AXILINEComment vérifier le résultat d'un équilibrage : la mesure de contrôle qui ne se conteste pas
Le prestataire range son matériel, le bruit est nettement plus faible, tout le monde est content. Un mois plus tard, le service fiabilité demande de combien la vibration a baissé, et personne n'a de réponse. Nous détaillons ce qu'il faut exactement comparer avant et après, en quoi « dans la tolérance » dans le logiciel diffère de la norme applicable à la machine, et quelle liste de contrôle suivre avant de signer le procès-verbal.
« C'est devenu comme plus silencieux » n'est pas un résultat
L'oreille est ici un mauvais instrument. L'être humain entend bien les hautes fréquences, alors que l'équilibrage agit à la fréquence de rotation : pour une machine à 1450 tr/min, cela fait 24 Hz, pour un tambour lent, 3 à 5 Hz. Là, vous n'entendez presque rien, mais vous le sentez avec le corps et la main posée sur une rambarde. C'est pourquoi « ça ronfle moins fort » et « la vibration a baissé » sont deux affirmations différentes, qui ne coïncident pas toujours.
Le résultat d'un équilibrage, ce sont quatre chiffres à chaque point avant l'intervention, et les quatre mêmes chiffres après : la vibration globale en mm/s RMS, l'amplitude de la composante 1x (la vibration à la fréquence de rotation — c'est précisément elle que crée le balourd), sa phase (l'angle par rapport à la marque sur le rotor) et la fréquence de rotation. Tout le reste n'est qu'impression.
Le mot « mêmes » porte ici l'essentiel du sens. La mesure « après » n'est comparable à la mesure « avant » que si tous les points énumérés ci-dessous coïncident.
- Le point. Un palier précis, pas « le côté entraînement ». Marquez les emplacements au feutre ou à la peinture et mesurez toujours à cet endroit.
- La direction. On compare le radial horizontal au radial horizontal. Sur une même machine, l'horizontale et la verticale peuvent diverger d'un facteur important.
- La fixation du capteur. On ne peut comparer qu'une fixation identique : un aimant sur une plage dégagée jusqu'au métal, avec un aimant sur la même plage. Une mesure à la sonde tenue à la main et une mesure sur goujon ne se comparent pas du tout.
- La grandeur. Vitesse vibratoire, valeur efficace, mm/s. Ne mélangez pas le RMS avec une valeur crête, ni les mm/s avec des micromètres de déplacement.
- La bande de fréquences. La vibration globale dépend entièrement de l'endroit où se situent les limites de la bande. Fixez-la et ne la changez pas.
- Le régime. Vitesse de rotation, charge, position du registre ou de l'aubage directeur, débit, pression, courant.
- La température. Une machine chaude se compare à une machine chaude.
Une mesure avant et une après, c'est le minimum. Faites deux à trois mesures à chaque point : l'écart entre elles vous dira quel chiffre est fiable et lequel relève du hasard.
Pourquoi une mesure dans un autre régime ne prouve rien
La force centrifuge due à une masse non équilibrée croît comme le carré de la fréquence de rotation. Abaissez le régime d'un ventilateur de 1450 à 1000 tr/min, et la force due au même balourd chutera d'environ moitié. La vibration chutera docilement à sa suite. Le rotor, lui, restera exactement le même qu'avant.
D'où une conclusion désagréable : une mesure « après » à régime réduit montrera un succès même là où aucune masse n'a été posée. Cela fonctionne aussi dans l'autre sens. Augmentez le régime de 20 %, et une machine honnêtement équilibrée paraîtra pire qu'avant.
Les paliers réagissent encore plus violemment. L'amplitude, c'est la force divisée par la rigidité dynamique du système « rotor — paliers — socle », et cette rigidité dépend de la fréquence. À proximité de la fréquence propre de la structure (la fréquence à laquelle elle a elle-même tendance à osciller), un écart de 5 % sur le régime change l'amplitude d'un facteur important et fait tourner la phase de plusieurs dizaines de degrés. Comment le reconnaître est détaillé dans l'article sur la résonance et ses signes.
Le régime n'entre pas dans le chiffre uniquement par le biais de la vitesse de rotation. Un registre dans une autre position modifie les forces sur la roue, une pompe hors de son point de fonctionnement ajoute de l'hydraulique et de la cavitation, un moteur en charge voit son courant et son glissement changer.
| Ce qui a changé entre « avant » et « après » | Ce qui arrive à la mesure | Ce que cela donne dans le rapport |
|---|---|---|
| Régime inférieur de 30 % | Le 1x chute d'environ moitié rien que pour cette raison | Faux succès |
| Le régime s'est rapproché de la fréquence propre | L'amplitude augmente fortement pour un balourd identique | Faux échec |
| Registre ou aubage directeur dans une autre position | Les forces sur la roue et la vibration globale changent | Chiffres non comparables |
| Machine froide contre machine chaude | Les jeux, la position relative des arbres et la tension changent | Écart de 20 à 50 % sans cause apparente |
| Capteur déplacé du palier vers le carter | S'ajoutent les oscillations propres de la tôle à ses fréquences | Un chiffre qui ne veut rien dire |
L'ordre correct est le suivant : on fixe d'abord le régime et les points, puis on équilibre. Si le régime a dû être modifié en cours d'intervention, relevez une nouvelle référence « avant » dans ce nouveau régime, sinon il n'y aura rien à comparer.
« Dans la tolérance » dans le logiciel et « dans la norme » pour la machine sont deux choses différentes
Quand, après le démarrage de contrôle, le logiciel du Balanset-1A indique que vous êtes dans la tolérance, il compare une seule grandeur à un seul chiffre : le 1x résiduel à la valeur cible que vous avez vous-même saisie dans le champ de tolérance lors de la création de l'enregistrement dans l'archive. Si vous avez en plus saisi la masse du rotor, le régime et le rayon de correction, il compare aussi le balourd résiduel obtenu en g·mm à la tolérance de la classe G choisie (classe de qualité d'équilibrage).
Cette vérification est honnête et utile. Mais elle répond à une seule question précise : avez-vous atteint l'objectif que vous vous êtes fixé vous-même. Fixez comme cible 4,5 mm/s, et « dans la tolérance » s'affichera dès 4,4.
Ce que cette mention ne confirme pas :
- Elle ne confirme pas une zone A ou B pour la vibration globale. La vibration globale inclut tout le reste : désalignement, desserrages, roulements, aérodynamique.
- Elle ne confirme pas la classe de qualité d'équilibrage G si vous n'avez pas saisi la masse du rotor, le régime et le rayon de pose des masses.
- Elle ne confirme pas que la machine est en bon état. Une aube fissurée et un roulement détruit cohabitent tranquillement avec un 1x résiduel de 0,8 mm/s.
Dans le procès-verbal, écrivez trois lignes séparées : 1x résiduel par rapport à la cible, vibration globale par rapport à la norme applicable à cette machine, balourd résiduel par rapport à la classe G. Une analyse détaillée figure dans l'article sur les trois tolérances de l'équilibrage.
Sources : ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · Manuel d’utilisation Balanset-1A
Quatre signes d'un résultat honnête
Cela se vérifie avec un arrêt supplémentaire. Vous faites le démarrage de contrôle, notez trois chiffres à chaque point, arrêtez la machine, redémarrez et notez à nouveau. Deux lignes concordantes dans le protocole valent plus que n'importe quelle assurance verbale.
Le diagramme polaire montre la même chose de façon visuelle — un graphique où l'amplitude et la phase du 1x sont représentées par une seule flèche-vecteur. Le vecteur 1x doit s'éloigner du point de départ vers le centre et y rester proche. Si, après la pose de la masse, le vecteur est parti de côté ou a gagné en longueur, cherchez une erreur dans l'angle, dans le sens de comptage ou dans le rayon de pose, plutôt que d'augmenter la masse au hasard.
C'est bien le 1x qui a baissé
Regardez la composante 1x à chaque point, pas l'impression générale. Le cas normal est une chute importante : de 8 à 12 mm/s à 1 à 2 mm/s. Une baisse du 1x de 15 % n'est pas un résultat, mais une dispersion de mesure.
La phase du 1x est stable
Au démarrage de contrôle, la phase se maintient et ne varie que de quelques degrés. Si, entre des démarrages répétés, elle oscille de 30 à 60°, ce n'est pas un balourd que vous mesurez : c'est ainsi que se comportent une résonance, un jeu d'ajustement ou une fixation desserrée.
Les chiffres se répètent d'un démarrage à l'autre
Arrêtez, redémarrez, remesurez : l'amplitude du 1x doit se répéter à environ 10 % près. Le balourd n'apparaît ni ne disparaît entre deux démarrages. Un écart du simple au double signifie que quelque chose n'est pas fixé dans la machine.
Le reste du spectre n'a pas augmenté
Comparez les spectres avant et après : 2x, harmoniques, plancher de bruit, zone des fréquences de roulement. La masse ne doit rien ajouter. Un 2x qui augmente après la correction est le signe que vous avez surchargé un palier ou desserré un ajustement.
Le 1x a chuté, mais la vibration globale presque pas : que faut-il en conclure
Prenons un cas type en chiffres. Avant l'intervention, à ce point : vibration globale 9,0 mm/s, 1x 4,0 mm/s. Après correction : 1x 0,8 mm/s, vibration globale 8,1 mm/s. Vous avez éliminé le balourd presque en totalité, et le chiffre global n'a bougé que de 10 %.
Il n'y a pas d'erreur ici, c'est ainsi que fonctionne l'arithmétique. Les composantes de la vibration ne s'additionnent pas en colonne, mais comme les côtés d'un triangle rectangle : pour une vibration globale de 9,0 et un 1x de 4,0, tout le reste donne déjà 8,1 mm/s. Retirer 4,0 de 9,0 pour obtenir 5,0 n'est possible pour personne.
Un tel résultat n'est pas un échec, mais un diagnostic. Il indique que la contribution du balourd à la vibration de cette machine était faible, et qu'une seconde cause en crée l'essentiel. À partir de là, vous ne travaillez plus avec des masses.
- 1
Repérez où se cache le reste
Relevez le spectre aux mêmes points. Un 2x marqué : cherchez du côté de l'alignement des arbres et des desserrages. De nombreuses harmoniques et un plancher de bruit relevé : jeux et desserrages mécaniques, frottements. Des pics à hautes fréquences, non multiples du régime : roulements. Un pic à la fréquence de passage des pales, c'est-à-dire le nombre de pales multiplié par le régime : aérodynamique ou hydraulique.
- 2
Comparez les points et les directions entre eux
Une vibration axiale comparable à la vibration radiale, et un écart de phase d'environ 180° entre les paliers de part et d'autre d'un accouplement, indiquent un désalignement, et non une masse du rotor.
- 3
Vérifiez la mécanique à la main
Serrage des ancrages et des pieds, pied mou, état des cales et du châssis, rigidité des supports de paliers, fissures de soudure. Cela se fait à la clé et par inspection visuelle, sans appareil.
- 4
Vérifiez la résonance au ralentissement libre
Enregistrez l'amplitude et la phase du 1x pendant le ralentissement libre — la baisse naturelle du régime après coupure de l'entraînement. Un pic étroit d'amplitude avec un basculement de phase près du régime de service signifie que le chiffre est dicté par la dynamique de la structure, et non par le balourd.
- 5
Décidez sur la base des données, pas des impressions
Réparation, alignement des arbres, remplacement du roulement, refixation des paliers. Et ce n'est qu'après cela une nouvelle évaluation de la vibration : après avoir éliminé la cause principale, vous découvrirez parfois qu'une correction d'équilibrage supplémentaire est nécessaire.
Formulation pour le procès-verbal : « équilibrage réalisé, 1x résiduel abaissé de 4,0 à 0,8 mm/s ; la vibration globale de 8,1 mm/s s'explique par la composante 2x, cause probable : désalignement ; un alignement des arbres est recommandé, avec une nouvelle mesure ». C'est un résultat honnête, pas une échappatoire. Pour en savoir plus, voir les articles sur le rapport entre vibration globale et 1x, et sur les cas où l'équilibrage n'aide pas.
Sources : ISO 13373-3:2015 · ISO 13373-5:2020
Une seconde mesure de contrôle quelques jours plus tard
La mesure prise immédiatement après la correction ne prouve qu'une chose : vous avez correctement calculé et correctement posé la masse. Elle ne prouve pas que le résultat tient dans la durée. C'est à cela que répond une seconde mesure, après 3 à 7 jours de fonctionnement ou après le premier cycle technologique complet de la machine.
Quatre questions auxquelles seule cette seconde mesure répond :
- La masse est-elle toujours en place ? Un pointage de soudure en deux points se fissure sous l'effet de la vibration et de la chaleur, un boulon sans freinage se desserre, une masse collée ou magnétique glisse sur une surface chaude. Une hausse brutale du 1x accompagnée d'un décalage de phase de plusieurs dizaines de degrés est le tableau caractéristique d'une masse perdue.
- Le rotor s'encrasse-t-il à nouveau ? Sur les extracteurs de fumées, les ventilateurs à poussière humide, les mulcheurs, les vis transporteuses, le dépôt revient en quelques jours, et un équilibrage réalisé sur une roue sale ne tient que jusqu'au nettoyage suivant.
- La machine a-t-elle atteint son véritable état thermique ? Les jeux et la position relative des arbres sont différents sur une machine chaude, et donc la vibration aussi.
- Disposez-vous d'un niveau de référence ? Deux ou trois chiffres relevés sur une machine en bon état et chaude, après réparation, constituent le point de départ à partir duquel vous calculerez ensuite la tendance et fixerez les seuils. Sans lui, les normes absolues s'appliquent à l'aveugle.
Consignez la nouvelle mesure sur le même formulaire et aux mêmes points : vibration globale, 1x, phase, régime, conditions, date. Une hausse du 1x de plus de 20 à 30 % par rapport à la valeur de contrôle en une semaine n'est pas une dispersion, mais un phénomène en cours. Ce qui se cache derrière est détaillé dans l'article sur la vibration qui revient après un équilibrage.
Sources : ISO 20816-1:2016
Liste de contrôle pour la réception des travaux d'un prestataire sur site
- Le prestataire a montré les chiffres « avant » à chaque point : vibration globale, 1x, phase, régime. Pas de mémoire, mais issus de l'archive de l'appareil.
- Les points de mesure sont marqués sur la machine et correspondent à ceux où la vibration initiale a été relevée.
- Le régime des mesures « avant » et « après » ne diffère pas de plus de quelques pour cent, le régime de fonctionnement et la position du registre sont les mêmes.
- Le démarrage de contrôle est réalisé sur une machine chaude et en charge de service, pas à vide.
- Vous avez vu de vos propres yeux au moins un démarrage de contrôle et les chiffres à l'écran.
- Il y a eu deux à trois démarrages de contrôle, avec un arrêt entre eux, et l'amplitude du 1x s'est répétée.
- Le spectre après équilibrage a été montré, et aucun nouveau pic n'y est apparu, le 2x n'a pas augmenté.
- La masse de chaque masse de correction en grammes, le rayon et l'emplacement exact de pose ont été indiqués ; les masses peuvent être vues et touchées.
- Le mode de fixation de la masse correspond à la machine : cordon de soudure continu plutôt que deux points, boulon avec freinage, rien de collé sur une surface chaude.
- Le résultat est exprimé en trois lignes distinctes : 1x résiduel par rapport à la cible, vibration globale par rapport à la norme, balourd résiduel par rapport à la classe G, si celle-ci est stipulée dans le contrat.
- Si la vibration globale n'est pas rentrée dans la norme, la cause du reste a été indiquée et une recommandation concrète a été donnée.
- Une date de nouvelle mesure, après quelques jours de fonctionnement, a été convenue.
- Il a été convenu quand et sous quelle forme vous recevrez le protocole.
Une phrase économise la moitié des litiges futurs : « montrez-moi, s'il vous plaît, la mesure avant et après issue de l'archive de l'appareil, sur un seul écran ».
Ce que doit contenir le protocole pour que la vérification soit reproductible
Le protocole a une seule fonction pratique. Dans six mois, une autre personne avec un autre appareil doit pouvoir venir sur cette machine, refaire la mesure d'après votre description et obtenir les mêmes chiffres. Tout ce qui est nécessaire à cela figure dans le protocole. Tout le reste est facultatif.
Le Balanset-1A tient une archive pour chaque rotor : un dossier de diagrammes, un fichier d'historique de tous les démarrages horodatés, les coefficients d'influence enregistrés et un protocole qui s'ouvre dans l'éditeur intégré, se modifie et s'imprime. C'est de là que viennent les lignes du tableau ci-dessous : presque tout est déjà consigné, il ne reste qu'à ajouter les conditions de mesure et les conclusions.
| Section du protocole | Ce qu'elle contient | Sans quoi la mesure n'est pas reproductible |
|---|---|---|
| Machine et rotor | Désignation, position sur le schéma, puissance, masse du rotor, régime de service, type de paliers : rigides ou souples | Sans la masse, le régime et le rayon, impossible de recalculer la classe G ; sans le type de paliers, impossible de choisir la zone d'évaluation |
| Schéma des points | Croquis ou photo avec les points marqués, directions de mesure, mode de fixation du capteur | Sinon, la personne suivante posera le capteur ailleurs et obtiendra un autre chiffre |
| Conditions de mesure | Régime à chaque démarrage, charge et conditions de fonctionnement, température, grandeur mesurée et bande de fréquences | C'est la condition principale de comparabilité |
| Mesure « avant » | Vibration globale, 1x et phase à chaque point | Le point de départ, sans lequel le résultat est indémontrable |
| Déroulement de l'équilibrage | Nombre de plans, masse et rayon de la masse d'essai, sa position, coefficients d'influence obtenus | Permet la fois suivante de se contenter d'un seul démarrage au lieu de trois |
| Correction | Masse de chaque masse, rayon, angle ou numéro de position fixe, mode de fixation, ajout de métal ou perçage | Dans un an, vous retrouverez vos masses et saurez ce qui peut être retiré |
| Mesure « après » et démarrages de contrôle | Les trois mêmes chiffres par point à chaque démarrage, spectre, diagramme polaire | La preuve même du résultat |
| Évaluation | 1x résiduel par rapport à la cible, vibration globale par rapport à la norme avec indication de la partie applicable et de l'édition de la norme, balourd résiduel en g·mm et classe G | Trois tolérances au lieu d'une seule phrase générale |
| Conclusions | Ce qui subsiste dans la vibration, ce qui le cause, que faire ensuite et quand refaire la mesure | La suite du travail pour le prochain intervenant |
Il faut le dire clairement à propos de la bande de fréquences. Le Balanset-1A mesure la valeur efficace de la vitesse vibratoire sur une plage de 5 à 200 Hz, ce qui n'est pas la même chose que la large bande de 10 à 1000 Hz des critères de niveau global. La composante 1x et les harmoniques basses d'une machine à 300–3000 tr/min entrent dans cette plage, mais un chiffre large bande relevé dans une autre bande restera un chiffre différent. Indiquer la bande évite un futur litige.
Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A · ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016
Si vous préférez confier la vérification à des ingénieurs
Chez AXILINE travaillent des ingénieurs qui conçoivent et fabriquent les appareils Balanset et les utilisent eux-mêmes pour équilibrer sur site. Chez nous, la mesure de contrôle fait donc partie du travail, ce n'est pas une faveur accordée sur demande du client.
Voici à quoi cela ressemble sur site. Nous repérons les points sur les paliers et fixons les directions. Nous relevons la vibration globale initiale, le 1x, la phase et le régime. Nous équilibrons le rotor sur place, dans ses propres paliers, en un ou deux plans. Nous faisons des démarrages de contrôle avec des arrêts, nous vous montrons le spectre et le diagramme polaire à l'écran. Nous remettons un protocole où sont consignées les conditions de mesure, pas seulement les chiffres finaux. Si la vibration globale n'est pas rentrée dans la norme, nous disons franchement ce qui cause ce reste et ce qu'il faut en faire.
Nous réalisons aussi la vérification seule : une mesure de contrôle indépendante après le travail d'un tiers, selon les mêmes règles, avec protocole. Cela suffit parfois à trancher un désaccord entre le service fiabilité et un prestataire.
Vous pouvez aussi acquérir l'appareil et vérifier vos machines vous-même. Le kit Balanset-1A comprend deux accéléromètres, un capteur de phase laser sur marque réfléchissante, un module USB à deux voies avec préamplificateurs, intégrateurs et convertisseur analogique-numérique, et un logiciel Windows : vibration globale et 1x avec phase, régime, spectre FFT et signal temporel, équilibrage en un et deux plans, positions fixes et calcul de perçage, calcul de tolérance selon les classes G, équilibrage trim et coefficients d'influence enregistrés, diagramme polaire, archive par rotor avec historique des démarrages et impression du protocole. Pour l'intégration dans des machines et des bancs, il existe la version Balanset-1A OEM sans mallette. L'accompagnement-conseil sur la méthode est inclus.
Écrivez-nous de quelle machine il s'agit, quel régime et quels chiffres vous avez obtenus avant et après. Trois chiffres suffisent généralement à voir si le résultat est démontré ou simplement annoncé.
Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A · Manuel d’utilisation Balanset-1A
Questions fréquentes
Un seul démarrage de contrôle suffit-il pour réceptionner les travaux ?
Non. Un seul démarrage montre que la masse a été correctement calculée et posée, mais ne montre pas la répétabilité. Faites deux à trois démarrages avec un arrêt entre eux et comparez l'amplitude et la phase du 1x. Un écart allant jusqu'à 10 % sur l'amplitude et de quelques degrés sur la phase est normal. Un écart d'un facteur important signifie que quelque chose n'est pas fixé dans la machine, et qu'il est prématuré de réceptionner ce travail.
De combien la vibration doit-elle baisser pour considérer l'équilibrage comme réussi ?
La bonne question n'est pas « de combien de pour cent », mais « jusqu'à quel chiffre ». Le succès, c'est un 1x résiduel inférieur à la cible convenue et une vibration globale dans la zone où vous vous êtes engagé à amener la machine. Repère pour le 1x : une chute importante, généralement de quelques unités ou dizaines de mm/s jusqu'à 0,5–2 mm/s. Si le 1x n'a baissé que de 15 à 20 %, soit le balourd n'était pas la cause principale, soit la correction a été faite de façon imprécise.
L'équilibrage a été fait à 900 tr/min, mais la machine fonctionne à 1450. La mesure est-elle valable ?
Comme preuve du résultat dans le régime de service, non. La force due au balourd croît comme le carré du régime, et la réaction des paliers est différente à une autre fréquence. Prenez la mesure de contrôle au régime de service et en charge de service. Si cela n'est technologiquement pas possible, consignez dans le protocole le régime dans lequel les chiffres ont été obtenus, et ne les transposez pas au régime de service.
Le 1x a chuté d'un facteur cinq, mais la vibration globale de seulement 8 %. Le prestataire a-t-il mal travaillé ?
C'est plutôt le contraire : il a fait ce que des masses peuvent faire, et cela se voit dans les chiffres. Les composantes s'additionnent de façon quadratique, donc retirer 4 mm/s de 1x d'une vibration globale de 9 mm/s pour obtenir 5 est impossible. Posez d'autres questions : a-t-il montré le spectre, a-t-il indiqué la cause du reste, a-t-il donné une recommandation. Si oui, le travail est fait, et c'est une autre réparation qu'il faut maintenant.
Pourquoi une nouvelle mesure quelques jours plus tard, si tout était déjà dans la tolérance ?
Elle vérifie ce que la première ne peut pas vérifier : si la masse tient, si la roue ne s'est pas de nouveau encrassée, comment la machine se comporte dans son véritable état thermique. Vous obtenez en plus un niveau de référence de la machine en bon état, à partir duquel vous calculerez ensuite la tendance et fixerez les seuils. Intervalle pratique : de 3 à 7 jours de fonctionnement, ou un cycle technologique complet.
Le prestataire n'a pas laissé de protocole, il a seulement dit « dans la tolérance ». Que faire ?
Sans les conditions de mesure consignées, une telle affirmation ne peut pas être vérifiée, et elle ne vaut rien en cas de litige. Demandez un export de l'archive de l'appareil : chiffres avant et après à chaque point, régime, masses et emplacements de pose, spectre. Si cela n'existe pas, la seule solution qui fonctionne est une mesure de contrôle indépendante aux points repérés, pour obtenir votre propre point de départ pour l'avenir.
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