Équilibrage des rotors : balourd statique et dynamique, résonance et procédure pratique
Ce guide explique l'équilibrage des rotors pour rotors rigides: ce que signifie le terme “ déséquilibre ”, en quoi le déséquilibre statique et le déséquilibre dynamique diffèrent, pourquoi la résonance et la non-linéarité peuvent empêcher un résultat de qualité, et comment l'équilibrage est généralement effectué dans un ou deux plans de correction.
Contenu
- Qu'est-ce qu'un rotor et que corrige l'équilibrage ?
- Types de rotors et types de déséquilibre
- Vibrations des mécanismes : ce que l’équilibrage peut et ne peut pas éliminer
- Résonance : un facteur qui empêche l'équilibrage
- Modèles linéaires et non linéaires : quand les calculs cessent de fonctionner
- Dispositifs d'équilibrage et machines à équilibrer
- Équilibrage des rotors rigides (notes pratiques)
- Comment s'effectue l'équilibrage dynamique (méthode en trois étapes)
- Critères d'évaluation de la qualité de l'équilibrage
- Normes et références
- FAQ
Qu'est-ce qu'un rotor et que corrige l'équilibrage ?
Le rotor est un corps qui tourne autour d'un certain axe et qui est maintenu par ses surfaces d'appui dans les supports. Les surfaces d'appui du rotor transmettent les charges aux supports par l'intermédiaire de roulements ou de paliers lisses. Les surfaces d'appui sont les surfaces des tourillons ou les surfaces qui les remplacent.
Dans un rotor parfaitement équilibré, sa masse est répartie symétriquement autour de l'axe de rotation ; autrement dit, chaque élément du rotor peut être associé à un autre élément symétrique par rapport à cet axe. Dans un rotor équilibré, la force centrifuge agissant sur un élément quelconque est compensée par la force centrifuge agissant sur l'élément symétrique. Par exemple, les forces centrifuges F1 et F2, de même intensité et de sens opposé, s'exercent sur les éléments 1 et 2 (marqués en vert sur la figure 1). Ceci est valable pour tous les éléments symétriques du rotor ; la force centrifuge totale agissant sur le rotor est donc nulle et le rotor est équilibré.
Cependant, si la symétrie du rotor est rompue (l'élément asymétrique est indiqué en rouge sur la figure 1), une force centrifuge déséquilibrée F3 s'exerce sur le rotor. Lors de la rotation, cette force change de direction. La charge dynamique qui en résulte est transmise aux paliers, ce qui accélère leur usure.
En outre, sous l'influence de cette force variable de direction, il y a une déformation cyclique des supports et des fondations sur lesquels le rotor est fixé, c'est-à-dire qu'il y a des vibrations. Afin d'éliminer le déséquilibre du rotor et les vibrations qui l'accompagnent, des masses d'équilibrage doivent être installées pour rétablir la symétrie du rotor.
L'équilibrage du rotor est une opération visant à corriger le déséquilibre en ajoutant des masses d'équilibrage.
La tâche de l'équilibrage consiste à trouver la taille et l'emplacement (angle) d'une ou plusieurs masses d'équilibrage.
Types de rotors et types de déséquilibre
En tenant compte de la résistance du matériau du rotor et de l'amplitude des forces centrifuges qui s'exercent sur lui, on peut distinguer deux types de rotors : les rotors rigides et les rotors flexibles.
Les rotors rigides se déforment de façon insignifiante sous l'action de la force centrifuge dans les modes de fonctionnement et l'influence de cette déformation dans les calculs peut être négligée.
La déformation des rotors flexibles ne peut plus être négligée. Elle complexifie la résolution du problème d'équilibrage et requiert l'application de modèles mathématiques différents de ceux utilisés pour l'équilibrage des rotors rigides. Il convient de noter qu'un même rotor peut se comporter comme un rotor rigide à basse vitesse et comme un rotor flexible à haute vitesse. Dans la suite, nous nous concentrerons sur l'équilibrage des rotors rigides.
Selon la répartition des masses déséquilibrées le long du rotor, on distingue deux types de déséquilibre : statique et dynamique (instantané). On parle alors d’équilibrage statique et d’équilibrage dynamique du rotor. Le déséquilibre statique du rotor se produit sans rotation de celui-ci, c’est-à-dire en statique, lorsque le rotor est incliné par la gravité, son " point le plus lourd " se trouvant alors vers le bas. La figure 2 illustre un exemple de rotor présentant un déséquilibre statique.
Le déséquilibre dynamique ne se produit que lorsque le rotor tourne.
Un exemple de rotor présentant un déséquilibre dynamique est illustré à la figure 3.
Dans ce cas, les masses M1 et M2, de masses égales et déséquilibrées, sont situées dans des plans différents, c'est-à-dire à des endroits différents le long du rotor. À l'arrêt, lorsque le rotor ne tourne pas, seule la gravité agit sur lui et les masses s'équilibrent. En mouvement, lorsque le rotor tourne, des forces centrifuges Fc1 et Fc2 s'exercent sur les masses M1 et M2. Ces forces sont égales en intensité et de sens opposé. Cependant, comme elles s'appliquent à des endroits différents le long de l'arbre et ne sont pas alignées, ces forces ne se compensent pas. Les forces Fc1 et Fc2 créent un couple appliqué au rotor. Ce déséquilibre est donc également appelé déséquilibre de moment. Par conséquent, des forces centrifuges non compensées agissent sur les paliers, pouvant largement dépasser les valeurs calculées et réduire leur durée de vie.
Ce type de balourd, qui n'apparaît que dynamiquement lors de la rotation du rotor, est qualifié de balourd dynamique. Il ne peut être corrigé statiquement par équilibrage " sur lames " ou méthodes similaires. Pour éliminer un balourd dynamique, il est nécessaire d'installer deux masses compensatrices. Ces masses produisent un moment de même amplitude et de sens opposé à celui résultant des masses M1 et M2. Il n'est pas nécessaire que ces masses soient opposées et de même amplitude que M1 et M2. L'essentiel est qu'elles produisent un moment compensant intégralement le moment de balourd.
En général, les masses M1 et M2 peuvent être différentes, ce qui engendre un déséquilibre à la fois statique et dynamique. Il est théoriquement prouvé que, pour un rotor rigide, deux masses espacées le long du rotor sont nécessaires et suffisantes pour compenser son déséquilibre. Ces masses compensent à la fois le couple résultant du déséquilibre dynamique et la force centrifuge due à l'asymétrie de la masse par rapport à l'axe du rotor (déséquilibre statique). Typiquement, le déséquilibre dynamique est caractéristique des rotors longs, tels que les arbres, tandis que le déséquilibre statique est caractéristique des rotors étroits. Cependant, si le rotor étroit est oblique par rapport à son axe, ou déformé (en forme de huit), le déséquilibre dynamique sera difficile à éliminer (voir figure 4), car il est alors difficile d'installer des masses correctrices créant le moment de compensation nécessaire.
Les forces F1 et F2 ne sont pas situées sur la même ligne et ne se compensent pas.
Du fait de la faible longueur du bras de levier nécessaire à la création du couple, due à l'étroitesse du rotor, des masselottes de correction importantes peuvent s'avérer nécessaires. Toutefois, cela engendre également un déséquilibre induit par la déformation du rotor sous l'effet de la force centrifuge générée par ces masselottes. (Voir par exemple la section 10 de la norme ISO 22061-76, intitulée " Instructions méthodologiques pour l'équilibrage des rotors rigides (selon ISO 22061-76) ", relative au système de supports du rotor.)
C'est le cas des hélices étroites des ventilateurs, dans lesquelles, en plus du déséquilibre des forces, le déséquilibre aérodynamique est également actif. Il faut comprendre que le déséquilibre aérodynamique, ou plutôt la force aérodynamique, est directement proportionnel à la vitesse angulaire du rotor, et qu'il est compensé par la force centrifuge de la masse de correction, qui est proportionnelle au carré de la vitesse angulaire. Par conséquent, l'effet d'équilibrage ne peut se produire qu'à une fréquence d'équilibrage spécifique. À d'autres fréquences de rotation, il y a une erreur supplémentaire.
Il en va de même pour les forces électromagnétiques dans un moteur électrique, qui sont également proportionnelles à la vitesse angulaire. Il n'est donc pas possible d'éliminer toutes les causes de vibration d'une machine par l'équilibrage.
Vibration des mécanismes
La vibration est la réaction de la conception du mécanisme aux effets d'une force excitatrice cyclique. Cette force peut être de nature différente.
La force centrifuge résultant du déséquilibre du rotor est une force non compensée agissant sur le point le plus lourd. C'est cette force, ainsi que les vibrations qu'elle engendre, qui peuvent être éliminées par l'équilibrage du rotor.
Les forces d'interaction de nature géométrique résultent des défauts de fabrication et d'assemblage des pièces en contact. Ces forces peuvent, par exemple, être dues à la non-circularité des collets d'arbre, aux défauts de profil des dents d'engrenage, à l'ondulation des chemins de roulement, au défaut d'alignement des arbres en contact, etc. En cas de non-circularité des tourillons, l'axe de l'arbre se décale en fonction de son angle de rotation. Bien que cette vibration se produise également à la vitesse du rotor, il est quasiment impossible de l'éliminer par équilibrage.
Forces aérodynamiques résultant de la rotation des roues des ventilateurs et autres mécanismes à palettes. Forces hydrodynamiques résultant de la rotation des roues des pompes hydrauliques, des turbines, etc.
Forces électromagnétiques résultant du fonctionnement des machines électriques, par exemple enroulements asymétriques du rotor, enroulements court-circuités, etc.
L'ampleur de la vibration (par exemple son amplitude Av) dépend non seulement de la force excitatrice Fv agissant sur le mécanisme avec une fréquence circulaire ω, mais aussi de la rigidité k du mécanisme, de sa masse m , ainsi que du coefficient d'amortissement C.
Différents types de capteurs peuvent être utilisés pour mesurer les vibrations et les mécanismes d'équilibre :
- des capteurs de vibration absolus conçus pour mesurer l'accélération des vibrations (accéléromètres) et des capteurs de vitesse de vibration ;
- capteurs de vibrations relatives - à courants de Foucault ou capacitifs, conçus pour mesurer le déplacement vibratoire ;
- Dans certains cas (lorsque la conception du mécanisme le permet), des capteurs de force peuvent également être utilisés pour évaluer sa charge vibratoire ; en particulier, ils sont largement utilisés pour mesurer la charge vibratoire des supports de machines d'équilibrage à roulements durs.
La vibration est donc la réaction d'une machine à l'action de forces extérieures. L'ampleur des vibrations dépend non seulement de l'importance de la force agissant sur le mécanisme, mais aussi de la rigidité de la conception du mécanisme. Une même force peut entraîner des vibrations différentes. Dans une machine à roulements durs, même si la vibration est faible, les roulements peuvent être soumis à des charges dynamiques importantes. C'est pourquoi on utilise des capteurs de force plutôt que des capteurs de vibrations (accéléromètres vibrants) pour l'équilibrage des machines à roulements durs.
Les capteurs de vibrations sont utilisés sur des mécanismes dont les supports sont relativement souples, lorsque l'action de forces centrifuges non équilibrées entraîne une déformation notable des supports et des vibrations. Les capteurs de force sont utilisés pour les supports rigides, lorsque même des forces importantes dues à un déséquilibre n'entraînent pas de vibrations significatives.
La résonance est un facteur qui empêche l'équilibre
Nous avons mentionné précédemment que les rotors sont divisés en deux catégories : les rotors rigides et les rotors flexibles. La rigidité ou la flexibilité du rotor ne doit pas être confondue avec la rigidité ou la mobilité des supports (fondations) sur lesquels le rotor est installé. Un rotor est considéré comme rigide lorsque sa déformation (flexion) sous l'action des forces centrifuges peut être négligée. La déformation d'un rotor flexible est relativement importante et ne peut être négligée.
Dans cet article, nous ne considérons que l'équilibrage des rotors rigides. Un rotor rigide (indéformable) peut à son tour être monté sur des supports rigides ou mobiles (souples). Il est clair que cette rigidité/suspension des supports est également relative, en fonction de la vitesse du rotor et de l'ampleur des forces centrifuges qui en résultent. La fréquence des vibrations naturelles des supports du rotor constitue une limite conditionnelle.
Pour les systèmes mécaniques, la forme et la fréquence des vibrations naturelles sont déterminées par la masse et l'élasticité des éléments du système mécanique. En d'autres termes, la fréquence des vibrations naturelles est une caractéristique interne du système mécanique et ne dépend pas des forces extérieures. Lorsqu'ils sont déviés de l'état d'équilibre, les supports tendent, en raison de leur élasticité, à revenir à la position d'équilibre. Mais en raison de l'inertie du rotor massif, ce processus prend la forme d'oscillations amorties. Ces vibrations sont les vibrations naturelles du système rotor-support. Leur fréquence dépend du rapport entre la masse du rotor et l'élasticité des supports.
Lorsque le rotor commence à tourner et que la fréquence de sa rotation se rapproche de la fréquence des vibrations naturelles, l'amplitude des vibrations augmente fortement, ce qui peut entraîner la destruction de la structure.
Le phénomène de résonance mécanique se produit. Dans la zone de résonance, une modification de la vitesse de rotation de 100 tr/min peut entraîner une augmentation de la vibration de plusieurs dizaines de fois. En même temps (dans la zone de résonance), la phase de vibration change de 180°.
Si la conception du mécanisme n'est pas réussie et que la fréquence de fonctionnement du rotor est proche de la fréquence des vibrations naturelles, le fonctionnement du mécanisme devient impossible en raison de l'intensité inadmissible des vibrations. Cela n'est pas possible de manière habituelle, car même une petite variation de la vitesse entraîne une modification radicale des paramètres de vibration. Pour l'équilibrage dans la zone de résonance, on utilise des méthodes spéciales qui ne sont pas abordées dans cet article.
Il est possible de déterminer la fréquence des vibrations naturelles du mécanisme en roue libre (lors de l'arrêt de la rotation du rotor) ou par la méthode des chocs avec l'analyse spectrale subséquente de la réponse du système au choc.
Pour les mécanismes dont la fréquence de rotation est supérieure à la fréquence de résonance, c'est-à-dire qui fonctionnent en régime de résonance, les supports sont considérés comme mobiles et des capteurs de vibrations, principalement des vibroacéléromètres, sont utilisés pour mesurer l'accélération des éléments structurels. Pour les mécanismes fonctionnant en mode préresonant, les supports sont considérés comme rigides. Dans ce cas, des capteurs de force sont utilisés.
Modèles linéaires et non linéaires d'un système mécanique. La non-linéarité est un facteur qui empêche l'équilibrage.
Lors de l'équilibrage de rotors rigides, des modèles mathématiques appelés modèles linéaires sont utilisés pour les calculs d'équilibrage. Un modèle linéaire signifie que dans un tel modèle, une quantité est proportionnelle (linéaire) à l'autre. Par exemple, si la masse non compensée du rotor est doublée, la valeur de la vibration sera également doublée. Pour les rotors rigides, un modèle linéaire peut être utilisé, car ils ne se déforment pas.
Pour les rotors flexibles, le modèle linéaire ne peut plus être utilisé. Pour un rotor flexible, si la masse du point lourd augmente pendant la rotation, une déformation supplémentaire se produira, et en plus de la masse, le rayon de l'emplacement du point lourd augmentera également. Par conséquent, pour un rotor flexible, la vibration sera multipliée par plus de deux, et les méthodes de calcul habituelles ne fonctionneront pas.
De même, le changement d'élasticité des supports lors de leurs grandes déformations, par exemple, lorsque certains éléments structurels fonctionnent lors de petites déformations des supports et que d'autres éléments structurels sont impliqués lors de grandes déformations. C'est pourquoi il n'est pas possible d'équilibrer des mécanismes qui ne sont pas fixés sur une fondation, mais, par exemple, simplement posés sur le sol. En cas de vibrations importantes, la force du déséquilibre peut arracher le mécanisme du sol, ce qui modifie considérablement les caractéristiques de rigidité du système. Les pieds du moteur doivent être solidement fixés, les boulons doivent être serrés, l'épaisseur des rondelles doit être suffisante pour assurer la rigidité du montage, etc. Si les roulements sont cassés, un désalignement important de l'arbre et des chocs sont possibles, ce qui entraînera également une mauvaise linéarité et l'impossibilité d'effectuer un équilibrage de qualité.
Dispositifs d'équilibrage et machines à équilibrer
Comme indiqué ci-dessus, l'équilibrage est le processus d'alignement de l'axe d'inertie central principal avec l'axe de rotation du rotor.
Ce processus peut être réalisé selon deux méthodes.
La première méthode consiste à usiner les tourillons du rotor de manière à ce que l'axe passant par les centres des tourillons croise l'axe central principal d'inertie du rotor. Cette technique est rarement utilisée dans la pratique et ne sera pas examinée en détail dans cet article.
La deuxième méthode (la plus courante) consiste à déplacer, installer ou retirer des poids correcteurs sur le rotor, qui sont placés de manière à ce que l'axe d'inertie du rotor soit aussi proche que possible de son axe de rotation.
Le déplacement, l'ajout ou le retrait des poids de correction pendant l'équilibrage peuvent être réalisés par diverses opérations technologiques, notamment le perçage, le fraisage, le surfaçage, le soudage, le vissage ou le dévissage, le brûlage au laser ou par faisceau d'électrons, l'électrolyse, le surfaçage électromagnétique, etc.
Le processus d'équilibrage peut être réalisé de deux manières :
- l'équilibrage de rotors assemblés (dans leurs propres roulements) à l'aide de machines à équilibrer ;
- l'équilibrage des rotors sur des machines d'équilibrage. Pour l'équilibrage des rotors dans leurs propres roulements, on utilise généralement des dispositifs d'équilibrage spécialisés (kits), qui permettent de mesurer la vibration du rotor équilibré à sa fréquence de rotation sous forme vectorielle, c'est-à-dire de mesurer à la fois l'amplitude et la phase de la vibration. Actuellement, les dispositifs susmentionnés sont fabriqués sur la base de la technologie des microprocesseurs et (outre la mesure et l'analyse des vibrations) permettent de calculer automatiquement les paramètres des poids correcteurs qui doivent être installés sur le rotor pour compenser son déséquilibre.
Ces dispositifs comprennent
- une unité de mesure et de calcul basée sur un ordinateur ou un contrôleur industriel ;
- Deux (ou plus) capteurs de vibrations ;
- Un capteur d'angle de phase ;
- des accessoires pour le montage des capteurs sur le site ;
- logiciel spécialisé, conçu pour effectuer un cycle complet de mesure des paramètres de vibration du rotor dans un, deux ou plusieurs plans de correction.
Deux types de machines à équilibrer sont actuellement les plus courants :
- Machines à paliers souples (avec supports souples) ;
- Machines à paliers rigides (avec supports rigides).
Les machines à paliers souples possèdent des supports relativement flexibles, par exemple constitués de ressorts plats. La fréquence des vibrations naturelles de ces supports est généralement 2 à 3 fois inférieure à la fréquence de rotation du rotor d'équilibrage qui y est monté. Des capteurs de vibrations (accéléromètres, capteurs de vitesse de vibration, etc.) sont généralement utilisés pour mesurer les vibrations des supports pré-résonants de la machine.
Les machines d'équilibrage à pré-résonance utilisent des supports relativement rigides, dont les fréquences naturelles de vibration doivent être 2 à 3 fois plus élevées que la fréquence de rotation du rotor à équilibrer. Des capteurs de force sont généralement utilisés pour mesurer la charge vibratoire des supports de la machine de prérésonance.
L'avantage des machines d'équilibrage à pré-résonance est que l'équilibrage peut être effectué à des vitesses de rotor relativement basses (jusqu'à 400 - 500 tr/min), ce qui simplifie grandement la conception de la machine et de sa fondation, et augmente la productivité et la sécurité de l'équilibrage.
Equilibrage des rotors rigides
Important !
- L'équilibrage n'élimine que les vibrations causées par une répartition asymétrique de la masse du rotor par rapport à son axe de rotation. Les autres types de vibrations ne sont pas éliminés par l'équilibrage !
- Les mécanismes techniques, dont la conception garantit l'absence de résonances à la fréquence de fonctionnement de la rotation, fixés de manière fiable sur les fondations et installés sur des roulements en bon état de marche, sont soumis à l'équilibrage.
- Les machines défectueuses doivent être réparées avant l'équilibrage. Dans le cas contraire, un équilibrage de qualité n'est pas possible.
L'équilibrage ne remplace pas la réparation !
La tâche principale de l'équilibrage est de trouver la masse et l'emplacement des poids de compensation qui sont soumis à l'équilibrage des forces centrifuges.
Comme indiqué ci-dessus, pour les rotors rigides, il est généralement nécessaire et suffisant d'installer deux poids de compensation. Cela permet d'éliminer le déséquilibre statique et dynamique du rotor. Le schéma général de mesure des vibrations pendant l'équilibrage est le suivant.
Des capteurs de vibrations sont installés sur les supports de roulements aux points 1 et 2. Un marqueur de régime est fixé au rotor, généralement à l'aide d'un ruban réfléchissant. Le tachymètre laser utilise ce repère pour déterminer la vitesse du rotor et la phase du signal de vibration.
Comment s'effectue l'équilibrage dynamique (méthode en trois étapes)
Dans la plupart des cas, l'équilibrage dynamique est effectué par la méthode des trois départs. Cette méthode repose sur le fait que des masses d'essai de poids connu sont placées sur le rotor en série dans les plans 1 et 2 et que les poids et l'emplacement des masses d'équilibrage sont calculés sur la base des résultats des modifications des paramètres de vibration.
Le lieu d'installation des poids est appelé plan de correction. En général, les plans de correction sont choisis dans la zone des supports de roulements sur lesquels le rotor est installé.
Lors du premier démarrage, la vibration initiale est mesurée. Ensuite, un poids de test d'un poids connu est placé sur le rotor, plus près de l'un des roulements. Une deuxième mise en route est effectuée et les paramètres de vibration sont mesurés, qui devraient changer en raison de l'installation de la masse d'essai. Ensuite, la masse d'essai du premier plan est retirée et installée dans le second plan. Un troisième essai est effectué et les paramètres de vibration sont mesurés. Le poids d'essai est retiré et le logiciel calcule automatiquement les masses et les angles d'installation des poids d'équilibrage.
L'installation des masses d'essai a pour but de déterminer comment le système réagit aux variations de déséquilibre. Les poids et les emplacements des masses d'essai étant connus, le logiciel peut calculer ce que l'on appelle les coefficients d'influence, qui montrent comment l'introduction d'un déséquilibre connu affecte les paramètres de vibration. Les coefficients d'influence sont des caractéristiques du système mécanique lui-même et dépendent de la rigidité des supports et de la masse (inertie) du système rotor-support.
Pour le même type de mécanismes de même conception, les coefficients d'influence seront proches. Il est possible de les sauvegarder dans la mémoire de l'ordinateur et de les utiliser pour l'équilibrage des mécanismes du même type sans essais, ce qui augmente considérablement la productivité de l'équilibrage. Il convient de noter que la masse des masses d'essai doit être choisie de manière à ce que les paramètres de vibration changent sensiblement lorsque les masses d'essai sont installées. Dans le cas contraire, l'erreur de calcul des coefficients d'influence augmente et la qualité de l'équilibrage se détériore.
Comme le montre la figure 1, la force centrifuge agit dans la direction radiale, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe du rotor. Par conséquent, les capteurs de vibrations doivent être installés de manière à ce que leur axe de sensibilité soit également orienté dans la direction radiale. En général, la rigidité de la fondation dans la direction horizontale est moindre, et la vibration dans la direction horizontale est donc plus élevée. Par conséquent, pour augmenter la sensibilité, les capteurs doivent être installés de manière à ce que leur axe de sensibilité soit également orienté horizontalement. Bien qu'il n'y ait pas de différence fondamentale. Outre les vibrations dans la direction radiale, les vibrations dans la direction axiale, le long de l'axe de rotation du rotor, doivent être surveillées. Ces vibrations ne sont généralement pas dues à un déséquilibre, mais à d'autres causes, principalement liées à un désalignement et à un défaut d'alignement des arbres reliés par l'intermédiaire de l'accouplement.
Ces vibrations ne peuvent être éliminées par équilibrage ; un alignement est alors nécessaire. En pratique, ces machines présentent généralement un déséquilibre du rotor et un défaut d'alignement de l'arbre, ce qui complique considérablement l'élimination des vibrations. Dans ce cas, il est indispensable de centrer la machine avant de l'équilibrer. (Cependant, en cas de fort déséquilibre de couple, des vibrations axiales apparaissent également en raison de la torsion de la structure porteuse.)
Articles connexes (exemples de supports d'équilibre)
- Support d'équilibre avec support souple
- Équilibrage des rotors des moteurs électriques
- Des supports d'équilibre simples mais efficaces
Critères d'évaluation de la qualité des mécanismes d'équilibrage
La qualité de l'équilibrage des rotors (mécanismes) peut être évaluée de deux manières. La première méthode consiste à comparer le déséquilibre résiduel déterminé au cours du processus d'équilibrage avec la tolérance de déséquilibre résiduel. Ces tolérances pour les différentes classes de rotors sont spécifiées dans la norme ISO 1940-1-2007. Partie 1. Définition du balourd admissible.
Toutefois, le respect des tolérances spécifiées ne peut pas garantir pleinement la fiabilité opérationnelle du mécanisme, associée à la réalisation du niveau minimum de ses vibrations. Cela s'explique par le fait que l'ampleur des vibrations du mécanisme est déterminée non seulement par l'ampleur de la force associée au déséquilibre résiduel de son rotor, mais dépend également de plusieurs autres paramètres, notamment : la rigidité k des éléments structurels du mécanisme, sa masse m, le facteur d'amortissement, ainsi que la fréquence de rotation. Par conséquent, pour estimer les qualités dynamiques du mécanisme (y compris la qualité de son équilibre) dans un certain nombre de cas, il est recommandé d'estimer le niveau de vibration résiduelle du mécanisme, qui est réglementé par un certain nombre de normes.
La norme la plus courante, qui régit les niveaux admissibles de vibration des mécanismes, est la norme ISO 10816-3-2002. Grâce à elle, il est possible de fixer des tolérances pour tout type de machines, en tenant compte de la puissance de leur entraînement électrique.
Outre cette norme universelle, il existe un certain nombre de normes spécialisées élaborées pour des types de machines spécifiques. Par exemple, 31350-2007, ISO 7919-1-2002, etc.
Normes et références
- ISO 1940-1:2007. Vibrations. Exigences relatives à la qualité d'équilibrage des rotors rigides. Partie 1. Détermination du déséquilibre admissible.
- ISO 10816-3:2009. Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par des mesures sur des parties non rotatives — Partie 3 : Machines industrielles d'une puissance nominale supérieure à 15 kW et de vitesses nominales comprises entre 120 tr/min et 15 000 tr/min lorsqu'elles sont mesurées in situ.
- ISO 14694:2003. Ventilateurs industriels — Spécifications relatives à la qualité d'équilibrage et aux niveaux de vibration.
- ISO 7919-1:2002. Vibrations des machines sans mouvement alternatif — Mesures sur les arbres rotatifs et critères d'évaluation — Orientations générales.
FAQ
L'équilibrage élimine-t-il toutes les vibrations ?
Non. L'équilibrage élimine les vibrations dues à la répartition asymétrique de la masse du rotor par rapport à son axe de rotation. Les vibrations provenant d'un défaut d'alignement, de roulements défectueux, de forces aérodynamiques/hydrodynamiques, de forces électromagnétiques ou d'autres causes nécessitent des diagnostics et des mesures correctives spécifiques.
Pourquoi l'équilibrage peut-il échouer à proximité de la résonance ?
À proximité de la résonance, de faibles variations de vitesse peuvent entraîner d'importantes variations d'amplitude des vibrations et un déphasage de 180°. Dans ces conditions, les résultats de mesure deviennent instables et les procédures d'équilibrage classiques peuvent ne pas converger sans méthodes spécifiques.
Quand a-t-on besoin d'un équilibrage sur un seul plan plutôt que sur deux plans ?
Pour un rotor rigide, deux masses réparties le long du rotor suffisent généralement à éliminer le balourd statique et dynamique combiné. Les rotors étroits présentent souvent un balourd principalement statique, mais leur déformation et leur géométrie peuvent introduire une composante dynamique nécessitant parfois une correction sur deux plans.
Que faut-il faire avant l'équilibrage ?
Vérifiez que la machine est en bon état de fonctionnement : fixation fiable à la fondation, roulements en bon état, absence de jeu important et de sources évidentes de non-linéarité. L’équilibrage ne remplace pas la réparation.
Points clés à retenir
- L'équilibrage corrige l'excitation liée à la masse (centrifuge) ; il ne résout pas les problèmes d'alignement, les dommages aux roulements ou les sources électromagnétiques/aérodynamiques.
- La résonance et la non-linéarité peuvent rendre l'équilibrage conventionnel inefficace ou dangereux.
- Pour les rotors rigides, l'équilibrage sur deux plans est la solution générale pour le déséquilibre statique et dynamique combiné.
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