Démystifier la surveillance des vibrations (1re partie) : Pourquoi la surveillance des vibrations est-elle importante ? Et comment fonctionne-t-elle ?

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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 équipes de maintenance sont aujourd'hui débordées : elles gèrent davantage d'actifs avec moins de personnel. La surveillance des vibrations permet de combler ce manque en déclenchant des alertes précoces lorsque les machines commencent à s'user.

Les vibrations sont l'un des indicateurs les plus importants, mais souvent négligés, de l'état des machines. Dès leur mise sous tension, elles s'usent. Au fil du temps, cette usure se traduit par des modifications des schémas vibratoires. En détectant ces changements à temps, vous pouvez prévenir les pannes, optimiser les réparations et prolonger la durée de vie de vos équipements.

Pourquoi la vibration est-elle si efficace ? Parce qu'elle atteint un équilibre parfait : elle détecte les problèmes plus tôt que la thermographie ou le bruit audible, mais plus tard que les technologies qui produisent souvent des faux positifs, comme l'échographie. Autrement dit, elle vous dit ce que vous devez savoir, quand vous en avez besoin.

Grâce à des outils simples de détection des vibrations, les équipes de maintenance peuvent identifier les problèmes potentiels. Des testeurs plus avancés peuvent ensuite diagnostiquer les défauts les plus courants. Grâce à des analyseurs de niveau expert, même les problèmes complexes affectant les actifs critiques peuvent être identifiés avec précision.

De quels types de pannes s'agit-il ? La grande majorité des pannes d'équipements rotatifs se résument à quatre problèmes principaux :

• Déséquilibre
• Désalignement
• Relâchement
• Usure des roulements

Ces défauts peuvent être détectés grâce à des modèles de vibrations caractéristiques, des modèles que les capteurs et les logiciels peuvent désormais identifier automatiquement.

Suivies au fil du temps, les vibrations deviennent plus qu'un simple détecteur de défauts. Elles deviennent un outil stratégique. Elles permettent une maintenance prédictive, où l'entretien est effectué en fonction de l'état réel de chaque machine, et non selon un calendrier fixe. Cela signifie moins de surprises, une meilleure planification et une durée de vie accrue des équipements.

Dans cette série de blogs, nous vous expliquerons les concepts essentiels de la surveillance et de l'analyse des vibrations : comment cela fonctionne, ce que cela montre et comment cela s'intègre dans une stratégie de maintenance proactive.

Comprendre les formes d'onde et les types de mesure

La vibration d'un objet en mouvement peut être illustrée par une onde sinusoïdale se répétant indéfiniment le long de l'axe horizontal. La figure 1 montre la masse d'un ressort qui génère une onde sinusoïdale de vibration en se déplaçant de haut en bas. Une onde sinusoïdale complète constitue un cycle. Le temps nécessaire à la répétition du cycle correspond à la fréquence ou à la vitesse de l'onde. 

La forme d'onde vibratoire possède également une amplitude ou une grandeur mesurable sur l'axe vertical, comme illustré ci-dessous. L'amplitude de la forme d'onde peut être rapportée de trois manières, comme illustré à la figure 2. 

1. Pic: l'amplitude de la ligne centrale jusqu'au sommet d'un pic (ou au bas) 

2. De crête à crête : l'amplitude du sommet d'un pic au bas d'un pic (Crête-Crête = 2 X Crête) 

3. RMS : la racine carrée moyenne des pics (RMS = 0.707 X pic) 

La forme d’onde de vibration peut être exprimée à l’aide de trois méthodes différentes. 

1. Déplacement: Distance parcourue par un objet par rapport à un point de référence. Dans une machine tournante, cette distance peut être mesurée à l'aide d'une sonde de proximité. Cela nécessite de percer des trous dans les roulements ; les sondes de proximité sont donc peu courantes. Le déplacement est idéal pour mesurer les basses fréquences et est exprimé en mils pp (crête-crête). 
2. Rapidité: Distance parcourue par un objet sur une durée donnée. Dans une machine rotative, elle peut être mesurée à l'aide d'une sonde de vitesse. Les sondes de vitesse comportent des pièces mobiles susceptibles de se casser, elles sont donc rares. La vitesse est idéale pour mesurer les fréquences moyennes et est exprimée en pouces/seconde (en crête). 
3. Mathématiquement : Vitesse = déplacement/temps (V=d/t) 
4. Accélération: Taux de variation de la vitesse au fil du temps. Dans une machine tournante, on peut la mesurer à l'aide d'un accéléromètre. Les accéléromètres ne comportent aucune pièce mobile, sont stables sur 12 à 15 ans et sont très couramment utilisés. L'accélération est idéale pour mesurer les très hautes fréquences et est exprimée en g (po/sec²) RMS. 
5. Mathématiquement : Accélération = Vitesse/temps (A=V/t) 

Quelle méthode est la meilleure ? 

Pour les machines tournantes, la vitesse est adaptée à une large plage de fréquences et permet également de diagnostiquer efficacement les forces de fatigue responsables de l'usure et, à terme, des pannes. L'accéléromètre est le capteur de choix, et il est facile de convertir l'accélération en vitesse (Accélération = Vitesse/temps). 

Analogie

Lors de l'évaluation des dommages causés par un accident de voiture, ce n'est pas la distance parcourue ni la vitesse d'accélération qui sont à l'origine des dégâts ; c'est la vitesse à laquelle vous roulez avant de percuter le mur. De même, la vitesse calculée par un accéléromètre est le meilleur indicateur des dommages causés par les vibrations. 

???? Lire la partie 2 → Lecture du spectre de fréquences pour trouver des défauts

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.