Comprendre la méthode des trois passages dans l'équilibrage des rotors
Le méthode des trois passages est la procédure la plus largement utilisée pour équilibrage à deux plans (dynamique). Il détermine le poids de correction nécessaire en deux plans de correction en utilisant exactement trois séries de mesures : une série initiale pour établir la ligne de base déséquilibre condition, suivie de deux passages séquentiels poids d'essai passages — un pour chaque plan. Trois passages constituent le minimum théorique qui décrit encore complètement un système à deux plans, ce qui explique pourquoi cette méthode est devenue la référence pour les travaux sur site.
Elle offre un excellent équilibre entre précision et efficacité, nécessitant moins de démarrages et d'arrêts de machine que la méthode des quatre passages tout en collectant suffisamment de données pour calculer des corrections efficaces pour la grande majorité des équilibrage tâches.
1. La procédure en trois passages, étape par étape
La procédure suit une séquence logique et systématique. À chaque passage, la vibration est capturée sous forme de vecteur — amplitude et phase — à chacun des deux paliers, car les deux informations sont nécessaires pour localiser, et pas seulement quantifier, le balourd.
Essai 1 — Mesure de référence initiale
La machine tourne à sa vitesse d'équilibrage dans son état d'origine déséquilibré, tel que trouvé. Vibrations est mesurée aux deux emplacements de palier (Palier 1 et Palier 2), en enregistrant amplitude et angle de phase. Ceux-ci représentent les vecteurs de vibration produits par la distribution de balourd d'origine.
- Mesure au palier 1 : amplitude A₁, phase θ₁
- Mesure au palier 2 : amplitude A₂, phase θ₂
- Objectif : établit l'état de référence (O₁ et O₂) qui doit être corrigé
Passage 2 — Masse d'essai dans le plan de correction 1
La machine est arrêtée et une masse d'essai connue (T₁) est temporairement fixée à une position angulaire précise dans le premier plan de correction (généralement près du palier 1). La machine est redémarrée à la même vitesse et les vibrations sont à nouveau mesurées sur les deux paliers.
- Ajouter : masse d'essai T₁ à l'angle α₁ dans le plan 1
- Mesure au palier 1 : nouveau vecteur (O₁ + effet de T₁)
- Mesure au palier 2 : nouveau vecteur (O₂ + effet de T₁)
- Objectif : révèle comment un contrepoids dans le Plan 1 affecte les vibrations aux deux paliers
L'instrument calcule le coefficients d'influence pour le Plan 1 en soustrayant vectoriellement les lectures initiales de ces nouvelles mesures.
Passage 3 — Masse d'essai dans le Plan de correction 2
La première masse d'essai est retirée et une deuxième masse d'essai (T₂) est installée à une position repérée dans le deuxième plan (généralement près du Palier 2). Un passage supplémentaire enregistre de nouveau les vibrations aux deux paliers.
- Retirer : masse d'essai T₁ du Plan 1
- Ajouter : masse d'essai T₂ à l'angle α₂ dans le Plan 2
- Mesure au palier 1 : nouveau vecteur (O₁ + effet de T₂)
- Mesure au palier 2 : nouveau vecteur (O₂ + effet de T₂)
- Objectif : révèle comment un contrepoids dans le Plan 2 affecte les vibrations aux deux paliers
L'instrument dispose désormais d'un ensemble complet de quatre coefficients d'influence décrivant comment chaque plan affecte chaque palier.
2. Calcul des masses de correction
Une fois les trois passages effectués, le logiciel d'équilibrage exécute mathématiques vectorielles pour résoudre les masses de correction.
La matrice des coefficients d'influence
À partir des trois passages, quatre coefficients sont déterminés :
- α₁₁ : influence du Plan 1 sur le Palier 1 (effet principal)
- α₁₂ : influence du Plan 2 sur le Palier 1 (couplage croisé)
- α₂₁ : influence du Plan 1 sur le Palier 2 (couplage croisé)
- α₂₂ : influence du Plan 2 sur le Palier 2 (effet principal)
Résolution du système
L'instrument résout deux équations vectorielles simultanées pour W₁ (correction du Plan 1) et W₂ (correction du Plan 2) :
- α₁₁ · W₁ + α₁₂ · W₂ = -O₁ (pour annuler les vibrations du roulement 1)
- α₂₁ · W₁ + α₂₂ · W₂ = -O₂ (pour annuler les vibrations du roulement 2)
La solution fournit à la fois la masse et la position angulaire requises pour chaque masse de correction. Lorsque l'angle calculé tombe sur un obstacle ou entre des emplacements fixes de pales, le résultat peut être redistribué sur des positions accessibles à l'aide correction fractionnée.
Dernières étapes
- Retirer les deux masses d'essai.
- Installez les masses de correction permanentes calculées dans les deux plans.
- Effectuez une passe de vérification pour confirmer que les vibrations ont diminué à des niveaux acceptables.
- Si nécessaire, effectuez une équilibre de compensation pour affiner le résultat.
3. Avantages de la méthode des trois runs
Plusieurs atouts ont fait des trois runs la norme industrielle pour le travail en deux plans.
Efficacité optimale
Trois runs sont le minimum nécessaire pour établir quatre coefficients d'influence — une mesure de référence plus un run d'essai par plan. Cela minimise les temps d'arrêt tout en caractérisant l'ensemble du système.
Fiabilité éprouvée
Des décennies d'expérience terrain montrent que trois runs fournissent des données suffisantes pour un équilibrage fiable sur la grande majorité des machines industrielles.
Économies de temps et d'argent
Par rapport à la méthode des quatre runs, la suppression d'un run d'essai réduit le temps d'équilibrage d'environ 20 %, ce qui se traduit directement par une réduction des temps d'arrêt et des coûts de main-d'œuvre.
Exécution plus simple
Moins de runs signifie moins de manipulation des masses d'essai, moins de risques d'erreur et une gestion des données simplifiée.
Convient à la plupart des applications
Pour les machines typiques présentant un couplage croisé modéré et une tolérances d'équilibrage, trois passages donnent systématiquement des résultats positifs.
4. Quand utiliser la méthode des trois runs
La méthode des trois runs convient à :
- Équilibrage industriel courant : moteurs, ventilateurs, pompes, soufflantes — la grande majorité des équipements tournants.
- Exigences de précision modérées : classes de qualité d'équilibrage de G 2,5 à G 16, définis selon la norme moderne ISO 21940-11 (qui a remplacé la norme ISO 1940-1, bien connue depuis longtemps).
- Applications d'équilibrage sur site : équilibrage in situ là où la réduction des arrêts est primordiale.
- Systèmes mécaniques stables : équipements en bon état avec une réponse linéaire.
- Géométries de rotor standard : rotors rigides de rapport longueur/diamètre typique.
5. Limites et cas où ne pas l'utiliser
Les trois runs peuvent s'avérer insuffisants dans certains cas.
Cas où la méthode des quatre runs est préférable
- Haute précision : tolérances très strictes (G 0,4 à G 1,0) pour lesquelles la vérification supplémentaire de linéarité offerte par un quatrième run est précieuse.
- Couplage croisé prononcé : plans très rapprochés ou fortement asymétriques rigidité.
- Caractéristiques du système inconnues : Premier équilibrage d'équipements inhabituels ou personnalisés
- Machines problématiques : équipements présentant des signes de comportement non linéaire ou de défauts mécaniques.
Quand un équilibrage monopan peut suffire
- Rotors étroits de type disque pour lesquels le balourd dynamique est minimal.
- Cas où un seul emplacement de palier présente des vibrations significatives.
6. Comparaison avec d'autres méthodes
Méthode à trois essais vs méthode à quatre essais
| Aspect | Trois passages | Quatre passages |
|---|---|---|
| Nombre de courses | 3 (initial + 2 essais) | 4 (initial + 2 essais + combiné) |
| Temps requis | Plus court | ~20% plus long |
| Vérification de la linéarité | Non | Oui (le passage 4 vérifie) |
| Applications typiques | Travaux industriels courants | Équipement critique de haute précision |
| Précision | Bon | Excellent |
| Complexité | Inférieur | Plus haut |
Méthode à trois essais vs méthode monoplans
La méthode des trois passages est fondamentalement différente de équilibrage monoplan, qui utilise seulement deux exécutions (initiale plus un essai) mais ne peut corriger qu'un seul plan et ne peut pas traiter balourd de couple. Dès lors qu'un rotor est suffisamment long pour que ses deux extrémités puissent présenter un balourd indépendant, un équilibrage biplan — et donc la méthode des trois passages — est indispensable.
7. Bonnes pratiques pour réussir
Sélection des masses d'essai
- Choisissez des masses d'essai produisant une variation de 25 à 50 % de l'amplitude de vibration.
- Trop petit : mauvais rapport signal/bruit et erreurs de calcul
- Trop grand : risque de réponse non linéaire ou de niveaux de vibrations dangereux
- Utilisez des tailles similaires dans les deux plans pour une qualité de mesure homogène. A calculateur de masse d'essai fournit une première estimation fiable à partir de la masse et de la vitesse du rotor.
Cohérence des conditions opératoires
- Maintenez exactement la même vitesse pour les trois passages.
- Permettre une stabilisation thermique entre les essais si nécessaire.
- Maintenir constantes les conditions de fonctionnement — débit, pression, température.
- Utilisez des emplacements de capteurs et des méthodes de montage identiques.
Qualité des données
- Effectuez plusieurs mesures par passage et calculez leur moyenne.
- Vérifiez que les mesures de phase sont cohérentes et reproductibles.
- Vérifiez que les poids d'essai produisent des changements clairement mesurables
- Surveillez les anomalies qui pourraient indiquer une erreur de mesure.
Précision de montage
- Marquez et vérifiez soigneusement les positions angulaires des masses d'essai.
- Assurez-vous que les masses d'essai sont bien fixées et ne se déplaceront pas pendant les passages.
- Installez les masses de correction définitives avec le même soin.
- Vérifiez les masses et les angles avant le passage de vérification.
8. Résolution des problèmes courants
Résultats insuffisants après correction
Causes possibles :
- Poids de correction installés à des angles incorrects ou avec des masses incorrectes
- Les conditions de fonctionnement ont changé entre les essais et l'installation des corrections
- Problèmes mécaniques — relâchement, désalignement — non traités avant l'équilibrage.
- Réponse non linéaire du système.
Les masselottes d'essai produisent une faible réponse
Solutions :
- Utilisez des poids d'essai plus grands ou placez-les à un rayon plus grand
- Vérifiez le montage des capteurs et la qualité du signal.
- Vérifiez que la vitesse de fonctionnement est correcte.
- Déterminez si le système présente un niveau très élevé amortissement ou une faible sensibilité de réponse.
Mesures incohérentes
Solutions :
- Accordez plus de temps à la stabilisation thermique et mécanique.
- Améliorer la fixation des capteurs — vis de montage plutôt qu'aimants.
- Isolez le système des sources de vibrations extérieures.
- Résoudre les problèmes mécaniques provoquant un comportement variable
9. La méthode des trois essais sur site
Ne nécessitant ni machine à équilibrer ni un grand nombre de démarrages, la méthode des trois essais est parfaitement adaptée aux interventions sur site avec un instrument portable. Un analyseur à deux voies tel que le Balanset-1A mesure l'amplitude et la phase sur les deux paliers en un seul passage par plan, calcule automatiquement les coefficients d'influence et fournit la masse et l'angle de chaque masselotte de correction — puis vérifie le balourd résiduel par rapport au grade ISO 21940-11 choisi une fois les masses en place. Travaillant dans les propres paliers de la machine à la vitesse de fonctionnement, il saisit la véritable condition de marche que le rotor rencontrera réellement, ce qui est précisément ce qui rend la méthode des trois essais aussi fiable dans équilibrage sur place.
