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Pourquoi la pompe hydraulique vibre-t-elle violemment ?
Les vibrations sévères des pompes hydrauliques dans les systèmes hydrauliques constituent un problème courant mais difficile à gérer lors de la maintenance des équipements. Ces vibrations intenses produisent non seulement un bruit désagréable, mais accélèrent également l'usure des composants, provoquent le desserrage voire la fissuration des raccords de tuyauterie, et dans les cas graves, entraînent des pannes de composants hydrauliques, nuisant ainsi à la sécurité et à l'efficacité de la production. Les vibrations des pompes ne sont pas rares sur les chantiers industriels, et leurs effets néfastes ne doivent pas être sous-estimés. Par conséquent, comprendre les causes de ces fortes vibrations et intervenir rapidement pour les diagnostiquer est particulièrement important pour les ingénieurs en systèmes hydrauliques et le personnel de maintenance des équipements. Ci-dessous, nous analyserons les raisons de ces vibrations sévères d'une pompe selon les principes techniques, en tenant compte des applications pratiques des pompes à engrenages, des pompes à palettes et des pompes à pistons
- Infiltration d'air et phénomène de cavitation
Lorsque de l'air pénètre dans un système hydraulique, l'incompressibilité de l'huile hydraulique diminue, provoquant souvent une cavitation et entraînant des vibrations irrégulières et intenses pendant le fonctionnement de la pompe hydraulique. La cavitation désigne l'effondrement rapide des bulles formées dans l'huile lorsqu'elles entrent dans une zone à haute pression, générant des chocs localisés. La cavitation non seulement fait produire à la pompe un bruit aigu, mais érode également les surfaces métalliques, laissant des cavités semblables à des pores d'éponge, ce qui aggrave davantage les vibrations et les dommages de l'équipement. Les voies d'infiltration d'air comprennent : une fuite dans la conduite d'aspiration, un niveau d'huile insuffisant dans le réservoir hydraulique, l'extrémité du tuyau de retour non immergée sous la surface de l'huile, et un mauvais jointage du corps de la pompe. Lorsque la planéité du corps et du couvercle d'une pompe à engrenages est insuffisante ou que le joint d'étanchéité vieillit, de l'air peut être aspiré pendant le fonctionnement. Les pompes à palettes, en raison de leur capacité d'auto-amorçage inférieure à celle des pompes à engrenages (en particulier les petites pompes à palettes), nécessitent une attention particulière pour assurer une aspiration d'huile fluide et une étanchéité intacte. Les pompes à piston craignent aussi l'entrée d'air côté aspiration dans des conditions opérationnelles exigeantes ; dès qu'un mélange d'air provoque une interruption de l'alimentation en fluide, cela peut entraîner un choc et des vibrations de cavitation sévères. Par conséquent, il est essentiel de maintenir une bonne étanchéité et un niveau d'huile correct dans le système hydraulique. Si une cavitation est suspectée, on peut la détecter par le son et le manomètre : si l'aiguille du manomètre oscille anormalement avec un bruit \"sablonneux\", cela indique souvent une cavitation due à une mauvaise aspiration d'huile, et l'entrée d'aspiration de la pompe ainsi que le filtre doivent être vérifiés immédiatement pour détecter un bouchon ou une fuite d'air.
- Difficulté d'absorption de l'huile et conditions de travail inappropriées.
Des conditions de fonctionnement inappropriées des pompes hydrauliques peuvent également entraîner des vibrations sévères, deux situations courantes étant l'impossibilité pour la pompe d'aspirer suffisamment d'huile et le fonctionnement en surcharge. Lorsque la vitesse de la pompe hydraulique est trop élevée, le processus d'aspiration d'huile peut ne pas suivre le rythme du débit, ce qui entraîne une aspiration insuffisante, provoquant une pression partielle au niveau de l'entrée de la pompe accompagnée de fluctuations de pression, et conduisant finalement à de fortes vibrations de la pompe. Autrement dit, si la pompe tourne trop vite mais ne parvient pas à alimenter en huile, elle fonctionne à vide et provoque des vibrations. C'est particulièrement vrai pour les pompes à engrenages : lors d'un fonctionnement à haute vitesse, si l'aspiration d'huile n'est pas rapide, la chambre scellée entre les dents subit répétitivement une augmentation rapide de pression suivie d'un vide soudain, provoquant de fortes vibrations et du bruit. Pour cette raison, des rainures de décharge sont généralement usinées dans la structure des pompes à engrenages afin d'atténuer l'impact causé par l'entrapement d'huile dans les engrenages. Un autre cas est le fonctionnement en surcharge du système hydraulique, lorsque la pompe fonctionne pendant une longue période au-delà de la pression ou du débit conçus, ce qui entraîne des contraintes anormales sur les composants internes et provoque des vibrations globales de la machine. Lorsque la pompe à piston change rapidement sous haute pression et fort débit, si la performance d'aspiration ne suit pas, une « séparation de colonne liquide » transitoire se produit également, provoquant une vibration de choc intense. En outre, les variations de température et de viscosité de l'huile hydraulique peuvent également affecter la performance d'aspiration : une viscosité élevée de l'huile à basse température augmente la résistance à l'aspiration, rendant difficile pour la pompe d'aspirer suffisamment d'huile à temps ; si l'huile est trop fluide à haute température, cela peut provoquer une vaporisation (vaporisation prématurée de l'huile). Tout cela rend difficile l'aspiration d'huile par la pompe et induit des vibrations. En ingénierie, il faut éviter que les pompes fonctionnent pendant de longues périodes au-delà de leur vitesse ou charge nominale. Si nécessaire, on peut réduire la vitesse ou dériver l'alimentation en huile, et veiller à ce que la température de l'huile hydraulique soit appropriée. Dans les systèmes de pompes à palettes et à pistons, des pompes d'alimentation auxiliaires ou des accumulateurs sont parfois installés afin de garantir le besoin d'aspiration d'huile de la pompe en cas de fonctionnement à haute fréquence et d'éviter les vibrations dues à une alimentation insuffisante.
- Facteurs de viscosité et de pollution de l'huile.
Une viscosité excessive ou insuffisante de l'huile hydraulique peut provoquer des vibrations anormales lors du fonctionnement de la pompe hydraulique. Lorsque la viscosité est trop élevée (par exemple au démarrage à basse température ou en utilisant une huile à indice de viscosité élevé), la résistance à l'écoulement de l'huile augmente et l'aspiration à l'entrée de la pompe devient imparfaite, ce qui peut entraîner un vide local provoquant une cavitation et des vibrations. Inversement, une faible viscosité (par exemple en cas de température élevée de l'huile ou utilisation d'une huile trop fluide) peut rendre le film lubrifiant plus mince, augmenter les frottements internes dans la pompe et entraîner une lubrification insuffisante des composants, conduisant à une usure et à des vibrations anormales. Par conséquent, il convient de choisir une huile hydraulique ayant une viscosité adaptée aux conditions de fonctionnement de l'équipement, et de veiller à ce que la température du système reste dans la plage normale. En outre, la propreté de l'huile est également cruciale pour un fonctionnement sans à-coups de la pompe. Les polluants peuvent accélérer l'usure de la pompe et même provoquer le blocage des pièces mobiles, entraînant vibrations et bruits. Le jeu ajusté d'une pompe à palettes étant très réduit, celle-ci est particulièrement sensible à la contamination de l'huile ; dès lors que des impuretés entravent le mouvement des palettes, cela provoque une pression de sortie instable et des vibrations. Si des particules telles que des copeaux de fer pénètrent dans une pompe à engrenages, elles peuvent provoquer des rayures sur les surfaces dentaires, une usure excentrée des engrenages, ainsi qu'un bruit et des vibrations similaires à un « mordement » pendant le fonctionnement. La pompe à piston impose les exigences les plus strictes en matière de propreté de l'huile : même de petites particules peuvent accélérer l'usure du piston et de l'alésage du cylindre, entraînant des pulsations de pression et des pannes vibratoires. Maintenir l'huile hydraulique propre permet de réduire considérablement ces risques. Le remplacement régulier des éléments filtrants et la surveillance de la qualité de l'huile afin d'éviter la dégradation de sa viscosité et une pollution excessive constituent des priorités quotidiennes pour le personnel de maintenance des équipements.
- Problèmes d'installation mécanique et structurels :
L'installation et les facteurs structurels internes des pompes hydrauliques peuvent également provoquer des vibrations importantes. Premièrement, une installation incorrecte. Si l'arbre moteur de la pompe hydraulique n'est pas aligné avec l'axe du moteur ou si le couplage est mal installé, des contraintes mécaniques supplémentaires et des forces excentriques seront générées pendant le fonctionnement de la pompe, ce qui entraînera de fortes vibrations du bâti. De nombreux cas sur site ont montré qu'un léger désalignement de l'axe peut faire rebondir la pompe lors d'une rotation à grande vitesse, conduisant à une détérioration prématurée des joints et à une usure des roulements. Lors de l'installation, utilisez un accouplement pour aligner correctement l'axe et serrez fermement les supports de la pompe. Si nécessaire, ajoutez des patins antivibratoires. Deuxièmement, la fabrication ou l'usure des composants internes de la pompe peut être la cause profonde des vibrations. Par exemple, dans les pompes à engrenages, une faible précision des engrenages, un jeu dentaire insuffisant ou l'usure des roulements peuvent perturber l'équilibre du fonctionnement et produire des vibrations et du bruit importants. La pompe à engrenages présente en elle-même un inconvénient inhérent lié à la force déséquilibrée radiale, qui peut générer des charges alternées sur les roulements et le boîtier, et est plus sujette aux vibrations si la conception ou le montage est incorrect. Si la surface intérieure du stator d'une pompe à palettes présente une usure localisée ou si l'élasticité des palettes est insuffisante, cela peut également provoquer une répartition inégale des forces sur les palettes, entraînant des vibrations en rotation. Une pompe à pistons comporte plusieurs composants mobiles alternatifs à haute vitesse. S'il existe des pistons ou des patins glissants individuels usés ou desserrés, des chocs et des pulsations de débit peuvent survenir, se manifestant par des vibrations générales. En outre, des boulons desserrés fixant la pompe et les canalisations, ou une rigidité insuffisante du support de fondation, peuvent amplifier des vibrations minimes pendant le fonctionnement normal, provoquant ainsi des « vibrations sévères » visibles à l'œil nu. Par conséquent, lors de la maintenance de l'équipement, il convient de vérifier l'état des accouplements, des éléments de fixation et des pièces internes de la pompe, et de corriger ou remplacer immédiatement toute pièce défectueuse.
Suggestion de l'ingénieur
Concernant le problème de vibrations sévères des pompes hydrauliques, les ingénieurs formulent les suggestions suivantes à titre de référence :
Vérifier en temps voulu la cavitation et les fuites d'air : En cas de bruit anormal ou de fortes fluctuations de l'aiguille du manomètre, il convient tout d'abord de vérifier si l'élément du filtre d'aspiration est bouché, si le joint du raccord de la conduite d'aspiration est intact, si le niveau d'huile dans le réservoir est bas, et si la conduite de retour est plongée sous le niveau d'huile. Éliminer les risques d'entrée d'air permet de réduire efficacement les vibrations de la pompe hydraulique. Si nécessaire, augmenter suffisamment la pression d'alimentation en huile à l'entrée de la pompe (par exemple en installant une pompe d'alimentation ou en surélevant la hauteur du réservoir) afin d'éviter la cavitation.
Contrôler raisonnablement les paramètres de fonctionnement : respecter les spécifications de vitesse et de pression nominales de la pompe hydraulique, et éviter un fonctionnement prolongé en surrégime ou en surcharge. Pour les pompes dont la capacité d'auto-amorçage est limitée, comme les pompes à engrenages, il convient de préchauffer la machine en faisant tourner la pompe à vide à basse température afin de réduire la viscosité de l'huile avant de passer à une charge complète, et ainsi éviter les vibrations dues à une aspiration difficile de l'huile. Dans un système à plusieurs pompes, on peut envisager un accumulateur en parallèle pour stabiliser les pulsations de pression et réduire l'impact des actions rapides sur la pompe.
Sélectionnez une huile appropriée et assurez-vous de l'entretenir régulièrement : choisissez une huile hydraulique avec la classe de viscosité adaptée en fonction de la température ambiante afin d'éviter que l'huile ne soit trop visqueuse ou trop fluide, ce qui pourrait affecter l'aspiration et la lubrification de la pompe. Remplacez ou filtrez régulièrement l'huile pour en maintenir la propreté. En particulier sur les équipements utilisant des pompes à palettes et des pompes à piston, le plan de filtration et de remplacement de l'huile doit être strictement appliqué pour empêcher les impuretés de pénétrer et de provoquer des dysfonctionnements par vibration.
Vérifiez l'installation et l'état des pièces : Assurez-vous que l'arbre de la pompe hydraulique et du moteur sont bien alignés, que l'installation du couplage répond aux exigences, et serrez régulièrement les boulons d'ancrage de la pompe et les supports des conduites. Si une usure anormale ou des pièces desserrées sont détectées à l'intérieur de la pompe, réparez-les ou remplacez-les en temps voulu. Pour les pompes à engrenages, vérifiez l'usure des engrenages et des roulements ; pour les pompes à palettes, contrôlez le bon ajustement entre la palette et le stator ; pour les pompes à piston, portez une attention particulière à l'usure du piston, des patins glissants et de la plaque inclinée. La recherche de pannes sur l'équipement doit être effectuée étape par étape, de l'extérieur vers l'intérieur, du plus simple au plus complexe, afin de détecter précocement les problèmes et de prévenir leur survenance.
À partir de l'analyse ci-dessus, on peut constater que « pourquoi les pompes hydrauliques vibrent-elles violemment » n'est pas un mystère insoluble. La cavitation, la difficulté d'aspiration de l'huile, des conditions de fonctionnement inappropriées, les problèmes liés à l'huile et les facteurs mécaniques d'installation en sont des causes fréquentes. Pour les professionnels du secteur hydraulique, maîtriser ces principes et prendre des mesures préventives est indispensable afin de réduire efficacement le bruit et les vibrations des pompes à engrenages, prolonger la durée de vie du matériel et garantir un fonctionnement stable et efficace des systèmes hydrauliques. Lorsqu'une vibration anormale apparaît sur une pompe hydraulique, il est recommandé d'examiner les points évoqués ci-dessus afin de diagnostiquer la panne. Nous sommes convaincus que cela vous aidera à identifier rapidement la cause, à prescrire le bon traitement et à résoudre le problème.