Guide d'équilibrage des ventilateurs : Guide étape par étape
Introduction
Les ventilateurs industriels – des petits modèles axiaux aux énormes ventilateurs centrifuges d'extraction – peuvent commencer à vibrer et faire du bruit avec le temps, signalant un déséquilibre du rotor. Le déséquilibre du rotor est l'une des causes les plus courantes de problèmes de vibration et de pannes de machines (deuxième seulement après l'usure des roulements). Un ventilateur rotatif avec une distribution de masse inégale crée des charges cycliques : lorsque la vitesse de rotation double, la force de vibration augmente de quatre fois. De telles charges entraînent une usure accélérée des roulements, des fissures dans les fixations et même une panne d'urgence de l'équipement. Heureusement, le problème peut être résolu sans démonter l'unité, en effectuant l'équilibrage directement sur le site d'exploitation.
Ce guide couvre les méthodes d'équilibrage des ventilateurs (statique et dynamique), l'équipement nécessaire, les instructions d'équilibrage sur site étape par étape, et des conseils pratiques pour éviter les erreurs courantes. L'objectif est d'aider les ingénieurs de maintenance et les spécialistes à prolonger la durée de vie des ventilateurs, réduire les vibrations et prévenir les temps d'arrêt de l'équipement grâce à un équilibrage approprié.
Méthodes d'équilibrage des ventilateurs : statique vs dynamique, un plan ou deux
L'équilibrage d'un ventilateur rotatif peut être effectué en utilisant des méthodes statiques ou dynamiques. L'équilibrage statique implique l'élimination du déséquilibre dans un plan et convient aux rotors relativement étroits (roues) avec un petit rapport longueur/diamètre. Par exemple, les petits ventilateurs axiaux avec pales ou les roues légères de ventilateurs centrifuges utilisent souvent des méthodes statiques simples.
Les méthodes classiques incluent l'équilibrage sur prismes à couteaux (le rotor est retiré et placé sur deux arêtes parallèles tranchantes ; le côté lourd tourne vers le bas, et le poids est attaché en face) et la méthode de rotation libre de la roue ("pendule") – lorsque le ventilateur est tourné à la main et observé quelle pale tend à tomber vers le bas, en la compensant avec de petits poids.
L'équilibrage statique élimine le déséquilibre de force (déplacement du centre de masse) et est souvent suffisant pour les ventilateurs relativement lents et petits. Cependant, la méthode statique ne corrige pas le déséquilibre de moment (déséquilibre distribué dans deux plans). Si le ventilateur est grand, à haute vitesse, ou si la vibration persiste après l'équilibrage statique, un équilibrage dynamique est requis.
L'équilibrage dynamique est effectué sur un ventilateur en fonctionnement en utilisant des instruments de mesure. Il permet la compensation des composantes statiques et de moment du déséquilibre. Le principe : un capteur de vitesse (tachymètre optique) est fixé sur l'arbre du ventilateur, et des capteurs de vibration sont placés sur les logements de roulements. Pendant la rotation, l'instrument enregistre la vibration à la fréquence de rotation (1×) – son amplitude (mm/s) et l'angle de phase. Ces paramètres représentent le vecteur de déséquilibre.
Équipement pour l'équilibrage des ventilateurs en conditions de terrain
Pour l'équilibrage indépendant des ventilateurs, vous avez besoin d'un ensemble d'équipement de mesure et d'outils standard. L'ensemble de base comprend :
Analyseur de vibration/Instrument d'équilibrage
Les instruments portables modernes, comme le Balanset-1A, sont spécialement conçus pour simplifier l'équilibrage sur site. Ils sont équipés de deux canaux (pour deux capteurs de vibration) et d'un canal tachymètre, permettant l'équilibrage à deux plans. L'instrument se connecte à un ordinateur portable avec un logiciel qui calcule le déséquilibre et suggère des actions correctives.
Capteurs de vibration (Accéléromètres)
Fixés aux supports du ventilateur (généralement sur le logement de roulement) en direction horizontale et/ou verticale. Ils mesurent les niveaux de vibration causés par le déséquilibre avec une sensibilité élevée.
Capteur de vitesse optique (Tachymètre)
Dirigé vers l'arbre du ventilateur où une marque réfléchissante est appliquée. Enregistre chaque révolution et l'angle de phase pour que l'instrument puisse corréler le signal de vibration avec la position angulaire du rotor.
Poids de calibration et de correction
Petits morceaux de métal de masse connue (boulons, plaques, etc.) qui sont temporairement attachés à la roue pendant l'équilibrage. Ils sont utilisés pour les essais et le calcul du poids permanent requis.
Procédure d'équilibrage des ventilateurs étape par étape (Sur site)
La méthode de terrain d'équilibrage des ventilateurs en conditions de terrain comprend plusieurs étapes. Considérons-les séquentiellement :
1. Préparation et mesure initiale
Avant de commencer le travail, assurez-vous de déconnecter et de couper l'alimentation du ventilateur ! Effectuez un verrouillage complet de démarrage (Lockout/Tagout). Après l'arrêt, nettoyez soigneusement la roue du ventilateur de la poussière, de la saleté accumulée, des dépôts de produit, etc. Même une petite couche de dépôts peut créer un déséquilibre significatif.
Dans certains cas, un nettoyage de qualité résout immédiatement le problème de déséquilibre – les vibrations tombent à la normale, et aucun équilibrage supplémentaire n'est requis. Par conséquent, cette étape ne peut pas être négligée.
Ensuite, effectuez une inspection visuelle : assurez-vous qu'il n'y a pas de fissures sur les pales, de bosses, de déformations évidentes. Vérifiez la serrage de tous les boulons de fixation (roue sur arbre, logements de roulements, supports de moteur et ventilateur au cadre). Les connexions lâches peuvent imiter les symptômes de déséquilibre.
2. Installation du poids d'essai
Arrêtez le ventilateur. Attachez temporairement un poids d'essai de masse connue (par exemple, un boulon pesant ~10-50 grammes, selon la taille du rotor) à la roue dans une zone accessible pratique. Le poids devrait causer un changement de vibration notable mais ne pas dépasser 10-20% de la masse du rotor pour éviter les dommages.
Marquez l'angle d'installation du poids par rapport à la marque initiale (par exemple, 0° est la position de la marque sur l'arbre). Après avoir attaché le poids d'essai, redémarrez le ventilateur et mesurez la vibration. Enregistrez la nouvelle amplitude et phase des oscillations.
3. Calcul et installation du poids de correction
L'instrument spécialisé ou le programme calcule maintenant le poids de correction optimal. Basé sur le changement de vibration, l'instrument détermine quel poids et à quel angle doit être installé pour compenser le déséquilibre initial.
Par exemple, Balanset-1A donne immédiatement le résultat : "installer 35g à l'angle 270° dans le plan extérieur." Ensuite, le poids d'essai temporaire est retiré et un poids de correction permanent de masse calculée est attaché à sa place (ou une autre position spécifiée).
4. Vérification et finition
Après l'installation du poids de correction, démarrez le ventilateur pour une course de contrôle. Mesurez le niveau de vibration – il devrait considérablement diminuer. Comparez la vibration obtenue avec les valeurs normatives ou le niveau cible. Si la vibration dépasse encore les valeurs admissibles (par exemple, au-dessus de la classe d'équilibrage requise), il peut rester un petit déséquilibre résiduel.
Caractéristiques de l'équilibrage de différents types de ventilateurs
Ventilateurs centrifuges
Ont une roue massive (roue à pales) avec des pales attachées à l'arbre. L'équilibrage des ventilateurs centrifuges est généralement effectué en deux plans puisque la roue est assez large. La caractéristique principale est la tendance à accumuler du matériau sur les pales pendant le fonctionnement (poussière, saleté, accumulation de produit).
Ventilateurs axiaux
Représentent une hélice (pales fixées sur un moyeu). L'équilibrage des ventilateurs axiaux peut être plus complexe en raison des forces aérodynamiques – au ralenti (sans charge de flux) la vibration peut différer des conditions de fonctionnement.
Ventilateurs industriels haute pression
Incluent les turboventilateurs, les ventilateurs d'extraction de chaudière, les ventilateurs de grandes tours de refroidissement, etc. Ils fonctionnent généralement à haute vitesse et sont critiques pour l'équilibrage. Les exigences pour le déséquilibre résiduel dans de telles machines sont plus élevées – généralement équilibrés à la classe G2.5.
Conseils pratiques pour l'équilibrage des ventilateurs (Liste de contrôle)
- Toujours commencer par le diagnostic de la cause de vibration. Assurez-vous que l'augmentation de vibration est réellement causée par le déséquilibre du rotor.
- Ne négligez pas l'étape de préparation. Effectuez toutes les vérifications mécaniques avant l'équilibrage : nettoyage de la roue, serrage des fixations, élimination du jeu.
- Ne retirez pas les anciens poids d'équilibrage inutilement. Si la roue a déjà des poids d'usine ou précédents, ne les retirez pas tous à la fois.
- Effectuez plusieurs mesures pour la fiabilité. Avant d'installer le poids d'essai, faites 2-3 courses du ventilateur et assurez-vous que les lectures de l'analyseur de vibration sont stables.
- Assurez la sécurité du travail. L'équilibrage d'un ventilateur rotatif est une procédure potentiellement dangereuse. Effectuez toujours LOTO.
- Enregistrez les résultats et tenez un journal. Après l'équilibrage, enregistrez les niveaux de vibration finaux, la masse et la position des poids.
Conclusion
L'équilibrage des ventilateurs est une procédure nécessaire pour maintenir un fonctionnement fiable et efficace de l'équipement industriel. Un ventilateur correctement équilibré ne vibre pas seulement moins, mais dure aussi plus longtemps : la charge sur les roulements diminue, et le risque de temps d'arrêt d'urgence est réduit.
Les instruments modernes comme Balanset-1A simplifient considérablement le processus en automatisant les calculs et en permettant l'équilibrage des ventilateurs sur site sans démontage. Cela rend la méthode accessible même aux employés réguliers du département de maintenance.
FAQ sur l'équilibrage des ventilateurs
Q1 : Pourquoi le déséquilibre des ventilateurs se produit-il ?
R : Le déséquilibre signifie une distribution de masse inégale du rotor par rapport à l'axe. Les causes peuvent être liées à la production (moulage ou assemblage inexact, erreurs d'usinage) et opérationnelles. En pratique, les facteurs opérationnels sont le plus souvent à blâmer : avec le temps, la saleté, la poussière et les résidus de produit s'accumulent sur les pales, déplaçant le centre de gravité.
Q2 : Comment savoir si un ventilateur a besoin d'équilibrage ?
R : Le signe principal est une vibration accrue pendant le fonctionnement. Vous pouvez ressentir des secousses sur le boîtier, le cadre, un bruit croissant, un bourdonnement, possiblement des battements. Souvent, la vibration est visuellement notable : par exemple, une table ou une fondation sous le ventilateur vibre notablement.
Q3 : Un ventilateur peut-il être équilibré sans démontage (sur site) ?
R : Oui, de plus – c'est la méthode préférée pour les gros équipements. Le soi-disant équilibrage sur site est effectué en utilisant des instruments portables directement sur le ventilateur monté.
Q4 : Quelle est la différence entre l'équilibrage statique et dynamique ?
R : L'équilibrage statique est l'équilibrage du rotor dans un plan. Il compense le déséquilibre statique lorsque le point lourd est déplacé mais que le rotor est relativement étroit. L'équilibrage dynamique est un processus plus complexe effectué sur un ventilateur en fonctionnement (rotatif) avec mesure de vibration.
Q5 : Les nouveaux ventilateurs ont-ils besoin d'équilibrage après installation ?
R : Habituellement, les nouveaux ventilateurs arrivent déjà équilibrés de l'usine. Cependant, lors de l'installation sur site, les conditions changent : méthode de montage, connexion au moteur, vibrations propres de la structure – tout cela peut conduire à ce que l'unité assemblée vibre au-dessus de la normale.
Q6 : À quelle fréquence l'équilibrage des ventilateurs doit-il être effectué ?
R : Il n'y a pas d'horaire rigide comme "équilibrer une fois par an." L'équilibrage est effectué basé sur la condition – c'est-à-dire, quand des signes de déséquilibre apparaissent. Dans le cadre du programme de surveillance des vibrations, mesurez la vibration des ventilateurs au moins trimestriellement.
Q7 : Que faire si la vibration ne disparaît pas après l'équilibrage ?
R : Si vous avez effectué l'équilibrage selon toutes les règles mais que le ventilateur vibre encore fortement – la cause n'est probablement pas seulement le déséquilibre. D'abord, analysez le spectre à nouveau : peut-être que la composante principale n'est pas 1×.
Q8 : Comment sécuriser correctement les poids d'équilibrage sur la roue ?
R : Les poids d'essai temporaires sont généralement sécurisés avec des pinces, des attaches, ou même du ruban adhésif double face (si le poids est petit et la vitesse faible). Mais le poids de correction permanent doit être sécurisé très fiablement. Le plus souvent, la soudure est utilisée : une plaque métallique de masse requise est soudée à la roue du ventilateur (disque).
