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Analyse vibratoire des machines tournantes

L’analyse vibratoire est un des moyens utilisés pour suivre la santé des machines tournantes en fonctionnement. Cela s’inscrit dans le cadre d’une politique de maintenance prévisionnelle de l’outil de production industrielle.

Les objectifs d’une telle démarche sont de :

• réduire le nombre d’arrêts sur casse ;

• fiabiliser l’outil de production ;

• augmenter son taux de disponibilité ;

• mieux gérer le stock de pièces détachées, etc.

À partir des vibrations régulièrement recueillies sur une machine tournante, l’analyse vibratoire consiste à détecter d’éventuels dysfonctionnements et à suivre leur évolution dans le but de planifier ou reporter une intervention mécanique.

Il existe deux technologies permettant de réaliser une surveillance vibratoire :

• par mesure directe du déplacement des parties tournantes (arbres de machines). Réalisées à l’aide de capteurs à courants de Foucault, ces mesures, leur interprétation et leurs applications ne sont pas traitées ici. La technologie mise en œuvre est lourde. Une application courante est la surveillance des machines à paliers hydrauliques (à coin d’huile). Cette surveillance est presque toujours réalisée on line c’est-à-dire en temps réel. Les capteurs mesurent en permanence les déplacements des arbres et autorisent ainsi le déclenchement immédiat d’alarmes en cas de dysfonctionnement ;

• par mesure de l’accélération subie par les parties fixes de la machine (carters). Les moyens mis en œuvre sont, dans ce cas, beaucoup plus accessibles aux petites structures. À l’aide d’un accéléromètre relié à un collecteur de données, le technicien recueille les vibrations subies par les carters des machines. Cette technique se prête aussi bien à la surveillance on line qu’à la surveillance périodique effectuée lors de rondes selon un calendrier préétabli.

L’industrie lourde, généralement utilisatrice de turbomachines, a souvent recours à l’ensemble des deux technologies afin de réaliser une surveillance vibratoire performante de son outil de production.

Cependant, si les arbres des machines surveillées sont montés sur roulements (c’est le cas pour la majorité d’entre elles), une surveillance périodique par mesure sur les parties fixes permet une analyse très fine de l’état des machines. Les objectifs énoncés plus hauts sont donc atteints dès l’instant où l’activité est confiée à du personnel compétent et expérimenté. D’autre part, les coûts de préparation et de mise en œuvre étant très largement inférieurs à ceux de la technologie utilisant les capteurs à courants de Foucault, la surveillance périodique séduit les PMI. Même si ces dernières ne possèdent pas les compétences internes, elles n’hésitent plus à sous-traiter la surveillance vibratoire de leur parc de machines tournantes.

L’objectif de cet article est triple :

• familiariser le lecteur avec l’analyse vibratoire par mesures sur les parties fixes des machines :

  • savoir ce que l’on peut attendre d’une surveillance périodique,

  • connaître les moyens nécessaires à sa réalisation dans de bonnes conditions ;

• permettre une première approche de cette technique :

  • connaître le vocabulaire employé,

  • savoir adapter les moyens aux objectifs de la surveillance dans son usine,

  • reconnaître quelques images caractéristiques des défauts les plus couramment rencontrés,

  • diagnostiquer leur gravité ;

• proposer un exemple d’organisation permettant de conduire au mieux la mission de surveillance :

  • insister sur la qualité de la préparation des rondes (prises de mesures),

  • instaurer une communication efficace entre les différents acteurs de la surveillance,

  • présenter des documents utiles au bon déroulement d’une surveillance.

Le schéma de la figure 1 présente, de façon simplifiée, l’analyse vibratoire réalisée à partir de mesures effectuées sur les parties fixes des machines surveillées.

On distingue communément deux principales activités :

• la surveillance : le but est de suivre l’évolution d’une machine par comparaison des relevés successifs de ses vibrations. Une tendance à la hausse de certains indicateurs par rapport à des valeurs de référence constituant la signature alerte généralement le technicien sur un dysfonctionnement probable. Idéalement, la signature est établie à partir d’une première campagne de mesures sur la machine neuve ou révisée ;

• le diagnostic : il met en œuvre des outils mathématiquement plus élaborés. Il permet de désigner l’élément de la machine défectueux suite à une évolution anormale des vibrations constatée lors de la surveillance.

Le diagnostic n’est réalisé que lorsque la surveillance a permis de détecter une anomalie ou une évolution dangereuse du signal vibratoire. La surveillance peut être confiée à du personnel peu qualifié. Le diagnostic demande de solides connaissances mécaniques et une formation plus pointue en analyse du signal.