Comprendre le rotor dans les machines tournantes

Définition : Qu'est-ce qu'un rotor ?

A rotor Il s'agit du principal ensemble rotatif d'une machine. Il est généralement constitué d'un arbre central sur lequel sont montés d'autres composants, tels que des turbines, des pales, des aimants ou des induits. L'ensemble est supporté par des roulements et conçu pour transmettre le couple et fournir un travail. L'étude du comportement d'un rotor en rotation, notamment de ses vibrations et de ses déflexions, est appelée dynamique du rotor, un domaine critique du génie mécanique.

La classification fondamentale : rotors rigides et rotors flexibles

La distinction la plus importante en dynamique des rotors réside dans le fait qu'un rotor se comporte comme un corps « rigide » ou « flexible ». Cette classification ne repose pas sur les propriétés du matériau, mais sur la relation entre la vitesse de fonctionnement de la machine et la vitesse du rotor. vitesses critiques (ses fréquences naturelles de flexion).

Rotors rigides

Un rotor est considéré rigide Si sa vitesse de fonctionnement est bien inférieure à sa première vitesse critique de flexion (généralement inférieure à 70% de la première vitesse critique). À ces vitesses, l'arbre ne subit aucune flexion ni flexion significative due aux forces dynamiques. On peut supposer que le rotor entier tourne comme une masse unique et rigide.

• Caractéristiques: Ils ont tendance à être plus courts, plus trapus et à fonctionner à des vitesses plus faibles.
• Équilibre : Peut être entièrement corrigé en utilisant équilibrage dynamique à deux plans selon les principes de la mécanique des corps rigides.
• Exemples : La plupart des moteurs électriques standard, des ventilateurs à basse vitesse, des meules et de nombreuses turbines de pompe.

Rotors flexibles

Un rotor est considéré flexible s'il est conçu pour fonctionner à une vitesse proche, égale ou supérieure à une ou plusieurs de ses vitesses critiques de flexion. À mesure que le rotor approche d'une vitesse critique, l'arbre commence à fléchir et à se courber significativement. La forme de cette flexion est appelée « déformation modale ».

• Caractéristiques: Ils ont tendance à être longs, minces et à fonctionner à grande vitesse.
• Équilibre : L'équilibrage biplan est insuffisant. Les rotors flexibles nécessitent des techniques d'équilibrage multiplan plus avancées, prenant en compte la flexion de l'arbre. Cela peut impliquer un « équilibrage modal » (équilibrage individuel de chaque forme de mode) ou un équilibrage multi-vitesses.
• Exemples : Grandes turbines à vapeur et à gaz, compresseurs à grande vitesse, longs arbres de transmission et rotors de générateur.

La conception et l’analyse des rotors flexibles sont beaucoup plus complexes, car leur comportement dynamique change avec la vitesse.

Composants communs d'un ensemble rotor

Un rotor est bien plus qu'un simple arbre. Un assemblage typique peut comprendre :

• Arbre: Le composant central qui transmet le couple.
• Roues, pales ou aubes : Composants qui fonctionnent sur un fluide (dans les pompes, les ventilateurs, les turbines).
• Armature/Enroulement : La partie rotative d'un moteur ou d'un générateur électrique.
• Journaux: Les sections hautement polies de l'arbre qui se trouvent dans les roulements.
• Accouplements : Les moyeux utilisés pour relier le rotor à une autre machine.
• Colliers de poussée : Composants qui absorbent toutes les forces axiales.
• Anneaux ou plans d'équilibre : Emplacements désignés où les poids de correction sont ajoutés pendant l'équilibrage.

Problèmes courants associés aux rotors

L'analyse des vibrations est utilisée pour détecter une large gamme de problèmes provenant de l'assemblage du rotor :

• Déséquilibrer: Le problème le plus courant, causé par une répartition inégale des masses.
• Arbre courbé : Une courbure ou un arc physique dans le manche.
• Fissure de l'arbre : Une fissure de fatigue en développement qui peut conduire à une défaillance catastrophique.
• Désalignement : Bien qu'il s'agisse d'un problème entre les rotors, il induit des contraintes élevées au sein de l'ensemble rotor.
• Frottement rotor-stator : Contact entre les parties tournantes et fixes de la machine.
• Relâchement: Un ajustement lâche d'un composant (comme une roue) sur l'arbre.

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