AXILINECauses hydrauliques de la vibration d'une pompe : cavitation, fréquence de passage des aubes et point de fonctionnement
La pompe s'est mise à gronder, l'appareil affiche 6,8 mm/s sur le palier, et on vous propose de déposer la roue pour l'équilibrer. Sur une pompe, cette décision est fausse plus souvent que sur n'importe quelle autre machine. La roue travaille dans un écoulement, et l'écoulement génère ses propres forces : elles font trembler le rotor, le corps de pompe et la tuyauterie, mais n'ont rien à voir avec la répartition de la masse. Voyons ci-dessous comment distinguer l'hydraulique du balourd sans démonter la pompe, et que vérifier en premier.
Une pompe ne vibre pas seulement à cause d'un balourd
Les forces hydrauliques dans une pompe se répartissent en trois groupes. Le premier : la force radiale dans le corps en volute, qui tire l'arbre sur le côté et dépend du débit. Le deuxième : les impulsions de pression périodiques dues au passage des aubes devant le bec du diffuseur, qui agissent à la fréquence de passage des aubes et à ses harmoniques. Le troisième : les forces aléatoires dues à l'implosion des cavités de vapeur et au décollement de l'écoulement, qui donnent un bruit large bande sans raies marquées.
Le piège, c'est qu'une partie de ces forces se répète exactement une fois par tour. Un jeu irrégulier sur la circonférence, un canal inter-aubes encrassé, une roue montée avec excentricité, une bague d'usure détériorée : tout cela s'ajoute à la composante de rotation 1x, la vibration exactement à la fréquence de rotation. Vous voyez une 1x élevée, vous posez des masses, le logiciel annonce honnêtement « dans la tolérance », et le lendemain le niveau revient, parce que la cause est dans l'écoulement, pas dans la masse.
D'où la règle de travail sur une pompe : avant de poser une masse d'essai, vous devez connaître non seulement la vitesse de rotation, mais aussi le régime en débit et en pression. Sans ces chiffres, le diagnostic se pose au hasard.
- Force radiale due au débit : minimale près du point de rendement maximal, augmente dans les deux sens en cas d'écart, sollicite les roulements et la garniture mécanique d'un même côté.
- Fréquence de passage des aubes f_a = z · n / 60, où z est le nombre d'aubes de la roue et n la vitesse de rotation en tours par minute. Présente sur toute pompe en bon état.
- Cavitation et décollement d'écoulement : remontée large bande d'environ 1 à 10 kHz, parfois modulée par la fréquence de passage des aubes.
- Recirculation à faible débit : composantes subsynchrones instables dans la zone de 0,5 à 0,9 fois la fréquence de rotation.
- Pulsations de pression : font vibrer en premier lieu la tuyauterie, et reviennent sur le corps de pompe par les brides.
- Air dans l'écoulement : les relevés sautent, et avec eux la pression de refoulement et le courant du moteur.
L'hydraulique et le balourd coexistent tranquillement. La cavitation ronge pendant un an les bords d'attaque des aubes de façon inégale, et vous vous retrouvez avec un vrai balourd comme conséquence. L'ordre de travail n'en change pas pour autant : remettez d'abord l'écoulement en ordre, remesurez ensuite, et décidez seulement après pour les masses.
La cavitation : comment la reconnaître sans démonter
La cavitation commence là où la pression absolue à l'entrée de la roue tombe jusqu'à la pression de vapeur saturante du liquide. Des bulles se forment dans l'écoulement, sont entraînées vers une zone de haute pression et implosent près de la surface des aubes. Chaque implosion est un micro-impact sur le métal.
L'oreille est ici plus rapide que l'appareil. Une pompe qui cavite sonne comme si elle pompait du gravier avec l'eau : un crépitement irrégulier, qui change avec la position de la vanne. Un ronronnement régulier sur une seule note n'est pas de la cavitation.
Dans le spectre — la décomposition de la vibration par fréquences — la cavitation ne se présente pas comme un pic, mais comme un socle : une remontée large bande d'environ 1 à 10 kHz sans raies discrètes, souvent modulée par la fréquence de passage des aubes. Pour la voir, relevez la borne supérieure du spectre, la Fmax, jusqu'au kilohertz et regardez l'accélération vibratoire, pas la vitesse vibratoire : en mm/s, la partie haute fréquence est presque invisible. Nous avons traité séparément le choix de la Fmax et de la résolution en fréquence.
Confirmez le diagnostic par le régime, pas par une intuition. Fermez partiellement la vanne au refoulement : le débit baisse, le NPSH requis diminue, le crépitement s'atténue généralement. Relevez le niveau dans le bac d'aspiration ou laissez le liquide se refroidir : la cavitation s'atténue, parce que la marge par rapport à la pression de vapeur saturante augmente. Nettoyez un filtre colmaté à l'aspiration : la pression d'entrée se rétablit, le crépitement disparaît. Le balourd ne réagit à rien de tout cela.
L'inspection tranche définitivement la question. L'érosion de cavitation laisse une surface caractéristique, rongée et rugueuse, sur les bords d'attaque des aubes et sur le flasque avant, et non une usure abrasive régulière. Si de telles traces existent, la machine cave depuis longtemps, et la roue n'est presque certainement plus symétrique en masse.
- Son : crépitement irrégulier, « du gravier dans l'écoulement », change avec la vanne.
- Spectre de l'accélération vibratoire : remontée large bande de 1 à 10 kHz sans raies marquées.
- Manomètre à l'entrée : pression absolue proche de la pression de vapeur saturante à la température de service.
- Marge de NPSH : marge disponible réelle moins le NPSH requis selon la courbe du fabricant au débit réel. Comme repère pratique, on retient 0,5 à 1 m ou 10 à 30 % de marge, mais vérifiez l'exigence exacte dans la documentation de la pompe.
- Liquide chaud : la pression de vapeur saturante augmente avec la température, et une pompe qui tournait tranquillement en hiver se met à caviter en été.
- Filtre ou crépine d'aspiration partiellement colmatés, vanne d'aspiration partiellement fermée.
- Bords d'attaque des aubes : surface rongée, cavités, amincissements locaux.
L'équilibrage ne guérit pas la cavitation, et la raison est simple. Les cavités implosent de façon aléatoire dans le temps et dans l'espace, cette force n'est pas liée à la position angulaire du rotor. Une masse de correction crée une force strictement une fois par tour, et il n'y a rien à lui opposer. Vous réduirez la 1x, mais le crépitement et le bruit haute fréquence resteront identiques, et la roue continuera de se détériorer.
Fonctionnement hors du point de fonctionnement : force radiale et recirculation
Une pompe est conçue pour un seul point de sa courbe caractéristique. Au point de rendement maximal, l'écoulement entre sur l'aube selon l'angle de calcul, et la force radiale dans le corps en volute est minimale. Éloignez-vous de ce point, et l'image change dans les deux sens.
À faible débit, quand la vanne est fermée partiellement ou que le réseau s'est encrassé, la recirculation commence : une partie de l'écoulement fait demi-tour et repart en arrière, à l'entrée et à la sortie de la roue. De puissants tourbillons apparaissent, et leur décrochage est irrégulier. Dans le spectre, cela donne des composantes subsynchrones instables de 0,5 à 0,9 fois la fréquence de rotation, plus un fond large bande relevé, très semblable à celui de la cavitation. Les dommages dus à la recirculation ressemblent eux aussi à ceux de la cavitation, mais se situent sur l'autre face de l'aube.
En même temps, la force radiale augmente. L'arbre fléchit, la garniture mécanique travaille de travers, le roulement reçoit une charge constante d'un même côté. S'ensuit une chaîne logique : fuite au joint, usure du roulement, augmentation des jeux et hausse de la 1x, que vous prendrez pour un balourd.
Une vanne complètement ouverte n'est pas plus sûre pour autant. Le NPSH requis augmente avec le débit, et la pompe part en cavitation simplement parce qu'elle pompe plus que le débit de calcul, tandis que le moteur peut dépasser son courant nominal.
Signes de faible débit
Vanne partiellement fermée, débit nettement inférieur au débit de calcul, courant du moteur sous le nominal, le corps chauffe. Dans le spectre, des composantes subsynchrones de 0,5 à 0,9x, instables en fréquence et en amplitude, plus un fond de bruit relevé. Le niveau change nettement quand vous manœuvrez la vanne.
Signes de débit élevé
Vanne complètement ouverte, pression au refoulement basse, courant du moteur au-dessus du nominal. Le crépitement s'intensifie quand vous ouvrez la vanne davantage. Vérifiez le NPSH requis sur la courbe au débit réel : il a augmenté avec le débit.
Débit minimal stable
Il est indiqué séparément par le fabricant. Comme repère pratique : les problèmes de recirculation notables commencent en dessous d'environ la moitié du débit au point de rendement maximal, mais la limite exacte dépend de la pompe concernée. Une ligne de bypass règle mieux le problème qu'une vanne en permanence entrouverte.
Si le point de fonctionnement ne peut pas être rétabli
Il arrive qu'une pompe ne soit pas adaptée au réseau. Le régime se corrige alors autrement qu'à la vanne : on réduit le diamètre extérieur de la roue, on change de roue, ou on installe un variateur de fréquence. Un point à retenir : après une réduction de diamètre, la roue doit être rééquilibrée, car l'enlèvement de métal n'est presque jamais symétrique.
La fréquence de passage des aubes : calculez-la avant de prendre les masses
La fréquence de passage des aubes existe sur toute pompe en bon état, et n'est pas en elle-même un défaut. Elle se calcule en dix secondes : f_a = z · n / 60. Une roue à cinq aubes à 2950 tr/min donne une fréquence de rotation de 49,2 Hz et une fréquence de passage des aubes de 5 · 49,2 = 246 Hz.
Le calcul est indispensable, sinon vous confondrez la fréquence de passage des aubes avec une harmonique de la fréquence de rotation. Sur une roue à six aubes, elle tombe exactement sur 6x, sur une roue à quatre aubes sur 4x, et sur une roue hélicoïdale à deux aubes elle se pose sur 2x, exactement là où vous cherchez un désalignement. Un même pic dans le spectre reçoit alors deux diagnostics opposés, et c'est le nombre d'aubes qui indique lequel est correct.
La fréquence de passage des aubes augmente avec la géométrie et avec le régime. Le principal responsable est le jeu radial entre le diamètre extérieur de la roue et le bec du diffuseur. Plus le jeu est faible, plus l'impulsion de pression au passage de l'aube est brutale, et plus le pic est élevé. Le jeu varie de lui-même : la roue se déplace sur l'arbre, le bec s'use sous l'effet de l'écoulement, le corps s'use.
Le second facteur est le rapport entre le nombre d'aubes de la roue et le nombre d'aubes du diffuseur. Des combinaisons malheureuses, en particulier un nombre égal, donnent de fortes pulsations à la fréquence de passage des aubes et à sa deuxième harmonique. Cela ne se corrige pas sur place : il faut alors changer la roue pour un autre nombre d'aubes ou reprendre le bec, en accord avec le fabricant.
| Ce que vous voyez dans le spectre | Ce que cela signifie | Que faire |
|---|---|---|
| Pic à z·1x modéré et stable, ne progresse pas dans le temps | Normal pour cette pompe | Le noter comme niveau de référence et ne pas y toucher |
| Pic à z·1x qui a fortement augmenté, apparition de 2·z·1x et 3·z·1x | Le jeu avec le bec du diffuseur s'est réduit, le bec est usé ou la roue s'est déplacée sur l'arbre | Mesurer les jeux et la position axiale de la roue au prochain démontage |
| Pic à z·1x qui augmente avec l'écart du débit par rapport au débit de calcul | Le régime, pas la géométrie | Rétablir le point de fonctionnement, vérifier les vannes et le bypass |
| z·1x plus une remontée large bande et une modulation | Cavitation ou recirculation superposée à la fréquence de passage des aubes normale | S'occuper de la marge d'aspiration et du débit, pas de la masse |
| Hausse brutale à la fois de la 1x et de la fréquence de passage des aubes | Aube possiblement cassée ou fissurée | Arrêt et inspection. Une roue fissurée ne s'équilibre pas |
La fréquence de passage des aubes ne se corrige jamais par des masses. La masse de correction agit à la fréquence de rotation, alors que la pulsation de pression vit à z·1x, et il n'y a aucun lien entre les deux. Tout ce que donnera l'équilibrage d'une telle pompe, c'est une part plus faible de la 1x dans le niveau global (la vibration totale sur toutes les fréquences), le pic à la fréquence de passage des aubes restant inchangé.
Pulsations de pression et résonance de la tuyauterie
Une partie des plaintes sur la « vibration de la pompe » ne concerne pas la pompe. La roue crée des pulsations de pression à la fréquence de passage des aubes, qui se propagent dans la tuyauterie et l'excitent. La tuyauterie répond avec ses propres fréquences : les travées entre supports oscillent comme des poutres, et la colonne de liquide possède des fréquences propres acoustiques, qui dépendent de la longueur des tronçons et de la vitesse du son dans le liquide.
La vérification est simple et presque gratuite. Prenez un capteur et parcourez la ligne : mesurez sur les paliers, sur les brides, au milieu des travées, près des supports et sur le collecteur. Si le niveau au milieu d'une travée est plusieurs fois supérieur à celui du palier de la pompe, vous avez trouvé non pas un défaut du rotor, mais un tuyau mal fixé.
La résonance se confirme par un changement de vitesse de rotation. Si la pompe est sur variateur de fréquence, parcourez la plage et surveillez l'amplitude : la résonance donne un pic étroit et marqué dans une bande étroite de vitesses, et la vibration retombe de part et d'autre. Ensuite, vous vous éloignez de cette vitesse ou vous touchez à la structure, car la cause n'est pas dans le rotor.
Cas particulier : les pompes verticales à longue colonne. Leur première fréquence propre de flexion se situe souvent près de la vitesse de service, et une telle machine amplifie n'importe quel balourd résiduel. Nous avons un article séparé sur les signes de résonance et les moyens de la décaler.
- Mesures non seulement sur les paliers, mais aussi sur le tuyau : brides, milieux de travées, coudes, collecteur.
- Travées entre supports : flèche, colliers cassés ou absents, suspentes arrachées.
- Supports devenus un encastrement rigide et qui transmettent aux brides de la pompe les efforts de dilatation thermique.
- Compensateurs et manchons souples : intacts, non sur-serrés, ne fonctionnent pas comme une liaison rigide.
- Clapet anti-retour : claquement à la fermeture, coup de bélier à l'arrêt.
- Ligne d'aspiration : coude juste avant la tubulure d'entrée, tronçon droit trop court, poche d'air en point haut.
- Pompes fonctionnant en parallèle : les pulsations de la voisine arrivent par le collecteur commun.
Air, encrassement et usure inégale
Ces quatre causes donnent le tableau le plus confus, parce qu'une partie de leur contribution tombe justement sur la composante de rotation. C'est ici qu'on commande le plus souvent un équilibrage qui ne règle rien.
Air dans l'écoulement
Aspiration d'air par le joint d'arbre, entonnoir par immersion insuffisante de la tubulure d'aspiration, poche d'air en point haut de la ligne d'aspiration. La vibration est instable, la pression de refoulement et le courant du moteur varient avec elle, et le son est sourd et « creux », moins net que celui de la cavitation. Vérifiez le niveau dans le bac, la profondeur d'immersion, l'étanchéité des brides et du presse-étoupe, le fonctionnement du purgeur d'air.
Encrassement d'un canal de la roue
Une fibre, un chiffon ou un morceau de plastique se coincent dans un seul canal inter-aubes. Vous obtenez alors deux effets à la fois : un vrai balourd et une asymétrie hydraulique. Signe caractéristique : la vibration a augmenté d'un coup, pas progressivement, et la pression a chuté en même temps. Nettoyez la roue et remesurez. Équilibrer une roue encrassée n'a pas de sens : après le nettoyage, il faudra retirer les masses.
Usure et érosion inégales
La pulpe abrasive et la cavitation enlèvent du métal aux aubes de façon inégale, et la 1x augmente lentement, sur des mois. L'équilibrage fonctionne ici, mais c'est de la maintenance, pas une solution : tant que la source de l'abrasif ou la cavitation persiste, vous reviendrez sur cette pompe. Planifiez le remplacement de la roue ou un revêtement de protection.
Usure des bagues d'étanchéité
Des bagues d'usure détériorées augmentent la circulation interne : la pression chute, et le débit à travers le jeu augmente. À la même position de vanne, la pompe glisse sur sa courbe, et vous obtenez un régime que vous n'avez pas choisi vous-même. Mesurez la pression et le débit, pas seulement la vibration : une chute de pression à vitesse de rotation constante indique des jeux excessifs.
L'inspection de la roue est obligatoire avant tout équilibrage. Fissure au pied d'une aube, amincissement localisé par érosion, revêtement décollé : avec n'importe lequel de ces défauts, la roue doit être réparée ou remplacée, pas équilibrée. Une masse sur une roue fissurée ne fait que masquer la progression du défaut jusqu'à la rupture.
Distinguer l'hydraulique du balourd en une heure
Un seul procédé aide à séparer ces causes : changez le régime, pas le rotor. Le balourd est une propriété du rotor : il ne dépend que de la vitesse de rotation et ignore la vanne. L'hydraulique est une propriété de l'écoulement, et elle réagit à tout changement de débit, de pression et de niveau.
Voici l'ordre à suivre. Relevez une mesure au point de fonctionnement : niveau global et 1x sur chaque palier, phase (le repérage angulaire de la vibration par rapport au tour du rotor), spectre, vitesse de rotation. Fermez ensuite la vanne au refoulement par paliers et, à chaque palier, notez la vibration en même temps que la pression et le débit, en attendant que les relevés se stabilisent. Trois à quatre paliers suffisent.
Interprétez le résultat ainsi. La 1x ne bouge presque pas, tandis que le bruit large bande et les composantes subsynchrones augmentent ou diminuent : la cause est hydraulique. La 1x reste au même niveau quelle que soit la position de la vanne et augmente comme le carré de la vitesse de rotation : l'hypothèse du balourd tient, et l'équilibrage fonctionnera. Cette logique de séparation par indices est développée dans les guides ISO de diagnostic vibratoire ; vérifiez la partie applicable et l'édition pour votre machine.
| Indice | Hydraulique | Balourd |
|---|---|---|
| Dépendance à la position de la vanne et au débit | Le niveau change nettement | Le niveau ne change pratiquement pas |
| Dépendance à la pression d'aspiration, au niveau et à la température du liquide | Change, jusqu'à la disparition complète du crépitement | Ne change pas |
| Composition fréquentielle | Remontée large bande, composantes subsynchrones, pic à z·1x | Un seul pic dominant à 1x |
| Phase de la 1x d'un démarrage à l'autre | Dérive avec le régime | Se répète à quelques degrés près |
| Son | Crépitement, sifflement, « gravier dans l'écoulement » | Ronronnement régulier sur une seule note |
| Réaction à la masse d'essai | L'amplitude et la phase changent de façon imprévisible, le coefficient d'influence ne se répète pas | Changement d'au moins 20 à 30 % en amplitude ou de 20 à 30° en phase, reproductible |
| Part de la 1x dans le niveau global | Généralement inférieure à la moitié | En général supérieure à 70 % |
L'essai avec masse d'essai fonctionne lui-même comme un test de linéarité. Si, après la pose d'une masse connue, l'amplitude et la phase de la 1x changent de façon prévisible et se reproduisent d'un démarrage à l'autre, le système est linéaire et l'équilibrage se déroulera normalement. Si la réaction diffère à chaque fois, ce n'est pas la masse que vous combattez, et les démarrages suivants ne feront que consommer une équipe de travail. Nous avons traité séparément le critère des 20 à 30 % pour la masse d'essai et les coefficients d'influence.
Sources : ISO 13373-3:2015 · Manuel d’utilisation Balanset-1A
Ce qu'il faut noter en même temps que la vibration
La vibration d'une pompe sans les paramètres du process, c'est un chiffre sans signification. Un mois plus tard, vous constatez une hausse de 2,1 à 5,8 mm/s et vous ne pouvez pas dire si la roue s'est usée ou si l'opérateur a fermé la vanne, parce que dans l'atelier voisin on a démarré une deuxième pompe sur le même collecteur. Le contexte se note au moment de la mesure, il est impossible de le reconstituer après coup.
Le jeu minimal tient en une ligne de journal et se relève en cinq minutes si les manomètres et le débitmètre sont installés. S'ils ne le sont pas, c'est la première chose à installer : diagnostiquer une pompe sans pression à l'entrée et à la sortie revient à deviner.
- Vitesse de rotation réelle au tachymètre, pas le chiffre de la plaque signalétique. Particulièrement sur variateur de fréquence.
- Pression à l'entrée et à la sortie, avec l'indication du niveau d'installation des manomètres.
- Débit. En l'absence de débitmètre, notez au moins la position de la vanne et le nombre de pompes fonctionnant en parallèle.
- Courant et puissance du moteur : ils indiquent où vous vous situez sur la courbe caractéristique.
- Température du liquide pompé et température des paliers.
- Niveau dans le bac d'aspiration et profondeur d'immersion de la tubulure d'aspiration.
- État du filtre ou de la crépine d'aspiration, date du dernier nettoyage.
- Niveau global et 1x avec phase sur chaque palier, en mm/s RMS (valeur efficace) dans la bande 10–1000 Hz, plus un spectre séparé de l'accélération vibratoire avec une Fmax en kilohertz pour la partie haute fréquence.
- Ce que vous avez entendu et vu : crépitement, sifflement, claquement du clapet anti-retour, tuyau qui bouge, suintement au joint.
Calculez la marge de NPSH directement sur place : convertissez la pression absolue à l'entrée en mètres de colonne du liquide pompé, soustrayez la pression de vapeur saturante à la température de service et comparez au NPSH requis sur la courbe du fabricant au débit réel. S'il n'y a pas de marge, inutile de chercher plus loin, et les masses ne seront certainement pas nécessaires. Évaluez le niveau global selon la partie applicable de l'ISO 20816 : cette série comporte une partie spécifique aux pompes rotodynamiques, vérifiez donc quelle partie et quelle édition s'appliquent à votre machine.
Sources : ISO 20816-1:2016
Ordre de résolution, et la place de l'équilibrage dans tout cela
Envoyez-nous le type de pompe, la vitesse de rotation, le nombre d'aubes de la roue, la pression à l'entrée et à la sortie, le débit et le niveau de vibration avec le point de mesure. À partir de ces données, nous pouvons généralement dire dès le premier échange s'il s'agit plutôt d'un balourd ou d'hydraulique. Si c'est de l'hydraulique, un déplacement pour équilibrer ne vous sera pas nécessaire, et nous vous le dirons. L'accompagnement-conseil sur la méthode et sur l'appareil est inclus.
Quand un équilibrage sur place est vraiment nécessaire
La roue a été rognée en diamètre extérieur pour un nouveau point de fonctionnement. La roue a été remplacée ou réparée par soudure. L'usure et l'érosion ont progressé pendant des années en régime normal, et la 1x a augmenté progressivement. Le rotor du moteur a été rebobiné. Dans tous ces cas, la cause est dans la masse, et la question se règle sans envoyer la roue à l'atelier d'usinage. Fixez alors la tolérance en connaissance de cause : le balourd résiduel selon les classes G de l'ISO 21940-11 et le niveau global selon la partie applicable de l'ISO 20816 sont deux choses différentes.
En quoi nous pouvons vous aider
Nous sommes des ingénieurs qui concevons et fabriquons les appareils Balanset et réalisons nous-mêmes les équilibrages sur site. Nous venons près de la pompe, relevons la vibration sur les paliers et sur la tuyauterie, séparons le niveau global de la 1x, calculons la fréquence de passage des aubes selon leur nombre, examinons le spectre et la phase. Si le tableau est hydraulique, nous le disons franchement et expliquons quoi vérifier dans le régime, plutôt que de vous vendre un équilibrage.
Si vous voulez vous en occuper vous-même
Le Balanset-1A, ce sont deux accéléromètres, un capteur laser de phase par marque réfléchissante, un module USB à deux voies et un logiciel pour Windows. L'appareil donne la vibration globale et la 1x avec phase, la vitesse de rotation, le spectre FFT et le signal temporel, calcule la masse d'essai et les masses de correction en un ou deux plans, répartit la masse sur des positions fixes, calcule le perçage, conserve les coefficients d'influence pour l'équilibrage de finition et tient un historique pour les rapports. Avec un seul appareil, vous posez le diagnostic et réalisez la correction quand elle est nécessaire.
- 01
Rétablissez le point de fonctionnement
Ouvrez la vanne jusqu'au débit de calcul ou mettez en place un bypass. Comparez avec la courbe du fabricant et le débit minimal stable. C'est l'étape la moins coûteuse et la réponse la plus fréquente.
- 02
Vérifiez l'aspiration
Pression disponible, niveau dans le bac, profondeur d'immersion, filtre, poches d'air, étanchéité du presse-étoupe et des brides. Calculez la marge de NPSH réelle au débit et à la température effectifs.
- 03
Inspectez la roue et les jeux
Érosion de cavitation des bords d'attaque, fissures au pied des aubes, encrassement des canaux, usure des bagues d'étanchéité, jeu radial avec le bec du diffuseur, position axiale de la roue sur l'arbre.
- 04
Occupez-vous de la tuyauterie
Supports et colliers le long des travées, compensateurs, absence d'efforts imposés sur les brides, clapet anti-retour. Vérifiez la résonance des travées par un changement de vitesse de rotation.
- 05
Réglez la mécanique
Patte molle, serrage des boulons de fondation, alignement des arbres de la pompe et du moteur en tenant compte de la dilatation thermique, état des roulements. Le désalignement donne sa propre 2x et sa vibration axiale, que l'équilibrage ne fera pas disparaître.
- 06
Remesurez, et seulement maintenant décidez pour les masses
Si, après toutes ces étapes, la 1x fournit toujours l'essentiel du niveau global, le balourd est réel. Un équilibrage sur place, dans les paliers propres de la pompe, l'éliminera en deux ou trois démarrages, sans démontage.
Sources : ISO 21940-11:2016 · Spécifications fabricant Balanset-1A
Questions fréquentes
Peut-on équilibrer une pompe qui cavite ?
Techniquement oui, et le logiciel affichera même « dans la tolérance », parce que la 1x résiduelle deviendra inférieure à la valeur fixée. Cela n'a aucun intérêt pratique. Le crépitement, le bruit large bande de 1 à 10 kHz et l'érosion de la roue resteront, et au bout de quelques mois l'enlèvement de métal inégal créera un nouveau balourd, et vous reviendrez ici. Éliminez d'abord la cavitation : marge d'aspiration, débit, température, filtre à l'entrée. Remesurez ensuite, et décidez pour les masses.
Comment savoir si un pic dans le spectre est la fréquence de passage des aubes ou une harmonique de la fréquence de rotation ?
Calculez f_a = z · n / 60 avec le nombre d'aubes réel et la vitesse de rotation réelle. Si le nombre d'aubes est entier et faible, la fréquence de passage des aubes se pose exactement sur un multiple de la fréquence de rotation, et le spectre seul ne permet pas de les distinguer. Travaillez alors avec le régime : manœuvrez la vanne et observez ce qui change. La fréquence de passage des aubes et le fond large bande réagissent au débit, tandis qu'une harmonique due à un désalignement ou à un desserrage reste en place.
La pompe est devenue plus bruyante après la fermeture partielle de la vanne. Est-ce dangereux ?
Oui, et le danger n'est pas dans le bruit. À faible débit, la recirculation commence, la force radiale dans le corps en volute augmente, l'arbre fléchit, la garniture mécanique travaille de travers, et le roulement reçoit une charge constante d'un même côté. Au bout de quelques mois, vous payez pour le joint et le roulement. La bonne solution est une ligne de bypass ou un changement de vitesse de rotation, pas une vanne en permanence entrouverte.
La vibration sur le tuyau est plus forte que sur le corps de la pompe. Que faire ?
Cherchez la cause dans la tuyauterie, pas dans le rotor. Vérifiez les supports et les colliers le long des travées, les suspentes, les compensateurs, les efforts de dilatation thermique sur les brides. La résonance d'une travée se confirme par un changement de vitesse de rotation : un pic étroit et marqué dans une bande étroite, avec une chute du niveau de part et d'autre. L'équilibrage du rotor ne fera pas disparaître cette vibration, parce que la source, ce sont les pulsations de pression à la fréquence de passage des aubes, et l'amplificateur, c'est le tuyau lui-même.
Quelle marge de NPSH considérer comme suffisante ?
Celle que le fabricant de la pompe a fixée pour le débit réel. Comme repère pratique, on retient 0,5 à 1 m ou 10 à 30 % au-dessus du NPSH requis, mais ce n'est qu'un repère, pas une norme. Calculez la marge à la température de service du liquide : la pression de vapeur saturante augmente avec la température, et une pompe qui fonctionnait tranquillement en hiver commence à caviter en été, au même niveau dans le bac.
Un appareil d'équilibrage suffit-il pour démêler un problème hydraulique ?
Pour poser le diagnostic, un système à deux voies avec capteur de phase suffit : vous obtenez le niveau global et la 1x sur chaque palier, la phase, la vitesse de rotation et le spectre. C'est assez pour calculer la part de la 1x, trouver le pic à la fréquence de passage des aubes et voir la remontée large bande de la cavitation, à condition de relever la Fmax jusqu'au kilohertz et de regarder l'accélération vibratoire. Ce que l'appareil ne donnera pas, ce sont la pression, le débit et le niveau dans le bac. Ces chiffres se relèvent au manomètre et au débitmètre et se notent en même temps que la vibration, sinon impossible de séparer l'hydraulique du balourd.
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La vibration électrique se trahit par une fréquence liée au réseau, pas à l'arbre : une raie au double de la fréquence d'alimentation (100 Hz sur un réseau à 50 Hz) et des bandes latérales autour de la 1x (fréquence de rotation) espacées de la fréquence de passage des pôles F_p = s · f_réseau · P, où s est le glissement et P le nombre de pôles. Cela se vérifie en un seul arrêt : coupez l'alimentation et enregistrez la vibration en roue libre, pendant que l'arbre ralentit par inertie. La composante électromagnétique s'interrompt en une fraction de seconde, la composante mécanique décroît progressivement avec la vitesse. L'équilibrage ne corrige jamais une cause électrique, tout simplement parce que la source de la force n'est pas la masse du rotor, et une masse posée sur le rotor n'a aucune prise sur cette source.
Comment lire le spectre de vibration : 1x, 2x et harmoniques
Convertissez la fréquence de chaque pic en multiple du régime de rotation. Si 1x domine et que la vibration globale est proche de 1x, c'est un balourd : l'équilibrage est pertinent. Un 2x marqué avec une vibration axiale en hausse signale le plus souvent un désalignement : il faut un alignement des arbres. Un peigne d'harmoniques 1x, 2x, 3x avec des demi-harmoniques et un plancher de bruit élevé indique un jeu mécanique, une fissure ou un frottement. Des pics plus haut en fréquence, non multiples du régime, sont en général des roulements. Le spectre donne une hypothèse ; le diagnostic se confirme par le signal temporel, la phase, la répétabilité et l'historique.
Équilibrage des pompes sur site : roues, rotors et arbres des groupes de pompage
Oui, nous équilibrons les rotors de pompes sur site, dans leurs propres paliers, sans démontage et sans envoyer la roue sur une machine à équilibrer. Trois conditions sont nécessaires. Premièrement : l'essentiel de la vibration provient de la composante synchrone 1x — la vibration à la fréquence de rotation du rotor, principal signe du balourd. Deuxièmement : au moins un plan de correction est accessible, c'est-à-dire un endroit où poser une masse — généralement les boulons du demi-accouplement ou l'écrou de la roue. Troisièmement : la pompe peut être maintenue à un régime stable avec un débit constant. Si le niveau provient de la cavitation, d'un fonctionnement hors du point de fonctionnement, d'un désalignement ou de garnitures d'étanchéité à jeu usées, nous le montrerons par la mesure et le dirons franchement : les masses ne serviront à rien.
Décrivez votre équipement et le problème
Nous répondrons à vos questions, préciserons les données nécessaires et vous indiquerons ce qu'il faut prévoir pour établir un devis et organiser le déplacement.