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Les vibrations au service de la maintenance conditionnelle des machines tournantes
Plusieurs méthodes d’étude des niveaux vibratoires sont
possibles:
La mesure de niveau global
. Cette mesure fait abstrac-
tion du paramètre fréquentiel des efforts. Elle s’exprime en
valeur efficace, crête ou crête à crête. Ces valeurs d’am-
plitude représentent les ampleurs du déplacement, de la
vitesse ou de l’accélération. Cette méthode reste approxi-
mative car elle ne fait aucune distinction entre les différents
organes des machines pouvant provoquer la vibration.
Fig. 3 : Chaîne de mesure et de traitement d’un niveau global
L’analyse spectrale.
Les machines tournantes ou cycli-
ques possèdent une cinématique complexe donnant des
vitesses de rotation de fonctionnement caractéristique de
toutes leurs composantes mécaniques. L’analyse spec-
trale permet de relier chaque élément du spectre à diffé-
rents organes de la machine. Elle donne la répartition
des énergies vibratoires en fonction de la fréquence. Elle
résulte d’un calcul par transformée de Fourier rapide (FFT)
dont les avantages et les inconvénients sont bien connus.
Enfin, elle facilite la détection des principales anomalies
sous trois formes:
- Des pics dans le spectre à des fréquences multiples ou
sous multiples de la fréquence de rotation (balourd, désali-
gnement, jeu, problème d’engrenage, tourbillonnement de
film d’huile, excitation hydrodynamique...).
- L’apparition de pics dans le spectre à des fréquences
non liées à celle de l’arbre tournant étudié (vibration de
machines voisines, vibrations d’origine électrique, réso-
nance de structure...).
L’apparition créant des modifications des composantes
aléatoires du spectre (cavitation, frottements...).
Des méthodes de traitement de signal vibratoire
plus évoluées
La surveillance des machines tournantes n’a d’intérêt que
si un diagnostic poussé l’accompagne. Hors très souvent,
l’analyse spectrale seule ne peut donner un diagnostic très
efficace car de nombreux phénomènes mécaniques n’appa-
raissent pas de manière aussi évidente que décrit dans le
paragraphe précédent. Les différents organes des machi-
nes génèrent de nombreux efforts, et il en résulte un spec-
tre parfois très dense en information. De plus, la mainte-
nance conditionnelle étant basée sur la comparaison des
états machines à intervalles réguliers, la surveillance des
faibles niveaux vibratoires est aussi importante sinon plus
que la surveillance des forts niveaux. Également, l’intérêt
de la maintenance est de prévenir le plus tôt possible l’in-
dustriel de l’apparition d’un défaut. Il faut donc appliquer
des méthodes de traitement du signal vibratoire un peu
plus évolué que la simple analyse spectrale.
La détection d’enveloppe.
Cette technique est adap-
tée à la recherche de défauts induisant des forces impul-
sionnelles comme les écaillages de roulement, de dents
d’engrenages, des jeux, etc. Ces forces impulsionnelles
excitent les modes de résonances de structure. La déter-
mination des fréquences de répétition des chocs asso-
ciée à la connaissance de la cinématique de la machine
permet de localiser, voire de déterminer l’origine exacte
du défaut. Les fréquences de résonance peuvent s’étendre
suivant les vitesses de rotation des machines de quelques
Hertz à plusieurs dizaines de kHz. Une fois la résonance
Fig. 4 : Spectre vibratoire FFT. Les fréquences du spectre sont liées à la cinématique de la machine sous surveillance
ch
1
2
3 4 5
10
100
1000
10,000Hz
ch
1
(24,81 Hz 0,00279g)
g : 2907
Moteur 3000tr
440VAC - 70A
Type 405TS
Moteur
1489 tr/mn = F1
Transmission
par courroies
Ventilateur
1164 tr/mn
1
0,1
0,01
0,001
0,0001