Démystifier la surveillance des vibrations - Partie 4 : Diagnostic des déséquilibres, des désalignements, du desserrage et de l'usure des roulements
Accès rapide
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 quatre défauts de machine les plus courants
Chaque composant d'une machine produit un signal vibratoire unique. Les signaux affichés dans le spectre forment souvent des motifs caractéristiques. La reconnaissance des motifs est un élément clé de l'analyse vibratoire, mais une formation et une expérience approfondies sont nécessaires pour reconnaître et interpréter ces motifs.
Ne perdez pas de temps à analyser les centaines de défauts rares des machines alors que 90 % du temps, les machines rotatives souffrent de quatre défauts courants : désalignement, déséquilibre, desserrage et usure des roulements.
Tableau récapitulatif des quatre défauts les plus courants
Vous trouverez ci-dessous un aperçu simplifié des modèles utilisés pour reconnaître les quatre défauts de machine les plus courants.
Déséquilibre
Un déséquilibre est un point lourd sur l'arbre qui provoque des forces dans toutes les directions radiales qui conduisent à des vibrations excessives et augmentent l'usure des roulements, des joints, etc. Voir la figure 2 ci-dessous.
Désalignement
Un désalignement se produit lorsque les axes de rotation de deux arbres ne sont pas colinéaires lorsque la machine fonctionne dans des conditions normales. Cela génère des forces qui entraînent des vibrations excessives et augmentent l'usure des roulements, des joints, etc. Voir la figure 3 ci-dessous pour plus de détails.
Relâchement
Le desserrage se produit lorsque l'arbre, la fondation ou un composant se desserre, ce qui provoque des forces qui entraînent des vibrations excessives et augmentent l'usure des roulements, des joints, etc., comme dans la figure 4.
Défaillance des roulements
Les roulements s'usent à cause de charges excessives, d'autres défauts de la machine, d'une mauvaise lubrification ou d'une mauvaise installation, etc. S'ils ne sont pas corrigés, les roulements finiront par tomber en panne, et la figure 5 montre à quoi cela ressemble :
Pourquoi les fréquences de roulement sont-elles non synchrones (pics non entiers) ?
La géométrie des billes, de la cage et des chemins de roulement apparaît à différentes vitesses, et non à un multiple de la vitesse de l'arbre. Cela signifie que les pics asynchrones proviennent généralement des roulements à rouleaux. De nombreux programmes de vibration nécessitent quatre fréquences de roulement pour diagnostiquer les défauts : bague intérieure, bague extérieure, cage et rotation des billes (voir figure 6). Le Flukes 810 fait exception, car il utilise la reconnaissance automatique des formes.
La figure 7 (ci-dessous) est un exemple de défaut de roulement.
Notez que le pic de vibration de l'arbre est de 1X. Si la machine est équipée de quatre aubes de pompe, un pic plus faible apparaîtra à 4X.
Mais quel est le pic important à 3.56X ? Une machine ne peut pas avoir 3.56 pales de ventilateur ou 3.56 aubes de pompe. Cela provient probablement d'un roulement à rouleaux.
Comprendre la gravité de quatre défauts courants
La gravité des quatre défauts courants peut être suivie au fil du temps en fonction de l’historique de centaines de milliers de machines qui ont été analysées par de nombreux experts en vibrations pendant plus de 30 ans.
Ces connaissances et cette expérience ont été intégrées dans des algorithmes basés sur des règles et une base de données de référence qui se sont avérés efficaces sur les machines rotatives standard : moteurs, pompes, ventilateurs, compresseurs, soufflantes et broches à arbre unique.
La progression des défauts des machines a été analysée pour chaque classe de machine et chaque défaut, et des modèles ont été identifiés, permettant au programme de diagnostic intégré au testeur de vibrations de déterminer avec précision la gravité de chaque défaut. Voici comment un analyste expérimenté analyserait manuellement les données ; n'oubliez pas qu'un testeur comme le Fluke 810 effectue automatiquement toutes ces opérations.
Progression du déséquilibre : surveiller sa gravité à mesure qu'il s'aggrave
Un point lourd sur l'arbre provoque des forces dans toutes les directions radiales qui conduisent à des vibrations excessives et augmentent l'usure des roulements, des joints, etc. Les indications de déséquilibre sont assez simples : vibrations 1X (arbre) supérieures à la normale dans la direction radiale et tangentielle.
Comme le 1X est mieux observé dans la plage basse, recherchez un déséquilibre en comparant les pics 1X dans cette plage. Si les pics 1X augmentent au fil du temps dans les directions radiale et/ou tangentielle, mais pas axiale, le défaut est un déséquilibre.
La gravité est déterminée par la quantité d’amplitude du pic 1X par rapport à la ligne de base.
Observez la progression de la gravité du défaut à chaque étape du déséquilibre et notez l’action de réparation suggérée dans la figure 8 ci-dessous.
Progression du désalignement : surveiller la gravité à mesure qu'elle s'aggrave
Les axes de rotation des deux arbres ne sont pas colinéaires lorsque la machine fonctionne dans des conditions normales. Cela entraîne des vibrations excessives et augmente l'usure des roulements, des joints, etc.
Les signes de désalignement sont assez simples. Ils incluent des vibrations (de l'arbre) supérieures à la normale (1X) dans le sens axial et 2X dans le sens radial/tangentiel.
Les pics accrus seront visibles à la fois sur les emplacements du moteur et de la pompe car le désalignement se situe entre les deux arbres.
Les pics 1X et 2X étant mieux visibles dans la plage basse, recherchez un désalignement en les comparant. Si les pics augmentent avec le temps, le défaut est un désalignement.
La gravité est déterminée par la quantité d’amplitude au-dessus de la ligne de base.
Observez la progression de la gravité du défaut à chaque étape du désalignement et notez l’action de réparation suggérée dans la figure 9.
Progression du relâchement : surveiller la gravité à mesure qu'elle s'aggrave
L'arbre, la fondation ou un composant s'est desserré, ce qui provoque des forces qui entraînent des vibrations excessives et augmentent l'usure des roulements, des joints, etc.
Les signes de relâchement sont assez simples. Ils incluent des harmoniques 1X supérieures à la normale, quelle que soit la direction. Ces harmoniques étant mieux visibles dans les basses fréquences, recherchez le relâchement en comparant les harmoniques 1X de ces basses fréquences.
Si les harmoniques 1X augmentent au fil du temps dans une ou plusieurs directions, le défaut est un relâchement. La gravité est déterminée par l'amplitude des harmoniques 1X par rapport à la ligne de base.
Observez la progression de la gravité du défaut à chaque étape du desserrage et notez l'action de réparation suggérée dans la figure 10 ci-dessous.
Progression de l'usure des roulements : surveiller la gravité à mesure qu'elle s'aggrave
Les signes de mauvais roulements peuvent apparaître et disparaître. Un mois, ils sont présents, le suivant, ils disparaissent. Nous savons tous que les roulements ne s'améliorent pas.
Gardez ceci à l'esprit lors du diagnostic des défauts de roulement. Recherchez les pics non entiers dans toutes les directions. Surveillez la progression de la gravité des défauts de roulement à chaque stade d'usure et notez les mesures de réparation suggérées (voir figure 11). Remarque : les données du moteur sont normales.
L'usure des roulements est généralement causée par d'autres facteurs agissant sur eux. Si vos roulements tombent en panne prématurément, il peut être judicieux d'examiner d'autres défauts mineurs de votre machine, tels qu'un déséquilibre, un désalignement ou un jeu. Par exemple, un désalignement modéré peut s'aggraver avec le temps, mais ses effets accentueront les contraintes exercées sur les roulements et les joints.
Assurez-vous que le testeur utilisé affiche tous les défauts détectés sur une machine afin d'identifier les causes potentielles de défaillance. Même si le désalignement n'est pas extrême, il doit être diagnostiqué et corrigé rapidement afin d'éviter des dommages collatéraux aux roulements et aux joints.
Conclusion : des signaux vibratoires à une maintenance plus intelligente
Dans cette série, nous avons analysé le fonctionnement des vibrations, leurs effets et leur lien direct avec les défauts les plus courants des équipements rotatifs. Mais le véritable enseignement est le suivant :
La surveillance des vibrations donne aux équipes de maintenance le bon signal au bon moment.
Il est suffisamment précoce pour planifier et agir, mais suffisamment ciblé pour éviter les erreurs et les faux positifs. Il s'adapte aux besoins des techniciens, des simples outils de dépistage aux systèmes de diagnostic avancés, et les accompagne là où ils se trouvent, qu'il s'agisse d'identifier des problèmes ou d'en confirmer les causes profondes.
Alors que les équipes sont chargées d'entretenir davantage d'équipements avec moins de ressources, les vibrations deviennent plus qu'une mesure : elles deviennent une stratégie.
Avec les bons outils et une compréhension claire de ce que les vibrations vous indiquent, vous pouvez passer des réparations réactives à une planification basée sur l'état et maintenir vos actifs en fonctionnement plus longtemps, avec moins de surprises.
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.
