Banc d'équilibrage de rotor à grande vitesse pour pompes à vide

Introduction

L'équilibrage de rotors à grande vitesse dans les pompes à vide nécessite un équipement spécialisé capable de maintenir la précision dans des conditions de fonctionnement extrêmes. Pour répondre à ces exigences, des bancs d'équilibrage dédiés ont été développés en 2002 et 2009. Ces systèmes sont conçus pour l'équilibrage dynamique de rotors de turbine assemblés à des vitesses de fonctionnement réelles allant de 42 000 à 60 000 tr/min, directement dans leurs propres paliers. L'objectif de conception était d'atteindre des valeurs de balourd résiduel conformes à la classe de précision 1 selon la norme GOST 22061-76, la norme soviétique de qualité d'équilibrage (son équivalent international moderne est la norme ISO 21940-11, anciennement ISO 1940-1).

Conception et configuration structurelles

La figure 1 montre la disposition schématique du banc d'équilibrage à grande vitesse utilisé pour les rotors de pompe à vide.

Figure 1 – Schéma structurel du banc d'équilibrage de la pompe à vide à grande vitesse :
1 – Plateforme rigide
2 – Ressorts cylindriques antivibratoires
3 – Base de montage cylindrique
4 – Pompe à vide équilibrée
5 – Couvercle de protection
6 – Capteur d'angle de phase
7 – Capteur de vibrations sur le couvercle
8 – Capteur de vibrations sur la base
9 – Unité de mesure et de calcul

Le support repose sur une plateforme rectangulaire (1), soutenue par quatre ressorts cylindriques (2), qui assurent l'isolation des vibrations. La plateforme est renforcée par des raidisseurs longitudinaux et transversaux, offrant une grande rigidité tout en minimisant le poids. Cette solution structurelle assure une grande sensibilité aux forces de balourd et prévient les oscillations résonnantes sur toute la plage de vitesse de la pompe lors de l'équilibrage.

La base de montage (3) est fixée solidement à la plateforme et permet de positionner la pompe (4) avec précision. La pompe est protégée par un couvercle dédié (5), qui abrite également le capteur d'angle de phase (6). Deux capteurs de vibrations (7 et 8) sont montés respectivement sur le couvercle et la base. Tous les capteurs sont connectés à une unité de mesure et de calcul (9), qui effectue des analyses en temps réel et calcule les poids correctifs.

Procédure d'équilibrage

L'équilibrage est effectué en deux étapes séquentielles pour garantir la précision dans des conditions de rotor rigides et flexibles.

Étape 1 – Équilibrage du rotor rigide

Dans la première étape, le rotor de la pompe est équilibré à des vitesses de rotation allant jusqu'à 8 000 tr/min, où il se comporte comme un corps rigide. L'objectif ici est de compenser à la fois les balourds statiques et de couple. Lors d'essais sur ce banc isolé des vibrations, le système atteint des niveaux de vibration résiduelle inférieurs à 0,01 mm/s RMS dans la plage de fréquence de 3 500 à 8 000 tr/min. Cette valeur ultra-faible est un résultat d'essai sur banc obtenu dans des conditions contrôlées, et non une valeur typique de mesure sur site.

Étape 2 – Équilibrage du rotor flexible à grande vitesse

Lors de la deuxième étape, l'équilibrage est réalisé à la vitesse de fonctionnement du rotor, soit 42 000 ou 60 000 tr/min selon le modèle de pompe. À cette vitesse, le rotor entre en flexion et subit une déformation, ce qui entraîne un déséquilibre dynamique supplémentaire. Une correction finale est calculée et appliquée pour minimiser ces effets. Le niveau de vibration résiduelle après l'équilibrage à grande vitesse ne dépasse pas 0,3 mm/s RMS, garantissant ainsi un fonctionnement stable et durable de la pompe.

Caractéristiques de performance

• Vibration résiduelle (étage rigide) : ≤ 0,01 mm/s (3 500-8 000 tr/min, résultat d'essai sur banc)

• Vibration résiduelle (étage flexible) : ≤ 0,3 mm/s (42 000–60 000 tr/min)

• Durée totale du cycle d'équilibrage : Généralement moins de 30 minutes

Conclusion

Le support d'équilibrage haute vitesse pour rotors de pompes à vide allie rigidité structurelle, mesure de précision et calcul avancé. Il permet un équilibrage précis en conditions opérationnelles réelles, compensant les balourds statiques et dynamiques. Cette solution répond aux normes de vibration les plus strictes et améliore considérablement la fiabilité et la durée de vie des systèmes de pompes à vide haute vitesse.