Des vibrations excessives sur des équipements rotatifs tels que les pompes, les réducteurs, les turbines et les compresseurs sont un signe évident que l’équipement ne fonctionne pas correctement. Un équipement présentant des vibrations excessives n’atteindra très probablement pas la durée de vie prévue et peut être à l’origine d’arrêts imprévus ou de situations dangereuses. Il est donc important de déterminer la cause première des vibrations en mesurant et en analysant les signaux vibratoires. Les causes courantes des vibrations sont abordées ci-dessous.
Problèmes d’alignement
Lorsque deux machines tournantes ou plus sont reliées entre elles, un alignement correct est essentiel.
Les erreurs d’alignement typiques sont les suivantes :
- Désalignement parallèle :
Les axes des arbres sont parallèles mais ne sont pas alignés. Cela peut concerner aussi bien l’axe horizontal que l’axe vertical. Le désalignement parallèle est également appelé désalignement par décalage. - Désalignement angulaire :
Les arbres se rejoignent en un point, mais ne sont pas parallèles. Cela peut se produire aussi bien sur l’axe horizontal que sur l’axe vertical. Le désalignement angulaire est également appelé « désalignement par écart ». - Désalignement combiné parallèle-angulaire :
Une combinaison de désalignements parallèles et angulaires. Le désalignement combiné parallèle-angulaire est le type de désalignement le plus courant.
Déséquilibre
Lorsque le centre de gravité d’un objet en rotation ne se trouve pas exactement sur l’axe central, cela provoque un déséquilibre de la machine, entraînant des vibrations. Lorsqu’une machine est déséquilibrée, cela peut endommager la machine elle-même, ses fondations, ses tuyauteries, etc. Il existe trois types de déséquilibre : le déséquilibre statique, le déséquilibre couplé et le déséquilibre dynamique.
Déséquilibre statique
On parle de déséquilibre statique lorsque l’axe du centre de gravité (axe d’inertie) n’est pas aligné avec le centre de rotation (axe de l’arbre), et que le point de masse maximale et le centre de gravité se trouvent dans le même plan. Le déséquilibre statique peut résulter d’un déplacement parallèle de l’axe principal de masse par rapport à l’axe central de l’arbre, et peut être causé par une répartition asymétrique de la masse ou par une déformation. En théorie, le déséquilibre statique peut être détecté en plaçant l’objet de manière à ce qu’il présente un point de rotation à chaque extrémité. En cas de déséquilibre statique et d’absence totale de frottement, la gravité fera basculer le côté le plus lourd vers le bas.
Déséquilibre couplé
Un déséquilibre couplé apparaît lorsqu’un objet en rotation présente deux masses déséquilibrées ou plus situées dans des plans différents, qui s’annulent mutuellement en position de repos. L’axe principal des masses n’est plus parallèle au centre de gravité, mais croise l’axe du centre de gravité. Lorsque le système commence à tourner, ces masses subissent l’influence des forces centrifuges, ce qui entraîne des vibrations.
Déséquilibre dynamique
Le déséquilibre dynamique est le type de déséquilibre le plus courant ; il résulte d’un déséquilibre statique et d’un déséquilibre couplé. L’axe principal de masse est décalé et n’est pas parallèle à l’axe central de l’arbre.
Résonance
Chaque machine possède une ou plusieurs fréquences de résonance (fréquence propre). Lorsqu’une fréquence de rotation coïncide avec la fréquence de résonance de la machine, il se produit un phénomène de résonance. La résonance peut avoir des conséquences importantes.
Éléments disparates
Des roulements ou des boulons desserrés, ainsi que la corrosion, peuvent provoquer des vibrations excessives de la machine. En raison des forces mécaniques à l’œuvre dans la machine, les pièces desserrées peuvent rapidement causer des dommages.
Le déséquilibre dynamique est le type de déséquilibre le plus courant ; il résulte d’un déséquilibre statique et d’un déséquilibre couplé. L’axe principal de masse est décalé et n’est pas parallèle à l’axe central de l’arbre.
Dommages aux roulements
Dans le domaine des machines tournantes, on distingue deux types principaux de paliers : les paliers à rouleaux et les paliers lisses.
Un roulement à rouleaux peut être endommagé de plusieurs façons, chacune présentant sa propre « empreinte vibratoire » :
- Dommages sur la bague intérieure
- Dommages sur la bague extérieure
- Dommages subis par la cage
- Dommages aux éléments roulants (par exemple, cylindres, cônes et aiguilles)
Chaque composant d’un roulement à rouleaux possède sa propre fréquence. En calculant ces fréquences, il est possible d’utiliser l’analyse des vibrations pour déterminer si celles-ci résultent d’un endommagement du roulement.
Contrairement aux roulements à rouleaux, les paliers lisses n’utilisent pas d’éléments roulants, mais un film de fluide (huile) pour réduire le frottement. Des vibrations peuvent être causées par des imprécisions dans le film de fluide ; si un film d’huile stable ne peut se former, il peut se rompre, entraînant un fouettement ou un tourbillon d’huile. De plus, ce type de palier est plus sensible aux influences externes sur la position de l’arbre, car sa position dans le palier n’est pas fixe.
Engrenages endommagés ou usés
Les vibrations des réducteurs sont souvent causées par des dents d’engrenage endommagées ou usées. Lorsqu’un engrenage s’engrène avec une dent endommagée, la force ne peut pas être transmise comme lors des autres engrenages. Si une dent d’engrenage est cassée, la force transmise à ce stade du cycle est réduite. Il en résulte des vibrations.
