Comprendre le pied mou
Pied mou Il s'agit d'un problème courant sur les machines tournantes, dans lequel un ou plusieurs pieds de fixation de la machine ne sont pas en contact total et à plat avec la plaque de base ou la fondation à laquelle ils sont boulonnés. Lorsque les boulons de fixation sont serrés, le châssis ou le carter de la machine est contraint de se déformer pour s'adapter à la surface de montage irrégulière. Cette déformation génère d'importantes contraintes internes, qui constituent la cause profonde cachée d'une gamme étonnamment large de problèmes de fiabilité — notamment une augmentation vibrations, une défaillance prématurée des roulements et l'incapacité à maintenir une précision alignement parmi eux.
Une analogie simple : imaginez une chaise à quatre pieds qui vacille parce qu’un de ses pieds est légèrement plus court que les autres. Lorsqu’on s’assoit dessus, le cadre de la chaise se tord jusqu’à ce que les quatre pieds touchent le sol. Une machine présentant un « pied mou » subit exactement ce type de déformation du châssis à chaque fois qu’elle est boulonnée au sol — sauf que la « chaise » est un ensemble de précision dont les alésages de roulement et l’arbre doivent rester alignés au millimètre près.
1. Les quatre types de pied plat
Il existe quatre formes reconnues de pied plat, et c'est en identifiant celle dont vous souffrez que l'on détermine le traitement à suivre :
- Pied souple parallèle : le type le plus courant, dans lequel un pied est tout simplement plus court que les autres, ce qui laisse un espace plat et parallèle entre le pied et la plaque de base. On y remédie en ajoutant des cales d'une épaisseur déterminée.
- Pied plat angulaire : Ce phénomène se produit lorsque le pied est courbé ou que la plaque de base est inclinée, de sorte que le pied repose sur le sol en biais. Le serrage du boulon force le pied à se replier à plat contre la base, ce qui provoque une déformation du cadre. Il faut alors utiliser une cale conique ou procéder à un réusinage, et non pas empiler des cales plates.
- Pied mou (d'origine) : causé par une corrosion excessive, des débris coincés, de la peinture ou un nombre trop important de cales (plus de quatre ou cinq) sous un pied. Lorsque le boulon est serré, le matériau compressible s'écrase, ce qui donne un pied mou et spongieux. La solution consiste à nettoyer la surface et à consolider l'empilement de cales.
- Pied instable sous l'effet d'une force externe : causé par des forces extérieures — tension des tuyaux, gaines ou contreventements structurels — qui tirent ou poussent sur le châssis et soulèvent un pied de la base. Aucune cale ne permet d'y remédier ; la charge externe en cause doit être supprimée (ce phénomène est étroitement lié à la déformation induite par la tension des tuyaux).
2. Pourquoi le pied mou est un problème majeur
La déformation du châssis provoquée par un pied mou est une cause première avérée de nombreuses pannes de machines :
- Augmentation des vibrations : les contraintes internes et la déformation créent un état de précontrainte susceptible d'augmenter considérablement les vibrations, ce qui se manifeste souvent par vitesse de fonctionnement (1×) et son harmoniques (2×, 3×, etc.) — ce qui fait qu'on peut facilement le confondre avec déséquilibre ou un désalignement. Le cadre déformé peut également réduire la rigidité de la structure vers un résonance du bâti, ce qui aggrave le problème.
- Problèmes d'alignement : Il est impossible d'obtenir un alignement précis tant qu'il y a un pied instable. Comme les boulons sont serrés puis desserrés au cours du processus d'alignement, le châssis se déplace de manière imprévisible, ce qui fait que les mesures ne sont pas reproductibles. La correction du « pied mou » est une condition préalable indispensable à un alignement précis — tout travail d'alignement doit commencer par une vérification du pied mou.
- Défaillance des roulements et des joints : La déformation du carter déforme les alésages des roulements, ce qui entraîne des charges inégales sur ces derniers et provoque une usure prématurée usure des roulements et des défaillances. Cela peut également endommager les joints, provoquant des fuites et les traces de frottement associées à défauts d'étanchéité.
- Contraintes sur l'arbre et l'accouplement : Cette déformation provoque un désalignement interne des roulements, ce qui peut entraîner une déformation de l'arbre (une contrainte arc d'arbre) et surcharger l'accouplement, ce qui accélère défauts d'accouplement.
Le pied mou est également souvent associé à des troubles généraux jeu mécanique et jeu au niveau du socle; c'est pourquoi une enquête approfondie examine ces trois éléments dans leur ensemble plutôt que de les traiter séparément.
3. Comment détecter et corriger un pied plat
On détecte et corrige généralement un pied mou lors d'un réglage de précision, à l'aide de comparateurs à cadran ou d'un alignement d'arbres au laser système. Le processus comprend trois étapes :
- Vérification initiale : Une fois tous les boulons desserrés, glissez une jauge d'épaisseur sous chaque pied pour détecter d'éventuels jeux excessifs. Ce contrôle rapide permet souvent de repérer les problèmes les plus graves avant même que les instruments ne soient installés.
- Mesure systématique : Pour obtenir un résultat précis, installez un comparateur à cadran (ou utilisez la fonction de détection de pied mou du système laser) au niveau de chaque pied. Remettez le comparateur à zéro une fois le boulon serré, puis desserrez ce boulon et notez la course du pied. Un déplacement supérieur à environ 0,05 mm (0,002 pouce) indique généralement un pied mou qui doit être corrigé. Ne desserrez qu'un seul boulon à la fois afin d'isoler la contribution de chaque pied.
- Correction : Placez des cales en acier inoxydable de haute qualité et prédécoupées sous le pied mou afin de combler l'espace mesuré, puis vérifiez à nouveau. Répétez l'opération sur tous les pieds jusqu'à ce que le desserrage d'un seul boulon permette d'obtenir un jeu conforme aux tolérances. Limitez le nombre de cales : en empiler trop ne ferait que recréer un pied mou.
Des calculatrices qui facilitent le travail
Deux outils gratuits permettent de traduire ces mesures en actions concrètes : un calculateur de pied plat permet de quantifier la déformation du châssis à partir des mesures de votre indicateur, et un Calculateur d'épaisseur de cale convertit l'écart mesuré en un jeu de cales précis à installer. Une fois que les pieds sont à plat, un Calculateur de tolérance d'alignement d'arbres définit des limites réalistes en matière de décalage et d'angle pour l'alignement qui va suivre.
4. Le « soft foot » dans le diagnostic des vibrations
Comme le « pied mou » imite un déséquilibre et un désalignement dans le spectre — une forte vibration de premier ordre accompagnée d'harmoniques —, il s'agit d'un piège classique pour l'analyste inattentif. Le signe révélateur est que le symptôme change lorsqu'on desserre un boulon du pied : si la vibration de premier ordre diminue sensiblement à mesure qu'on desserre un boulon, la déformation du châssis (et non un point de concentration de charge ou un arbre courbé) est impliqué. Une méthode pratique pour le vérifier consiste à enregistrer l'amplitude et la phase à l'aide d'un analyseur de vibrations portable à deux voies analyseur de vibrations tels que le Balanset-1A à chaque palier, puis desserrez tour à tour chaque boulon de pied et observez comment le vecteur 1× se déplace ; un pied qui fait basculer la phase ou réduit l'amplitude est le pied instable. En éliminant d'abord le pied instable, on s'assure que tout travail d'équilibrage ou d'alignement effectué par la suite évalue l'état réel du rotor, plutôt que de courir après un fantôme créé par un châssis déformé et un système compromis rigidité des fondations.
5. Vérifier le pied bancal (soft foot) avec le Balanset-1A
Avec le Balanset-1A, vous voyez si l'état des pieds modifie les vibrations au niveau des paliers, et si la correction les a réellement réduites.
- Machine à l'arrêt et consignée, fixez les deux capteurs sur les corps de palier les plus proches des pieds suspects et installez le tachymètre sur sa marque réfléchissante. Gardez-les exactement aux mêmes emplacements pour chaque essai.
- Faites tourner la machine à sa vitesse normale, tenez-vous à distance et ouvrez la fenêtre Vibration Meter (F5). Attendez la barre verte STABLE, puis appuyez sur F9 pour figer une mesure de référence : niveau global V1s/V2s, amplitude 1× V1o/V2o et phase 1× F1/F2.
- Dans l'onglet Wave Spectrum, lisez les pics aux repères en pointillés 1×, 2× et 3×. Si Vo est proche de Vs, la vibration est principalement à 1× ; si Vo est nettement inférieure à Vs, une grande partie se situe dans les harmoniques, un schéma commun au pied bancal (soft foot), au jeu mécanique et au désalignement. Avant la première modification des pieds, faites un clic droit sur le spectre et choisissez « Y axis: Manual... » afin que toutes les mesures suivantes soient tracées à la même échelle.
- Arrêtez et consignez la machine pour chaque modification : un boulon de pied desserré, ou un jeu de cales corrigé avec tous les boulons au couple. Redémarrez à la même vitesse et appuyez de nouveau sur F9.
- Comparez. La dispersion normale d'un essai à l'autre peut atteindre 10–15 % en amplitude et environ 10° en phase ; une variation nettement plus grande après la modification d'un seul pied désigne ce pied. L'onglet Trend, avec « Show 1x (Vo) » coché, trace chaque mesure enregistrée en fonction du temps, de sorte que l'avant et l'après figurent sur un même graphique.
N'équilibrez qu'après avoir corrigé les pieds et lorsque des mesures répétées concordent. Si un 1× élevé subsiste avec des pieds bien à plat, enregistrez une descente en vitesse (coast-down) dans l'onglet RunDown : un pic d'amplitude accompagné d'une rotation de phase d'environ 180° indique une résonance, et le rotor ne doit pas être équilibré à cette vitesse.
