Dépannage des vibrations excessives dans les équipements rotatifs

1. Description et portée du problème

Les vibrations excessives dans les équipements rotatifs constituent un problème critique pouvant entraîner des pannes d’équipement, des risques pour la sécurité et des temps d’arrêt importants. Ce guide aborde les symptômes tels que les bruits anormaux, l'usure des roulements, le mouvement de l'arbre et le désalignement des pompes, des compresseurs, des turbines et des boîtes de vitesses. La classification de gravité est la suivante :

• Critique : niveaux de vibrations supérieurs à 10 mm/s RMS, accompagnés de bruit audible ou de mouvement visible de l'arbre
• Majeur : niveaux de vibrations compris entre 5 et 10 mm/s RMS, avec risque d'endommagement des roulements ou d'usure des composants
• Mineur : niveaux de vibrations inférieurs à 5 mm/s RMS, sans risque immédiat de panne

2. Précautions de sécurité

Toujours utiliser les procédures de verrouillage/étiquetage avant d'inspecter ou de réparer un équipement rotatif. Assurez-vous que l’équipement est hors tension et isolé de toutes les sources d’énergie. Ne retirez pas et ne remplacez pas de composants lorsque le système est sous pression ou en mouvement. Utilisez un EPI approprié, notamment des gants, des lunettes de sécurité et une protection auditive. Soyez conscient des dangers tels que les surfaces chaudes, les fuites de fluide à haute pression et les chocs électriques.

3. Outils de diagnostic requis

4. Liste de contrôle pour l'évaluation initiale

5. Organigramme de diagnostic systématique

1. Mesurez les niveaux de vibrations à l'aide d'un analyseur de vibrations. Enregistrez les valeurs RMS et le spectre de fréquences.
1. Si les vibrations dépassent 10 mm/s RMS, passez à l'étape 2.
2. Si les vibrations sont inférieures à 5 mm/s RMS, vérifiez s'il y a des composants desserrés ou un mauvais alignement de l'accouplement (étape 4).
2. Identifiez les composantes de fréquence dominantes à l'aide de l'analyse FFT. Déterminez si la fréquence est une harmonique de la fréquence de rotation (par exemple, 1x, 2x, 3x).
1. Si la fréquence 1x est dominante, envisagez un déséquilibre ou un désalignement (étape 3).
2. Si la fréquence 2x est dominante, envisagez un désalignement ou un défaut de roulement (étape 6).
3. Si des harmoniques 3x ou plus sont dominantes, vérifiez les problèmes d'engrènement ou les défauts de roulement (étape 7).
3. Vérifiez le déséquilibre de l'arbre. Utilisez un stroboscope pour observer le mouvement de l'arbre et mesurer le faux-rond. Si le faux-rond dépasse 0,005 po, passez à l'étape 8.
4. Inspectez l'alignement de l'accouplement à l'aide d'un outil d'alignement laser. Si le désalignement dépasse 0,002 po, passez à l'étape 9.
5. Mesurez la température des roulements à l'aide d'une caméra thermique. Si la température dépasse 60 °C au-dessus de la température ambiante, envisagez un roulement défectueux (étape 10).
6. Vérifiez la résonance. Si les niveaux de vibration augmentent lors d'un fonctionnement proche d'une fréquence naturelle (par exemple, 50 à 100 Hz), envisagez la résonance (étape 11).
7. Inspectez l'engrènement des engrenages. Si la fréquence d'engrènement est dominante, vérifiez l'usure ou le mauvais alignement des dents (étape 12).
8. Effectuez une inspection des roulements. Vérifiez les problèmes de piqûres, de rayures ou de lubrification. Si l’état des roulements est mauvais, remplacez-les (étape 13).
9. Vérifiez la condition de couplage. Vérifiez l'usure, le jeu ou le mauvais alignement. Remplacez ou réalignez si nécessaire (étape 14).
10. Confirmez la résonance. Ajustez la vitesse ou ajoutez un amortissement pour atténuer la résonance (étape 15).
11. Inspectez l'état des engrenages. Vérifiez l’usure des dents, les rayures ou le mauvais alignement. Remplacez ou réalignez si nécessaire (étape 16).
12. Remplacer le roulement défectueux. Assurez-vous que le nouveau roulement répond aux normes ISO 15014-1. Réinstallez et vérifiez l'alignement (étape 17).
13. Alignez les arbres. Utilisez l'outil d'alignement laser pour garantir le parallélisme et la concentricité à moins de 0,002 po (étape 18).
14. Ajustez la vitesse de fonctionnement pour éviter la résonance. Si cela n’est pas possible, installez des amortisseurs ou des isolateurs de vibrations (étape 19).
15. Remplacez les engrenages endommagés. Assurez-vous que les nouveaux engrenages répondent aux normes AGMA 2001-D04. Réinstallez et vérifiez le maillage (étape 20).

6. Matrice des causes de panne

7. Analyse des causes profondes pour chaque défaut

Déséquilibre de l'arbre

Pourquoi cela se produit : Une répartition inégale de la masse sur le rotor provoque une force centrifuge, entraînant des vibrations. Les causes courantes incluent des composants desserrés, des roulements usés ou un enlèvement de matière irrégulier.

Comment confirmer : Mesurez le faux-rond de l'arbre avec un stroboscope. Si le faux-rond dépasse 0,005 po, un déséquilibre est probable.

Dommages causés : Usure prématurée des roulements, contrainte accrue sur les joints et rupture potentielle du rotor. Si rien n’est fait, cela peut conduire à un échec catastrophique.

Désalignement

Pourquoi cela se produit : Un désalignement entre les arbres peut se produire en raison d'une mauvaise installation, d'une dilatation thermique ou de l'usure des accouplements ou des roulements.

Comment confirmer : Utilisez un outil d'alignement laser pour mesurer le parallélisme et la concentricité. Si le désalignement dépasse 0,002 po, le désalignement en est la cause première.

Dommages causés : Contraintes excessives sur les roulements, usure accrue des dents d'accouplement et flexion potentielle de l'arbre. Peut entraîner une défaillance prématurée des composants rotatifs.

Défaut de roulement

Pourquoi cela se produit : Des défauts de roulement tels que des piqûres, des rayures ou un manque de lubrification peuvent provoquer des mouvements irréguliers et des vibrations. Une contamination ou une mauvaise installation peut également y contribuer.

Comment confirmer : Mesurez la température des roulements avec une caméra thermique. Si la température dépasse 60 °C au-dessus de la température ambiante, un défaut du roulement est probable.

Dommages causés : Augmentation de la friction, du bruit et de l'usure des composants adjacents. Peut entraîner le grippage des roulements ou le blocage de l'arbre.

Résonance

Pourquoi cela se produit : La résonance se produit lorsque la vitesse de fonctionnement correspond à la fréquence naturelle du système. Cela peut être dû à une mauvaise conception, à des amortisseurs manquants ou à des faiblesses structurelles.

Comment confirmer : Utilisez l'analyse FFT pour identifier les pics de fréquence. Si les vibrations augmentent à des fréquences spécifiques, la résonance en est probablement la cause.

Dommages causés : Contrainte excessive sur les composants, entraînant une rupture par fatigue. Peut provoquer une défaillance catastrophique s’il n’est pas résolu.

8. Procédures de résolution étape par étape

Déséquilibre de l'arbre

1. Utilisez un stroboscope pour mesurer le faux-rond de l'arbre. Si le faux-rond dépasse 0,005 po, continuez.
2. Équilibrez l’arbre à l’aide d’une machine d’équilibrage de précision. Garantit une précision de ± 0,001 po.
3. Réinstallez l'arbre et vérifiez l'alignement à l'aide d'un outil laser. Assurer la concentricité à moins de 0,002 po.
4. Mesurez à nouveau les niveaux de vibrations. Si les vibrations sont inférieures à 5 mm/s RMS, le problème est résolu.

Désalignement

1. Utilisez un outil d'alignement laser pour mesurer le parallélisme et la concentricité de l'arbre.
2. Ajustez l'alignement à 0,002 po près à l'aide de cales ou d'accouplements réglables.
3. Vérifiez l'alignement en mesurant à nouveau et en vous assurant qu'aucun faux-rond ne dépasse 0,005 po.
4. Mesurez à nouveau les niveaux de vibrations. Si les vibrations sont inférieures à 5 mm/s RMS, le problème est résolu.

Défaut de roulement

1. Inspectez le roulement à la recherche de signes de piqûres, de rayures ou de contamination.
2. Remplacez le roulement par une nouvelle unité répondant aux normes ISO 15014-1.
3. Réinstallez le roulement et assurez une lubrification appropriée selon les spécifications du fabricant.
4. Mesurez à nouveau les niveaux de vibrations. Si les vibrations sont inférieures à 5 mm/s RMS, le problème est résolu.

Résonance

1. Utilisez l'analyse FFT pour identifier la fréquence naturelle du système.
2. Ajustez la vitesse de fonctionnement pour éviter la résonance. Si cela n’est pas possible, installez des amortisseurs ou des isolateurs de vibrations.
3. Mesurez à nouveau les niveaux de vibrations. Si les vibrations sont inférieures à 5 mm/s RMS, le problème est résolu.

9. Mesures préventives

10. Pièces de rechange et composants

Pour obtenir des pièces de rechange et des composants détaillés, consultez notre catalogue électronique : https://www.unitecd.com/e-catalog/

11. Références

• ANSI/ASME B73.1-2010 : Alignement des arbres
• ISO 15014-1 : Roulements
• IEEE 112-2015 : Machines électriques tournantes
• NFPA 70 : Code national de l'électricité
• Guide de maintenance UNITEC-D : alignement d'arbres et contrôle des vibrations