Comprendre le déséquilibre quasi-statique
Déséquilibre quasi-statique est un type spécifique et relativement rare de déséquilibre dynamique. Ce phénomène se produit lorsque l'axe principal d'inertie d'un rotor croise l'axe de rotation de l'arbre, mais pas au centre de gravité du rotor. En termes simples, il s'agit d'une situation qui combine à la fois balourd statique et balourd de couple — avec cette particularité que les vecteurs de balourd statique et de balourd de couple se situent dans un seul et même plan axial. Cet alignement coplanaire est à l'origine de son nom et de son comportement caractéristique.
1. Définition : Qu'est-ce qu'un déséquilibre quasi-statique ?
Pour mieux comprendre, rappelez-vous ce qui caractérise un rotor parfaitement équilibré : son axe principal d'inertie coïncide avec son axe de rotation. Différents types de déséquilibre décrire les différentes façons dont ces deux axes peuvent diverger. Dans le cas d'un déséquilibre quasi-statique, les deux axes croisement — ils se croisent — mais le point de croisement est décalé le long de l'arbre par rapport au centre de gravité, au lieu de coïncider avec lui. Géométriquement, il s'agit d'un axe incliné et décalé dont les composantes statique et de couple se situent dans le même plan axial — c'est précisément cette combinaison coplanaire qui fait que les deux axes se croisent.
Comme toute forme de balourd dynamique, il ne peut être mesuré complètement que lorsque le rotor tourne. Étant donné que l'ensemble de la condition équivaut à un balourd résultant unique agissant dans un plan axial précis, une seule correction de l'amplitude appropriée dans ce plan plan permet de l'éliminer — à condition que ce plan soit accessible sur la machine ; sinon, le cas est traité comme un équilibrage classique sur deux plans. Un contrôle purement statique sur des couteaux ne peut pas le révéler, car la composante de couple ne produit des forces que sous rotation.
2. Lien avec d'autres types de déséquilibre
Il est utile de classer le déséquilibre quasi-statique aux côtés des trois catégories standard :
- Balourd statique: il s'agit simplement d'un décalage du centre de gravité par rapport à l'axe de l'arbre. Cela génère des forces centrifuges qui sont en phase au niveau des deux roulements.
- Balourd de couple: il s'agit simplement d'un « balancement », avec des points de poids égaux aux extrémités et sur les côtés opposés. Cela génère des forces qui sont décalés de 180 degrés au niveau des roulements.
- déséquilibre dynamique: le cas général — une combinaison de déséquilibre statique et de déséquilibre de couple à n'importe quel angle de phase arbitraire l'un par rapport à l'autre.
- Balourd quasi-statique : un cas particulier de balourd dynamique dans lequel les vecteurs de balourd statique et de balourd de couple se situent dans le même plan axial, de sorte que l'axe principal incliné croise malgré tout l'axe de l'arbre (en un point autre que le centre de gravité).
En d'autres termes, tout rotor quasi-statique présente un déséquilibre dynamique, mais seule une coïncidence géométrique particulière lui vaut l'appellation de « quasi-statique ».
3. Exemple pratique : le rotor en porte-à-faux
L'exemple type est celui d'un rotor en porte-à-faux dont le déséquilibre se situe dans un seul plan, loin du centre de gravité de la machine. Prenons l'exemple d'un grand ventilateur industriel équipé d'un ensemble de pales lourdes montées à l'extrémité d'un long arbre, au-delà des deux roulements.
Supposons qu'il y ait un seul point de surpoids sur le disque du ventilateur — un déséquilibre purement statique sur le disque lui-même. La manière dont cette force s'exerce sur les deux roulements n'est pas symétrique :
- Le roulement le plus proche du ventilateur subit une forte force de vibration.
- Le roulement le plus éloigné du ventilateur subit lui aussi une force, mais comme la masse est en porte-à-faux au-delà des appuis, cette force s'exerce par un mouvement de pivotement autour du roulement le plus proche.
Il en résulte au niveau des paliers un mouvement complexe qui combine à la fois une composante de vibration (statique) et une composante de balancement (couple). Comme ces deux composantes proviennent d'un seul point de concentration de masse, elles entretiennent une relation fixe — et c'est précisément cette relation fixe qui crée la condition quasi-statique. C'est également la raison pour laquelle les rotors en porte-à-faux sont réputés pour leur grande sensibilité et nécessitent presque toujours un traitement en deux plans.
4. Correction
En principe, le balourd quasi-statique peut être éliminé par une seule correction dans le plan axial approprié, car il équivaut à un balourd résultant unique agissant dans ce plan. En pratique, ce plan exact n'est souvent pas accessible sur la machine assemblée ; sur le terrain, il est donc corrigé comme n'importe quel balourd dynamique général. Le déroulement de l'équilibrage est le suivant :
- Mesurer les vibrations amplitude et phase à 1× vitesse de fonctionnement à deux emplacements de palier.
- Calculez la valeur requise poids de correction ainsi que leur orientation angulaire par rapport à deux plans de correction choisis, généralement à l'aide de la coefficient d'influence méthode avec un poids d'essai.
- Réglez les contrepoids de manière à ce qu'ils annulent simultanément les composantes statiques et les composantes de couple.
Dans ce domaine, c'est la norme équilibrage à deux plans appareil. Un appareil portable à deux canaux tel que le Balanset-1A mesure l'amplitude et la phase au niveau des deux paliers, détermine les coefficients d'influence du rotor et calcule la masse et l'angle pour chaque plan — puis vérifie que le balourd résiduel répond aux exigences de la norme ISO 21940-11. Un analyste pourrait très bien qualifier cet état de « quasi-statique » d'après les mesures de phase, mais la correction pratique consiste en la même procédure éprouvée à deux plans que celle utilisée pour tout déséquilibre dynamique.
5. Pourquoi cette distinction est-elle importante ?
Si la procédure sur le terrain reste habituellement le même équilibrage sur deux plans, pourquoi nommer cette condition ? Parce que reconnaître un schéma quasi-statique facilite compréhension — et peut même simplifier la procédure, car une seule correction dans le bon plan axial suffit lorsque ce plan est accessible. La relation de phase indique à l'ingénieur qu'un point lourd unique en porte-à-faux — plutôt que deux points indépendants — est vraisemblablement la cause physique, ce qui oriente la recherche de la source : une pale endommagée, une accumulation de produit ou un défaut de montage sur le disque en porte-à-faux. Cette observation illustre l'intérêt plus général d'une interprétation minutieuse de la phase dans dynamique du rotor.
