Lors de la montée et de la descente de fréquence, le compresseur à vis émet un bruit relativement important ; pourquoi ce bruit diminue-t‑il une fois la fréquence stabilisée ?

Introduction

Dans la production industrielle, les compresseurs à vis sont largement utilisés pour fournir un air comprimé stable. De nombreux opérateurs constatent que le bruit du compresseur augmente sensiblement lors des variations de fréquence, puis diminue nettement une fois la fréquence stabilisée. Ce phénomène est généralement attribué aux modifications des caractéristiques physiques et électromagnétiques de l’équipement au cours de ses régulations dynamiques.

Bruit électromagnétique et caractéristiques des variateurs de fréquence

Le composant moteur central d’un compresseur d’air à vis à variation de fréquence est le moteur à variateur de fréquence. Au cours des phases de montée et de descente de la fréquence, le variateur doit régulièrement ajuster la fréquence et la tension de sortie. À ce moment-là, les ondes de modulation de largeur d’impulsion émises par le variateur engendrent d’importantes harmoniques, entraînant de fortes variations des forces électromagnétiques internes au moteur et provoquant ainsi un bruit électromagnétique notable.

Lorsque la fréquence atteint la valeur réglée et se stabilise, la forme d’onde délivrée par le variateur devient relativement régulière, la teneur en harmoniques diminue, et le bruit électromagnétique du moteur s’en trouve également réduit. Il s’agit d’un phénomène physique courant lors du fonctionnement en régulation dynamique des équipements à variation de fréquence.

Résonance mécanique et vitesse de rotation critique

Le rotor du compresseur d’air, le rotor du moteur ainsi que les éléments de transmission possèdent chacun une fréquence propre bien déterminée. Au cours des phases de montée et de descente de la vitesse, la vitesse de rotation du moteur varie de manière continue. Lorsque cette vitesse franchit certaines vitesses critiques de l’équipement, la fréquence d’excitation des pièces tournantes se confond avec la fréquence propre de l’appareil, ce qui peut facilement entraîner une résonance mécanique.

• Manifestation de la résonanceDans une plage de régimes spécifiques, les vibrations de l’équipement s’accentuent, accompagnées d’un grondement sourd prononcé ou de bruits de frottement métallique.
• Changement après stabilisationUne fois que le régime de rotation a franchi la zone critique et s’est stabilisé à la fréquence cible, la fréquence d’excitation s’écarte de la fréquence propre, la résonance disparaît et le bruit mécanique revient progressivement à son niveau normal.

Pulsations du flux d’air et bruit aérodynamique

Lors des variations de fréquence de la vitesse de rotation du compresseur à vis, le débit d’air et la pression du système évoluent de manière dynamique. De telles fluctuations importantes des conditions de fonctionnement entraînent une instabilité extrême de l’écoulement dans le compresseur et dans les conduites.

Tourbillon et pulsation du flux d’airAu stade de la variation de fréquence, la vitesse d’écoulement du gaz et la répartition de la pression sont inhomogènes, ce qui favorise la formation de tourbillons intenses et de pulsations du flux d’air dans la chambre de compression, le séparateur huile‑gaz ainsi que les conduites d’échappement, générant un bruit aérodynamique important. Une fois la fréquence stabilisée, le flux d’air retrouve un régime laminaire régulier ou un régime turbulent stable, et le bruit d’écoulement diminue naturellement de manière significative.

Réponse dynamique du système de lubrification et de refroidissement

Au cours des phases de montée et de descente en fréquence, la variation de la vitesse de rotation du moteur principal entraîne directement une modification de la vitesse de rotation de la pompe à huile et du ventilateur de refroidissement. Les fluctuations temporaires de la pression d’huile, les variations brusques de la vitesse d’écoulement de l’huile dans les canalisations, ainsi que les changements de fréquence avec lesquels les pales du ventilateur coupent l’air, engendrent tous, sur une courte durée, des bruits fluides et des sons de fonctionnement mécanique supplémentaires. Une fois le système parvenu à un nouvel équilibre, ces bruits parasites disparaissent.

Conseils d’optimisation et de maintenance quotidienne

Afin de réduire le bruit lors des phases de montée et de descente de fréquence et de prolonger la durée de vie de l’équipement, il est recommandé d’adopter les mesures suivantes:

• Optimisation des paramètres de conversion de fréquence: Réglez de manière appropriée les temps de montée et de descente du variateur afin d’éviter des variations trop brusques de la vitesse de rotation et d’assurer une transition douce dans la zone des vitesses critiques.
• Fixation et lubrification régulièresVérifiez régulièrement le serrage des boulons d’ancrage, ainsi que des éléments de liaison du moteur et de l’appareil principal, et veillez à ce que les circuits d’huile du système de lubrification restent dégagés, afin de réduire les vibrations anormales dues aux frottements mécaniques.
• Vérification des supports de tuyauterieAssurez-vous que les conduites d’échappement et de refroidissement sont solidement supportées; le cas échéant, ajoutez des patins antivibratoires afin d’éviter que les tuyauteries ne subissent une résonance secondaire sous l’effet des pulsations du flux d’air.