Quels sont les modes de défaillance vibratoire courants des pompes centrifuges horizontales

Pompes centrifuges horizontales jouent un rôle essentiel dans la production industrielle, et les vibrations sont un indicateur essentiel de leur état de fonctionnement et de leur fiabilité. Les vibrations anormales accélèrent non seulement l’usure des composants critiques tels que les roulements, les garnitures mécaniques et les accouplements, mais peuvent également entraîner des temps d’arrêt inattendus.

1. Modes de défaillance mécanique

Les pannes mécaniques sont la source de vibrations la plus courante et la plus destructrice des pompes centrifuges. Ses caractéristiques se produisent souvent à des fréquences harmoniques de la vitesse du rotor (1X), deux fois la vitesse (2X) ou plus.

1.1 Déséquilibre

Le déséquilibre est causé par une répartition inégale de la masse dans la roue, l'accouplement ou l'arbre de la pompe lui-même.

Causes : défauts de coulée, usure inégale, clavette ou rainure asymétrique, ou corrosion/encrassement de la roue lors d'un fonctionnement à long terme.

Caractéristiques de vibration : L'énergie de vibration est principalement concentrée à la fréquence de vitesse 1X, l'amplitude est généralement grande et la direction de vibration (radiale) est stable.

Impact : Cela provoque la génération de forces centrifuges périodiques pendant la rotation de l'arbre de la pompe, les exerçant continuellement sur les roulements et accélérant la défaillance par fatigue des roulements.

1.2 Désalignement

Le désalignement fait référence à la déviation de la ligne centrale ou de l'angle entre l'entraînement (par exemple, le moteur) et l'arbre de la pompe.

Types : le désalignement parallèle et le désalignement angulaire sont classés comme suit.

Caractéristiques des vibrations : La caractéristique la plus typique est une augmentation significative de l'énergie vibratoire à 2 fois la fréquence de la vitesse de rotation, bien que des fréquences 1X et 3X puissent également se produire. Le désalignement radial peut être plus important à 2 fois la fréquence de la vitesse de rotation, tandis que le désalignement angulaire est élevé aux fréquences 1X et 2X.

Impact : cela provoque des changements périodiques de flexion et de contrainte dans l'accouplement pendant la rotation, générant des forces de réaction importantes qui peuvent sérieusement endommager l'accouplement, les roulements et les garnitures mécaniques.

1.3 Défauts de roulement

Les roulements sont des composants essentiels qui résistent aux forces radiales et axiales. Leur défaillance est l’une des principales causes d’arrêt des équipements.

Caractéristiques des vibrations : les défauts des roulements ne se manifestent pas à la fréquence 1X ou 2X, mais produisent plutôt des vibrations uniques à haute fréquence, appelées fréquences caractéristiques des roulements. Ces fréquences incluent les fréquences de la bague intérieure (BPFI), de la bague extérieure (BPFO), des billes/rouleaux (BSF) et de la cage (FTF).

Stade de développement : les défauts à un stade précoce peuvent se manifester par un bruit aléatoire à haute fréquence ; au stade intermédiaire, des fréquences caractéristiques distinctes et leurs harmoniques émergent ; à un stade avancé, ces fréquences sont submergées, se manifestant par des vibrations haute fréquence à large bande.

1.4 Relâchement des fondations et résonance structurelle

Le relâchement et la résonance des fondations sont des « tueurs invisibles » dans le diagnostic des vibrations des pompes centrifuges.

Desserrement mécanique : boulons d'ancrage desserrés, plaques de base inégales ou jeu excessif entre le siège du roulement et la base.

Caractéristiques des vibrations : se manifestant généralement par une série de vibrations harmoniques aux fréquences de vitesse 1X, 2X et 3X, souvent avec la présence de fréquences à mi-vitesse (0,5X) ou de sous-harmoniques encore plus complexes, sont des signes typiques de relâchement mécanique non linéaire.

Résonance structurelle : se produit lorsque la fréquence de fonctionnement de la pompe (1X) s'approche de la fréquence naturelle de la pompe ou du système de tuyauterie.

Impact : entraînant une amplification spectaculaire de l'amplitude des vibrations, même des déséquilibres ou des désalignements mineurs provoquant des vibrations importantes.

2. Modes de défaillance hydraulique

Les pannes hydrauliques sont causées par des changements de débit ou de pression de liquide et sont étroitement liées au point de fonctionnement de la pompe.

2.1 Cavitation

La cavitation est le phénomène de formation et d'effondrement de bulles provoqué par la pression du côté aspiration de la pompe tombant en dessous de la pression de vapeur saturée du liquide pompé.

Caractéristiques de vibration : Un bruit à large bande unique et aléatoire est généré, avec une énergie de vibration diffusée dans la plage des hautes fréquences, ressemblant à des pierres roulant ou se brisant dans le corps de la pompe.

Impact : La cavitation provoque de graves dommages par piqûre au matériau de la turbine, entraînant une forte baisse de la hauteur de chute et de l'efficacité.

2.2 Surtension et recirculation

Une instabilité hydraulique peut se produire lorsqu'une pompe centrifuge fonctionne en dessous ou au-dessus de son débit de conception (BEP), en particulier à de faibles débits.

Recirculation : à faible débit, le liquide peut refluer à l'entrée ou à la sortie de la turbine, provoquant un choc hydraulique.

Surtension : Dans certaines pompes centrifuges ou systèmes parallèles multi-pompes, d'importantes fluctuations périodiques de la pression et du débit peuvent se produire lors d'un fonctionnement à faible débit.

Caractéristiques des vibrations : se manifestent généralement par des vibrations à basse fréquence, généralement inférieures à 1 × la vitesse de rotation, ou par une accumulation d'énergie à basse fréquence à large bande. Cette vibration exerce des chocs cycliques sur les roulements.

2.3 Fréquence de passage de lame (BPF)

Le BPF est la pulsation de pression provoquée par la perturbation périodique du fluide lorsque les aubes de la turbine traversent la volute ou les aubes du diffuseur.

Calcul : BPF = Vitesse × Nombre de pales.

Caractéristiques des vibrations : L'énergie vibratoire est concentrée dans le BPF et ses harmoniques.

Impact : Bien qu'il s'agisse généralement d'un phénomène de fonctionnement normal, si l'amplitude du BPF est trop élevée, cela indique que le jeu (jeu radial) entre la languette de la volute et le diamètre extérieur de la roue n'est pas conçu correctement ou est gravement usé, ou qu'il y a un problème d'appariement hydraulique entre la roue et la volute.