Équilibrage des rotors et des roues de compresseurs centrifuges sur leur lieu d'exploitation

Un compresseur centrifuge ne pardonne pas l'approximation. La vitesse est élevée, le rotor est souvent flexible, les paliers sont lubrifiés à l'huile, et une part notable de la vibration ne vient pas de la masse, mais du gaz. Nous venons mesurer et séparer les causes : la composante 1x (la vibration exactement à la fréquence de rotation), la zone subsynchrone (les fréquences inférieures à la fréquence de rotation), la fréquence de passage des aubes, le régime de fonctionnement. Nous équilibrons ce qui peut réellement l'être sur site, et pour le reste, nous remettons une conclusion chiffrée.

Mis à jour le 27 août 2026 · par AXILINE · Vila Nova de Gaia

Trois conceptions de rotor, trois réponses différentes

« Compresseur centrifuge » recouvre sur le terrain au moins trois machines différentes, et la question de l'équilibrage sur site se règle séparément pour chacune. Nous ne regardons pas la plaque signalétique, mais le nombre de roues sur l'arbre, la fermeture du carter, et la présence ou non d'un multiplicateur — un engrenage élévateur de vitesse — entre l'entraînement et le rotor.

Tout se ramène à une seule question : existe-t-il un plan de correction accessible sans démonter la veine.

Notez le nombre d'aubes de chaque roue et le rapport de transmission du multiplicateur. Sans ces deux chiffres, le spectre d'une machine de compression ne se lit qu'à moitié : vous ne séparerez pas la fréquence de passage des aubes (le nombre d'aubes multiplié par la vitesse de rotation) de la fréquence d'engrènement, et vous prendrez l'une pour l'autre.

Vitesse et tolérance : pourquoi la marge est plus courte ici

La force due à une masse déséquilibrée croît avec le carré de la vitesse angulaire. Sur une machine qui tourne plusieurs fois plus vite qu'un ventilateur, le même gramme au même rayon charge le palier de façon démultipliée. D'où deux conséquences pratiques.

La première : la tolérance de balourd résiduel sur ces rotors est parmi les plus strictes, et elle ne se choisit pas par analogie avec la machine voisine, mais d'après les exigences du fabricant et la partie applicable de l'ISO 21940 dans son édition en vigueur. Le choix de la classe de qualité est détaillé dans un autre article.

La seconde : la masse d'essai est dangereuse ici. Sur un ventilateur, vous posez une masse d'essai avec une bonne marge et regardez le résultat. Sur un rotor rapide, une telle masse fait sortir le niveau au-delà du seuil de protection, surcharge le palier et endommage le point de fixation. Nous calculons la masse d'essai à partir du niveau initial et de l'augmentation de force admissible, pas par habitude.

• Nous choisissons la masse d'essai de façon que la réponse se lise clairement, tout en gardant l'augmentation de charge sur le palier dans une proportion raisonnable du poids du rotor.
• Nous notons le rayon de pose réel, mesuré sur la machine, et non celui du plan.
• Fixation uniquement d'origine : trous filetés, vis et anneaux d'équilibrage. La colle et le pointage sont exclus sur un rotor rapide.
• Les seuils d'alerte et de protection vibratoire sont convenus avec votre service avant le premier démarrage d'essai.
• Si le fabricant limite la masse totale des masses de correction ou le nombre de trous utilisés, nous travaillons dans cette limite et le mentionnons dans le protocole.

Sources : ISO 21940-11:2016

Rotor flexible et vitesses critiques

La méthode des coefficients d'influence, sur laquelle repose tout équilibrage sur site, exige une réponse reproductible. Le rotor doit réagir de la même façon à la même masse d'un démarrage à l'autre. Un rotor rigide tourne avec une marge en dessous de la première vitesse critique — la vitesse à laquelle le rotor entre en résonance et se déforme : la forme de la flèche ne change pas, et la correction trouvée tient dans le temps.

Le rotor d'un compresseur centrifuge fonctionne souvent au-dessus de la première vitesse critique. Il se déforme, et la forme de la flèche dépend de la vitesse. Une masse qui supprime la vibration au régime de travail peut faire monter l'amplitude lors du passage de la vitesse critique au démarrage suivant. Un tel rotor a besoin d'un équilibrage par modes de vibration : plusieurs plans et plusieurs vitesses, pas deux essais sur le terrain.

Tout se décide au ralentissement libre — la mesure pendant la descente en vitesse libre après coupure de l'entraînement. Nous relevons l'amplitude et la phase (la position angulaire) de la composante 1x au démarrage et au ralentissement, localisons les vitesses critiques et évaluons la marge jusqu'au régime de travail. Si le pic est proche et que la phase, au régime de travail, dérive d'un démarrage à l'autre, il n'y aura pas de résultat stable sur site, et nous le dirons le jour même. Le comportement des rotors flexibles est détaillé dans l'article sur la vitesse critique.

Nous examinons séparément la flèche thermique. Le gaz chaud et un chauffage inégal de l'arbre modifient la composante 1x au fur et à mesure de la montée en régime. La mesure ne se fait qu'en état thermique stabilisé, température relevée. Une machine froide et une machine chaude sont deux objets différents, et comparer leurs chiffres n'a pas de sens.

Sources : ISO 21940-12:2016

Paliers lisses : ce qu'ils font à vos chiffres

Presque toutes ces machines reposent sur des paliers lisses. Le film d'huile amortit, et le corps du palier transmet vers l'extérieur moins que ce que fait l'arbre à l'intérieur du jeu. Les chiffres absolus relevés sur le corps du palier paraissent modestes même quand le mouvement de l'arbre est notable.

Cela influence peu l'équilibrage lui-même : l'amplitude et la phase de la composante 1x se lisent normalement sur le corps du palier. Cela influence fortement l'évaluation de l'état. Si la machine dispose de proximètres d'origine — capteurs sans contact qui suivent le déplacement de l'arbre dans le jeu —, nous comparons nos chiffres au déplacement relatif de l'arbre, et nous prenons les seuils dans la partie applicable de l'ISO 20816 correspondant à votre type de machine, sa puissance, sa vitesse et son type de paliers. Les zones pour la vibration de corps de palier et pour le déplacement de l'arbre sont deux échelles différentes, qu'il ne faut pas mélanger.

• Température et pression de l'huile à l'entrée du palier, référence et viscosité, état du refroidisseur d'huile.
• Jeu dans le palier et précharge des patins, si le palier est à patins.
• Charge sur le palier. Un palier sous-chargé est un terrain classique pour l'instabilité du film d'huile.
• Position axiale du rotor et état de la butée.
• Température du corps du palier et limite admissible pour un accéléromètre à fixation magnétique.
• Voies de surveillance d'origine : proximètres, capteur de phase, seuils en vigueur.

Sources : ISO 20816-1:2016 · ISO 281:2007

Zone subsynchrone : où s'arrête le balourd

Le balourd vit exactement à la fréquence de rotation. Tout ce qui est en dessous n'a rien à voir avec l'équilibrage, et sur un compresseur centrifuge, la zone subsynchrone est densément peuplée. Nous l'analysons avant de sortir les masses.

La dernière ligne est la plus utile. Une vibration indifférente à la vanne, au débit et à la pression est mécanique, et c'est celle-ci que nous réduisons avec des masses. Tout ce qui change avec le régime se traite par le procédé. La façon de lire le spectre étape par étape est détaillée dans notre article sur le spectre de vibration.

Sources : ISO 13373-3:2015

Comment se déroule la visite

1. 01

   Les limites d'intervention sont convenues avant le déplacement

   Nous rassemblons les données : type de machine, vitesse de chaque arbre, rapport de transmission, nombre d'aubes, type de paliers, présence de proximètres, exigences du fabricant. C'est ici que nous décidons ce qu'il est permis de toucher. Si la réponse est « rien », nous venons pour un diagnostic, et vous le savez à l'avance.

2. 02

   Mesure initiale en régime stabilisé

   Deux accéléromètres sur les paliers, aimant sur une surface plane nettoyée, direction radiale-horizontale, identique à tous les démarrages. Capteur laser de phase sur le repère réfléchissant de l'arbre que nous équilibrons. Sur une machine avec multiplicateur, un repère posé sur le mauvais arbre invalide toute la mesure.

3. 03

   Démarrage et ralentissement

   Nous relevons l'amplitude et la phase de la 1x pendant le changement de vitesse, localisons les vitesses critiques, les résonances du châssis et de la tuyauterie, et évaluons la marge jusqu'au régime de travail.

4. 04

   Séparation des causes

   Nous comparons le niveau global à la composante 1x, analysons la zone subsynchrone, la deuxième harmonique avec la vibration axiale, les fréquences de passage des aubes et d'engrènement, la zone haute fréquence des roulements. Si le balourd n'est pas confirmé, nous nous arrêtons là. C'est une issue normale et fréquente.

5. 05

   Équilibrage de ce qui est accessible

   Le balourd est confirmé et un plan de correction est accessible : nous procédons alors par masse d'essai selon la méthode des coefficients d'influence — à partir de la réponse de la machine à la masse d'essai, le logiciel calcule la masse et l'angle de correction. Un plan, c'est un démarrage initial et un essai ; deux plans, c'est un démarrage initial et deux essais, plus un contrôle. Chaque démarrage suppose un arrêt, une décompression et une ouverture d'accès.

6. 06

   Démarrage de contrôle et ajustement

   Nous répétons dans le même régime et à la même température. Si le niveau a baissé sans atteindre la valeur cible, le logiciel calcule un complément aux masses déjà posées. Nous conservons les coefficients d'influence : le prochain ajustement se fera sans nouveaux essais.

7. 07

   Conclusion

   Nous remettons les chiffres avant et après pour chaque palier, les spectres et le signal temporel, les conditions de mesure, les emplacements et les masses posées, ainsi qu'une liste séparée de ce que l'équilibrage ne corrige pas, avec des priorités d'urgence.

Nous ne commençons les essais qu'après nous être assurés que la composante 1x fournit l'essentiel du niveau et que sa phase se reproduit. Sur un rotor rapide, une masse d'essai posée au hasard n'est pas une heure perdue, c'est un risque.

Sources : Manuel d’utilisation Balanset-1A

Ce qui s'équilibre réellement sur site

Voici les plans avec lesquels nous travaillons sur un groupe compresseur sans intervenir dans la veine. La liste est plus courte qu'on ne le souhaiterait, mais chaque poste est opérationnel.

• La roue en porte-à-faux d'une machine monoétagée, par un trou de visite ouvert ou un carter déposé, sur les trous filetés d'origine du disque.
• Le demi-accouplement et ses boulons d'équilibrage. Après une réparation d'accouplement, la source d'une forte composante 1x se trouve souvent ici.
• Le bout d'arbre libre et l'anneau d'équilibrage d'origine, si la conception les prévoit.
• Le rotor du moteur électrique d'entraînement. Une machine à part, avec son propre accès et ses propres plans, et son équilibrage règle parfois la question à lui seul.
• La poulie et le volant sur les groupes à entraînement par courroie.
• Le ventilateur du refroidisseur d'huile et le ventilateur de refroidissement du moteur. Un détail qui dégrade sûrement les chiffres sur tout le châssis.

L'équilibrage est la dernière étape, pas la première. D'abord la fixation et la patte molle (un appui de la machine qui ne repose pas parfaitement à plat sur le châssis), puis l'alignement des arbres, puis une nouvelle mesure. Le désalignement est la cause, l'alignement des arbres est l'action, et cet ordre ne se change pas.

Sources : Spécifications fabricant Balanset-1A

Où nous nous arrêtons, et où nous le disons franchement

Une part importante des rotors de compresseurs centrifuges ne s'équilibre pas sur place, mais dans des conditions spécialisées, sur un équipement d'équilibrage et selon le programme du fabricant, souvent avec une montée en vitesse jusqu'au régime de travail. Ce n'est pas de la prudence de notre part, c'est la physique et la réglementation. Nous prévenons de cela avant le déplacement, pas après.

Sur place, dans ces cas, notre utilité est différente. Une mesure avec amplitude, phase, spectre et ralentissement répond à la question principale : s'agit-il vraiment d'un balourd. Il s'avère souvent que non, et un rotor déposé serait alors parti à l'atelier pour rien.

• Rotor multiétagé à carter à plan de joint, et tout rotor à carter tonneau : plans de correction à l'intérieur de la veine.
• Arbres-pignons rapides d'une machine à engrenages intégrés.
• Rotor flexible au-dessus de la première vitesse critique : un équilibrage par modes de vibration à plusieurs vitesses est nécessaire.
• Le fabricant interdit toute intervention, et il n'existe pas d'emplacement d'équilibrage d'origine sur le rotor.
• Le rotor est endommagé : arbre voilé, fissure ou forte érosion de roue, joint d'étanchéité détruit. Réparation d'abord.
• La machine ne peut pas atteindre un régime de travail stable pour un démarrage de contrôle, ou la vitesse fluctue.
• La cause est liée au procédé : pompage, décollement tournant, pulsations d'aubes, fonctionnement loin du point de conception.
• Zone à risque d'explosion ou environnement chaud, où un accès sûr au plan pendant le fonctionnement est impossible.

Ce qui se règle sur site et ce qui relève uniquement de l'atelier est détaillé dans un autre article sur le choix entre équilibrage sur site et en atelier. Pour les machines de compression, la limite passe par l'accès au plan et le comportement du rotor, pas par la taille de la machine.

Protocole, prix et préparation

Nous distinguons l'évaluation de l'état et le résultat de l'équilibrage. Le logiciel indique « dans la tolérance » quand la composante 1x résiduelle est inférieure à la valeur cible fixée. L'état du groupe s'évalue selon la partie applicable de l'ISO 20816, en précisant l'édition, les points, la bande de fréquences, le régime et le type de paliers. La qualité de l'équilibrage du rotor s'évalue par le balourd résiduel et la classe de qualité selon l'ISO 21940. Ce sont trois tolérances différentes, et nous ne les mélangeons pas.

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 total dépend du nombre de rotors et de plans, de l'éloignement du site et du temps d'accès. Le calculateur du site donne le montant exact, et nous confirmons le chiffre après un bref échange. Basés à Vila Nova de Gaia, près de Porto, nous intervenons dans tout le Portugal. Ce sont des ingénieurs qui conçoivent et fabriquent les appareils Balanset qui interviennent, et qui les utilisent eux-mêmes pour équilibrer sur site.

• Type de machine : monoétagée en porte-à-faux, multiétagée à carter à plan de joint, carter tonneau, à engrenages intégrés.
• Vitesse de chaque arbre et rapport de transmission du multiplicateur.
• Nombre d'aubes des roues.
• Type de paliers et présence de proximètres d'origine avec leurs seuils.
• Chiffres de vibration actuels, points et directions de mesure, historique des derniers mois.
• Exigences du fabricant concernant l'intervention sur le rotor et les emplacements de pose des masses.
• Régime : débit, pression à l'aspiration et au refoulement, position de la vanne anti-pompage, température du gaz.
• Photos de la machine avec les paliers, l'accouplement, le trou de visite et l'entraînement.
• La fenêtre pendant laquelle la machine peut être arrêtée, et l'adresse du site.

Si les données et les photos montrent que la tâche ne se règle pas sur site, nous le disons par écrit. Une visite inutile ne profite à personne, et un déplacement pour la seule mesure ne se justifie que lorsque cette mesure règle vraiment la question.

Sources : ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016

Questions fréquentes

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