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

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 nuisance 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 défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires 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 ’. Paramètre caractéristique du défaut Seuil d ’arrêt Seuil d ’alarme (alarme de surveillance) t défauts et symptômes vibratoires

Diagnostic des machines tournantes hypothèses générales -système invariant, -« changements dans les signaux mesurés »=évolution du défaut connaissance du système mécanique difficultés: - système variable/ non-stationnaire/ non-linéaire/ entrées sorties Machine, structure Excitations non mesurées = Défauts ? Vibrations,bruit Forces, Mesurés.. défauts et symptômes vibratoires

Diagnostic des machines tournantes quels défauts, quels symptômes ? Plusieurs défauts peuvent apparaître. Il est important de connaître leur criticité, leur occurrence l ’expérience, les données statistiques (société d ’assurance Alianz) les analyses de sûreté de fonctionnement ( AMDEC) leur(s) symptômes quels sont les paramètres physiques qu ’ils affectent quelles sont les caractéristiques de ces symptômes en terme de signaux les méthodes de TS pressenties sont-elles suffisantes les contraintes spécifiques de la machine impossibilité de certains types de mesures, etc Il faut enfin prendre en compte le fait : des défauts peuvent avoir des manifestations similaires plusieurs défauts peuvent apparaître en même temps défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes . Intérêt des vibrations Les vibrations sont d ’intérêt pour la surveillance et le diagnostic des machines : les phénomènes dynamiques sont bien appréhendés par les vibrations, plusieurs défauts ont des caractérisations bien identifiées. les mesures de vibrations et l ’analyse du signal associée sont en général de mise en œuvre simple il ne faut pas arrêter les machines, ce qui est important dans un contexte industriel. Néanmoins, il ne faut pas négliger les autres informations disponibles. (capteurs/expérience, ..) défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : hypothèses de base Conditions de fonctionnement constantes vitesse de rotation constante couple (charge) constant Mesurages contrôlés point de mesures répétabilité capteurs Connaissance de la cinématique défauts et symptômes vibratoires

Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : balourd (1) Défaut le plus fréquent F  m.r.0²=m.r.2pi.f0²  m Existence d ’une force tournante (centrifuge) à la vitesse de rotation   avec une réaction sur les paliers. déplacement /accélération au niveau des paliers direction radiale caractéristiques fréquentielles ? défauts et symptômes vibratoires

Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : balourd(2) T=1/f0 A  F f f0 défauts et symptômes vibratoires

Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : balourd (3) 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 défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : désalignement Caractéristiques harmoniques: - fr - 2*f_r, 4*fr,… - N*fr accouplement à denture - direction axiale plus marquée - dépend de l ’accouplement défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements(1) caractéristiques N=nbr de billes dm=diamètre de base db=diamètre billes =angle de contact défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements(2) Défauts : écaillage, usure, lubrification piste externe piste interne billes symptômes: chocs répétitifs à la fréquence de l ’élément considéré (billes, pistes,) défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements(3) Fréquences caractéristiques: piste interne piste externe: billes : train fondamental défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements(4) 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 défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : roulements (5) défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : cas des engrenages(1) 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 ’ défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : cas des engrenages(1) fr1 N1 Engrenages droits fr2 Engrenages hélicoïdaux Direction des efforts N2 Fe = N1.fr1=N2.fr2 défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : cas des engrenages(3) Symptômes vibratoires on distingue les défauts uniformes sur toutes les dents (usure, pitting) 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 défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : engrenages (4) défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : engrenages (5) défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : pompes/ventilateurs.. Roulements fréquences caractéristiques défauts de pales, aubes fréquence de passages des aubes fa= Na.fr turbulences : phénomènes aléatoires en hautes fréquence spectres en 1/f cavitation : idem défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : machines alternatives(2) 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, cliqueti défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires 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 défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : tableaux de synthèse (1) Phénomènes à des fréquences multiples Entiers de la rotation f=N*fr balourd 1*fr radiale .(fr)² désalignement 1,2,3,4..fr Axiale, radiale fissure d ’arbre 1,2,3 radiale non-linèaire pales de ventilateur N*fr axiale/radiale mesure du bruit moteurs électriques Nspires*fr radiale courant ‘  ’ Nencoches*fr ‘  ’ ‘  ’ engrenages fe=N1.fr=N2.fr radiale/axiale défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : tableaux de synthèse (2) Phénomènes harmoniques Fréquence NON Multiples Entiers de la rotation f=N*fr tourbillons d ’huile 0.45*fr radiale paliers lisses  roulements fbe,fbi,fb Axiale, radiale glissement Phénomènes harmoniques Fréquence produisant des modulations défauts engrenages fe+/- fr1,fr2 radiale/axiale chocs faux rond pignon idem roulements : modulations en hautes fréquences f+/- fri chocs HF Autres fréquences caractéristiques résonance : flexion d ’arbre/ courroie/ structure/ tourbillons de Von Karman (foc vitesse du fluide) défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : tableau de synthèse (3) Phénomènes caractérisés par des signaux non-stationnaires cavitation hautes fréquences bruit caractéristique frottements turbulence décroissance en 1/f chocs, impacts : diesel, engrenages, jeux, etc défauts et symptômes vibratoires

défauts et symptômes vibratoires Diagnostic des machines tournantes défauts et symptômes : tableaux de synthèse (3) défauts et symptômes vibratoires

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Diagnostic des machines tournantes conclusions (2) défauts et symptômes vibratoires