AXILINEÉquilibrage des rotors de moteurs électriques et de générateurs sur leur lieu d'exploitation
Le moteur s'est mis à ronfler après une réparation, le roulement chauffe, et il faudra le redémonter dans un mois. La vibration d'une machine électrique n'a presque jamais une seule cause : une partie vient du balourd du rotor, une partie des forces électromagnétiques dans l'entrefer, une partie d'un désalignement avec la machine entraînée. Nous venons avec un analyseur vibratoire à deux voies, décomposons la vibration par fréquences et équilibrons le rotor dans ses propres paliers. Si la cause n'est pas le balourd, vous le saurez dès la première heure, pas après la pose des masses.
Symptômes : les cas les plus fréquents et quand il faut appeler
Une machine électrique se met rarement à vibrer sans raison. Il y a presque toujours un événement déclencheur : une réparation, un remplacement de roulements, un nouveau ventilateur, une charge différente, un remontage sur un autre châssis. Souvenez-vous de cet événement avant de nous appeler, cela nous fait gagner une heure de diagnostic.
- Le bruit et la vibration ont augmenté juste après une réparation, un rebobinage, un remplacement de roulements ou un remontage du groupe
- La vibration augmente à mesure que la machine chauffe et revient à son niveau initial après refroidissement
- Tout a commencé après l'installation d'un nouveau ventilateur de refroidissement, d'un demi-accouplement ou d'une chemise de réparation sur l'arbre
- Les roulements tiennent nettement moins longtemps que la durée annoncée, la graisse noircit et est expulsée
- Le niveau de vibration change avec le régime sur un entraînement à variateur de fréquence : à une consigne, la machine ronfle, à une autre, elle est silencieuse
- Les boulons des pattes sont desserrés ou cisaillés, une fissure est apparue dans une patte ou un support, le logement du roulement dans le flasque est abîmé
- Une mesure de ronde a placé la machine en zone C ou D selon la partie applicable de l'ISO 20816 (niveaux pour lesquels un fonctionnement prolongé est déconseillé ou inacceptable)
- Le générateur est bruyant en charge et nettement plus silencieux à vide
- La vibration axiale a augmenté au niveau du demi-accouplement, alors que la vibration radiale a peu changé
Le symptôme coûteux ici n'est pas le bruit, mais la défaillance précoce des roulements. Le balourd résiduel crée une force radiale tournante qui s'ajoute au poids du rotor, à la tension de courroie et à la charge axiale. Le calcul de durée de vie selon l'ISO 281 ne tient pas compte de cette force à moins qu'elle n'y ait été intégrée, si bien qu'un roulement tient « inexplicablement » deux fois moins longtemps que prévu.
Sources : ISO 281:2007
Quels rotors de cette famille nous équilibrons
La famille est large, mais partage une mécanique commune : un rotor sur deux paliers, un ventilateur de refroidissement à une extrémité, un demi-accouplement ou une poulie à l'autre. Voici les sous-groupes et ce qui, dans chacun d'eux, crée le déséquilibre.
Moteurs asynchrones
Rotors de moteurs électriques asynchrones d'usage industriel général : entraînements de pompes, ventilateurs, compresseurs, convoyeurs, concasseurs, agitateurs. Cage d'écureuil ou rotor bobiné à bagues. Le balourd propre du paquet de tôles est généralement faible, mais le ventilateur de refroidissement, le demi-accouplement et les traces de réparation en apportent largement.
Moteurs synchrones et générateurs
Rotors de moteurs synchrones à pôles saillants et rotors de générateurs électriques, y compris les générateurs de groupes diesel et gaz. Ici, une seconde mesure est indispensable : à vide et en charge. La composante électromagnétique augmente avec le courant, alors que le balourd ne dépend absolument pas de la charge.
Induits de machines à collecteur
Induits de moteurs électriques à courant continu : moteurs de levage, de traction, entraînements de machines-outils et de laminoirs. Le rotor est long, presque toujours deux plans. Nous effectuons la correction sur les bagues de frettage et les rondelles de pression, sans toucher ni au collecteur ni aux têtes de bobinage.
Moteurs d'entraînement de groupes
Rotors de moteurs d'entraînement intégrés à une machine : groupe de pompage, de ventilation, de compression. Il faut souvent équilibrer à la fois le rotor du moteur et la roue de la machine entraînée, et vérifier entre les deux l'alignement des arbres. Nous décidons de l'ordre des opérations sur place, à partir du spectre, et non par supposition.
Machines à régime élevé
Rotors de moteurs électriques à régime élevé : moteurs bipolaires à 3000 tr/min, entraînements de broches, machines accélérées par variateur au-delà du régime nominal. Les exigences sur le balourd résiduel sont plus strictes, car la force centrifuge croît comme le carré du régime, et la première fréquence critique n'est parfois plus très loin.
- Rotors après réparation ou rebobinage : un nouveau bobinage, un frettage réalisé sur place, des clavettes et un excès de vernis d'imprégnation figé d'un seul côté modifient la répartition de la masse sur la circonférence
- Rotors après remplacement de roulements : la position du rotor dans l'entrefer et la rigidité du palier ont changé, et avec elles toute la configuration de la vibration, phase comprise
- Rotors après remise en état des portées : rechargement, projection thermique, ferrage ou chemise de réparation ajoutent du métal de façon asymétrique et exigent presque toujours un nouvel équilibrage
- Rotors après installation d'un ventilateur de refroidissement : un ventilateur neuf ou simplement remonté apporte son propre balourd, surtout s'il est en aluminium coulé avec des pales d'épaisseur inégale
- Rotors après installation ou remplacement d'un demi-accouplement : celui-ci se trouve en extrémité d'arbre, de sorte que son excentricité et son propre déséquilibre agissent sur un long bras de levier et chargent le palier proche
Précisons le cas du rebobinage. Un bobinage au rotor concerne le rotor bobiné, l'induit d'une machine à courant continu et les pôles d'une machine synchrone, et là, la réparation modifie directement la répartition de la masse. Sur un moteur asynchrone à cage d'écureuil, c'est le stator qui est rebobiné, et cela n'agit sur le balourd du rotor que de façon indirecte : par le démontage, le remplacement des roulements, la dépose et la repose du ventilateur, le redressage de l'arbre. La vibration augmente également après ce type de réparation, mais sa cause est alors d'ordre assemblage.
Balourd ou électricité : comment nous faisons la distinction
C'est la principale différence entre une machine électrique et un ventilateur ou une pompe. Un moteur possède une source de vibration qu'aucun autre rotor n'a : les forces électromagnétiques dans l'entrefer. Elles vivent à leurs propres fréquences et ne peuvent en aucun cas être supprimées par des masses.
Les repères sont simples. Le balourd se situe à la fréquence de rotation, c'est-à-dire sur la 1x. Les forces électromagnétiques se situent à la fréquence du réseau et à son doublement : 50 et 100 Hz pour une alimentation en 50 Hz. Un entrefer inégal, une excentricité du rotor ou de l'alésage du stator, un bobinage desserré dans les encoches et un court-circuit entre spires se manifestent avant tout à 100 Hz.
Une rupture ou une fissure des barres de la cage d'écureuil se présente différemment. Autour de la fréquence de rotation et autour de 100 Hz apparaissent des bandes latérales avec un pas égal à la fréquence de glissement (le faible écart entre la vitesse du champ et le régime du rotor) multipliée par le nombre de pôles. Ce pas est faible, c'est pourquoi nous fixons un nombre de lignes de spectre suffisant pour que les pics voisins se séparent réellement, au lieu de fusionner en une seule bosse.
Il existe un piège dans lequel on tombe souvent. Sur un moteur tétrapolaire à 1500 tr/min, la deuxième harmonique de la fréquence de rotation (2x) vaut exactement 50 Hz et coïncide avec la fréquence du réseau. Sur un moteur bipolaire à 2900 tr/min, la première harmonique se situe vers 48 Hz, presque collée à 50 Hz. De tels pics sont difficiles à séparer par le spectre. Par le comportement de la machine, c'est facile.
La vérification par coupure de l'alimentation ne prend qu'un seul démarrage. Le moteur atteint son régime, nous relevons l'amplitude et la phase de la 1x ainsi que le niveau global, puis l'alimentation est coupée. La force électromagnétique disparaît avec le courant : l'amplitude chute en marche d'escalier en une fraction de seconde, alors que le rotor tourne encore à un régime presque inchangé. Le balourd ne se comporte pas ainsi : il diminue progressivement avec le ralentissement libre, c'est-à-dire à mesure que le rotor ralentit de lui-même, car la force centrifuge est proportionnelle au carré de la fréquence de rotation. Nous convenons de cette vérification avec votre personnel et ne la réalisons que là où un ralentissement libre est sans danger pour la machine et pour le procédé.
| Ce que nous observons | Cause la plus probable | Ce que nous faisons |
|---|---|---|
| Le pic de la 1x domine, la phase se répète d'un démarrage à l'autre à quelques degrés près | Balourd du rotor | Nous équilibrons sur site, en un ou deux plans |
| L'amplitude chute en marche d'escalier au moment de la coupure de l'alimentation | Composante électromagnétique | Les masses ne serviront à rien : mesure de l'entrefer, contrôle des bobinages et de l'ajustement du stator |
| Pic notable au double de la fréquence du réseau (100 Hz pour 50 Hz) | Entrefer inégal, excentricité du rotor ou du stator, bobinage desserré dans les encoches | Intervention sur la partie électrique, l'équilibrage est reporté |
| Bandes latérales autour de la 1x et de 100 Hz, avec un pas « glissement × nombre de pôles » | Rupture ou fissure des barres de la cage d'écureuil | Contrôle non destructif du rotor et réparation de la cage, le balourd est ici secondaire |
| 2x forte plus vibration axiale élevée au niveau du demi-accouplement | Désalignement | Alignement des arbres, puis, si nécessaire, équilibrage |
| Peigne d'harmoniques 1x, 2x, 3x et plus, phase instable | Desserrage mécanique : boulons de pattes, pied mou, ajustement abîmé | Fixations et réparation de l'ajustement, il n'y a rien à équilibrer dans cet état |
| Pics en zone haute fréquence, non multiples du régime | Défauts de roulements | Diagnostic et remplacement, ne se traite pas par des masses |
Sur un générateur, nous ajoutons une analyse supplémentaire. Nous mesurons à vide et en charge, de préférence à deux niveaux de courant. Le balourd ne dépend absolument pas de la charge. Une vibration qui augmente avec le courant ou avec l'échauffement du bobinage oriente vers l'électrique et vers l'état thermique du rotor. La méthode générale de recherche de cause est détaillée dans un article séparé ; ici, nous l'appliquons à la machine électrique.
Sources : ISO 13373-3:2015
Ce que nous vérifions avant de sortir les masses
La tournée d'inspection dure de quinze minutes à une heure et décide s'il est même utile de lancer la procédure. Une partie des vérifications se fait à la main sur une machine arrêtée et consignée, une autre aux instruments sur la machine en fonctionnement.
- La fixation au châssis et à la fondation : serrage des boulons de pattes, pied mou, fissures dans les pattes et les supports, jeu de cales sous la patte, état des ancrages
- Les ajustements de roulements : serrage sur l'arbre et dans le flasque, signes de rotation de la bague extérieure, traces de rodage et couleurs de recuit
- L'état des roulements d'après les composantes haute fréquence du spectre, le bruit et la température, la présence de cannelures sur les chemins de roulement dues à des courants de fuite
- Le ventilateur de refroidissement : fissures au pied des pales, pales manquantes ou cassées, poussière collée entre les pales, ajustement sur l'arbre après réparation
- Le demi-accouplement ou la poulie : faux-rond radial et axial au comparateur, ajustement en extrémité d'arbre, état des éléments élastiques, présence des deux clavettes
- Le faux-rond de l'arbre au comparateur : flèche résiduelle après un long stockage sur un côté, après un échauffement ou après un redressage
- La clavette et la rainure de clavette : une rainure vide sous le demi-accouplement crée son propre balourd, et une seconde clavette modifie le calcul
- Le rotor après rebobinage : clavettes saillantes, frettage irrégulier, coulures de vernis d'imprégnation, têtes de bobinage disposées de façon asymétrique
- Le régime de fonctionnement : stabilité du régime, consigne du variateur de fréquence, charge du générateur, position de la vanne côté pompe entraînée
- L'état thermique : mesure sur machine froide, puis nouvelle mesure après 30 ou 60 minutes de fonctionnement en charge
La flèche thermique sur les machines électriques est plus fréquente qu'il n'y paraît. Le rotor chauffe de façon inégale, l'arbre se déforme, et le balourd devient fonction de la température. Signe caractéristique : la 1x augmente lentement à mesure que la machine chauffe, et la phase dérive de plusieurs dizaines de degrés sans revenir tant que la machine n'a pas refroidi. Il est possible d'équilibrer une telle machine, mais le résultat ne sera valable que pour un seul état thermique. Nous recherchons la cause séparément : court-circuit entre spires, imprégnation inégale, canaux de refroidissement bouchés, frottement du rotor.
Déroulement du travail sur site
- Étape 1
Habilitation, inspection, consignation
Nous déterminons qui pilote la machine et qui consigne le démarrage, où se trouve la clé, comment s'ouvre le capot du ventilateur et s'il existe un accès au demi-accouplement. Nous effectuons la tournée d'inspection selon la liste ci-dessus. C'est aussi le moment où nous décidons si un ralentissement libre est sûr : il est nécessaire pour la vérification électrique et pour la résonance.
- Étape 2
Capteurs et repère de phase
Nous posons deux accéléromètres sur les paliers du moteur, au plus près possible du roulement : sur une nervure ou un bossage du flasque, sur une surface plane décapée, fixés par aimant ou sur un goujon. La direction est radiale, généralement horizontale, et identique à tous les démarrages. Un capteur posé sur le capot du ventilateur, sur la boîte à bornes ou sur un carter de protection donne des valeurs élevées qui n'ont rien à voir avec le rotor.
- Étape 3
Régime et phase de référence
Nous pointons le capteur laser sur le repère réfléchissant. Nous le collons sur une zone dégraissée de l'extrémité d'arbre, sur le demi-accouplement ou sur une partie visible de l'arbre côté ventilateur. Un seul repère, strictement : une seconde bande donnerait un régime deux fois trop élevé. Nous veillons à ce que le laser ne capte pas de reflet parasite provenant de la rainure de clavette ou d'un chanfrein.
- Démarrage 0
Mesure initiale
Machine au régime et dans les conditions de travail. Nous relevons le régime, la vibration globale en mm/s RMS, l'amplitude et la phase de la 1x sur chaque palier, le spectre et le signal temporel. Nous mesurons séparément, une seule fois, la vibration axiale au niveau du demi-accouplement.
- Distinction des causes
Balourd, électricité ou mécanique
Nous comparons la 1x à la vibration globale, examinons 50 et 100 Hz ainsi que les bandes latérales, coupons l'alimentation en observant le ralentissement libre, et vérifions la répétabilité de la phase sur deux démarrages consécutifs. C'est seulement après cela que nous disons s'il est pertinent d'équilibrer, ou si la cause est ailleurs. Si c'est le cas, la suite est un diagnostic, pas des masses.
- Démarrage 1
Masse d'essai sur le premier plan
Nous pesons la masse, la fixons au point repéré aussi solidement que le sera la masse définitive, et saisissons la masse et le rayon réels. Nous considérons le démarrage d'essai comme valable si l'amplitude de la 1x a changé d'au moins 20 à 30 %, ou si la phase a tourné d'au moins 20 à 30°. Si le changement est plus faible, la masse est trop petite : nous l'augmentons et recommençons.
- Démarrage 2
Masse d'essai sur le second plan
Uniquement pour un calcul à deux plans. Nous déplaçons la masse selon les indications du logiciel et répétons la mesure. Au total : un plan demande deux démarrages, deux plans en demandent trois.
- Correction
Masses, angles et fixation
Le logiciel indique la masse et la position de la masse par plan. Le zéro de référence se trouve à l'endroit où était posée la masse d'essai. Sur les pales du ventilateur et sur les boulons du demi-accouplement, le mode positions fixes est plus commode : l'appareil répond par un numéro de position et une masse, et toute erreur de sens de comptage disparaît. Nous fixons la masse par boulon dans un trou existant, par rondelles sous les boulons du demi-accouplement, par soudure d'une plaque là où c'est autorisé et où cela ne chauffe pas le bobinage, ou en enlevant de la matière par perçage dans une partie massive. Il est interdit de percer le paquet de tôles, les barres de la cage et le frettage.
- Contrôle
Démarrage de vérification et retouche (trim)
Même régime et mêmes conditions que lors du démarrage initial. La composante synchrone doit chuter nettement. Si l'objectif n'est pas atteint du premier coup, le logiciel proposera d'ajouter de petites masses à celles déjà posées. Une ou deux itérations suffisent généralement.
- Rapport
Consignation du résultat
Nous consignons les chiffres avant et après pour chaque palier et chaque direction, le régime, les conditions de fonctionnement, la température, les masses, rayons et positions des masses. Les coefficients d'influence — la réponse mesurée propre à cette machine face à une masse d'essai — restent dans l'archive de l'appareil, et un prochain équilibrage de cette même machine se fera sans démarrages d'essai.
Nous travaillons avec le Balanset-1A : deux accéléromètres, un capteur laser de phase, un module USB à deux voies avec préamplificateurs et convertisseur analogique-numérique, un logiciel sur ordinateur portable. L'appareil calcule la correction en un et deux plans par la méthode des coefficients d'influence, affiche la vibration globale, la 1x, la phase, le régime, le spectre et le signal temporel, répartit la masse sur des positions fixes, calcule le perçage, évalue la tolérance selon les classes G et conserve une archive pour le rapport.
Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A · Spécifications fabricant Balanset-1A
Un plan de correction ou deux pour les rotors de machines électriques
Le nombre de plans de correction est déterminé par la forme du rotor et le régime. Nous calculons le rapport L/D, où L est la distance entre les plans de correction possibles, et D le diamètre dans la zone de pose de la masse. La règle elle-même est détaillée dans un article séparé ; voici ci-dessous un aperçu pratique appliqué aux machines électriques.
La différence entre un moteur électrique et un ventilateur est que les plans accessibles sont fixés par la conception, et non par votre choix. En règle générale, il s'agit du ventilateur de refroidissement d'un côté et du demi-accouplement ou de la poulie de l'autre. Ils sont répartis aux deux extrémités de l'arbre, ce qui constitue une géométrie commode pour un calcul à deux plans.
| Type de rotor | Plans | Pourquoi |
|---|---|---|
| Rotor court d'un petit moteur, L/D inférieur à 0,5, régime jusqu'à 1500 tr/min | Un | Se comporte comme un disque, le balourd statique prédomine, un seul démarrage d'essai suffit |
| Rotor courant de puissance moyenne à élevée, L/D supérieur à 0,5 | Deux | Sinon subsiste un balourd de moment : une seule masse ne peut pas réduire la vibration sur les deux paliers à la fois |
| Moteur bipolaire à 3000 tr/min | Deux | Le régime élevé accentue la composante de moment, les exigences sur le résiduel sont plus strictes |
| Induit de machine à courant continu | Deux | Le rotor est long, correction sur les bagues de frettage et les rondelles de pression aux deux extrémités |
| Seul le ventilateur de refroidissement est accessible | Un, avec réserve | Nous réduirons la vibration sur le palier proche, un résidu peut subsister sur le palier éloigné. Nous vous le disons avant de commencer |
| Le ventilateur et le demi-accouplement sont tous deux accessibles | Deux | Les plans sont répartis aux extrémités de l'arbre, le calcul converge de façon stable |
| Le rotor fonctionne près de la première fréquence critique | Sur site, de façon limitée | Un rotor flexible se comporte différemment, deux plans peuvent ne pas suffire. Nous vérifions l'applicabilité selon l'édition en vigueur de l'ISO 21940-12 |
Cas particulier : la correction sur le demi-accouplement. La masse posée sur le demi-accouplement se trouve en extrémité d'arbre, au-delà du roulement, si bien que son effet sur le palier éloigné peut être de signe opposé et peu intuitif. C'est précisément pourquoi nous ne devinons pas, mais obtenons les coefficients d'influence par un démarrage d'essai propre à cette machine précise.
Sources : ISO 21940-12:2016
Ce qui fait obstacle et quand l'équilibrage sur site échoue
Pas d'accès au plan de correction
Machine fermée, capot de ventilateur moulé, ventilateur noyé dans le paquet, demi-accouplement fermé par une protection qui ne se retire pas sans démonter le groupe. Si aucun plan ne peut être ouvert, l'équilibrage sur site est physiquement impossible.
La cause est électrique
Rupture de barres de cage, excentricité du rotor ou de l'alésage du stator, court-circuit entre spires, bobinage desserré dans les encoches. Les masses sont ici inutiles : vous équilibrerez le rotor, et la vibration à 100 Hz restera inchangée. Nous le démontrerons par des chiffres et ne facturerons pas un équilibrage inutile.
Flèche thermique
La vibration augmente à mesure que la machine chauffe, la phase dérive de plusieurs dizaines de degrés. L'équilibrage ne donnera un résultat que pour un seul état thermique, et la vibration reviendra sur une machine froide ou surchauffée. D'abord la cause de l'échauffement, ensuite les masses.
Jeu et ajustements abîmés
Bague de roulement qui a tourné, flasque abîmé, ajustement desserré du ventilateur ou du demi-accouplement. La masse du rotor n'est pas fixe, alors que le calcul suppose le contraire. D'abord la remise en état des portées, ensuite l'équilibrage.
Variateur de fréquence et régime instable
L'équilibrage exige un régime constant. Sur un entraînement à variateur de fréquence, nous fixons la consigne, désactivons la régulation PID et l'asservissement automatique en pression ou en débit, et attendons la stabilisation de la fréquence. Si le régime varie de plus de quelques pour cent, les coefficients d'influence dérivent et la correction devient aléatoire. Nous équilibrons à la fréquence où la machine fonctionne réellement le plus souvent, et s'il existe deux régimes de travail, nous vérifions le résultat sur les deux.
Résonance des paliers et du châssis
Pendant le ralentissement libre, l'amplitude produit un pic étroit, et la phase pivote d'environ 180 degrés. En résonance, l'équilibrage est instable : le résultat diverge d'un démarrage à l'autre. Nous agissons sur la rigidité du châssis et de la fondation, ou nous nous écartons de cette zone de régime.
La machine ne peut pas être arrêtée
La pose des masses exige un arrêt et une consignation du démarrage. Un plan représente au minimum deux arrêts, deux plans en représentent trois. Si le procédé ne permet aucun arrêt, nous planifions le travail sur une fenêtre disponible ou le reportons à un arrêt programmé.
Quand il est plus honnête de déposer le rotor. Si la machine part de toute façon en démontage, si un document attestant la classe de qualité G est exigé, si le rotor est flexible ou si aucun plan n'est accessible sur site, l'équilibrage sur machine en atelier est plus précis et, au final, moins coûteux. Nous le disons dès le départ, pas après trois démarrages. Une comparaison des deux approches figure dans un article séparé sur l'équilibrage sur site ou en atelier.
Ce que vous obtenez au final
Le résultat de notre intervention, ce n'est pas seulement une machine silencieuse, mais aussi des chiffres avec lesquels vous pourrez vivre ensuite : les comparer à une mesure antérieure, les montrer au fabricant, les intégrer à votre plan de maintenance.
- Un rapport avec la vibration initiale et résiduelle pour chaque palier et chaque direction, séparément le niveau global en mm/s RMS et séparément la composante synchrone 1x
- Le régime, les conditions de fonctionnement, la charge et la température au moment des mesures, un schéma des points d'installation des capteurs
- Les spectres avant et après, pour voir précisément ce qui a baissé et ce qui subsiste
- Les masses, rayons et positions des masses posées, avec description du mode de fixation
- Une évaluation de la vibration globale par zones selon la partie applicable de l'ISO 20816, avec indication de l'édition, de la bande de fréquences, du type de paliers et des points de mesure
- Le calcul de la tolérance de balourd résiduel selon les classes G de l'ISO 21940-11, si la masse du rotor, le régime et le rayon de correction sont connus
- Une liste séparée de ce que l'équilibrage ne corrige pas : désalignement, roulement, électricité, résonance, desserrage des fixations, avec des recommandations sur l'ordre des interventions
- Les coefficients d'influence de cette machine, conservés : la prochaine correction se fera sans démarrages d'essai
Il est important de ne pas confondre trois évaluations distinctes. La mention « dans la tolérance » dans le logiciel signifie une seule chose : la 1x résiduelle est inférieure à la valeur cible saisie. L'état général de la machine s'évalue par la vibration globale et les zones de l'ISO 20816, tandis que la qualité de l'équilibrage du rotor s'évalue par le balourd résiduel en g·mm/kg selon les classes G de l'ISO 21940-11. Nous vérifions séparément quelle partie et quelle édition de la norme s'appliquent à votre machine : il existe des réserves pour les petits groupes, les machines à transmission par courroie et les exécutions spéciales. L'analyse des trois tolérances et le choix de la classe de qualité font l'objet d'articles séparés.
Sources : ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016
Combien cela coûte et comment commander
le diagnostic vibratoire avec rapport coûte 300 EUR par machine, l'équilibrage ajoute à partir de 250 EUR, la facture minimale par visite est de 500 EUR. Le calculateur du site donne un calcul précis pour votre machine : il tient compte du nombre de rotors sur le site, du nombre de plans de correction, de l'accès aux plans, de l'ampleur du diagnostic et de l'éloignement du site. Nous travaillons au Portugal, basés à Vila Nova de Gaia, près de Porto, et intervenons dans tout le pays.
Le diagnostic sans équilibrage est aussi une prestation à part entière. Il arrive qu'il constitue toute la visite : nous démontrons que la cause est un désalignement, un roulement ou l'électrique, et vous économisez sur des masses qui n'auraient rien changé.
- Type de machine, puissance, régime nominal et nombre de pôles
- Alimentation par le réseau ou par variateur de fréquence, fréquences de consigne de travail
- Ce qui a été fait sur la machine avant l'apparition de la vibration : réparation, rebobinage, remplacement de roulements, nouveau ventilateur ou demi-accouplement
- Des photos de la machine des deux côtés : flasques, capot du ventilateur, demi-accouplement, châssis et fixation à la fondation
- Les relevés de vibration existants, les rapports de rondes, les enregistrements de surveillance
- Les fenêtres d'arrêt possibles et les exigences d'accès au site
AXILINE, ce sont des ingénieurs qui conçoivent et fabriquent les appareils Balanset, et qui les utilisent eux-mêmes pour équilibrer sur site. C'est pourquoi nous intervenons aussi bien nous-mêmes sur site que nous vendons l'appareil à ceux qui souhaitent le faire par leurs propres moyens, avec un accompagnement conseil sur leur machine précise. Un équilibrage courant du rotor d'un moteur électrique est à la portée d'un service d'exploitation, et les cas complexes se heurtent le plus souvent au diagnostic, plutôt qu'au calcul.
Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A
Questions fréquentes
Peut-on équilibrer le rotor d'un moteur électrique sans démonter la machine ?
Oui, c'est la méthode principale. Le rotor est équilibré dans ses propres paliers, au régime de travail : capteurs sur les flasques, capteur laser de phase sur le repère de l'arbre, masses posées à travers le capot du ventilateur ou sur le demi-accouplement. Le démontage est nécessaire lorsqu'aucun plan de correction ne peut être ouvert, lorsque le rotor part de toute façon en réparation, ou lorsqu'une réception selon la classe G sur machine à équilibrer est exigée.
Le moteur s'est mis à ronfler après un rebobinage. Est-ce un balourd ?
Cela peut l'être, mais il faut vérifier plus largement. Si c'est le rotor qui a été rebobiné (rotor bobiné, induit, pôles d'une machine synchrone), la répartition de la masse sur la circonférence a changé directement, et l'équilibrage est presque obligatoire. Si c'est le stator qui a été rebobiné, le rotor a été démonté à cette occasion, les roulements remplacés, le ventilateur déposé puis reposé ; la source peut donc venir aussi bien du montage que de l'ajustement ou d'une nouvelle géométrie d'entrefer. Nous effectuons un démarrage avec vérification par coupure d'alimentation et vous donnons une réponse précise.
Comment savoir si la vibration est d'origine électrique et non due à un balourd ?
Trois signes. Premier : un pic notable au double de la fréquence du réseau, c'est-à-dire vers 100 Hz pour une alimentation en 50 Hz. Deuxième : des bandes latérales autour de la 1x et de 100 Hz, avec un pas égal à la fréquence de glissement multipliée par le nombre de pôles, signature d'une rupture de barres de cage. Troisième, et le plus probant : à la coupure de l'alimentation, l'amplitude chute en marche d'escalier en une fraction de seconde, alors que le rotor tourne encore. Le balourd, lui, diminue progressivement, au fil du ralentissement libre.
Où pose-t-on les masses de correction sur le rotor d'un moteur électrique ?
Par ordre de commodité décroissante : trous existants et pales du ventilateur de refroidissement, rondelles sous les boulons du demi-accouplement, bagues et gorges d'équilibrage si le fabricant les a prévues, rondelles de pression et bagues de frettage sur les induits, soudure d'une plaque là où c'est autorisé et où cela ne chauffe pas le bobinage, enlèvement de matière par perçage dans une partie massive. Le paquet de tôles, les barres de la cage d'écureuil, le collecteur et le frettage ne se percent ni ne se soudent. Les masses magnétiques ne conviennent qu'à titre d'essai.
La vibration augmente à mesure que le moteur chauffe. L'équilibrage aidera-t-il ?
Probablement pas, et c'est un signe important. Une 1x qui augmente avec la température, accompagnée d'une phase qui dérive, indique une flèche thermique de l'arbre ou du rotor : échauffement inégal, court-circuit entre spires, canaux de refroidissement bouchés, traces de frottement. L'équilibrage rendra la machine silencieuse dans un seul état thermique, et la vibration reviendra dans un autre. Nous traitons d'abord la cause de l'échauffement, puis nous posons les masses.
Le moteur fonctionne avec un variateur de fréquence à différents régimes. Sur lequel équilibrer ?
À la fréquence où la machine fonctionne le plus souvent, avec une consigne fixée et l'asservissement automatique désactivé. Un régime instable dégrade les coefficients d'influence, et le calcul devient aléatoire. S'il existe réellement deux régimes de travail, nous équilibrons sur le régime principal et vérifions le résultat sur le second. Nous vérifions au passage si l'un des régimes ne tombe pas dans une résonance du châssis : c'est une découverte fréquente sur les machines à variateur.
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Équilibrage d'induits de machines à collecteur et de rotors de générateurs sur leur site d'exploitation
Oui, nous équilibrons sur site les induits de machines à collecteur et les rotors de générateurs, dans leurs propres paliers et au régime de travail. Trois conditions. Première : l'essentiel de la vibration doit provenir de la composante 1x — la vibration exactement à la fréquence de rotation du rotor —, et non de la fréquence du réseau, du battement du collecteur ou des harmoniques du diesel d'entraînement. Deuxième : il faut au moins un plan de correction accessible — un endroit où poser une masse de correction —, et sur ces rotors, il n'est pas toujours présent, parce qu'on ne peut toucher ni au paquet de tôles, ni au bobinage, ni à la frette, ni au collecteur. Troisième : les frettes, la fixation des pôles et la portée du demi-accouplement doivent être en bon état, sinon le balourd dérive d'un démarrage à l'autre et les masses ne tiendront pas le résultat. Si aucun plan ne peut être ouvert, ou si le rotor part de toute façon en démontage, il est plus honnête d'équilibrer sur banc, et nous le disons dès la première heure, pas après trois démarrages.
Équilibrage de tout type de rotor sur site : les cinq conditions pour que cela fonctionne
Oui, nous équilibrons les rotors et ensembles tournants non standard sur leur lieu d'exploitation, dans leurs propres paliers, sous cinq conditions : il y a un endroit où poser des capteurs de vibration sur les paliers ; le régime peut être mesuré par un tachymètre optique via un repère réfléchissant ; la machine peut être démarrée et arrêtée sans danger deux ou trois fois ; le rotor offre un endroit où fixer ou d'où retirer de la masse ; la fréquence de rotation reste stable pendant les mesures. Le type de mécanisme n'a, en lui-même, aucune importance. Si une seule de ces conditions n'est pas remplie, nous le disons avant le déplacement et proposons une autre solution.
Comment équilibrer le rotor d'un moteur électrique : la marche à suivre sur site
Le rotor d'un moteur électrique s'équilibre en place, dans ses propres paliers : deux capteurs sur les paliers, un capteur de phase laser sur la marque réfléchissante de l'arbre, une masse d'essai dans un plan accessible — généralement sur le ventilateur de refroidissement ou sur le demi-accouplement. Avant cela, séparez la cause électrique de la cause mécanique : coupez l'alimentation au régime de service et regardez si la vibration disparaît instantanément (électrique) ou décroît avec le régime (balourd). Un rotor plus long que la moitié de son diamètre et un régime de 1500 à 3000 tours par minute : équilibrez en deux plans. Après un rebobinage, le rotor s'équilibre séparément sur une machine à équilibrer, mais une finition sur site, sur la machine assemblée, est presque toujours nécessaire.
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.