Qu'est-ce que la fréquence de passage des aubes ? Diagnostic des aubes de pompes • 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 fréquence de passage des aubes ? Diagnostic des aubes de pompes • 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 fréquence de passage des aubes ? Diagnostic des aubes de pompe

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Comprendre la fréquence de passage des aubes

Définition : Qu'est-ce que la fréquence de passage des aubes ?

Fréquence de passage des aubes La fréquence de passage des aubes (VPF, également appelée fréquence de rotation des aubes de la turbine ou simplement fréquence de passage des aubes) est la fréquence à laquelle les aubes (pales) d'une turbine de pompe rotative passent devant un point de référence fixe, tel que la languette de la volute, les aubes du diffuseur ou les éléments du carter. Elle est calculée en multipliant le nombre d'aubes de la turbine par la fréquence de rotation de l'arbre (VPF = nombre d'aubes × tr/min / 60). C'est l'équivalent pour une pompe de fréquence de passage des lames dans les ventilateurs.

VPF est le système hydraulique dominant vibration Source de fréquence dans les pompes centrifuges, apparaissant généralement dans la plage de 100 à 500 Hz pour les pompes industrielles. Surveillance de l'amplitude du VPF et de ses harmoniques fournit des informations de diagnostic critiques sur l'état de la turbine, les performances hydrauliques et les problèmes de jeu.

Calcul et valeurs typiques

Formule

  • VPF = Nv × N / 60
  • Où Nv = nombre d'aubes de la roue
  • N = vitesse de l'arbre (tr/min)
  • Résultat en Hz

Exemples

Petite pompe

  • 5 palettes à 3500 tr/min
  • VPF = 5 × 3500 / 60 = 292 Hz

Grande pompe de process

  • 7 palettes à 1750 tr/min
  • VPF = 7 × 1750 / 60 = 204 Hz

Pompe à grande vitesse

  • 6 palettes à 4200 tr/min
  • VPF = 6 × 4200 / 60 = 420 Hz

Nombre typique de palettes

  • Pompes centrifuges : 3 à 12 aubes (5 à 7 les plus courantes)
  • Petites pompes : Moins d'aubes (3-5)
  • Grandes pompes : Plus d'ailettes (7-12)
  • Pompes à haute pression : Plus d'aubes pour le transfert d'énergie

Mécanisme physique

Pulsations de pression

Le VPF résulte des variations de pression hydraulique :

  1. Chaque aube de la roue transporte le fluide à grande vitesse
  2. Lorsque l'ailette passe devant la volute, une impulsion de pression est créée
  3. La différence de pression à travers l'aube change rapidement
  4. Crée une impulsion de force sur la roue et le boîtier
  5. Avec des aubes Nv, des impulsions Nv par tour se produisent
  6. Fréquence de pulsation = taux de passage des aubes = VPF

Au point de conception (BEP)

  • L'angle d'écoulement correspond à l'angle de l'aube
  • Écoulement fluide, turbulences minimales
  • Amplitude VPF modérée et stable
  • Répartition optimale de la pression

Point hors conception

  • Angle d'écoulement non adapté à l'angle des aubes
  • Augmentation de la turbulence et de la séparation des flux
  • Pulsations de pression plus élevées
  • Amplitude VPF élevée
  • Composantes de fréquence supplémentaires possibles

Interprétation diagnostique

Amplitude VPF normale

  • Pompe au point de rendement optimal (BEP)
  • Amplitude VPF stable dans le temps
  • Typiquement 10-30% d'amplitude de vibration 1×
  • Spectre propre avec un minimum d'harmoniques

Un VPF élevé indique

Fonctionnement hors BEP

  • Fonctionnement à faible débit (< 70% BEP) augmente le VPF
  • Un débit élevé (> 120% BEP) augmente également le VPF
  • Fonctionnement optimal à 80-110% du BEP

Problèmes de jeu entre la turbine et le carter

  • Les bagues d'usure usées augmentent le jeu
  • Déplacement de la roue à aubes dû à l'usure des roulements
  • L'amplitude du VPF augmente avec une clairance excessive
  • Dégradation des performances (recirculation interne)

Dommages à la turbine

  • Des aubes cassées ou fissurées créent une asymétrie
  • Amplitude VPF avec bandes latérales à une vitesse de ±1×
  • Érosion ou accumulation sur les aubes
  • Dommages causés par un corps étranger

Résonance hydraulique

  • Le VPF correspond à la résonance acoustique dans la tuyauterie ou le tubage
  • Amplification d'amplitude spectaculaire
  • Peut provoquer des vibrations structurelles et du bruit
  • Peut nécessiter des modifications du système

Harmoniques VPF

2×VPF et supérieur

Plusieurs harmoniques indiquent des problèmes :

  • 2×VPF Présent : Espacement non uniforme des aubes, excentricité de la roue
  • Harmoniques multiples : Fortes turbulences hydrauliques, dommages aux aubes
  • Amplitudes excessives : Potentiel de défaillances par fatigue

Sous-harmoniques

  • Composants VPF fractionnaires (VPF/2, VPF/3)
  • Indiquer les instabilités d'écoulement
  • Cellules rotatives ou de séparation
  • Commun à des débits très faibles

Surveillance et tendances

Établissement de la ligne de base

  • Enregistrer le VPF lorsque la pompe est neuve ou fraîchement révisée
  • Document au point de fonctionnement de conception
  • Établir un rapport d'amplitude VPF/1× normal
  • Définir des limites d'alarme (généralement 2 à 3 × l'amplitude VPF de base)

Paramètres de tendance

  • Amplitude VPF : Suivi au fil du temps, l'augmentation indique le développement d'un problème
  • Rapport VPF/1× : Devrait rester relativement constant
  • Contenu harmonique : Apparition ou croissance de 2×VPF, 3×VPF
  • Développement de la bande latérale : Émergence de bandes latérales ±1× autour du VPF

Corrélation des conditions de fonctionnement

  • Suivre le VPF en fonction du débit
  • Identifier la zone de fonctionnement optimale (VPF minimum)
  • Détecter lorsque le point de fonctionnement a changé
  • Corrélation avec la dégradation des performances

Mesures correctives

Pour VPF élevé

Optimisation du point de fonctionnement

  • Ajuster le débit pour rapprocher la pompe du BEP
  • Décharge de l'accélérateur ou réglage de la résistance du système
  • Vérifier que les conditions d'aspiration sont adéquates

Correction mécanique

  • Remplacer les bagues d'usure usées (restaurer les jeux)
  • Remplacer la roue usée ou endommagée
  • Corriger les problèmes de roulement permettant le déplacement de la roue
  • Vérifier la position correcte de la turbine (axiale et radiale)

Améliorations hydrauliques

  • Améliorer la conception de la tuyauterie d'admission (réduire le pré-tourbillon, la turbulence)
  • Installer des redresseurs de flux si nécessaire
  • Vérifier la marge NPSH adéquate
  • Éliminer l'entraînement d'air

Relation avec d'autres fréquences

VPF contre BPF

  • Termes souvent utilisés de manière interchangeable pour les pompes et les ventilateurs
  • VPF : Terme préféré pour les pompes (palettes dans liquide)
  • BPF : Terme préféré pour les ventilateurs (pales dans l'air)
  • Calcul et approche diagnostique identiques

VPF vs. Vitesse de course

  • VPF = Nv × (fréquence de vitesse de fonctionnement)
  • VPF toujours à une fréquence supérieure à 1×
  • Pour une roue à 7 aubes, VPF = 7× fréquence de vitesse de fonctionnement

La fréquence de passage des aubes est la composante fondamentale des vibrations hydrauliques des pompes centrifuges. Comprendre le calcul du facteur de puissance variable (VPF), distinguer les amplitudes normales et élevées, et corréler les schémas VPF avec les conditions de fonctionnement et l'état de la pompe permet un diagnostic efficace de la pompe et oriente les décisions concernant l'optimisation du point de fonctionnement, la restauration du jeu et le remplacement de la roue.

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