Les causes des vibrations dans une machine tournante se répartissent généralement en quatre catégories : déséquilibre, résonance, défaut d’alignement et défaillance mécanique.
1. Déséquilibre du rotor
Il s'agit d'une cause fréquente de vibrations. Des facteurs tels qu'une mauvaise fabrication du rotor, l'accumulation de corps étrangers sur les pales et un déséquilibre du rotor peuvent y contribuer. Une autre cause importante de vibrations dues au déséquilibre est la faible rigidité du bâti de l'équipement ou la résonance.
Les rainures et les clavettes sont également des causes de vibrations déséquilibrées.
La flexion thermique de l'arbre est un autre phénomène provoquant un déséquilibre du rotor. Généralement, les vibrations dues à cette flexion varient peu avec la charge. Cependant, si le bâti de l'équipement entre en résonance avec sa rotation, le risque de fortes vibrations est élevé. Par conséquent, pour prévenir ce problème, il est essentiel que le matériau de l'arbre réponde aux exigences et que le bâti de la machine soit solide et fiable.
2. Résonance
La fréquence de résonance d'un système dépend de son nombre de degrés de liberté ; elle est déterminée par sa masse, sa rigidité et ses coefficients d'atténuation. La fréquence de résonance du support de la machine doit être très éloignée de toute fréquence d'excitation. Pour les nouvelles installations, il est conseillé de consulter le fabricant afin de déterminer la rigidité de fondation requise. Pour les appareils existants dont la fréquence de résonance est égale à la vitesse de rotation, deux solutions sont possibles : réduire la force d'excitation à sa limite nominale ou modifier la fréquence de résonance. Cette dernière option peut être obtenue en augmentant la rigidité et la masse du système. En cas de problème de résonance, il est préférable de modifier la fréquence de résonance.
La résonance peut également être provoquée par un mauvais alignement entre les composants du rotor et du stator ou par des défaillances mécaniques et électriques.
Les fréquences de résonance aux vitesses de fonctionnement peuvent également provoquer des défauts. Elles peuvent aussi être déclenchées par un mauvais alignement ou des défaillances mécaniques et électriques. Cependant, comparées aux problèmes survenant à la même fréquence, ces résonances entraînent des dysfonctionnements moins fréquents.
3. Désalignement
Cela peut engendrer des forces d'excitation radiales et axiales à la vitesse de fonctionnement et à une vitesse deux fois supérieure. Toutefois, l'absence d'un ou deux des phénomènes mentionnés ci-dessus ne permet pas de conclure à l'absence de problèmes d'alignement. Par ailleurs, il convient de tenir compte de la dilatation thermique de l'unité et de prévoir un jeu de 1,5 à 3 mm entre les accouplements.
4. Défaillance mécanique
Des accouplements de mauvaise qualité, des roulements défectueux et une lubrification inadéquate, ainsi que des supports instables, sont autant de raisons de générer des forces d'excitation de fréquences et d'amplitudes différentes.
(1) Les accouplements de mauvaise qualité se manifestent principalement par une mauvaise qualité de moulage, des trous de connexion obliques, des bavures et des joints en caoutchouc qui se détériorent rapidement, ce qui fait passer l'accouplement d'une connexion souple à une connexion rigide, entraînant des vibrations et une usure.
(2) Le remplacement des roulements radiaux est généralement une opération simple. Afin de réduire les vibrations lors du changement de roulements, il convient de vérifier la coloration de la bague extérieure et, si nécessaire, de traiter le logement du roulement.
(3) Les fluctuations axiales sont à l'origine d'un autre problème de vibration des machines tournantes, notamment au niveau des accouplements, des paliers et de la machine elle-même. Généralement, la poussée axiale de la machine tournante est limitée par les butées axiales. Cependant, en cas de mauvais alignement axial et de frottement axial du rotor, de fortes vibrations axiales peuvent survenir.
(4) Supports fragiles : lorsque les quatre pieds de la machine tournante ne sont pas dans le même plan, et que la machine est fixée par des boulons en ces quatre points, un défaut d’alignement des roulements entraînera inévitablement de fortes vibrations. Par conséquent, lors de l’installation de la machine tournante, il est nécessaire de serrer d’abord symétriquement plusieurs points de fixation au couple approprié. Ensuite, desserrez un point de fixation à la fois et mesurez la déformation verticale à cet endroit à l’aide d’un comparateur. Si la déformation verticale est supérieure à 0,05 mm, ajoutez une cale sous le support, d’une épaisseur égale à la déformation. Répétez cette opération jusqu’à ce que la déformation verticale à chaque point soit inférieure à 0,05 mm lors du desserrage.
(5) Des problèmes au niveau du socle et des fondations de la machine tournante peuvent être la cause directe de vibrations excessives. Par conséquent, les boulons d'ancrage doivent présenter une résistance suffisante, les fondations en béton doivent être solides et exemptes de cavités, et les boulons d'ancrage doivent être contrôlés fréquemment pendant le fonctionnement afin de détecter tout desserrage ou rupture, et être réparés sans délai. Parallèlement, il convient de vérifier que les dispositifs de support de la machine tournante sont solidement fixés.
De plus, les vibrations dues à la cavitation dans les pompes sont un phénomène relativement courant. Le frottement radial entre le rotor et le stator peut également engendrer des vibrations, induites par la fréquence d'excitation. Par conséquent, lors du montage d'une machine tournante, il est essentiel de veiller au jeu entre les pièces mobiles et fixes. Par ailleurs, les grands ventilateurs axiaux peuvent subir des pompages, tandis que les turbines à vapeur peuvent présenter des oscillations du film d'huile des paliers. En résumé, une fois familiarisé avec les causes fréquentes des défauts vibratoires des turbines, différents instruments de mesure des vibrations peuvent être utilisés pour les maîtriser et les prévenir.
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Date de publication : 29 avril 2026