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1. La mécanique des vibrations
(Rappel)

T.MASROUR

Pag
Notions de vibrations

Vibration : Un corps est dit en vibration lorsqu'il est animé
d'un mouvement oscillatoire autour d'une position de
référence.
Le nombre de cycles complets du mouvement dans une
période de temps d'une seconde est appelé fréquence et
est mesuré en hertz (Hz).

T.MASROUR

Pag
Système masse ressort
- mise en équation-

Le système constitué d’une masse, d’un ressort et d’un amortisseur est le plus
simple des systèmes, pourtant il permet d’expliquer l’essentiel des
phénomènes qu’on a traité:
L’équilibre des forces :
M X’’ = F1 +
F2
+ Fe sin (w t)
(Inertie) (ressort) (amortisseur) (extérieure)

M
M
M

Position minimale
 Déplacement minimal

Position d’équilibre
T.MASROUR

Position maximale
 Déplacement maximal
Pag
Système masse ressort
- mise en équation-

l’équilibre des forces intérieures et
extérieures :
M X’’

=

(force Inertie)

M X’’

F1

M

(ressort)

 L’équation qui décrit le
mouvement est:

x

M X’’ + K X = 0
Le but est de connaître la position x
de la masse M à chaque instant, si
on résout l’équation précédente on
trouve:

M

F1= - K X

X = a sin (2 π f t) = a sin (w t)
avec f = √( K/ M) fréquence propre
(en rad/s)
T.MASROUR

Pag
Reconstitution de la vibration
Le mouvement de la masse M autour de sa position d’équilibre, engendre avec le
temps une vibration qui est une fonction de temps
Amplitude

Signal vibratoire

M
M

M
M

M

M

M

M

M

Temps
T.MASROUR

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Notions de vibrations
- Grandeurs caractéristiques -

Cette fonction de temps ou signal vibratoire X = a sin (2 π f t) est
caractérisé par un ensemble de paramètres qui le caractérisent.

x
a : Amplitude
C'est la plus grande valeur
que la variable x(t) peut
prendre

t

T: période
T: période C'est
l'intervalle de temps au
bout duquel la variable
x(t) reprend la même
valeur dans la même
direction

w = 2 π f : appelée vitesse angulaire, sa
formule est :radian/seconde [rad/s]

f = 1/ T : C'est le nombre de périodes par unité de temps,
s’exprime en Hz ou cycle / seconde

T.MASROUR

Pag
Notions de vibrations
- Grandeurs caractéristiques -

x1, x2

Déphasage φ

a2

a1

wt

Les amplitudes des deux vibrations x1 et x2 ne sont pas atteint en même temps,
x2 est décalé par rapport à x1 de la grandeur ϕ qui représente le temps qui
s’écoule entre la vibration x1 et x2. Elle est exprimée en unités d'angle.
On écrit :

x1 = a1 sin (w t)
x2 = a2 sin (w t - φ)
T.MASROUR

Pag
Système masse ressort avec force d’excitation
- mise en équation-

Si on écrit l’équilibre des forces
intérieures et extérieures du système
masse M, ressort on trouve
l’équation suivante:
M X’’ =

F1

+

Fe sin (w t)

(Inertie) (ressort)

M X’’

(extérieure)

 L’équation qui décrit le
mouvement est:

M
Fe sin wt

x

M X’’ + K X = Fe sin (w t)
Le but est de connaître la position x
de la masse M à chaque instant, si
on résout l’équation précédente on
trouve:

M

F1= - K X

X = a sin (w t + φ)
a =
(1

F
K
fe 2
−
(
) )
f0

T.MASROUR

Pag
Notion de résonance
F
K
a=
fe 2
(1 −
(
) )
f0

Si on excite la masse M avec une force dont la fréquence de répétition
est proche de la fréquence naturelle du système (masse ressort)
l’amplitude augmente  ce phénomène est appelé résonance.
Amplitude a

F0 = √(K/M)

T.MASROUR

Fréquence
d’excitation fe

Pag
Récapitulation

•
•
•
•
•
•
•

Signal temporel
Amplitude
Fréquence
Période
Déphasage
Fréquence propre
Résonance

T.MASROUR

Pag
Système à 2 (n) degrés de liberté

Un système est dit à n degrés de liberté si et seulement si n
coordonnées sont nécessaires pour définir complètement sa
configuration.
(l’ensemble des degrés de liberté n’est pas, en général, unique)

θ1
x1

m1
θ2
x2

m2

Système à 2 degrés de liberté

T.MASROUR

Pag
Système à 2 (n) degrés de liberté
- mise en équation-

Système à 3 degrés de liberté
(en supposant que le corps est rigide)

M X’’ + BX’ + K X = Fe

T.MASROUR

avec X=(X1, X2,…Xn)

Pag
Récapitulation
En réalité les systèmes sont Continus.
Il y a une infinité de fréquences propres.

Plusieurs fréquences de résonance

T.MASROUR

Pag
Système continu : Méthodes des éléments finis

T.MASROUR

Pag
2. L’analyse vibratoire

T.MASROUR

Pag
Introduction

Dynamique des systèmes
Conception
Maintenance
Méthodes des éléments
finis.

conditionnelle/prévisionnelle

Analyse modale
 Logiciel de
conception dynamique.

T.MASROUR

Pag
 La maintenance conditionnelle et prévisionnelle;
 La mécanique de la vibration;
 L'analyse spectrale des signaux;
 Les instruments de mesures
Les indicateurs de mesures;
L’analyse spectrale et cepstrale
 La pratique de la surveillance vibratoire;

T.MASROUR

Pag
2.1. La maintenance conditionnelle et
prévisionnelle

T.MASROUR

Pag
Maintenance conditionnelle et prévisionnelle

Défaillance
potentielle
Inacceptable

Action
Préventive
Préventif
conditionnel
Paramètres

Oui

conséquence

Acceptable

Action
Corrective

Symptôme
précurseur

Evolutifs

Non

Seuils fixes

Maintenance Maintenance Maintenance
Conditionnelle Prévisionnelle Systématique
Mesures

Inspections

Echéancier

T.MASROUR

Maintenance
Palliative

Maintenance
Curative

Dépannage

Réparation

Pag
Maintenance conditionnelle et prévisionnelle

"Maintenance préventive prévisionnelle: maintenance
préventive subordonnée à l'analyse de l'évolution surveillée
de paramètres significatifs de la dégradation du bien
permettant de retarder et de planifier les interventions" Norme
AFNOR X60-010
"Maintenance préventive Conditionnelle: les remplacements
ou les remises en état des pièces, les remplacements ou les
appoints des fluides ont lieu après une analyse de leur état de
dégradation. Une décision volontaire est alors prise
d’effectuer les remplacements ou les remises en état
nécessaires" Norme AFNOR X60-010
T.MASROUR

Pag
Maintenance conditionnelle et prévisionnelle
Maintenance
corrective

Maintenance
Systématique

Défaut

Maintenance
conditionnelle /
prévisionnelle

Alarme
Alerte

Temps

Période
critique

T.MASROUR

Pag
Quelle maintenance pour quel équipement

T.MASROUR

Pag
Avantages de la surveillance vibratoire
•
•
•
•

Analyse des vibrations
Analyse d’huile
Thermographie
infrarouge
Les CND…

Défaut
Balourd
Désalignement
Roulement à billes
Paliers
Dentures
Résonance
Cavitation
Courbure d’arbre
Déséquilibre électrique
Tourbillon d’huile
Courroie
Manque de lubrifiant
Contamination
0

= non adapté

Analyse
huile

x
x
x

Acoustique

x
x
x
x
x
0

x
1

x
1 = adapté

T.MASROUR

Vibrations

1
1
1
x
1
1
x
1
1
1
x
x

Thermographie

x
x
x

1
x = moyenne

Pag
Avantages de la surveillance vibratoire

1) La prévention des risques majeurs : arrêt de la machine si les
conditions de sécurité, Homme ou machine, ne sont pas satisfaisantes ;
2) La détection précoce des anomalies pour remplacer les pièces
défectueuses avant l’incident et au meilleur moment pour limiter les
pertes de production ;
3) L’analyse après incident pour remédier aux défauts constatés, éviter à
l’avenir de les retrouver (retour d’expérience), ou définir les modifications
nécessaires.
- Une meilleure planification des interventions par une détection
précoce des défauts
- La diminution du nombre de pannes

T.MASROUR

Pag
2.2 Surveillance vibratoire

T.MASROUR

Pag
La vibration des machines tournantes

Même en bon état,
toute machine
tournante vibre.

Ces machines ont
un signal
vibratoire qui les
caractérise:
signature

La vibration dépend des conditions de fonctionnement
- Stable si la machine fonctionne normalement;
- Qualifiable et reproductible si l’environnement est le même;
- Augmentant avec l'usure;
- Changeant radicalement avec l'apparition d'un défaut.
T.MASROUR

Pag
La vibration des machines tournantes

 Quand les défauts commencent à apparaître l'allure du signal vibratoire
change.
L'amplitude des
fréquences
caractéristiques des
défauts augmente

C'est pourquoi les mesures
de vibration sont utilisées
comme indicateur de l'état
de santé des machines
tournante.

T.MASROUR

Pag
Questions
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Qu’est ce qu’on mesure pour quantifier une vibration?
Qu’est ce qu’un capteur?
Qu’est ce qu’un collecteur/analyseur?
A quoi sert le logiciel de l’analyse des vibrations?
Qu’est ce qu’une mesure globale? Une analyse fréquentielle?
Qu’est ce qu’un spectre? Cepstre? gSE? Spectre PBC???
Comment savoir qu’on a un défaut de roulement, d’engrenage,
cavitation…?
Comment remédier à ces défauts? (Équilibrage, alignement…)

T.MASROUR

Pag
Procédure de surveillance vibratoire
2.
Détection
7. Retour

5. Remède

1. Collecte

1.

3.

 Mode de surveillance : On line,
Off line

 Modélisation et détection des :

 Instruments de mesure
 Emplacements des capteurs
2.
 Indicateurs

 Spectre; cepstre; HFRT

 Équilibrage

 Défauts de roulement

 Alignement

 Défauts d’engrenages

 Changement d’organes

 Défauts d’arbre
 Cavité….
 Fiches d’évocation…

 Analyse spectrale
 Valeur global et spectral

5.

4.
 Méthodes mathématiques
d’extrapolation
 Préparation du remède

T.MASROUR

6.
 Selon le planning des
arrêts

7.
 Fiches défauts

Pag
A. La collecte

T.MASROUR

Pag
Exemples introductifs

1) Considérons un ventilateur (N=2400tr/min) qui vibre à une valeur de 7mm/s
Introduction Veff[10-1000Hz] :
pour l’indicateur
- Déséquilibre  acceptable
- Désalignement  Inacceptable (intervention à court terme)
- Ecaillage de bague interne d’un roulement  panne imminente

Il faut surveiller
mm/s

2)

Direction radiale verticale
Direction radiale horizontale

Temps

Il faut bien choisir les points ou surveiller
T.MASROUR

Pag
Mode de surveillance vibratoire

Boîte de
jonction

On-line
Continues

Station de surveillance

Station de travail
Off-line
périodiques

Collecteur de données
Capteurs

T.MASROUR

Pag
Capteurs de vibration
Relations mathématiques entre :
 accélération
 vitesse
 déplacement
V=dD/dt

A=dV/dt

A=d²D/dt²

T.MASROUR

Pag
Capteurs de vibration

Capteur de déplacement : principe
des courants de Foucault

Vélocimétre (Vitesse) : principe électrodynamique

T.MASROUR

Pag
Capteurs de vibration
Accéléromètre (Accélération): principe piézo-électrique

P=

F
S

Q = K .P

K .M
Q=
a
S

F = M .a

T.MASROUR

Pag
Capteurs de vibration: Accéléromètre

Amplitude

Fréquence
naturelle du
capteur

T.MASROUR

Fréquence

Pag
Conditions générales de l’emplacement des capteurs
La mesure vibratoire dépend de l’emplacement des capteurs : notion de mobilité

T.MASROUR

Pag
Conditions générales de l’emplacement des capteurs
Chaque point de la structure a une mobilité différente  signal vibratoire différent

L’embase est le meilleur point
de mesure

Mesurer sur un autre point 
fausse les mesures
ne permet pas le suivi de l’état
de la machine (chaque point
évolue différemment d’un
autre)

T.MASROUR

Pag
Conditions générales de l’emplacement des capteurs

 Le câble de l'accéléromètre doit être immobilisé sur la partie vibrante pour éviter les
perturbations;
 Il est nécessaire de repérer le point de mesure à l'endroit le plus proche possible du
composant vibrant;
 Aucun vide ne doit exister entre l'emplacement du capteur et le défaut mesuré.
 Prendre les mesures à chaque fois au même endroit car on surveille l'évolution du
défaut (le collage des embases);
 Il est souhaitable d'avoir, si possible, le minimum d'interfaces entre l'emplacement du
capteur et le défaut visé par la mesure;
 Les appareils doivent être étalonnés;
 Les mesures doivent être effectuées éloignés d’un graissage récent (au minimum 24
heures après graissage).

T.MASROUR

Pag
Collecteur-Analyseur

T.MASROUR

Pag
Logiciel d’analyse des vibrations
Archivage de
l’historique vibratoire
des machines
surveillées;
Gestion des routes
de collectes;
Analyse des
données vibratoires
collectées: analyse
temporelle et
fréquentielle (spectre,
cepstre, HFRT…)
Détection d’anomalie
par niveau
d’alarmes…

T.MASROUR

Pag
B. Détection

T.MASROUR

Pag
Formes de vibration
 Vibration harmonique :
C’est une vibration dont le diagramme amplitude-temps est représenté par une
sinusoïde
x (t) = X sin(2 π f t + ϕ )

Amplitude

Spectre
d’amplitude
t

f

f (Hz)

1/ f

Pour une vibration sinusoïdale, on obtient un point unique, de coordonnées (f, s).

T.MASROUR

Pag
Formes de vibration
 Vibration périodique :
C’est une vibration qui se reproduit exactement après un certain temps appelé
période. Elle est la somme de vibrations sinusoïdale de fréquences multiples de f.
x (t) = Σni=0 Xi sin(2 π f i t + ϕ i)

Amplitude

Spectre
d’amplitude
t

f

2f

3f

f (Hz)

1/ f

Le spectre est constitué de raies aux fréquences f, 2f, 3f, …

T.MASROUR

Pag
Formes de vibration
 Vibration apériodique :
C’est une vibration dont le comportement temporel est quelconque, c’est-à-dire que
l'on n'observe jamais de reproductibilité dans le temps
x (t) = Σ∞=0 Xi sin(2 π f i t + ϕ i)

Amplitude

Spectre
d’amplitude

t

T.MASROUR

f (Hz)

Pag
Système à n degrés de liberté avec amortissement

T.MASROUR

Pag
Surveillance de niveau global
-Mesures globales-

Paramètres du signal :
RMS:
Crête
Crète-Crète
Moyenne
Facteur de crête
Période / taux de répétition

 La mesure de ces niveaux globaux permet uniquement de détecter un fonctionnement
anormal et de déclencher un arrêt avant la panne de l’installation. Ils ne permettent pas d’en
identifier la cause.
 Mal adaptée à la détection des défauts à un stade précoce même si la chaîne cinématique
est simple

T.MASROUR

Pag
Analyse fréquentielle
•

Spectre: Transformation d’un signal temporel en un signal
fréquentiel

S( f ) =

+∞

∫ s(t ).e

− j 2πft

dt

−∞

T.MASROUR

N

S (k ) = ∑ s ( j )e − 2πi ( j −1)( k −1) / N
j =1

Pag
Analyse fréquentielle
•

Le cepstre est en quelques sorte le spectre d’un spectre logarithmique
et il permet de trouver les périodicité dans le spectre original

C (τ ) = F − 1[ log(S ( f ))]

T.MASROUR

Pag
Analyse fréquentielle
•

Spectre d’enveloppe:
est la suivante

La démarche numérique du calcul de l’enveloppe

T.MASROUR

Pag
Surveillance de spectre
•

Spectre à pourcentage de bande constant PBC à 6%

Cette technique permet de créer une nouvelle représentation du spectre consistant à
supprimer un grand nombre de points dans le domaine spectral, en scannant le
graphe avec un pas variable tel que: ∆f

f

T.MASROUR

= 6%

Pag
Surveillance de spectre

T.MASROUR

Pag
Comment savoir qu’on a un défaut?

T.MASROUR

Pag
Principe des analyses vibratoires

identification

Prévision du moment de la défaillance
T.MASROUR

Pag
Principe des analyses vibratoires
-Alarmes-

GROUPE I: puissance jusqu'à 15
kW
GROUPE II: puissance comprise
entre 15 et 75 kW sans fondations
spéciales. puissance jusqu'à 300
kW sur fondations spéciales.
GROUPE III: grosses machines
avec masses tournantes montées
sur des fondations lourdes et
relativement rigides dans la
direction des vibrations.
GROUPE IV: grosses machines
avec masses tournantes montées
sur des fondations relativement
souples dans la direction des
vibrations.

T.MASROUR

Pag
Principe des analyses vibratoires
-Alarmes-

Méthode du relevé global

T.MASROUR

Méthode de l'analyse spectrale

Pag
Défauts détectés par analyse vibratoire

Tout défaut, sur une machine tournante se traduit par des vibrations dont la
fréquence correspond à celle du phénomène qui la provoque.

T.MASROUR

Pag
Défauts détectés par analyse vibratoire

Basses fréquences
(0 à 1000 Hz)
Moyennes fréquences
800 Hz à 3000Hz
Hautes fréquences
2500Hz à 40KHz

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Balourd
Désalignement
Excentricité
Courbure d’arbre
Fêlure d’arbre
Jeux mécaniques
Défauts de paliers
Frottement de rotor
Problèmes de moteur
électriques
Défauts de denture
Défauts de pales de ventilateurs
Défauts de roulements
Cavitation

Pour une fixation magnétique: 7kHz

montage

Pour une embases filetée: 28 kHz
Goujon Colle

T.MASROUR

Aimant

Perçage

Pag
C. Diagnostic

T.MASROUR

Pag
Modélisation et détection des défauts

• Défauts de roulement
• Défauts d’engrenages
• Défauts d’arbre : balourd, désalignement, courbure
d’arbre…
• Autre défauts : cavitation; défauts électriques…

T.MASROUR

Pag
D. Prévision

T.MASROUR

Pag
Estimation de la durée avant danger

Tendance
des
défauts

Méthodes
mathématiques
d’extrapolation

Adapter les signaux selon les
variations de vitesse de
rotation

T.MASROUR

Pag
Préparation du remède

 Arrêter l’évolution du défaut  définir et préparer le
remède
 Remplacer un organe (roulement, engrenage…)
 Équilibrer (ventilateur, rotor…)
 Aligner…

 Estimation du temps de l’intervention
 Préparation du matériel (outillage, les organes de
rechange…) et des équipes d’intervention

T.MASROUR

Pag
E. Remède

T.MASROUR

Pag
• Équilibrage
• Alignement

T.MASROUR

Pag
F. Planification des interventions

Générer l’arrêt
Planifier dans une intervention programmée

T.MASROUR

Pag
G. Retour d’expérience

Optimisation des :
Points de mesures : (ajouter les points horizontal et vertical au lieu de
l’oblique)
Seuils d’alarmes : Baisser le seuil d’alarme pour être prévenu plutôt.
Périodicités : (3 semaines  2 semaines)
Indicateurs vibratoires : surveiller le facteur crête du signal dans la bande
de fréquence 15-80 Hz qui contient la fréquence d’apparition du balourd.
Établissement des signatures avant et après chaque arrêt
Actualisation des fiche incidents (manuelle ou informatisée)
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T.MASROUR

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Masrour cours dynamique des systèmes - vibrations -chapitre4-vibrations-masrour

  • 1. 1. La mécanique des vibrations (Rappel) T.MASROUR Pag
  • 2. Notions de vibrations Vibration : Un corps est dit en vibration lorsqu'il est animé d'un mouvement oscillatoire autour d'une position de référence. Le nombre de cycles complets du mouvement dans une période de temps d'une seconde est appelé fréquence et est mesuré en hertz (Hz). T.MASROUR Pag
  • 3. Système masse ressort - mise en équation- Le système constitué d’une masse, d’un ressort et d’un amortisseur est le plus simple des systèmes, pourtant il permet d’expliquer l’essentiel des phénomènes qu’on a traité: L’équilibre des forces : M X’’ = F1 + F2 + Fe sin (w t) (Inertie) (ressort) (amortisseur) (extérieure) M M M Position minimale  Déplacement minimal Position d’équilibre T.MASROUR Position maximale  Déplacement maximal Pag
  • 4. Système masse ressort - mise en équation- l’équilibre des forces intérieures et extérieures : M X’’ = (force Inertie) M X’’ F1 M (ressort)  L’équation qui décrit le mouvement est: x M X’’ + K X = 0 Le but est de connaître la position x de la masse M à chaque instant, si on résout l’équation précédente on trouve: M F1= - K X X = a sin (2 π f t) = a sin (w t) avec f = √( K/ M) fréquence propre (en rad/s) T.MASROUR Pag
  • 5. Reconstitution de la vibration Le mouvement de la masse M autour de sa position d’équilibre, engendre avec le temps une vibration qui est une fonction de temps Amplitude Signal vibratoire M M M M M M M M M Temps T.MASROUR Pag
  • 6. Notions de vibrations - Grandeurs caractéristiques - Cette fonction de temps ou signal vibratoire X = a sin (2 π f t) est caractérisé par un ensemble de paramètres qui le caractérisent. x a : Amplitude C'est la plus grande valeur que la variable x(t) peut prendre t T: période T: période C'est l'intervalle de temps au bout duquel la variable x(t) reprend la même valeur dans la même direction w = 2 π f : appelée vitesse angulaire, sa formule est :radian/seconde [rad/s] f = 1/ T : C'est le nombre de périodes par unité de temps, s’exprime en Hz ou cycle / seconde T.MASROUR Pag
  • 7. Notions de vibrations - Grandeurs caractéristiques - x1, x2 Déphasage φ a2 a1 wt Les amplitudes des deux vibrations x1 et x2 ne sont pas atteint en même temps, x2 est décalé par rapport à x1 de la grandeur ϕ qui représente le temps qui s’écoule entre la vibration x1 et x2. Elle est exprimée en unités d'angle. On écrit : x1 = a1 sin (w t) x2 = a2 sin (w t - φ) T.MASROUR Pag
  • 8. Système masse ressort avec force d’excitation - mise en équation- Si on écrit l’équilibre des forces intérieures et extérieures du système masse M, ressort on trouve l’équation suivante: M X’’ = F1 + Fe sin (w t) (Inertie) (ressort) M X’’ (extérieure)  L’équation qui décrit le mouvement est: M Fe sin wt x M X’’ + K X = Fe sin (w t) Le but est de connaître la position x de la masse M à chaque instant, si on résout l’équation précédente on trouve: M F1= - K X X = a sin (w t + φ) a = (1 F K fe 2 − ( ) ) f0 T.MASROUR Pag
  • 9. Notion de résonance F K a= fe 2 (1 − ( ) ) f0 Si on excite la masse M avec une force dont la fréquence de répétition est proche de la fréquence naturelle du système (masse ressort) l’amplitude augmente  ce phénomène est appelé résonance. Amplitude a F0 = √(K/M) T.MASROUR Fréquence d’excitation fe Pag
  • 11. Système à 2 (n) degrés de liberté Un système est dit à n degrés de liberté si et seulement si n coordonnées sont nécessaires pour définir complètement sa configuration. (l’ensemble des degrés de liberté n’est pas, en général, unique) θ1 x1 m1 θ2 x2 m2 Système à 2 degrés de liberté T.MASROUR Pag
  • 12. Système à 2 (n) degrés de liberté - mise en équation- Système à 3 degrés de liberté (en supposant que le corps est rigide) M X’’ + BX’ + K X = Fe T.MASROUR avec X=(X1, X2,…Xn) Pag
  • 13. Récapitulation En réalité les systèmes sont Continus. Il y a une infinité de fréquences propres. Plusieurs fréquences de résonance T.MASROUR Pag
  • 14. Système continu : Méthodes des éléments finis T.MASROUR Pag
  • 16. Introduction Dynamique des systèmes Conception Maintenance Méthodes des éléments finis. conditionnelle/prévisionnelle Analyse modale  Logiciel de conception dynamique. T.MASROUR Pag
  • 17.  La maintenance conditionnelle et prévisionnelle;  La mécanique de la vibration;  L'analyse spectrale des signaux;  Les instruments de mesures Les indicateurs de mesures; L’analyse spectrale et cepstrale  La pratique de la surveillance vibratoire; T.MASROUR Pag
  • 18. 2.1. La maintenance conditionnelle et prévisionnelle T.MASROUR Pag
  • 19. Maintenance conditionnelle et prévisionnelle Défaillance potentielle Inacceptable Action Préventive Préventif conditionnel Paramètres Oui conséquence Acceptable Action Corrective Symptôme précurseur Evolutifs Non Seuils fixes Maintenance Maintenance Maintenance Conditionnelle Prévisionnelle Systématique Mesures Inspections Echéancier T.MASROUR Maintenance Palliative Maintenance Curative Dépannage Réparation Pag
  • 20. Maintenance conditionnelle et prévisionnelle "Maintenance préventive prévisionnelle: maintenance préventive subordonnée à l'analyse de l'évolution surveillée de paramètres significatifs de la dégradation du bien permettant de retarder et de planifier les interventions" Norme AFNOR X60-010 "Maintenance préventive Conditionnelle: les remplacements ou les remises en état des pièces, les remplacements ou les appoints des fluides ont lieu après une analyse de leur état de dégradation. Une décision volontaire est alors prise d’effectuer les remplacements ou les remises en état nécessaires" Norme AFNOR X60-010 T.MASROUR Pag
  • 21. Maintenance conditionnelle et prévisionnelle Maintenance corrective Maintenance Systématique Défaut Maintenance conditionnelle / prévisionnelle Alarme Alerte Temps Période critique T.MASROUR Pag
  • 22. Quelle maintenance pour quel équipement T.MASROUR Pag
  • 23. Avantages de la surveillance vibratoire • • • • Analyse des vibrations Analyse d’huile Thermographie infrarouge Les CND… Défaut Balourd Désalignement Roulement à billes Paliers Dentures Résonance Cavitation Courbure d’arbre Déséquilibre électrique Tourbillon d’huile Courroie Manque de lubrifiant Contamination 0 = non adapté Analyse huile x x x Acoustique x x x x x 0 x 1 x 1 = adapté T.MASROUR Vibrations 1 1 1 x 1 1 x 1 1 1 x x Thermographie x x x 1 x = moyenne Pag
  • 24. Avantages de la surveillance vibratoire 1) La prévention des risques majeurs : arrêt de la machine si les conditions de sécurité, Homme ou machine, ne sont pas satisfaisantes ; 2) La détection précoce des anomalies pour remplacer les pièces défectueuses avant l’incident et au meilleur moment pour limiter les pertes de production ; 3) L’analyse après incident pour remédier aux défauts constatés, éviter à l’avenir de les retrouver (retour d’expérience), ou définir les modifications nécessaires. - Une meilleure planification des interventions par une détection précoce des défauts - La diminution du nombre de pannes T.MASROUR Pag
  • 26. La vibration des machines tournantes Même en bon état, toute machine tournante vibre. Ces machines ont un signal vibratoire qui les caractérise: signature La vibration dépend des conditions de fonctionnement - Stable si la machine fonctionne normalement; - Qualifiable et reproductible si l’environnement est le même; - Augmentant avec l'usure; - Changeant radicalement avec l'apparition d'un défaut. T.MASROUR Pag
  • 27. La vibration des machines tournantes  Quand les défauts commencent à apparaître l'allure du signal vibratoire change. L'amplitude des fréquences caractéristiques des défauts augmente C'est pourquoi les mesures de vibration sont utilisées comme indicateur de l'état de santé des machines tournante. T.MASROUR Pag
  • 28. Questions 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Qu’est ce qu’on mesure pour quantifier une vibration? Qu’est ce qu’un capteur? Qu’est ce qu’un collecteur/analyseur? A quoi sert le logiciel de l’analyse des vibrations? Qu’est ce qu’une mesure globale? Une analyse fréquentielle? Qu’est ce qu’un spectre? Cepstre? gSE? Spectre PBC??? Comment savoir qu’on a un défaut de roulement, d’engrenage, cavitation…? Comment remédier à ces défauts? (Équilibrage, alignement…) T.MASROUR Pag
  • 29. Procédure de surveillance vibratoire 2. Détection 7. Retour 5. Remède 1. Collecte 1. 3.  Mode de surveillance : On line, Off line  Modélisation et détection des :  Instruments de mesure  Emplacements des capteurs 2.  Indicateurs  Spectre; cepstre; HFRT  Équilibrage  Défauts de roulement  Alignement  Défauts d’engrenages  Changement d’organes  Défauts d’arbre  Cavité….  Fiches d’évocation…  Analyse spectrale  Valeur global et spectral 5. 4.  Méthodes mathématiques d’extrapolation  Préparation du remède T.MASROUR 6.  Selon le planning des arrêts 7.  Fiches défauts Pag
  • 31. Exemples introductifs 1) Considérons un ventilateur (N=2400tr/min) qui vibre à une valeur de 7mm/s Introduction Veff[10-1000Hz] : pour l’indicateur - Déséquilibre  acceptable - Désalignement  Inacceptable (intervention à court terme) - Ecaillage de bague interne d’un roulement  panne imminente Il faut surveiller mm/s 2) Direction radiale verticale Direction radiale horizontale Temps Il faut bien choisir les points ou surveiller T.MASROUR Pag
  • 32. Mode de surveillance vibratoire Boîte de jonction On-line Continues Station de surveillance Station de travail Off-line périodiques Collecteur de données Capteurs T.MASROUR Pag
  • 33. Capteurs de vibration Relations mathématiques entre :  accélération  vitesse  déplacement V=dD/dt A=dV/dt A=d²D/dt² T.MASROUR Pag
  • 34. Capteurs de vibration Capteur de déplacement : principe des courants de Foucault Vélocimétre (Vitesse) : principe électrodynamique T.MASROUR Pag
  • 35. Capteurs de vibration Accéléromètre (Accélération): principe piézo-électrique P= F S Q = K .P K .M Q= a S F = M .a T.MASROUR Pag
  • 36. Capteurs de vibration: Accéléromètre Amplitude Fréquence naturelle du capteur T.MASROUR Fréquence Pag
  • 37. Conditions générales de l’emplacement des capteurs La mesure vibratoire dépend de l’emplacement des capteurs : notion de mobilité T.MASROUR Pag
  • 38. Conditions générales de l’emplacement des capteurs Chaque point de la structure a une mobilité différente  signal vibratoire différent L’embase est le meilleur point de mesure Mesurer sur un autre point  fausse les mesures ne permet pas le suivi de l’état de la machine (chaque point évolue différemment d’un autre) T.MASROUR Pag
  • 39. Conditions générales de l’emplacement des capteurs  Le câble de l'accéléromètre doit être immobilisé sur la partie vibrante pour éviter les perturbations;  Il est nécessaire de repérer le point de mesure à l'endroit le plus proche possible du composant vibrant;  Aucun vide ne doit exister entre l'emplacement du capteur et le défaut mesuré.  Prendre les mesures à chaque fois au même endroit car on surveille l'évolution du défaut (le collage des embases);  Il est souhaitable d'avoir, si possible, le minimum d'interfaces entre l'emplacement du capteur et le défaut visé par la mesure;  Les appareils doivent être étalonnés;  Les mesures doivent être effectuées éloignés d’un graissage récent (au minimum 24 heures après graissage). T.MASROUR Pag
  • 41. Logiciel d’analyse des vibrations Archivage de l’historique vibratoire des machines surveillées; Gestion des routes de collectes; Analyse des données vibratoires collectées: analyse temporelle et fréquentielle (spectre, cepstre, HFRT…) Détection d’anomalie par niveau d’alarmes… T.MASROUR Pag
  • 43. Formes de vibration  Vibration harmonique : C’est une vibration dont le diagramme amplitude-temps est représenté par une sinusoïde x (t) = X sin(2 π f t + ϕ ) Amplitude Spectre d’amplitude t f f (Hz) 1/ f Pour une vibration sinusoïdale, on obtient un point unique, de coordonnées (f, s). T.MASROUR Pag
  • 44. Formes de vibration  Vibration périodique : C’est une vibration qui se reproduit exactement après un certain temps appelé période. Elle est la somme de vibrations sinusoïdale de fréquences multiples de f. x (t) = Σni=0 Xi sin(2 π f i t + ϕ i) Amplitude Spectre d’amplitude t f 2f 3f f (Hz) 1/ f Le spectre est constitué de raies aux fréquences f, 2f, 3f, … T.MASROUR Pag
  • 45. Formes de vibration  Vibration apériodique : C’est une vibration dont le comportement temporel est quelconque, c’est-à-dire que l'on n'observe jamais de reproductibilité dans le temps x (t) = Σ∞=0 Xi sin(2 π f i t + ϕ i) Amplitude Spectre d’amplitude t T.MASROUR f (Hz) Pag
  • 46. Système à n degrés de liberté avec amortissement T.MASROUR Pag
  • 47. Surveillance de niveau global -Mesures globales- Paramètres du signal : RMS: Crête Crète-Crète Moyenne Facteur de crête Période / taux de répétition  La mesure de ces niveaux globaux permet uniquement de détecter un fonctionnement anormal et de déclencher un arrêt avant la panne de l’installation. Ils ne permettent pas d’en identifier la cause.  Mal adaptée à la détection des défauts à un stade précoce même si la chaîne cinématique est simple T.MASROUR Pag
  • 48. Analyse fréquentielle • Spectre: Transformation d’un signal temporel en un signal fréquentiel S( f ) = +∞ ∫ s(t ).e − j 2πft dt −∞ T.MASROUR N S (k ) = ∑ s ( j )e − 2πi ( j −1)( k −1) / N j =1 Pag
  • 49. Analyse fréquentielle • Le cepstre est en quelques sorte le spectre d’un spectre logarithmique et il permet de trouver les périodicité dans le spectre original C (τ ) = F − 1[ log(S ( f ))] T.MASROUR Pag
  • 50. Analyse fréquentielle • Spectre d’enveloppe: est la suivante La démarche numérique du calcul de l’enveloppe T.MASROUR Pag
  • 51. Surveillance de spectre • Spectre à pourcentage de bande constant PBC à 6% Cette technique permet de créer une nouvelle représentation du spectre consistant à supprimer un grand nombre de points dans le domaine spectral, en scannant le graphe avec un pas variable tel que: ∆f f T.MASROUR = 6% Pag
  • 53. Comment savoir qu’on a un défaut? T.MASROUR Pag
  • 54. Principe des analyses vibratoires identification Prévision du moment de la défaillance T.MASROUR Pag
  • 55. Principe des analyses vibratoires -Alarmes- GROUPE I: puissance jusqu'à 15 kW GROUPE II: puissance comprise entre 15 et 75 kW sans fondations spéciales. puissance jusqu'à 300 kW sur fondations spéciales. GROUPE III: grosses machines avec masses tournantes montées sur des fondations lourdes et relativement rigides dans la direction des vibrations. GROUPE IV: grosses machines avec masses tournantes montées sur des fondations relativement souples dans la direction des vibrations. T.MASROUR Pag
  • 56. Principe des analyses vibratoires -Alarmes- Méthode du relevé global T.MASROUR Méthode de l'analyse spectrale Pag
  • 57. Défauts détectés par analyse vibratoire Tout défaut, sur une machine tournante se traduit par des vibrations dont la fréquence correspond à celle du phénomène qui la provoque. T.MASROUR Pag
  • 58. Défauts détectés par analyse vibratoire Basses fréquences (0 à 1000 Hz) Moyennes fréquences 800 Hz à 3000Hz Hautes fréquences 2500Hz à 40KHz • • • • • • • • • • • • • Balourd Désalignement Excentricité Courbure d’arbre Fêlure d’arbre Jeux mécaniques Défauts de paliers Frottement de rotor Problèmes de moteur électriques Défauts de denture Défauts de pales de ventilateurs Défauts de roulements Cavitation Pour une fixation magnétique: 7kHz montage Pour une embases filetée: 28 kHz Goujon Colle T.MASROUR Aimant Perçage Pag
  • 60. Modélisation et détection des défauts • Défauts de roulement • Défauts d’engrenages • Défauts d’arbre : balourd, désalignement, courbure d’arbre… • Autre défauts : cavitation; défauts électriques… T.MASROUR Pag
  • 62. Estimation de la durée avant danger Tendance des défauts Méthodes mathématiques d’extrapolation Adapter les signaux selon les variations de vitesse de rotation T.MASROUR Pag
  • 63. Préparation du remède  Arrêter l’évolution du défaut  définir et préparer le remède  Remplacer un organe (roulement, engrenage…)  Équilibrer (ventilateur, rotor…)  Aligner…  Estimation du temps de l’intervention  Préparation du matériel (outillage, les organes de rechange…) et des équipes d’intervention T.MASROUR Pag
  • 66. F. Planification des interventions Générer l’arrêt Planifier dans une intervention programmée T.MASROUR Pag
  • 67. G. Retour d’expérience Optimisation des : Points de mesures : (ajouter les points horizontal et vertical au lieu de l’oblique) Seuils d’alarmes : Baisser le seuil d’alarme pour être prévenu plutôt. Périodicités : (3 semaines  2 semaines) Indicateurs vibratoires : surveiller le facteur crête du signal dans la bande de fréquence 15-80 Hz qui contient la fréquence d’apparition du balourd. Établissement des signatures avant et après chaque arrêt Actualisation des fiche incidents (manuelle ou informatisée) Actualisation des fiches défauts T.MASROUR Pag

Notes de l'éditeur

  1. ²²