Pour le commun des mortels, l'équilibrage des rotors relève souvent de la « magie noire ». La plupart des gens connaissent l'équilibrage uniquement dans le domaine des roues et des pneus de voiture, qui doivent être équilibrés avant d'être montés sur les véhicules, sans quoi ils risquent de subir des vibrations au niveau du volant, une usure inégale des pneus, etc. Nous allons vous aider à mieux comprendre le monde de l'équilibrage et à dissiper le mystère qui l'entoure.

UN ROTOR DÉSÉQUILIBRÉ

Un déséquilibre existe dans un rotor lorsque l'axe du centre de gravité est différent de son axe de fonctionnement. Pratiquement toutes les pièces nouvellement usinées sont asymétriques en raison des soufflures dans les pièces moulées, du nombre et de la position inégaux des trous de boulons, des pièces montées de manière excentrée, des diamètres usinés excentriques par rapport à l'emplacement des roulements, etc.

Un rotor déséquilibré, lorsqu'il tourne, tend à tourner autour de son axe central de masse. Comme les roulements limitent ce mouvement, la force centrifuge due au déséquilibre provoque des vibrations du rotor. Ces vibrations entraînent l'usure des roulements, génèrent des bruits inutiles et, dans les cas extrêmes, peuvent entraîner la désintégration du rotor lui-même. Il est donc nécessaire de réduire le déséquilibre à une limite acceptable.

LIMITES D'ÉQUILIBRE

Il existe des limites d'équilibre, tout comme des limites d'usinage, où le déséquilibre est acceptable. Des normes internationales et nationales sont citées pour les rotors, par exemple : les roues de voiture sont équilibrées jusqu'à une limite de grade 40 et les petites armatures électriques sont équilibrées jusqu'à un grade 2,5. Les grades sont convertis en unités de déséquilibre, en fonction de la vitesse de rotation du rotor, conformément aux normes ISO 1940.

UNITÉS DE DÉSÉQUILIBRE

Les unités de déséquilibre sont le produit de la masse par le rayon. Par exemple, un poids ajouté à un certain endroit de la pièce à équilibrer déplacerait l'axe de masse vers l'axe de rotation et permettrait ainsi d'obtenir l'équilibre. Le poids de correction multiplié par le rayon appliqué donnera une unité de déséquilibre. Pour les mesures métriques, les unités seront des grammes-millimètres (gmm) ou, pour les grands rotors, des grammes-centimètres. L'équivalent impérial sera des grammes-pouces ou des onces-pouces. Ce poids (masse) serait appliqué à un rayon à partir du centre de rotation à la position légère.

TYPES DE ROTORS

Les rotors se divisent en deux groupes. Le premier comprend les rotors rigides qui ne fléchissent pas jusqu'à la vitesse de fonctionnement incluse.

L'autre groupe comprend des rotors flexibles qui « se courbent » jusqu'à la vitesse de fonctionnement. La première déviation observée est un « effet de corde à sauter », ce qui signifie que le centre du rotor à vitesse élevée s'éloigne de son axe de rotation, provoquant un déséquilibre « statique » important.

TYPES DE DÉSÉQUILIBRE

Il existe trois types de déséquilibre :

1. Déséquilibre statique : l'axe de masse est déplacé uniquement parallèlement à l'axe de l'arbre. Le déséquilibre est corrigé uniquement dans un plan axial.
2. Déséquilibre couple – point où l'axe de masse croise l'axe de rotation. Par exemple : un disque présentant un faux-rond sans déséquilibre statique. Le déséquilibre est généralement corrigé dans deux plans.
3. Déséquilibre dynamique – se produit lorsque l'axe de masse ne coïncide pas avec l'axe de rotation. Ce déséquilibre est généralement une combinaison de déséquilibre statique et de déséquilibre de couple et est corrigé dans deux plans.

MÉTHODES DE CORRECTION DU DÉSÉQUILIBRE

Le déséquilibre est corrigé en retirant de la matière (par perçage, fraisage, etc.) à l'endroit où le composant est plus lourd. Il est également possible de le corriger en ajoutant de la matière à l'endroit où le composant est plus léger, en boulonnant ou en soudant des contrepoids afin de réduire le déséquilibre.

MACHINES D'ÉQUILIBRAGE

Pour identifier la position et l'ampleur du déséquilibre, les fabricants de rotors utilisent des machines d'équilibrage afin de corriger tout déséquilibre existant. Ces machines sont si sensibles qu'elles peuvent facilement et précisément identifier tout axe de masse décalé de 0,001 mm par rapport à l'axe de rotation.

Un type de machine identifie uniquement les déséquilibres statiques. Il est utilisé pour équilibrer les pièces en forme de disque. Un autre type de machine identifie les déséquilibres dans deux plans axiaux, par exemple pour équilibrer un rotor dont la longueur est proportionnellement supérieure à son diamètre. Ces machines sont disponibles en versions permettant d'équilibrer le rotor sur l'axe horizontal ou vertical.

Grâce à l'utilisation d'appareils électroniques modernes, la précision dépasse largement les normes nationales et internationales. La configuration de la machine est très simple : il suffit de saisir les mesures dans un ordinateur.

ÉQUILIBRAGE DE ROTORS RIGIDES

Étant donné qu'un déséquilibre existe dans un composant même lorsqu'il est à l'arrêt, les rotors rigides peuvent être équilibrés à faible vitesse, juste assez pour produire une force centrifuge permettant d'enregistrer le déséquilibre.

ÉQUILIBRAGE DE ROTORS FLEXIBLES

Ce type de rotor est équilibré à faible vitesse, lorsque le rotor ne fléchit pas. La correction du déséquilibre est effectuée, puis la vitesse est progressivement augmentée et le déséquilibre est corrigé par étapes jusqu'à ce que la vitesse de fonctionnement du rotor soit atteinte.

TECHNIQUES MODERNES

Compte tenu du coût élevé du remplacement des rotors endommagés, l'industrie aéronautique stipule que les pièces ou sections de rotors qui sont changées doivent conserver un équilibre acceptable. La technique consiste à utiliser des pièces adjacentes factices, par exemple en équilibrant un module de compresseur avec un module de turbine factice et en remplaçant les aubes du compresseur et de la turbine sans autre équilibrage. Ces techniques sont à la disposition de l'industrie en général si les clients en font la demande.

RÉSUMÉ

Les dernières méthodes de production réduisent ou éliminent le besoin d'équilibrage dans les applications à faible vitesse, mais avec l'augmentation constante des vitesses utilisées sur les machines tournantes, l'équilibrage dynamique restera nécessaire dans un avenir prévisible. La compréhension de l'équilibrage dynamique permet de rationaliser l'ensemble du processus de production.