# 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.

**En bref:** Partiellement. Sur site, dans les paliers propres de la machine, nous équilibrons les roues en porte-à-faux des machines monoétagées par un trou de visite ouvert, les demi-accouplements, les bouts d'arbre libres, les rotors des moteurs électriques d'entraînement, les poulies et les ventilateurs de refroidisseurs d'huile. Les rotors des compresseurs multiétagés à carter à plan de joint et à carter tonneau, ainsi que les arbres-pignons rapides des compresseurs à engrenages intégrés, ne s'équilibrent pas sur site : les plans de correction se trouvent à l'intérieur de la veine, le rotor se comporte comme un rotor flexible, et la tolérance de balourd résiduel exige des conditions spécialisées. Dans ces cas, notre travail sur place consiste à mesurer et à séparer les causes : balourd, tourbillon d'huile, désalignement, usure de la transmission, pompage, pulsations d'aubes. Vous obtenez une conclusion et une prochaine étape claire, pas des essais au hasard.

Source: https://axiline.pt/fr/equipements/equilibrage-rotors-roues-compresseurs-centrifuges-leur/  
Publisher: AXILINE · Vila Nova de Gaia, Portugal · +351 931 831 229 · axilinegeral@gmail.com

## 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.

### Machine monoétagée à roue en porte-à-faux

La roue est déportée au-delà du palier, le carter se dépose ou un trou de visite s'ouvre. Le seul groupe où l'équilibrage de la roue sur site est réaliste. Le balourd vient de l'accumulation de produit, de l'érosion, d'une reprise de soudure après réparation, d'un repositionnement de la roue sur l'arbre. Plans de correction : trous filetés d'origine du disque principal, anneau d'équilibrage, écrou de roue, demi-accouplement à l'extrémité opposée.

### Rotor multiétagé à carter à plan de joint horizontal

Plusieurs roues sur un arbre commun entre deux paliers. On dépose la moitié supérieure du carter, mais les plans de correction se trouvent dans la veine, et les roues sont montées serrées. On ne peut pas y toucher sans protocole du fabricant. Sur site, il vous reste le demi-accouplement et le bout d'arbre libre, et cela ne suffit pas toujours, loin de là.

### Carter tonneau

Le rotor ne s'extrait qu'en bloc, avec toute la cartouche interne, par le bout. Il n'y a strictement aucun accès aux plans de correction sur place. Un tel rotor s'équilibre dans des conditions spécialisées, en général monté et avec un contrôle en montée en vitesse.

### Machine à engrenages intégrés

Les roues sont montées aux extrémités d'arbres-pignons entraînés par la roue commune du multiplicateur. La vitesse de l'arbre rapide se compte en dizaines de milliers de tours par minute, et chaque mesure est accompagnée de la fréquence d'engrènement de la transmission. L'équilibrage d'un tel arbre ne se fait pas sur site. Sur place, nous travaillons sur la ligne lente, l'entraînement et l'accouplement.

> 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](https://www.iso.org/standard/54074.html)

## 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](https://www.iso.org/standard/50429.html)

## 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.

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

Sources: [ISO 20816-1:2016](https://www.iso.org/standard/63180.html) · [ISO 281:2007](https://www.iso.org/standard/38102.html)

## 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.

| Ce qu'on voit dans la mesure | Ce que c'est généralement | Ce qu'on en fait |
| --- | --- | --- |
| Pic vers 0,4 à 0,5 fois la fréquence de rotation, qui suit la vitesse quand elle change | Tourbillon d'huile : instabilité du film d'huile dans le palier lisse | Jeu, viscosité, température et pression de l'huile, charge sur le palier. L'équilibrage n'aide pas |
| Le pic subsynchrone cesse de suivre la vitesse, se fige près de la première vitesse critique, l'amplitude augmente | Fouet d'huile : le tourbillon a capturé la forme de flexion du rotor | Arrêt et analyse avec votre service. C'est un état dangereux, pas une raison de poser des masses |
| Composante subsynchrone vers 0,7 à 0,9 fois la vitesse, apparaît quand le débit baisse | Décollement tournant dans la veine ou dans le diffuseur | Point de fonctionnement, aubes directrices, recirculation. Ne se traite pas par des masses |
| Oscillations de pression et de débit très basse fréquence, la machine « respire », le débit s'inverse | Pompage : instabilité du système compresseur-réseau | Régulation anti-pompage, régime, tuyauterie. N'a rien à voir avec le balourd |
| Pic au nombre d'aubes multiplié par la vitesse, et ses harmoniques | Fréquence de passage des aubes et pulsations de gaz, faible jeu roue-diffuseur, acoustique du collecteur | Régime, jeux, supports de la tuyauterie de refoulement |
| Pic à la fréquence d'engrènement du multiplicateur avec bandes latérales | Usure ou défaut de la transmission | Diagnostic de la transmission. L'équilibrage se fait arbre par arbre séparément |
| La composante 1x domine, la phase se reproduit d'un démarrage à l'autre, le niveau ne dépend pas du régime | Balourd | Équilibrage, si un plan de correction est accessible |

> 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](https://www.iso.org/standard/40840.html)

## Comment se déroule la visite

1. **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. **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. **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. **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. **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. **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. **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](https://vibromera.eu/balanset-1a-operation-manual/)

## 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](https://vibromera.eu/product/balanset-1/)

## 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.

- [x] Type de machine : monoétagée en porte-à-faux, multiétagée à carter à plan de joint, carter tonneau, à engrenages intégrés.
- [x] Vitesse de chaque arbre et rapport de transmission du multiplicateur.
- [x] Nombre d'aubes des roues.
- [x] Type de paliers et présence de proximètres d'origine avec leurs seuils.
- [x] Chiffres de vibration actuels, points et directions de mesure, historique des derniers mois.
- [x] Exigences du fabricant concernant l'intervention sur le rotor et les emplacements de pose des masses.
- [x] Régime : débit, pression à l'aspiration et au refoulement, position de la vanne anti-pompage, température du gaz.
- [x] Photos de la machine avec les paliers, l'accouplement, le trou de visite et l'entraînement.
- [x] 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](https://www.iso.org/standard/63180.html) · [ISO 21940-11:2016](https://www.iso.org/standard/54074.html)

## Questions fréquentes

**Peut-on équilibrer sur site le rotor d'un compresseur centrifuge multiétagé ?**

Pratiquement non. Les roues sont montées à l'intérieur du carter, serrées, les plans de correction se trouvent dans la veine, et sur une machine à carter tonneau, il n'y a strictement aucun accès. De tels rotors s'équilibrent dans des conditions spécialisées, selon le programme du fabricant. Sur site, nous mesurons, localisons les vitesses critiques au ralentissement, séparons balourd, tourbillon d'huile, désalignement et causes liées au procédé, et équilibrons ce qui est accessible de l'extérieur : demi-accouplement, bout d'arbre libre, rotor du moteur d'entraînement.

**Notre machine a un multiplicateur, et il y a de la vibration sur l'arbre rapide. Que peut-on faire ?**

L'arbre-pignon rapide ne s'équilibre pas sur site : la vitesse se compte en dizaines de milliers de tours par minute, la tolérance est stricte, et la roue n'est pas accessible. Nous faisons autre chose. Nous posons un repère et un capteur de phase sur l'arbre concerné, rattachons chaque raie du spectre à sa fréquence de rotation, séparons la fréquence d'engrènement de la transmission avec ses bandes latérales de la composante 1x et de la fréquence de passage des aubes. Au final, vous savez s'il s'agit d'un balourd, d'une usure de transmission ou d'un palier. Nous équilibrons dans la foulée la ligne lente et l'entraînement.

**Le spectre montre un pic subsynchrone vers 0,45 fois la vitesse de rotation. Est-ce un balourd ?**

Non. Le balourd vit exactement à la fréquence de rotation. Un pic vers 0,4 à 0,5 fois la vitesse sur une machine à paliers lisses, c'est un tourbillon d'huile, une instabilité du film d'huile. Les causes se trouvent dans le jeu, la viscosité et la température de l'huile, la pression d'alimentation, la charge sur le palier. L'équilibrage ne le supprime pas, et masque en plus la dégradation du palier. Vérifiez séparément si le pic suit la vitesse. S'il s'est figé près de la première vitesse critique et qu'il augmente, c'est déjà un fouet d'huile, et la machine doit être arrêtée.

**La vibration augmente quand nous réduisons le débit. L'équilibrage va-t-il aider ?**

Presque sûrement pas. Une dépendance au régime est le signe d'une cause liée au procédé. Près de la limite de stabilité apparaît un décollement tournant dans la veine et dans le diffuseur, puis, plus loin, le pompage avec inversion du débit et oscillations de pression dans tout le système. Ici, ce sont le point de fonctionnement, la régulation anti-pompage et la tuyauterie qui interviennent. Le balourd est indifférent à la vanne : il donne la même composante 1x et la même phase quel que soit le régime.

**Combien d'arrêts sont nécessaires, et combien de temps cela prend-il ?**

Un plan de correction demande un démarrage initial et un essai, deux plans demandent un démarrage initial et deux essais, plus un contrôle. Entre les démarrages, la machine est arrêtée, la pression relâchée, et l'accès au plan ouvert pour déplacer la masse. Un déplacement de diagnostic sans équilibrage tient en un seul démarrage avec ralentissement. Le calendrier réel est fixé par votre procédure d'arrêt et le temps d'ouverture du trou de visite, pas par la mesure ; c'est pourquoi nous convenons de la fenêtre à l'avance.

**Jusqu'à quel niveau réduisez-vous la vibration, et comment cela se confirme-t-il ?**

Nous fixons la valeur cible pour la composante 1x avant le début du travail et la consignons dans le protocole. L'état général de la machine s'évalue selon la partie applicable de l'ISO 20816, avec une édition, des points, une bande de fréquences et un régime fixés, et la qualité de l'équilibrage du rotor par le balourd résiduel et la classe de qualité selon l'ISO 21940. Promettre un chiffre précis à l'avance serait malhonnête : il est limité par l'état des paliers, l'accès aux plans, la proximité de la vitesse critique et la contribution des causes liées au procédé. Ce qui est réalisable, nous le disons après la mesure initiale et le ralentissement.