Qu'est-ce que la résonance structurelle ? Vibrations des systèmes de support • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors. Qu'est-ce que la résonance structurelle ? Vibrations des systèmes de support • Équilibreur portable, analyseur de vibrations " Balanset " pour l'équilibrage dynamique des concasseurs, ventilateurs, broyeurs, vis sans fin de moissonneuses-batteuses, arbres, centrifugeuses, turbines et autres rotors.

Qu'est-ce que la résonance structurelle ? Vibrations des systèmes de soutien

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Comprendre la résonance structurelle

Définition : Qu'est-ce que la résonance structurelle ?

Résonance structurelle est une condition dans laquelle vibration fréquence des machines tournantes (par exemple 1 × vitesse de fonctionnement, 2 × désalignement, ou fréquence de passage de la lame) correspond à un fréquence naturelle de la structure de support non rotative, y compris le châssis de la machine, la plaque de base, piédestaux, fondations, voire structures voisines. Lorsque cette adaptation de fréquence se produit, résonance amplifie les vibrations structurelles à des niveaux dépassant de loin ceux que subissent les composants rotatifs eux-mêmes.

La résonance structurelle est particulièrement problématique, car elle peut donner l'impression qu'une machine bien équilibrée et correctement alignée présente de graves problèmes de vibrations. Ces fortes vibrations sont présentes dans la structure, ce qui n'indique pas nécessairement des problèmes de rotor, mais le mouvement structurel peut, en retour, affecter le comportement du rotor et causer de réels dommages mécaniques à long terme.

Comment se produit la résonance structurelle

Le mécanisme de résonance

  1. Source d'excitation : Les machines tournantes génèrent des forces périodiques (de déséquilibrer, désalignement, etc.)
  2. Transmission de force : Ces forces sont transmises par l'intermédiaire des roulements à la structure de support
  3. Correspondance de fréquence : Si la fréquence d'excitation ≈ fréquence naturelle structurelle
  4. Accumulation d'énergie : La structure absorbe l'énergie sur plusieurs cycles
  5. Amplification: L'amplitude des vibrations augmente, limitée uniquement par les contraintes structurelles amortissement
  6. Effet observé : La structure vibre à une amplitude 5 à 50 fois supérieure à celle que la force d'entrée produirait normalement

Plages de fréquences typiques

  • Modes de fondation : Généralement 5 à 30 Hz pour les fondations industrielles typiques
  • Modes de plaque de base : 20-100 Hz selon la taille et la construction
  • Modes piédestal : 30-200 Hz pour les supports de roulement typiques
  • Modes Cadre/Couverture : 50-500 Hz pour panneaux et couvercles en tôle

Scénarios de résonance courants

1X Résonance de vitesse de course

  • Exemple: Machine fonctionnant à 1800 tr/min (30 Hz), fréquence naturelle de fondation à 28-32 Hz
  • Symptôme: Vibrations très élevées malgré un bon équilibre
  • Effet: Même un petit déséquilibre résiduel crée un mouvement structurel important
  • Solution : Modifier la rigidité des fondations, ajouter de l'amortissement ou modifier la vitesse de fonctionnement

Résonance 2X (fréquence de désalignement)

  • Le désalignement génère une excitation de fréquence 2×
  • Si 2× correspond au mode structurel, une amplification se produit
  • Des vibrations élevées peuvent être diagnostiquées à tort comme un désalignement grave
  • L'amélioration de l'alignement aide mais n'élimine pas la résonance

Résonance de fréquence de passage de lame/aube

  • Les ventilateurs, les pompes et les turbines génèrent une fréquence de passage des pales (N × RPM, où N = nombre de pales)
  • Souvent dans la gamme 50-500 Hz
  • Peut exciter les modes structurels dans cette gamme de fréquences
  • Cliquetis ou bourdonnement à haute fréquence

Identification diagnostique

Symptômes de résonance structurelle

  • Vibration disproportionnée : Vibrations de la structure bien supérieures à celles des roulements
  • Plage de vitesse étroite : Vibrations élevées uniquement à une vitesse spécifique (±5-10%)
  • Dépendance directionnelle : Sévère dans une direction, minimal dans la direction perpendiculaire (correspondant à la forme du mode)
  • Dépendance à l'emplacement : Les vibrations varient considérablement sur la surface de la structure (antinœuds vs nœuds)
  • Effet de roulement minimal : Les roulements et le rotor peuvent présenter des vibrations acceptables tandis que la structure est sévère

Tests de diagnostic

1. Essai d'impact (Bump Test)

  • Structure de frappe avec marteau, mesure de la réponse
  • Identifie toutes les fréquences naturelles structurelles
  • Comparer aux fréquences de fonctionnement de la machine
  • Test le plus définitif pour la résonance structurelle

2. Comparaison des emplacements de mesure

  • Mesurer les vibrations au niveau du boîtier de roulement (à proximité de la source)
  • Mesurer à la base du piédestal, à la plaque de base et à la fondation
  • Si vibration structurelle >> vibration des roulements, cela indique une résonance structurelle
  • Une transmissibilité > 2-3 suggère une amplification de résonance

3. Forme de déflexion opérationnelle (ODS)

  • Mesurer les vibrations à plusieurs points de la structure simultanément
  • Créer une visualisation animée du mouvement structurel
  • Révèle quel mode structurel est actif
  • Identifie les nœuds et les antinœuds

Solutions et atténuation

Séparation de fréquence

Modifier la vitesse de fonctionnement

  • Si l'équipement est à vitesse variable, faites-le fonctionner à l'écart de la résonance
  • Modifier les tailles de poulie du moteur pour ajuster la vitesse
  • Utilisez le VFD pour sélectionner la vitesse non résonnante
  • Peut ne pas être pratique si la vitesse est déterminée par les exigences du processus

Modifier la fréquence naturelle structurelle

  • Ajouter de la masse : Diminue la fréquence naturelle (f ∝ 1/√m)
  • Ajouter de la rigidité : Augmente la fréquence naturelle (f ∝ √k)
  • Supprimer le matériel : Dans certains cas, la réduction de la masse peut déplacer la résonance
  • Modification structurelle: Ajouter des contreventements, des goussets ou des renforts

Ajout d'amortissement

Amortissement par couche contrainte

  • Matériau d'amortissement viscoélastique lié à la structure
  • Efficace pour les panneaux et cadres en tôle
  • Réduit l'amplitude du pic de résonance
  • Traitements d'amortissement disponibles dans le commerce

Amortisseurs de masse accordés

  • Ajouter un système masse-ressort secondaire réglé sur la fréquence problématique
  • Absorbe l'énergie, réduit les vibrations de la structure principale
  • Efficace mais nécessite une conception et un réglage minutieux

Matériaux d'amortissement structurel

  • Tampons en caoutchouc ou isolateurs à des endroits stratégiques
  • Composés amortissants appliqués sur les surfaces
  • Amortisseurs de friction aux articulations

Isolement

  • Installer des isolateurs de vibrations entre la machine et la fondation
  • Découple les vibrations de la machine de la structure
  • Efficace si la fréquence naturelle de l'isolateur < 0,5× fréquence d'excitation
  • Nécessite une conception soignée pour éviter de créer de nouveaux problèmes de résonance

Réduire l'excitation

  • Améliorer qualité de l'équilibre pour réduire l'excitation 1×
  • Alignement de précision pour réduire l'excitation 2×
  • Résoudre les problèmes mécaniques en réduisant les amplitudes de forçage
  • Réduit les symptômes mais n'élimine pas le potentiel de résonance

Prévention dans la conception

Critères de conception des fondations

  • Fréquence naturelle de la fondation > 2× fréquence de fonctionnement maximale (éviter la résonance au-dessus)
  • Ou < 0,5× fréquence de fonctionnement minimale (fondation isolée)
  • Évitez la plage de 0,5 à 2,0 où une résonance est probable
  • Inclure l'analyse dynamique dans la phase de conception

Conception structurelle

  • Conception pour une rigidité adéquate par rapport aux fréquences de forçage
  • Évitez les structures peu chargées sujettes à la résonance
  • Utilisez des côtes et des soufflets pour augmenter la fréquence
  • Envisager d'ajouter un amortissement inhérent (matériaux composites, joints avec frottement)

La résonance structurelle peut transformer des sources de vibrations mineures en problèmes majeurs par des effets d'amplification. L'identification des résonances structurelles par des essais d'impact et des mesures opérationnelles, combinée à des stratégies d'atténuation appropriées, est essentielle pour atteindre des niveaux de vibrations acceptables dans les installations où la dynamique structurelle influence significativement le comportement vibratoire global des machines.

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