplitude @ phase » — par exemple, « 5,2 mm/s @ 47° ».
- Indiquez la fréquence le cas échéant : « 5,2 mm/s à 47° à 1× ».
- Indiquez la référence, c'est-à-dire la position du keyphasor par rapport à laquelle l'angle est mesuré.
Placettes de phase
- Phase en fonction de la vitesse — la courbe inférieure d'un diagramme de Bode.
- Phase en fonction de la fréquence.
- Diagrammes polaires pour l'équilibrage.
- Cartes de phase pour forme de déformation en service analyse.
L'angle de phase est la grandeur temporelle qui permet de transformer une amplitude brute en un vecteur de vibration complet. Maîtriser sa mesure, son interprétation et son application — dans l'équilibrage, l'identification des résonances et le diagnostic des défauts — est essentiel pour une analyse avancée des vibrations et pour toute évaluation fiable de la dynamique des rotors et de l'état des machines.
