1 Surveillance et diagnostic des défauts dans les machines tournantes. Défauts et symptômes

2 Diagnostic des machines tournantes importance Machines tournantes présentes dans tous types d ’industries. Les détériorations de ces machines conduisent : – indisponibilité des machines d ’où une perte de production –coûts de maintenance important –puisance de bruit et de vibrations (Normes de plus en plus sévères) D ’où la nécessité : –de la surveillance –du diagnostic actuellement plusieurs méthodes utilisées, y compris la référence à des normes Les différentes méthodes de surveillance sont : l’analyse d’huile, l’analyse de température et L’analyse vibratoire,...

3 Diagnostic des machines tournantes principe de la surveillance des machines En général, on réalise des mesurages de paramètres physiques sur une machines. Les paramètres physiques choisis doivent être sensibles à l ’apparition et/ou à l ’évolution de celui-ci. Le Traitement du signal devra extraire du signal le meilleur ‘ indicateur ’.

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6 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes. Intérêt des vibrations Toutes les machines en fonctionnement produisent des vibrations, images des efforts dynamiques engendres par les pièces en mouvement. vibrations occupent une place privilégiée parmi les paramètres a prendre en considération pour effectuer un diagnostic. les capteurs de vibration : le prosimètre (mesure de déplacement), le vélocimétrie (mesure de vitesse) et l'accelerometre (mesure d’acceleration). Un capteur de vibration est caractérise principalement par : bande passante (plage d’utilisation) plage de fréquences( + 3% ou + 3dB de [3–8000] Hz). gamme dynamique compris entre la plus petite et la plus grande amplitude accepte par capteur. sensibilité : relation entre la grandeur électrique délivrée a la sortie l’amplitude du mouvement mécanique qui lui donne naissance (ex 8 mV par μm).Elle est donnée par le constructeur du capteur, généralement sous forme de courbe d’etalonnage qui devra faire l’objet d’une vérification périodique. Les accéléromètres Les accéléromètres piézoélectriques tendent a devenir les capteurs de vibration absolue les plus utilises pour la surveillance. · Utilisables sur de très grandes gammes fréquentielles. · Excellente linéarité sur une très grande gamme dynamique (typiquement 140 dB). · Le signal d’acceleration peut intègre électroniquement pour donner x et v · Aucun élément mobile, donc extrêmement durable.

Quelques indicateurs utilisés en analyse vibratoire Un indicateur scalaire :facilité d’utilisation :réduisent à un nbr, facilement à l’automatisation de leur gestion (archivage, courbes d’évolution, comparaison à des seuils). Un indicateur spectral : constituent un progrès considérable dans l’adéquation entre indicateur et défaut et la facilité de leur comparaison graphique par rapport à un état de référence favorise grandement l’interprétation de leurs évolutions.Spectre [0-10] kHz – Zoom. Un indicateur vectoriel: signaux issus de plusieurs capteurs de vibration une représentation dans l’espace du mouvement vibratoire Un indicateur temporel: signal une forme particulière de sa représentation temporelle obtenue après filtrage ou démodulation. 7

Le diagnostic de l’état d’une machine pas possible que si l’on connait les symptômes vibratoires associes a chaque défauts, les images vibratoires induites par ces défauts. Les principaux défauts sont: Déséquilibre : défaut de balourd. Défaut d’alignement Défauts de serrage Défauts de transmission par courroies Les défauts des engrenages Les défauts de roulements 8

9 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : balourd

10 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : balourd Attention : un « choc » par tour génère également une augmentation de la raie à la fréquence de rotation autre symptôme (paliers lisses): –orbite de 2 capteurs de déplacement placés sur le palier à 90° : ovalisation de l ’orbite Equilibrage : –Rotor rigide résonance de flexion >> vitesse de rotation –Rotor flexible vitesse de rotation au dessus de(s) résonance de flexion

11 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : désalignement l'une des principales causes de réduction de la durée de vie des équipements. Il concerne soit deux arbres lies par un accouplement, soit deux paliers soutenant le même axe.

12 Désalignement radial Un défaut d'alignement est révèle par un pic d'amplitude 2 fois la fréquence de rotation (3 ou 4 fois).Il apparait une vibration dans la direction radiale de composante d’ordre 2 de la fréquence de rotation (rarement d’ordre 3, voire exceptionnellement d’ordre 4), avec des amplitudes supérieures aux composantes d’ordre 1 Désalignement angulaire (axiale les spectres plus hautes que les radial) Il apparait une vibration axiale de composante d’ordre 1, 2, 3 ou 4 de la fréquence de Rotation avec des amplitudes supérieures à celles des composantes radiales correspondantes Désalignement des paliers Les axes des deux paliers d'un même corps de machine ne sont pas concentriques La manifestation spectrale de ce type de désalignement est identique à celle du désalignement angulaire.

13 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements caractéristiques –N=nbr de billes –dm=diamètre de base –db=diamètre billes –  =angle de contact

14 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements Défauts : écaillage, usure, lubrification –piste externe –piste interne –billes symptômes: –chocs répétitifs à la fréquence de l ’élément considéré (billes, pistes,)

15 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements

16 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements Considérations pratiques: –nécessité de connaître les dimensions du roulements –glissement dans les fréquences –les chocs répétitifs ne sont pas suffisamment énergétiques pour faire apparaître les raies correspondantes dans le spectre –utilisation courantes de descripteurs statistiques pour la détection des chocs (variance, Kurtosis) –une méthode ‘ avancée ’: l ’analyse d ’enveloppe –choix de la bande de filtrage –outil de détection parfois trop sensible

17 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements

18 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : cas des engrenages Eléments mécaniques complexes : –conception, fabrication –défauts pouvant évoluer rapidement vers la rupture plusieurs type de défauts –faux rond –usure uniformes des dents, pitting –écaillage, fissuration –fracture méthodes avancées pour la détection ‘ précoce ’

19 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : cas des engrenages fr1 Fe = N1.fr1=N2.fr2

20 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : cas des engrenages Symptômes vibratoires –on distingue les défauts uniformes sur toutes les dents (usure, putting) –fréquence d ’engrènement fe localisées sur des dents particulières (écaillage, fissures, fracture) –chocs localisés –fréquence de chaque arbre fr1 ou fr2 –modulation autour des raies fréquence d ’engrènement Analyse d ’huile

21 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : engrenages

22 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : engrenages

23 Defauts de serrage Le mauvais serrage de la structure de la machine génère des vibrations et un certain bruit. Le spectre typique mesure sur une machine dans laquelle il existe un jeu contient un grand nombre de pic a des fréquences multiples de la fréquence de rotation. Il est également parfois possible de retrouver des pics a l’harmonique. (1/2 ) x la fréquence de rotation de l’arbre) et ses multiples. Les causes d’un jeu sont principalement l’usure ou un mauvais montage. Comme exemples de jeu, on peut entre autre citer : accouplement dont le caoutchouc est use, paliers montes avec un jeu excessif, ou boulons casses (plus de jonction mécanique). Une roue a aubes dont les aubes touchent la carcasse nous donne un défaut semblable au jeu, amplifie. La figure 5.15 montre un exemple spectre sur une machine dont le joint de l’accouplement est use. La fréquence de rotation est de 24,25 Hz.

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25 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : machines alternatives Moteurs à combustion –diesel, essence –automobiles, marine –production d ’électricité Compresseurs alternatifs Plusieurs types de défauts: –soupapes, –pompes à injection, –combustion –réglages : avance à l ’allumage, cliquetis

26 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : machines alternatives Vibrations: –Signaux non-stationnaires : des événements temporels marqués compression, injection, combustion, fermeture des soupapes, temps-fréquence, etc Pression dans les cylindres –bon indicateur, mais mesurages délicats Analyse d ’huile

27 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : tableaux de synthèse Phénomènes à des fréquences multiples Entiers de la rotation f=N*fr –balourd1*frradiale .(fr)² –désalignement1,2,3,4..frAxiale, radiale –fissure d ’arbre1,2,3radialenon-linèaire –pales de ventilateurN*fraxiale/radiale mesure du bruit –moteurs électriquesNspires*frradialecourant –engrenagesfe=N1.fr=N2.frradiale/axiale

défauts et symptômes vibratoires28 Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : tableaux de synthèse Phénomènes harmoniques Fréquence NON Multiples Entiers de la rotation f=N*fr –tourbillons d ’huile0.45*frradialepaliers lisses  –roulementsfbe,fbi,fbAxiale, radialeglissement Phénomènes harmoniques Fréquence produisant des modulations –défauts engrenagesfe+/- fr1,fr2radiale/axialechocs –faux rondpignonidem –roulements : modulations en hautes fréquencesf+/- frichocs HF Autres fréquences caractéristiques –résonance : flexion d ’arbre/ courroie/ structure/ –tourbillons de Von Karman (foc vitesse du fluide)