Démystifier la surveillance des vibrations - Partie 2 : Principes d'analyse des vibrations sur les machines tournantes
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Partie 1 : Pourquoi la surveillance des vibrations est importante et comment elle fonctionne
Partie 2 : Principes d'analyse des vibrations sur les machines tournantes
Partie 3 : Identification et interprétation des schémas globaux de vibrations et de défauts
Partie 4 : Diagnostic du déséquilibre, du désalignement, du desserrage et de l'usure des roulements
Les essais de vibrations sur machines tournantes fournissent des informations essentielles sur leur état. Voici quelques notions de base sur les vibrations :
Si l'arbre d'un moteur fait tourner l'arbre d'une pompe à 1776 XNUMX tr/min, par exemple, un point lourd sur l'arbre provoque une force vers l'extérieur dans toutes les directions radiales lors de la rotation de l'arbre. C'est comme un cerceau.
Remarque : Même une machine en bon état aura des vibrations lorsque l'arbre tourne, mais cela est considéré comme normal.
Le capteur situé en haut détecte une vibration par tour, uniquement sur l'axe vertical (figure ci-dessous à gauche). L'onde sinusoïdale (figure ci-dessous à droite) représente la vibration verticale lors de la rotation de l'arbre. Un tour complet de l'arbre correspond à un cycle complet d'onde sinusoïdale. Le pic se situe lorsque le point lourd est en haut et le creux, lorsqu'il est en bas.
Dans la figure 1, voyez comment le régime de l'arbre = CPM de l'onde sinusoïdale.
Autres composants de la machine sur l'arbre
L'arbre du moteur en rotation entraîne l'arbre de la pompe par l'intermédiaire de l'accouplement. Chaque passage d'une aube de la roue devant le capteur situé sur le dessus produit une légère vibration. Si la pompe possède 10 aubes de roue, le capteur détecte 10 vibrations d'une aube à chaque tour de l'arbre. (La roue de la pompe tourne à la même vitesse que l'arbre de la pompe.) Une onde sinusoïdale correspond à 10 cycles complets.
La masse plus importante du moteur et de l'arbre de la pompe engendrera une amplitude de vibration (amplitude) supérieure à celle de la roue. L'onde sinusoïdale des vibrations de la roue de la pompe sera plus faible en amplitude que celle de l'arbre, mais comportera davantage de cycles (10) pour une rotation complète de l'arbre. La figure 2 montre comment les vibrations des aubes de la roue sur l'arbre correspondent aux cycles de l'onde sinusoïdale.
Formes d'ondes complexes
Si nous superposons les deux ondes sinusoïdales (arbre et roue de la pompe), cela pourrait ressembler à la figure 3 :
Figure 3
Mais en réalité, les vibrations s'ajoutent les unes aux autres et ressemblent davantage à la figure 4 :
Figure 4
Et 20 ou 30 vibrations provenant de différents composants d'une véritable machine tournante pourraient ressembler à la figure 5 :
Analyse de fréquence (spectre)
La forme d'onde temporelle contient des informations sur la machine, mais les schémas des différents composants se chevauchent et s'entremêlent pour créer une représentation très complexe. Un algorithme mathématique (FFT) convertit cette forme d'onde temporelle complexe en un graphique simple appelé spectre de fréquences. Il sépare les formes d'onde individuelles afin de pouvoir les analyser séparément. Cette conversion est effectuée à l'intérieur du testeur.
Les données de forme d'onde et les données spectrales sont les mêmes données de vibration, juste deux manières différentes de visualiser les données.
À partir de notre exemple précédent, nous pouvons voir que la forme d'onde complexe ci-dessus à gauche est constituée des deux formes d'onde distinctes au centre. Celles-ci peuvent ensuite être converties en un spectre (figure 6 ci-dessus), qui est un simple tracé de l'amplitude du signal (axe des ordonnées) en fonction de sa fréquence (axe des abscisses).
Nous voyons la même chose dans les spectres d’une véritable machine tournante dans la figure 7 ci-dessus.
- Ces pics se situent à des fréquences spécifiques qui représentent les vibrations se produisant dans la machine. Le diagnostic de la machine consiste à faire correspondre les pics du spectre avec les événements qui y surviennent.
- L’analyse spectrale est l’outil principal que nous utilisons pour diagnostiquer l’état de nos machines tournantes.
Conclusion
Grâce à la capacité de décomposer des signaux de vibration complexes en modèles simples et reconnaissables, l'analyse spectrale nous offre une fenêtre puissante sur ce qui se passe réellement à l'intérieur de nos machines, souvent avant que les problèmes ne deviennent visibles ou audibles.
Auteur Bio: John Bernet est spécialiste des applications et produits mécaniques chez Fluke Corporation. Fort de plus de 30 ans d'expérience dans la maintenance et l'exploitation de centrales nucléaires et de machines dans des centrales commerciales, il a collaboré avec des clients de tous secteurs pour la mise en œuvre de programmes de fiabilité. Analyste certifié en vibrations de catégorie II et professionnel certifié en fiabilité de maintenance (CMRP), il possède plus de 20 ans d'expérience dans le diagnostic des pannes de machines.
