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dfauts et symptmes vibratoires 1

Surveillance et diagnostic des

dfauts dans les machines

tournantes.

Dfauts et symptmes

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dfauts et symptmes vibratoires 2

Diagnostic des machines tournantes

importance

Machines tournantes prsentes dans tous types d industries.

Les dtriorations de ces machines conduisent :

indisponibilit des machines d o une perte de production

cots de maintenance important

nuisance de bruit et de vibrations (Normes de plus en plus svres)

D o la ncessit :

de la surveillance

du diagnostic

actuellement plusieurs mthodes utilises, y compris la rfrence des

normes

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dfauts et symptmes vibratoires 3

Diagnostic des machines tournantes

principe de la surveillance des machines

En gnral, on ralise des mesurages de paramtres physiques sur

une machines. Les paramtres physiques choisis doivent tre sensibles

l apparition et/ou l volution de celui-ci.

Le Traitement du signal devra extraire du signal le meilleur indicateur .

Paramtre

caractristique du dfaut

Seuil d alarme

(alarme de surveillance)

Seuil d arrt

t

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dfauts et symptmes vibratoires 4

Diagnostic des machines tournantes

hypothses gnrales

hypothses : -systme invariant,

- changements dans les signaux mesurs =volution du dfaut

connaissance du systme mcanique

difficults: - systme variable/ non-stationnaire/ non-linaire/

Machine, structureExcitations

non mesures

= Dfauts ?

sortiesentres

Vibrations,bruit

Forces,Mesurs..

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dfauts et symptmes vibratoires 5

Diagnostic des machines tournantes

quels dfauts, quels symptmes ?

Plusieurs dfauts peuvent apparatre. Il est important de connatre

leur criticit, leur occurrence

l exprience, les donnes statistiques (socit d assurance Alianz)

les analyses de sret de fonctionnement ( AMDEC)

leur(s) symptmes

quels sont les paramtres physiques qu ils affectent

quelles sont les caractristiques de ces symptmes en terme de signaux

les mthodes de TS pressenties sont-elles suffisantes

les contraintes spcifiques de la machine impossibilit de certains types de mesures, etc

Il faut enfin prendre en compte le fait :

des dfauts peuvent avoir des manifestations similaires

plusieurs dfautspeuvent apparatre en mme temps

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dfauts et symptmes vibratoires 6

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes . Intrt des vibrations

Les vibrations sont d intrt pour la surveillance et le diagnostic des

machines :

les phnomnes dynamiques sont bien apprhends par lesvibrations,

plusieurs dfauts ont des caractrisations bien identifies.

les mesures de vibrations et l analyse du signal associe sont engnral de mise en uvre simple

il ne faut pas arrter les machines, ce qui est important dans un contexteindustriel.

Nanmoins, il ne faut pas ngliger les autres informations disponibles.

(capteurs/exprience, ..)

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dfauts et symptmes vibratoires 7

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : hypothses de base

Conditions de fonctionnement constantes

vitesse de rotation constante

couple (charge) constant

Mesurages contrls

point de mesures

rptabilit

capteurs

Connaissance de la cinmatique

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dfauts et symptmes vibratoires 8

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : balourd (1) Dfaut le plus frquent

F w m.r.[0=m.r.2pi.f0

Existence d une force tournante (centrifuge) la vitesse de rotation

[

avec une raction sur les paliers.

dplacement /acclration au niveau des paliers

direction radiale

caractristiques frquentielles ?

m[

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dfauts et symptmes vibratoires 9

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : balourd(2)

T=1/f0

t

ff0

Aw F

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dfauts et symptmes vibratoires 10

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : balourd (3) Attention : un choc par tour gnre galement une augmentation de

la raie la frquence de rotation

autre symptme (paliers lisses):

orbite de 2 capteurs de dplacement placs sur le palier

90 :ovalisation de l orbite

Equilibrage :

Rotor rigide

rsonance de flexion >> vitesse de rotation

Rotor flexible

vitesse de rotation au dessus de(s) rsonance de flexion

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dfauts et symptmes vibratoires 11

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : dsalignement

Caractristiques harmoniques:

- fr

- 2*f_r, 4*fr,- N*fr accouplement denture

- direction axiale plus marque

- dpend de l accouplement

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dfauts et symptmes vibratoires 12

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : roulements(1)

caractristiques

N=nbr de billes

dm=diamtre de base

db=diamtre billes

J=angle de contact

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dfauts et symptmes vibratoires 13

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : roulements(2)

Dfauts : caillage, usure, lubrification

piste externe

piste interne

billes

symptmes:

chocs rptitifs la frquence de l lment considr(billes, pistes,)

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dfauts et symptmes vibratoires 14

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : roulements(3)

Frquences caractristiques:

piste interne

piste externe:

billes :

train fondamental

RIf

Db

DbiNf )].cos(1[

2J!

rEf

Db

DbiNf )].cos(1[

2J!

RfDb

Dbi

Db

Dbi

fbi )].cos(1[2

J!

)]cos(1[2

1J

Db

Dbif

T!

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dfauts et symptmes vibratoires 16

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : roulements (5)

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0

-1

- 0 . 5

0

0 . 5

1

0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0

-2 0

-1 0

0

1 0

2 0

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dfauts et symptmes vibratoires 17

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : cas des engrenages(1)

Elments mcaniques complexes :

conception, fabrication

dfauts pouvant voluer rapidement vers la rupture

plusieurs type de dfauts

faux rond

usure uniformes des dents, pitting

caillage, fissuration

fracture

mthodes avances pour la dtection prcoce

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dfauts et symptmes vibratoires 18

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : cas des engrenages(1)

N1

N2

fr1

fr2

Fe = N1.fr1=N2.fr2

Engrenages droits

Engrenages hlicodaux

Direction

des efforts

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dfauts et symptmes vibratoires 19

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : cas des engrenages(3)

Symptmes vibratoires

on distingue les dfauts

uniformes sur toutes les dents (usure, pitting)

frquence d engrnement fe

localises sur des dents particulires (caillage, fissures, fracture)

chocs localiss

frquence de chaque arbre fr1 ou fr2

modulation autour des raies frquence d engrnement

Analyse d huile

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dfauts et symptmes vibratoires 20

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : engrenages (4)

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0

- 4

- 2

0

2

4

0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 6 0 0 0 7 0 0 0 8 0 0 0 9 0 0 0 1 0 0 0 0

1 0- 5

1 00

1 05

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dfauts et symptmes vibratoires 21

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : engrenages (5)

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0

- 1 0

- 5

0

5

1 0

0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0

- 4

- 2

0

2

4

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dfauts et symptmes vibratoires 23

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : machines alternatives(2)

Moteurs combustion

diesel, essence

automobiles, marine

production d lectricit

Compresseurs alternatifs

Plusieurs types de dfauts:

soupapes,

pompes injection,

combustion

rglages : avance l allumage, cliqueti

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dfauts et symptmes vibratoires 24

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : machines alternatives

Vibrations: Signaux non-stationnaires : des vnements temporels marqus

compression, injection, combustion, fermeture des soupapes, temps-frquence, etc

Pression dans les cylindres

bon indicateur, mais mesurages dlicats

Analyse d huile

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dfauts et symptmes vibratoires 25

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : tableaux de synthse (1)

Phnomnes des frquences multiples Entiers de la rotation f=N*fr

balourd 1*fr radiale w.(fr) dsalignement 1,2,3,4..fr Axiale, radiale

fissure d arbre 1,2,3 radiale non-linaire

pales de ventilateur N*fr axiale/radiale mesure du bruit

moteurs lectriques Nspires*fr radiale courant

Nencoches*fr

engrenages fe=N1.fr=N2.fr radiale/axiale

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dfauts et symptmes vibratoires 26

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : tableaux de synthse (2)

Phnomnes harmoniques Frquence NONMultiples Entiers de la

rotation f=N*fr

tourbillons d huile 0.45*fr radiale paliers lisses w

roulements fbe,fbi,fb Axiale, radiale glissement

Phnomnes harmoniques Frquence produisant des modulations

dfauts engrenages fe+/- fr1,fr2 radiale/axiale chocs

faux rond pignon idem

roulements : modulations en hautes frquences f+/- fri chocs HF

Autres frquences caractristiques

rsonance : flexion d arbre/ courroie/ structure/

tourbillons de Von Karman (foc vitesse du fluide)

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dfauts et symptmes vibratoires 27

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : tableau de synthse (3)

Phnomnes caractriss par des signaux non-stationnaires

cavitation hautes frquences bruit caractristique

frottements

turbulence dcroissance en 1/f

chocs, impacts : diesel, engrenages, jeux, etc

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dfauts et symptmes vibratoires 28

Diagnostic des machines tournantes

dfauts et symptmes : tableaux de synthse (3)

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dfauts et symptmes vibratoires 29

Diagnostic des machines tournantes

conclusions (1)

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dfauts et symptmes vibratoires 30

Diagnostic des machines tournantes

conclusions (2)