Qu’est-ce qui cause les vibrations de la pompe ? Des vibrations excessives dans les pompes peuvent entraîner une réduction des performances, une augmentation des coûts de maintenance, voire une panne complète.
Dans cet article de blog, nous explorerons les principaux facteurs contribuant aux vibrations de la pompe et vous fournirons des informations pratiques pour identifier et résoudre ces problèmes efficacement.
Causes mécaniques des vibrations de la pompe
1. Déséquilibre du rotor
Déséquilibre statique et dynamique
Déséquilibre du rotor, une cause fréquente de vibrations excessives dans pompes centrifuges, peut être classé comme statique ou dynamique.
Un déséquilibre statique se produit lorsque le centre de masse est décalé par rapport à l'axe de rotation, ce qui entraîne une force nette sur le rotor.
En revanche, un déséquilibre dynamique se produit lorsque l’axe d’inertie principal n’est pas aligné avec l’axe de rotation, ce qui entraîne un couple net.
Causes et effets sur les vibrations
Des facteurs tels que la non-uniformité des matériaux, les tolérances de fabrication et une usure inégale contribuent au déséquilibre du rotor.
Un rotor déséquilibré génère des vibrations indésirables, entraînant une augmentation des charges sur les roulements, une durée de vie réduite des joints et des dommages structurels potentiels.
La fréquence de vibration correspond généralement à la vitesse de fonctionnement de la pompe, avec une amplitude proportionnelle au degré de déséquilibre.
Comment réparer
Pour atténuer les effets du déséquilibre du rotor, diverses techniques d'équilibrage sont utilisées. L'équilibrage à un seul plan convient aux rotors courts et rigides, tandis que l'équilibrage à deux plans est nécessaire pour les rotors plus longs et flexibles.
2. Arbre plié
Comment un arbre courbé induit des vibrations
Un arbre courbé introduit une asymétrie géométrique qui fait osciller le rotor pendant la rotation. Cette oscillation génère une vibration à la fréquence de rotation de l'arbre, souvent accompagnée d'harmoniques.
L'intensité des vibrations dépend du degré de déflexion de l'arbre et de la vitesse de fonctionnement du rotor.
Méthodes de détection et de quantification du faux-rond de l'arbre
Le faux-rond de l'arbre, mesure de l'écart de l'arbre par rapport à une ligne droite, peut être détecté à l'aide de comparateurs à cadran ou d'outils d'alignement laser. Ces instruments mesurent le déplacement radial de l'arbre à différents endroits, permettant ainsi de quantifier la gravité du virage.
Considérations sur le redressage et le remplacement de l'arbre
Si un arbre plié est identifié, des mesures correctives doivent être prises. Pour les courbures mineures, des techniques de redressement de l'arbre, telles que le redressage à froid ou à chaud, peuvent être utilisées.
Cependant, si la courbure est importante ou si l'arbre a subi plusieurs tentatives de redressement, un remplacement est souvent nécessaire pour garantir un fonctionnement fiable de la pompe et éviter d'autres dommages aux composants associés.
3. Déséquilibre de la turbine
Causes du déséquilibre de la turbine
Le déséquilibre de la turbine peut provenir de divers facteurs, notamment l'érosion, la corrosion et l'encrassement.
L'érosion se produit lorsque des particules abrasives présentes dans le fluide pompé usent de manière inégale le matériau de la roue.
La corrosion, provoquée par des réactions chimiques entre la roue et le fluide pompé, peut entraîner une perte de matière non uniforme.
L'encrassement, l'accumulation de débris sur les surfaces de la roue, contribue également au déséquilibre.
Effets sur les vibrations et les performances de la pompe
Une roue déséquilibrée génère des vibrations à la vitesse de fonctionnement de la pompe et à ses multiples. Ces vibrations peuvent provoquer une usure excessive des roulements, rupture du joint, et des dommages à l'accouplement.
De plus, un déséquilibre de la roue peut entraîner une réduction de l'efficacité de la pompe, une augmentation de la consommation d'énergie et une diminution du débit, car les performances hydrauliques de la roue sont compromises.
Techniques d’équilibrage et de réglage de la turbine
Pour remédier au déséquilibre de la roue, un équilibrage sur place ou un réglage de la roue peuvent être effectués.
L'équilibrage in situ consiste à ajouter ou à retirer du matériau de la roue pendant son installation dans la pompe, à l'aide d'outils et de techniques spécialisés.
Le réglage de la roue, en revanche, nécessite de retirer la roue et d'usiner ses surfaces pour rétablir l'équilibre.
4. Problèmes de roulement
Types de défaillances de roulements et leurs signatures vibratoires
Les modes de défaillance courants incluent les défauts de la bague intérieure, les défauts de la bague extérieure, les défauts de billes ou de rouleaux et les défaillances de cage.
Ces défauts génèrent des vibrations à des fréquences de défaut spécifiques, liées à la géométrie et à la vitesse de rotation du roulement.
L'analyse du spectre de vibrations peut aider à identifier le type et la gravité du défaut du roulement.
Causes des défaillances des roulements
Les défaillances des roulements peuvent provenir de plusieurs causes, telles qu'une mauvaise lubrification, une surcharge et un désalignement.
Une lubrification inadéquate entraîne une augmentation de la friction et de la génération de chaleur, accélérant ainsi l'usure.
Une surcharge, provoquée par des forces radiales ou axiales excessives, peut entraîner une rupture prématurée par fatigue.
Un désalignement, qu'il soit angulaire ou parallèle, induit des contraintes supplémentaires sur les roulements, réduisant leur durée de vie.
Stratégies de maintenance et de surveillance de l’état des roulements
Une lubrification régulière, utilisant des lubrifiants et des quantités appropriées, aide à réduire la friction et à dissiper la chaleur.
Techniques de surveillance de l'état, telles que l'analyse des vibrations, la surveillance de la température et analyse d'huile, fournissent des informations sur l'état de santé du roulement.
5. Désalignement de l’arbre
Types de désalignement
Le désalignement des arbres peut être classé en trois types : angulaire, parallèle et combiné.
Un désalignement angulaire se produit lorsque les arbres forment un angle l'un par rapport à l'autre, tandis qu'un désalignement parallèle se produit lorsque les arbres sont décalés mais restent parallèles. Le désalignement combiné est une combinaison de désalignement angulaire et parallèle et constitue le type le plus courant rencontré sur le terrain.
Effets sur les vibrations et l'usure des accouplements
Les arbres mal alignés génèrent des vibrations au niveau de l'accouplement, dont les fréquences sont généralement des multiples de la vitesse de rotation de l'arbre.
Ces vibrations peuvent provoquer une usure accélérée des composants de l’accouplement, entraînant une défaillance prématurée.
De plus, un mauvais alignement peut induire des charges radiales et axiales excessives sur les roulements, réduisant leur durée de vie et augmentant le risque de défaillance catastrophique.
Techniques d'alignement et tolérances
Pour corriger le désalignement de l'arbre, diverses techniques d'alignement sont utilisées, notamment l'alignement au laser, la méthode du comparateur inversé et la méthode de la jauge d'épaisseur.
L'alignement laser est la technique la plus précise et la plus efficace, utilisant des faisceaux laser pour mesurer et ajuster les positions relatives des arbres.
Causes hydrauliques des vibrations de la pompe
1. Cavitation
Explication de la cavitation et de ses causes
La cavitation est un phénomène qui se produit lorsque la pression locale dans un liquide descend en dessous de sa pression de vapeur, provoquant la formation de bulles de vapeur. Dans les pompes centrifuges, la cavitation se produit généralement à l’entrée de la roue, où le fluide subit une chute de pression rapide.
Des facteurs tels qu'une hauteur d'aspiration positive nette (NPSH) insuffisante, une température élevée du fluide et des conduites d'aspiration restreintes contribuent à l'apparition de cavitation.
Effets sur les vibrations, le bruit et les dommages à la pompe
La cavitation peut avoir de graves conséquences sur les performances et la longévité de la pompe. Lorsque les bulles de vapeur s’effondrent, elles génèrent des ondes de choc de haute intensité, entraînant une augmentation des niveaux de vibrations et de bruit. Ce processus, connu sous le nom d'érosion par cavitation, peut causer des dommages importants à la roue, à la volute et à d'autres composants de la pompe.
La cavitation réduit également l’efficacité de la pompe et peut entraîner une panne complète de la pompe si elle n’est pas contrôlée.
Exigences NPSH et stratégies de prévention de la cavitation
Pour éviter la cavitation, il est crucial de s'assurer que le NPSH disponible (NPSHA) dépasse toujours le NPSH (NPSHR) requis spécifié par le fabricant de la pompe.
Ceci peut être réalisé par une conception appropriée du système, notamment une taille de tuyauterie d'aspiration adéquate, une minimisation des pertes dans la conduite d'aspiration et le maintien d'une pression d'aspiration suffisante.
Faire fonctionner la pompe près de son point de meilleur rendement (BEP) et sélectionner une pompe avec une vitesse spécifique d'aspiration (Nss) appropriée contribue également à réduire le risque de cavitation.
2. Pulsations de débit
Causes de la pulsation du débit
Les pulsations de débit dans les pompes centrifuges peuvent provenir de divers facteurs, tels que le fonctionnement à proximité de la tête d'arrêt ou la résonance du système.
Lorsqu'une pompe fonctionne près de sa tête d'arrêt, le débit devient instable, entraînant des fluctuations et des pulsations de pression.
La résonance du système se produit lorsque la fréquence de pulsation correspond à la fréquence naturelle du système de tuyauterie, amplifiant les vibrations et pouvant causer de graves dommages.
Effets sur les vibrations et la stabilité du système
La pulsation du débit peut avoir un impact significatif sur les niveaux de vibration et la stabilité globale du système de pompage.
Le débit oscillant induit des forces alternées sur la pompe et les composants de la tuyauterie, entraînant une augmentation des vibrations et des contraintes.
Dans les cas extrêmes, les pulsations du débit peuvent provoquer une rupture de canalisation, des dommages à l'équipement et des temps d'arrêt imprévus.
Cela peut également interférer avec le contrôle des processus et la qualité des produits, en particulier dans les applications sensibles.
Considérations sur l’amortissement des pulsations et la conception du système
Pour atténuer les effets de la pulsation du flux, diverses techniques d’amortissement des pulsations peuvent être utilisées.
Il s’agit notamment de l’installation amortisseurs de pulsations, tels que des accumulateurs à vessie ou à membrane, dans la conduite de refoulement pour absorber les fluctuations de pression. Une conception appropriée de la tuyauterie, avec une attention particulière portée aux supports de tuyauterie, aux ancrages et à la flexibilité, peut aider à réduire le risque de résonance du système.
De plus, faire fonctionner la pompe loin de la tête d'arrêt et garantir un NPSH adéquat peut minimiser les instabilités de débit.
3. Fonctionnement hors BEP
Meilleur point de rendement (BEP) et courbes de performances de la pompe
Le point de meilleur rendement (BEP) est le débit auquel une pompe centrifuge fonctionne avec une efficacité maximale. Courbes de performances des pompes, qui trace la hauteur de charge, la puissance et l'efficacité en fonction du débit, fournit des informations précieuses sur les caractéristiques de fonctionnement de la pompe.
Faire fonctionner une pompe à son BEP ou à proximité garantit des performances optimales, minimise la consommation d'énergie et réduit le risque de problèmes mécaniques.
Conséquences de l'éloignement du BEP
Faire fonctionner une pompe en dehors de son BEP peut avoir des effets néfastes sur les niveaux de vibrations et la durée de vie de la pompe.
À des débits inférieurs à BEP, la pompe subit des charges radiales accrues, ce qui entraîne des déviation de l'arbre et l'usure des roulements.
À des débits supérieurs au BEP, la pompe peut rencontrer de la cavitation, un bruit excessif et des vibrations.
Un fonctionnement prolongé en dehors du BEP peut entraîner une défaillance prématurée des roulements, des dommages aux joints et une usure de la roue.
Importance d’une sélection appropriée des pompes et d’une conception du système
La pompe doit être sélectionnée pour fonctionner à proximité de son BEP dans des conditions de fonctionnement normales, en tenant compte de facteurs tels que le débit, la hauteur manométrique et les propriétés du fluide.
Le système doit être conçu pour minimiser les pertes de pression et garantir des conditions de débit stables.
Une surveillance régulière des performances de la pompe et des niveaux de vibration peut aider à détecter un fonctionnement hors BEP et à accélérer les actions correctives.
En conclusion
Les vibrations de la pompe peuvent être causées par divers facteurs, notamment la cavitation, le désalignement, le déséquilibre et les problèmes mécaniques. Identifier et traiter la cause profonde est crucial pour maintenir les performances et la longévité de la pompe.
Pour obtenir une assistance experte dans le diagnostic et la résolution des problèmes de vibrations de la pompe, contactez notre équipe expérimentée dès aujourd’hui.
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