Comprendre le rotor rigide
A rotor rigide est un rotor qui ne se déforme pas, ne fléchit pas ou ne change pas de forme de manière significative sous l'effet de son propre déséquilibre forces à sa vitesse de fonctionnement. À des fins d'équilibrage, un rotor est considéré comme rigide lorsqu'il tourne à une vitesse nettement inférieure à sa première vitesse critique — généralement moins de 70 à 75 % de celle-ci. Comme sa forme reste constante, le rotor rigide est le type de rotor le plus simple et le plus économique à équilibrer, et la grande majorité des machines industrielles courantes en font partie.
1. Définition : Qu'est-ce qu'un rotor rigide ?
Le principe fondamental qui caractérise le comportement d'un rotor rigide est que le distribution Le déséquilibre sur toute la longueur du rotor ne varie pas lorsque la vitesse de celui-ci change. Les points lourds restent en place. Un état d'équilibrage obtenu à une vitesse faible et pratique sur un machine à équilibrer reste donc valable et efficace lorsque le rotor est ensuite mis en service à sa vitesse de fonctionnement, nettement plus élevée.
Cette stabilité tient directement au fait que le rotor reste bien à l'écart de son premier vitesse critique. En dessous d'environ 70 à 75 % de cette vitesse, la déviation provoquée par force centrifuge est négligeable par rapport à l'excentricité géométrique de la masse elle-même ; le rotor se comporte donc, en pratique, comme un corps solide unique tournant autour de son propre axe. L'axe de la masse et l'axe de l'arbre sont fixes l'un par rapport à l'autre, quelle que soit la vitesse de rotation.
Parmi les machines courantes que les ingénieurs considèrent comme des rotors rigides, on trouve les induits de moteurs électriques, les ventilateurs et soufflantes à un étage, les roues de pompes, les volants d'inertie, les poulies, les meules et les composants de type disque. Pour ces machines, un équilibrage en deux plans effectué lentement révèle le balourd réel avec lequel la machine fonctionnera.
2. Rotor rigide ou flexible
La distinction entre un rotor rigide et un rotor flexible est l'un des concepts les plus importants dans l'équilibrage des rotors, car il détermine l'ensemble de la stratégie d'équilibrage.
Rotor rigide
- Vitesse de fonctionnement : bien en deçà de sa première vitesse critique, généralement moins de 75 %.
- Comportement : Il ne se déforme pas et ne fléchit pas sous l'effet des forces centrifuges. Ses caractéristiques de déséquilibre sont indépendantes de la vitesse.
- Procédure d'équilibrage : peut être équilibré à une seule et même vitesse basse, très pratique. Un modèle standard équilibrage en deux plans suffit à corriger tout déséquilibre dynamique, qu'il s'agisse d'un équilibrage statique, d'un équilibrage par couple ou d'une combinaison des deux. La norme applicable à l'équilibrage des rotors rigides est ISO 21940-11 (qui a remplacé la norme ISO 1940-1, bien connue depuis longtemps).
Rotor flexible
- Vitesse de fonctionnement : s'approche, franchit ou fonctionne bien au-dessus d'une ou plusieurs de ses vitesses critiques.
- Comportement : se déforme et fléchit lorsqu'il atteint une vitesse critique. Les forces de balourd provoquent une déformation du rotor (fléchissement), et l'emplacement apparent du « point lourd » peut varier en fonction de la vitesse, car le rotor prend une forme courbée mode propre.
- Procédure d'équilibrage : beaucoup plus complexe. Cela nécessite équilibrage multi-plans (souvent plus de deux plans) et doivent être réalisées à la vitesse de service ou à une vitesse proche de celle-ci afin de tenir compte de la flexion du rotor. Des techniques modales spécialisées sont nécessaires et ces travaux sont régis par la norme ISO 21940-12.
3. L’importance de l’hypothèse « rigide »
C'est en partant du principe qu'un rotor se comporte comme un corps rigide qu'il est possible de réaliser un équilibrage pratique, économique et sûr sur des machines d'équilibrage industrielles. Ces machines font généralement tourner les rotors à des vitesses relativement faibles — quelques centaines de tours par minute — pour des raisons de sécurité, afin de réduire la puissance d'entraînement et de simplifier le système mécanique.
Si un rotor est véritablement rigide, le balourd mesuré à 400 tr/min sur la machine d'équilibrage est exactement le même que celui qui provoque des vibrations à 3 600 tr/min en fonctionnement. Le corriger à basse vitesse résout le problème à haute vitesse. Si le rotor était en réalité flexible, cet équilibrage à basse vitesse serait inefficace : le rotor se déformerait à l'approche de sa vitesse critique et présenterait un balourd totalement différent à sa vitesse de service — apparaissant parfois bien équilibré à l'arrêt mais vibrant fortement en fonctionnement. Confondre un rotor flexible avec un rotor rigide est une cause classique d'une machine « équilibrée » qui continue de vibrer.
4. Quand un rotor est-il considéré comme rigide ?
La décision de considérer un rotor comme rigide dépend de sa géométrie et de sa vitesse de fonctionnement :
- Rotors courts et trapus : Les rotors dont le diamètre est important par rapport à leur longueur — une meule, un disque de frein, la roue d'une pompe à un étage — sont presque toujours rigides.
- Rotors longs et élancés : Les rotors longs et minces, tels qu'un arbre de transmission ou le rotor d'un compresseur à plusieurs étages, sont beaucoup plus susceptibles de présenter une certaine flexibilité, en particulier lorsqu'ils tournent à grande vitesse.
En fin de compte, le critère déterminant est le rapport entre la vitesse de fonctionnement et la première vitesse critique. Si ce rapport est faible, une approche d'équilibrage pour rotor rigide est appropriée et donnera de bons résultats ; s'il est élevé, il faut recourir à des méthodes pour rotor flexible. C'est pourquoi il est essentiel de comprendre dynamique du rotor et la connaissance de la valeur de chaque vitesse critique est à la base de chaque décision en matière d'équilibrage.
5. Équilibrage et contrôle d'un rotor rigide sur le terrain
Il est souvent plus pratique d'équilibrer de nombreux rotors rigides sur place, dans leurs propres paliers, plutôt que de les démonter pour les monter sur une machine d'équilibrage. C'est équilibrage sur place, et il convient parfaitement aux ventilateurs, pompes et moteurs visés par cette hypothèse rigide. Un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A mesure l'amplitude 1× et phase à chaque palier, calcule la coefficients d'influence à partir d'un passage avec masse d'essai, et calcule les masses de correction pour un ou deux plans. Le rotor étant rigide, cette correction unique et peu coûteuse s'applique à toute la plage de vitesse, et l'instrument peut alors confirmer la balourd résiduel se situe dans la classe ISO 21940-11 choisie. Vous pouvez convertir une classe d'équilibrage et une vitesse de service en une tolérance g·mm admissible à l'aide de la Calculateur de déséquilibre résiduel (ISO 21940-11) avant de commencer.
