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RÉSUMÉ
Les vibrations générées par une machine en fonctionnement peuvent se transcrire par une signature vibratoire reflétant son comportement quant à ses jeux de fonctionnement, frottements ou chocs éventuels. La moindre modification de cette « signature » traduit la manifestation d’une anomalie au niveau des pièces en mouvement, anomalie pouvant déboucher sur une dégradation, voire une panne de l’équipement. L’analyse périodique de ces vibrations fournit ainsi un véritable indicateur concret de surveillance des défaillances, qu’il soit destiné à la prévention ou à l'urgence d'un diagnostic, permettant ainsi d’éviter bon nombre d’arrêts de production.
Le présent article se propose de montrer l’intérêt et les limites des différentes techniques vibratoires de surveillance périodique ou de diagnostic ponctuel. Cette présentation est concrétisée par diverses études de cas réels, par leur mise en œuvre et par la démarche utilisée pour l'élaboration du diagnostic.
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Vibrations generated by a machine in operation transcribe a vibratory signature, reflecting her behaviour in terms of its operating plays, frictions or shocks. The slightest modification of this “signature” reflects the manifestation of an anomaly in the moving parts, anomaly which can lead to degradation or even a breakdown of the equipment. Periodic analysis of these vibrations thus provides a real indicator for monitoring faults, whether prevention or diagnosis,thus making it possible to avoid many production failures.
This article proposes to show the interest and the limits of each of the different existing techniques and to illustrate by various real case studies their implementation and the approach used for the development of the diagnosis.
Auteur(s)
-
Alain BOULENGER : Ancien responsable du département Maintenance et diagnostics vibratoires chez AIF, Dynaé puis SKF
INTRODUCTION
Toutes les machines en fonctionnement génèrent des vibrations. Celles-ci, parce qu’elles sont représentatives des efforts dynamiques engendrés par les pièces en mouvement, occupent une place privilégiée parmi les paramètres à prendre en considération pour assurer une surveillance efficace du bon état de fonctionnement des machines. Cette place se justifie d’autant plus que toute modification de la « signature » vibratoire d’une machine constitue souvent la première manifestation physique d’une anomalie, cause potentielle, à plus ou moins long terme, d’une panne ou d’une dégradation préjudiciables soit à la production, soit à la longévité du matériel, soit à la qualité du produit fini, soit enfin à la sécurité du personnel.
Ces particularités font des techniques d'analyse des vibrations, qu'elles soient mises en place dans le but de suivre périodiquement l'évolution d’un indicateur sélectionné (ou d’un ensemble d’indicateurs) jusqu’au dépassement d’un seuil d’alarme, ou pour établir un diagnostic statuant sur la nature et la gravité d’une défaillance ainsi que sur l’urgence de l’intervention, l’un des principaux outils pour la prévention des pannes et l’étude de leur mode d’apparition.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
vibration | Monitoring | conditional maintenance
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2006 par Alain BOULENGER
DOI (Digital Object Identifier)
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Annexes : notions de cepstre
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6. Glossaire
Cepstre ; Cepstrum
Mot « spectre » en verlan. Il s'agit du spectre inverse du spectre de base permettant de mettre en évidence des périodicités dans ce spectre. Les fréquences sont transformées en « quéfrences » et les harmoniques en « rhamoniques ». (Voir annexe § 7).
dBg
Niveau de l’accélération (g = 9,81 m/s2), exprimé en décibels.
Démodulation ; Demodulation
Recherche, autour de la fréquence d'un élément principal (fréquence porteuse), des variations occasionnées par un phénomène perturbateur (signal modulant).
Détection d'enveloppe ; Envelope detection ou Hight frequency resonance
Opération de démodulation qui consiste à éliminer les composantes hautes fréquences du signal pour n’en garder que l’enveloppe avant d’en calculer la transformée de Fourier (FFT).
FFT (Fast Fourier transform)
Algorithme de calcul réduisant de façon importante les temps de calcul d'un spectre.
Fonction de transfert ; Transfer fonction
Transformée de Fourier traduisant la réponse impulsionnelle de la structure de la machine.
Facteur de crête ; Crest factor
Rapport de l'amplitude maximum sur l'amplitude efficace. Ce rapport permet généralement de distinguer le type de vibration en cause (sinusoïdal ou impulsionnel).
Harmonique ; Harmonic
Multiple d'une fréquence donnée.
Kurtosis ; Kurtosis
Indicateur statistique permettant en général de différencier un signal de type sinusoïdal, impulsionnel ou aléatoire.
Orbite ; Orbit
Trajectoire fermée décrivant le mouvement radial de l'arbre dans son logement (notamment pour les paliers fluides), ou le mouvement vibratoire radial du palier.
...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BIGRET (R.), FERON (J.l.), PACHAUD (C.) - Diagnostic maintenance, disponibilité des machines tournantes, modèles, mesurage, analyse des vibrations. - Masson (1994).
-
(2) - BOULENGER (A.) - Vers le zéro panne avec la maintenance conditionnelle. - Afnor (1988).
-
(3) - BOULENGER (A), PACHAUD (C.) - Surveillance des machines par analyse des vibrations. Du dépistage au diagnostic. - AFNOR (1993).
-
(4) - BOULENGER (A.) - Aide mémoire Maintenance Conditionnelle. - Dunod (2007).
-
(5) - BOULENGER (A.), PACHAUD (C.) - Aide mémoire surveillance des machines par analyse des vibrations. - Dunod (2008).
-
(6) - BOULENGER (A.), PACHAUD (C.) - Diagnostic vibratoire en maintenance préventive. - Dunod...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de machines — Partie 1 : lignes directrices générales. - ISO 20816-1 - 2016
-
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de machines — Partie 2 : turbines à gaz, turbines à vapeur et alternateurs à paliers à film fluide excédant 40 MW pour applications terrestres, avec des vitesses nominales de fonctionnement de 1 500 r/min, 1 800 r/min, 3 000 r/min et 3 600 r/min. - ISO 20816-2 - 2017
-
Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesurages sur les parties non tournantes — Partie 3 : machines industrielles de puissance nominale supérieure à 15 kW et de vitesse nominale de fonctionnement entre 120 r/min et 15 000 r/min, lorsqu'elles sont mesurées in situ. Amendement 1. - ISO 10816-3/A1 - 2017
-
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations de machines — Partie 4 : turbines à gaz à paliers à film fluide, excédant 3 MW. - ISO 20816-4 - 2018
-
Vibrations mécaniques — Mesurage et évaluation des vibrations des machines — Partie 5 : groupes de machines équipant des centrales hydroélectriques et des stations de pompage et de stockage. - ISO 20816-5 - 2018
ANNEXES
Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
ISO : http://www.iso.org
Fabricants – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)dB Vib : https://dbvib.com
01 db Métravib : https://01dbmetravib.com
Dynaé : https://fr.dynae.com
CSI : https://www.emerson.com
Brüel et Kjaer : https://www.bksv.com
SKF : https://www.skf.com
SPM Instrument : https://www.spminstrument.com
STD Ultrasound Solutions : https://stdultrasound.com
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)CETIM (Centre technique des industries mécaniques) : https://www.cetim.fr
UTC (université de technologie de Compiègne) : https://www.utc.fr
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