Pompes centrifugessont essentiels dans le transport de fluides industriels, et de légères vibrations sont normales selon ANSI/HI 9.6.4. Cependant, des vibrations excessives entraînent une usure importante et une augmentation des coûts. Puisque les vibrations ne sont qu’un symptôme, elles proviennent généralement de trois catégories qui se chevauchent : les défauts de conception/sélection, les défauts internes et les interférences externes du système. Cet article analyse ces causes fondamentales pour guider l’inspection et la maintenance des équipements.
De tels défauts ont un faible taux d'incidence sur site, mais sont des problèmes d'équipement à l'origine qui nécessitent une enquête prioritaire, résultant principalement d'une conception, d'une fabrication, d'un choix de matériaux et d'un modèle inappropriés.
La vitesse critique fait référence à la vitesse de rotation théorique correspondant à la résonance inhérente à l'équipement. Les pompes centrifuges horizontales sont conçues de manière optimale avant la livraison avec une vitesse critique supérieure à la vitesse nominale pour éviter la résonance. Cependant, les pompes à turbine verticale et autres équipements verticaux sont sujets à des résonances pendant le fonctionnement si la vitesse critique n'est pas vérifiée lors de la phase de conception. De plus, l'absence de supports de canalisation et les conditions de fonctionnement désordonnées des unités multi-pompes modifieront la fréquence inhérente du système et induiront des vibrations, qui peuvent être résolues en ajustant la vitesse de fonctionnement ou en reconstruisant la structure de l'équipement.
Conformément à la norme ISO 1940/1, les roues des pompes centrifuges doivent atteindre une précision d'équilibre dynamique de niveau 6.3. Un calibrage en usine de qualité inférieure, une découpe après maintenance, un tartre et une corrosion à long terme ainsi que l'adhérence de corps étrangers endommageront l'état d'équilibre. La force centrifuge périodique générée lors du fonctionnement à grande vitesse provoque des vibrations régulières, qui nécessitent un démontage et un étalonnage professionnel de la balance dynamique. Dans quelques cas, la fabrication d'un rotor de moteur déséquilibré peut également provoquer des vibrations, qui peuvent être inspectées conformément aux normes électriques NEMA.
Une inadéquation entre les matériaux du corps de pompe et de la roue et les fluides transportés provoquera une érosion et une corrosion, endommageant la précision des composants et induisant des vibrations. Pendant ce temps, une mauvaise sélection d’équipement et une hauteur d’aspiration nette positive (NPSH) insuffisante entraîneront une grave cavitation. L'effondrement instantané des bulles dans la zone à haute pression génère une forte force d'impact, provoquant de graves vibrations globales de la pompe. La cavitation continue usera également la roue et aggravera les défauts.
Bien que la tolérance des composants individuels soit conforme aux spécifications industrielles, l’accumulation de tolérance après l’assemblage de plusieurs pièces est susceptible d’induire des vibrations. De plus, des problèmes courants tels qu'un pied mou, un accouplement déséquilibré et des boulons d'ancrage desserrés après une nouvelle installation ou un entretien entraîneront une contrainte inégale sur l'équipement et des vibrations continues.
Les défauts internes sont les incitations aux vibrations sur site les plus fréquentes, provoquées par des anomalies dans les composants de la pompe et du moteur présentant des caractéristiques de défaut stables et reproductibles, faisant l'objet de la maintenance quotidienne.
L'assemblage d'accouplement décalé, le déplacement opérationnel et l'entretien non standard des pompes et des moteurs provoqueront un désalignement de l'arbre, générant une force d'impact radiale pendant le fonctionnement et déclenchant des vibrations. L’étalonnage doit suivre strictement les normes de conception du fabricant de la pompe. De plus, la flexion de l'arbre de la pompe causée par une surcharge de l'équipement, une déformation à haute température et un impact externe entraîne une excentricité du rotor et amplifie considérablement l'amplitude des vibrations.
Les roulements sont des composants de support essentiels du système de rotor. Une huile lubrifiante insuffisante, détériorée ou inadaptée et une contamination par des impuretés augmenteront la friction de fonctionnement et induiront des vibrations à haute fréquence. Pendant ce temps, un fonctionnement à long terme des roulements entraîne une usure par fatigue, un pelage des chemins de roulement et un jeu excessif. Le fait de ne pas remplacer les roulements à temps aggravera continuellement les vibrations et entraînera même le blocage des roulements et l'arrêt de l'équipement.
La rotation inverse de la pompe provoquée par un câblage incorrect du moteur perturbera les conditions hydrauliques et déclenchera des vibrations. Le blocage partiel ou complet de la roue entraîne un transport irrégulier du fluide et une charge anormale, accompagnées de vibrations et de fluctuations de courant. La déformation de l'arbre de la pompe provoque des contraintes inégales sur les roulements et les sièges de soupape, créant ainsi des risques de vibrations cachés à long terme.
Les données d'exploitation et de maintenance sur le terrain montrent que la plupart des vibrations des pompes centrifuges proviennent de problèmes externes du système, qui sont hautement dissimulés et facilement interprétés à tort comme des défauts inhérents à l'équipement.
Les contraintes de traction et d'extrusion générées par l'accostage forcé du pipeline agissent sur l'interface de la pompe, provoquant une déformation de la pompe et un décalage de l'arbre. Des supports de pipeline manquants, des suspensions desserrées et une disposition déraisonnable entraînent des secousses du pipeline, et les vibrations transmises à la pompe provoquent des vibrations globales de l'unité. Parallèlement, le poids propre accru des canalisations remplies d’eau génère facilement des contraintes supplémentaires et induit des vibrations continues.
Des boulons d'ancrage desserrés, un béton de base fissuré, un nivellement inégal des fondations et un jointoiement non standard provoquent des défauts de pied mou, entraînant une contrainte de support inégale et des secousses opérationnelles de la pompe. De plus, les vibrations forment un cercle vicieux qui aggrave continuellement les dommages aux fondations, ce qui se produit fréquemment dans les équipements nouvellement installés ou après maintenance.
L'ensemble du système de pompes et de canalisations a une fréquence naturelle. La résonance se produit lorsque la fréquence de vibration de fonctionnement de la pompe chevauche la fréquence naturelle du système, amplifiant de légères vibrations et provoquant des dommages par fatigue des composants et de graves vibrations globales. Ce problème peut être évité en optimisant la structure du pipeline et en ajustant la disposition du système.
En résumé,pompe centrifugeles vibrations sont causées par la superposition de facteurs de conception et de sélection, de composants internes et de systèmes externes, parmi lesquels les contraintes des pipelines et l'installation de fondations non standard sont des incitations courantes sur site. De légères vibrations sont un phénomène normal, mais des vibrations excessives mettent en danger la durée de vie de l'équipement et la sécurité de la production.
Un contrôle efficace des vibrations et un fonctionnement stable et efficace de la pompe peuvent être obtenus grâce à une sélection et une installation standardisées, un entretien régulier, une disposition optimisée des canalisations et un évitement des résonances.
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