La relation entre les vibrations de l'arbre de turbine et les vibrations des roulements

La relation entre les vibrations de l'arbre de turbine et les vibrations des roulements

Dans les centrales thermiques, la turbine et les vannes sont étroitement liées, les vannes jouant un rôle essentiel dans le contrôle et la protection de la turbine pendant son fonctionnement. Robinet-vanne à joint de pression sont également largement utilisés dans les centrales thermiques et nucléaires.
Vous trouverez ci-dessous une brève introduction à la relation entre les vibrations de l’arbre de turbine et les vibrations des roulements.

Vibrations de l'arbre
La vibration de l'arbre fait référence à la vibration radiale de l'arbre de la turbine. Actuellement, les vibrations des arbres de turbine sont couramment mesurées à l’aide de sondes à courants de Foucault. La bobine de la sonde génère un champ électromagnétique haute fréquence lorsqu'un courant haute fréquence la traverse, induisant un courant de Foucault à la surface du tourillon de l'arbre du rotor. Ce courant induit est converti en tension, qui change avec la distance entre la surface de l'arbre et le capteur. Cela permet de mesurer les vibrations de l'arbre. Les vibrations de l'arbre sont généralement exprimées en déplacement et mesurées en microns.

Si le capteur à courants de Foucault est fixé au roulement, il mesure la vibration relative entre l'arbre et le roulement.
Si le capteur est fixé à la fondation, la vibration mesurée peut être approchée comme la vibration absolue de l'arbre.
Vibrations des roulements
Les vibrations des roulements, également appelées vibrations des tourillons, sont les vibrations du boîtier de roulement. Elle est généralement mesurée à l'aide de capteurs de vitesse ou d'accélération à contact, directement fixés sur le chapeau de palier ou fixés magnétiquement. Pour cette raison, on l’appelle parfois vibration de la coque ou vibration du capuchon. La mesure est principalement effectuée dans le sens vertical, suivi du sens horizontal, les vibrations axiales étant utilisées comme référence.

La relation entre les vibrations de l'arbre et les vibrations des roulements
Les rotors des turbines ou des générateurs sont supportés par des roulements et la vibration de l'arbre est inévitablement transmise aux roulements. Il existe donc une corrélation entre les deux, notamment l’amplitude, la phase et la fréquence.

Relation d'amplitude
Le rapport d'amplitude entre les vibrations de l'arbre et les vibrations du roulement est fortement influencé par la rigidité du boîtier du roulement. Typiquement:

Pour les boîtiers de roulements à support rigide (par exemple, les roulements à socle courants), l'amplitude des vibrations de l'arbre est environ 3 à 6 fois supérieure à celle des vibrations des roulements.
Pour les systèmes avec une rigidité plus faible, ce rapport diminue et, dans certains cas, les vibrations des roulements peuvent dépasser les vibrations de l'arbre (par exemple, les boîtiers de roulements de rotor basse pression des unités Dongfang 60 MW avec des configurations de roulements sur socle).
Relation de phase
Les vibrations des roulements sont généralement exprimées en vitesse et entraînent le déplacement des vibrations de l'arbre de 90° en phase. Lors de la conversion de la vitesse en déplacement, l'angle de phase doit être ajusté en ajoutant 90°.

Si la vibration est provoquée par un déséquilibre, la phase de la masse déséquilibrée a une relation fixe avec la phase de vibration de l'arbre, et une relation similaire existe avec la vibration du roulement.
Cette corrélation permet un équilibrage dynamique sur site à l'aide de mesures de vibrations des roulements.
Relation de fréquence
Les vibrations de l’arbre et du roulement ont généralement des composantes de fréquence presque identiques. La différence réside dans le fait que la conversion de la vitesse en déplacement entraîne la perte de certaines composantes haute fréquence.

Pour mesurer les vibrations de structures mécaniques complexes, telles que les roulements, les moyeux de ventilateur ou les roues de pompe, les valeurs de vitesse sont souvent utilisées pour l'analyse des défauts car elles fournissent des informations spectrales plus riches.
Applications pratiques dans les turbines domestiques
Dans les groupes turbine-alternateur domestiques, les vibrations relatives de l'arbre sont généralement mesurées, reflétant les vibrations du rotor par rapport à son support ou à son boîtier. Une vibration élevée de l'arbre indique un déplacement important du rotor par rapport à sa position d'équilibre au cours d'une rotation.

La vibration du roulement, en tant que vibration absolue, reflète la vibration du boîtier du roulement par rapport à la fondation. Dans la surveillance moderne des vibrations des turbines, les vibrations de l’arbre et des roulements sont essentielles :

Si un rotor présente des vibrations relatives minimes sur l'arbre mais des vibrations importantes sur les roulements, cela implique que, par rapport à un système de coordonnées mobile fixé au carter, le déplacement entre l'arbre et le système de support est faible, évitant ainsi tout contact direct.
Cependant, la contrainte dynamique exercée sur le rotor et le système de support dépend également de l'amplitude des vibrations du carter lui-même. Les vibrations élevées du carter et du support entraînent inévitablement des contraintes dynamiques élevées sur le rotor et ses composants.
Par conséquent, toute vibration excessive de l’arbre ou du roulement est inacceptable lors du fonctionnement de la turbine.