Vibrations synchrones et sous-synchrones expliquées
Vibration synchrone toute vibration dont la fréquence est un multiple entier exact de la fréquence fondamentale d'une machine vitesse de fonctionnement (1×). Elle est, littéralement, « en phase » avec la rotation de l'arbre, et c'est de loin le type de vibration le plus courant dans les machines tournantes. Savoir reconnaître si un pic dans un spectre de vibrations est synchrone, sous-synchrone, ou asynchrone constitue l'une des premières étapes, et l'une des plus importantes, de tout diagnostic.
1. Définition : qu'est-ce qu'une vibration synchrone ?
Un composant vibrant est dit synchrone lorsque sa fréquence suit la vitesse de rotation de l'arbre selon un rapport entier :
- La vibration à la vitesse de fonctionnement exacte (1×) est synchrone.
- Les vibrations à une vitesse deux fois supérieure (2×), trois fois supérieure (3×), et ainsi de suite, sont également synchrones — ces ordres supérieurs sont les harmoniques de la vitesse de course.
La caractéristique déterminante est qu'un pic synchrone suit les mouvements de la machine: modifiez la vitesse et les décalages de crête pour qu'ils restent verrouillés sur le même multiple. La grande majorité des pannes mécaniques courantes — déséquilibrer, désalignement, a arbre courbé, et jeu mécanique — se manifestent toutes sous forme de vibrations synchrones. Le déséquilibre, par exemple, apparaît toujours à 1 tour par minute et suit parfaitement toute variation de la vitesse de la machine, ce qui explique précisément pourquoi équilibrage sur place vise le composant 1×.
2. Définition : qu'est-ce qu'une vibration subsynchrone ?
Vibration sous-synchrone toute vibration se produisant à une fréquence ci-dessous la vitesse de fonctionnement de base (inférieure à 1×) — le préfixe « sous- » signifie simplement « inférieur à ». Des vibrations sous-synchrones importantes constituent souvent un signe avant-coureur grave, car elles sont généralement générées par des vibrations auto-excitées et instables rotor-dynamique phénomènes plutôt que par une usure mécanique ordinaire ou des problèmes d'ajustement. Il est important de noter que, contrairement aux vibrations synchrones, la fonction d'excitation des vibrations subsynchrones est générée par le mouvement du rotor lui-même, ce qui lui permet de s'amplifier jusqu'à devenir une instabilité.
3. Comment les distinguer sur un spectre FFT
Trier ces composants les uns par rapport aux autres dans un FFT Le spectre est facile à comprendre dès lors que l'on sait ce qu'il faut rechercher :
- Pics synchrones : le pic à 1× la vitesse de rotation (vitesse de fonctionnement) et tous les pics correspondant à des multiples entiers exacts (2×, 3×, …).
- Pics sous-synchrones : tout pic significatif apparaissant sur l'axe des fréquences avant le pic à 1× — par exemple entre 0,42× et 0,48× de la vitesse de course, la signature classique de tourbillon d'huile.
- Pics non synchrones : des pics qui ne sont pas des multiples entiers de la vitesse de course, souvent liés à fréquences de défaut des roulements ou de sources externes.
Étant donné que la frontière entre ces catégories est définie en fonction de la vitesse de course, il est indispensable de disposer d'une référence de vitesse fiable. A tachymètre impulsion - ou analyse des commandes sur un appareil à vitesse variable — permet à l'analyste de repérer précisément la ligne 1× et d'éviter ainsi d'identifier un pic de manière erronée.
4. Pourquoi cette distinction est essentielle
Il est essentiel, pour établir un diagnostic, de distinguer les vibrations synchrones des vibrations subsynchrones, car ces deux types de vibrations renvoient à des catégories de problèmes totalement différentes — et à des solutions différentes :
- Problèmes synchrones (tels que le déséquilibre) sont vibrations forcées. Elles peuvent généralement être corrigées par des réglages mécaniques — équilibrage ou alignement — et sont, en règle générale, prévisibles et stables.
- Problèmes sous-synchrones sont souvent vibrations auto-excitées ou des instabilités. Elles indiquent un problème au niveau de la conception de base ou de l'état de la système rotor-palier et ne peuvent être corrigées par un équilibrage. Ces conditions peuvent être instables et très destructrices. Parmi les causes courantes, on peut citer les tourbillons d'huile et fouet à huile dans un film fluide paliers lisses, et entre le rotor et le stator frottements.
C'est pourquoi un pic subsynchrone de forte amplitude est généralement considéré comme un événement d'alarme plus grave qu'un pic synchrone de même amplitude : le premier peut menacer l'intégrité de la machine, tandis que le second relève généralement d'une intervention de maintenance.
5. Mettre en œuvre le diagnostic
Une fois que l'analyse du spectre indique que l'énergie dominante est synchrone, la solution consiste généralement à corriger le problème plutôt qu'à repenser la conception. Un pic 1× dominant signale un déséquilibre et nécessite un rééquilibrage ; des pics 1× et 2× élevés simultanément, souvent accompagnés d'une activité axiale, indiquent un désalignement. Sur le terrain, c'est précisément le domaine d'intervention d'un instrument à deux canaux tel que le Balanset-1A poignées : il mesure 1× amplitude et phase qui définissent une réponse synchrone au déséquilibre et calculent les contrepoids nécessaires pour le réduire. Si, en revanche, l'analyse révèle une forte composante subsynchrone, la réponse appropriée consiste à examiner les jeux des roulements, la lubrification et la stabilité du rotor — et non à recourir à des contrepoids à titre d'essai.
