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Article de référence | Réf : BR3050 v2

Étude de cas
Renforcement de la fiabilité des machines par l'analyse des vibrations

Auteur(s) : Alain BOULENGER

Relu et validé le 25 nov. 2020

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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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ABSTRACT

Reinforcement of machine reliability through vibration analysis

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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KEYWORDS

vibration   |   Monitoring   |   conditional maintenance

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-br3050


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3. Étude de cas

3.1 Défaut sur un palier de motoventilateur

Voici le cheminement d’un diagnostic effectué sur le groupe motoventilateur d’une usine d’incinération, en région parisienne, entraîné à 2 420 tr/min par un moteur de 300 kW et une transmission poulies-courroies.

  • Les valeurs mesurées lors d’un contrôle périodique mettent en évidence, sur le palier du moteur, côté poulie, le dépassement du seuil d’alarme défini sur l’indicateur global « vitesse efficace » normalisé 10/1 000 Hz. La valeur de cet indicateur global mesurée en direction radiale horizontale passe de 3,9 à 12,2 mm/s depuis la dernière collecte alors qu’elle reste sensiblement stable sur les autres paliers du ventilateur et sur les mesures radiales verticales du palier en question.

  • Le spectre pris au même endroit sur le palier du moteur (figure 7 a ) montre que l’augmentation du niveau vibratoire responsable de cette mise en alarme a pour cause principale l’apparition d’une raie dont la fréquence semble correspondre à la fréquence de rotation du ventilateur (40,3 Hz).

    Cette constatation aurait pu laisser penser à l’apparition d’un balourd affectant la roue du ventilateur si cette hypothèse n’était infirmée par la stabilité des mesures effectuées sur les paliers du ventilateur lui-même et sur la mesure en direction radiale verticale du palier en question.

  • Heureusement, l’examen attentif du spectre laisse présager l’existence d’autres défauts, ce qui oriente vers la prise d’un cepstre. Celui-ci met en évidence que l’énergie vibratoire n’est pas donnée seulement par le pic à 38,8 Hz mais aussi par un peigne de raies dont le pas de 7,9 Hz (quéfrence à 126 ms) correspond à la fréquence de passage des courroies d’entraînement (figure 7 b ).

  • À la suite de cette découverte, un zoom est effectué, centré sur le pic à 40 Hz, et ce zoom met en évidence une résonance de structure, excitée non seulement par la fréquence de rotation du ventilateur, mais aussi par le cinquième harmonique de la fréquence d’un défaut prononcé sur les courroies de transmission (figure 7 c).

  • Le diagnostic portera donc sur la nécessité de remplacer...

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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...

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

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    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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    QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

    1/ Quiz d'entraînement

    Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

    2/ Test de validation

    Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

    Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


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