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Surveillance et diagnostic des dfauts dans les machines tournantes.

Dfauts et symptmes

dfauts et symptmes vibratoires

Diagnostic des machines tournantesimportanceMachines tournantes prsentes dans tous types dindustries. Les dtriorations de ces machines conduisent : indisponibilit des machines do une perte de productioncots de maintenance importantnuisance de bruit et de vibrations (Normes de plus en plus svres)

Do la ncessit :de la surveillance du diagnostic

actuellement plusieurs mthodes utilises, y compris la rfrence des normes

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Diagnostic des machines tournantesprincipe de la surveillance des machinesEn gnral, on ralise des mesurages de paramtres physiques sur une machines. Les paramtres physiques choisis doivent tre sensibles lapparition et/ou lvolution de celui-ci.Le Traitement du signal devra extraire du signal le meilleur indicateur.

Paramtrecaractristique du dfautSeuil dalarme(alarme de surveillance)Seuil darrtt

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Diagnostic des machines tournantes hypothses gnrales

hypothses : -systme invariant, -changements dans les signaux mesurs=volution du dfautconnaissance du systme mcaniquedifficults:- systme variable/ non-stationnaire/ non-linaire/

Machine, structureExcitations non mesures= Dfauts ?sortiesentresVibrations,bruitForces, Mesurs..

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Diagnostic des machines tournantesquels dfauts, quels symptmes ?Plusieurs dfauts peuvent apparatre. Il est important de connatreleur criticit, leur occurrence lexprience, les donnes statistiques (socit dassurance Alianz)les analyses de sret de fonctionnement ( AMDEC)leur(s) symptmesquels sont les paramtres physiques quils affectent quelles sont les caractristiques de ces symptmes en terme de signauxles mthodes de TS pressenties sont-elles suffisantesles contraintes spcifiques de la machineimpossibilit de certains types de mesures, etcIl faut enfin prendre en compte le fait :des dfauts peuvent avoir des manifestations similairesplusieurs dfauts peuvent apparatre en mme temps

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Diagnostic des machines tournantesdfauts et symptmes . Intrt des vibrationsLes vibrations sont dintrt pour la surveillance et le diagnostic des machines :les phnomnes dynamiques sont bien apprhends par les vibrations, plusieurs dfauts ont des caractrisations bien identifies.les mesures de vibrations et lanalyse du signal associe sont en gnral de mise en uvre simpleil ne faut pas arrter les machines, ce qui est important dans un contexte industriel.Nanmoins, il ne faut pas ngliger les autres informations disponibles. (capteurs/exprience, ..)

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Diagnostic des machines tournantesdfauts et symptmes : hypothses de baseConditions de fonctionnement constantesvitesse de rotation constantecouple (charge) constantMesurages contrlspoint de mesuresrptabilitcapteursConnaissance de la cinmatique

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Diagnostic des machines tournantesdfauts et symptmes : balourd (1)Dfaut le plus frquentF m.r.0=m.r.2pi.f0Existence dune force tournante (centrifuge) la vitesse de rotation avec une raction sur les paliers.dplacement /acclration au niveau des paliersdirection radialecaractristiques frquentielles ?m

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Diagnostic des machines tournantesdfauts et symptmes : balourd(2)T=1/f0tff0A F

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : balourd (3)Attention : un choc par tour gnre galement une augmentation dela raie la frquence de rotation autre symptme (paliers lisses):orbite de 2 capteurs de dplacement placs sur le palier 90 : ovalisation de lorbiteEquilibrage :Rotor rigide rsonance de flexion >> vitesse de rotationRotor flexible vitesse de rotation au dessus de(s) rsonance de flexion

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : dsalignementCaractristiques harmoniques:- fr- 2*f_r, 4*fr,- N*fr accouplement denture- direction axiale plus marque- dpend de laccouplement

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : roulements(1)caractristiquesN=nbr de billesdm=diamtre de basedb=diamtre billes=angle de contact

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : roulements(2)Dfauts : caillage, usure, lubrificationpiste externepiste internebillessymptmes:chocs rptitifs la frquence de llment considr (billes, pistes,)

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : roulements(3)Frquences caractristiques:piste interne

piste externe:

billes :

train fondamental

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : roulements(4)Considrations pratiques:ncessit de connatre les dimensions du roulementsglissement dans les frquencesles chocs rptitifs ne sont pas suffisamment nergtiques pour faire apparatre les raies correspondantes dans le spectreutilisation courantes de descripteurs statistiques pour la dtection des chocs (variance, Kurtosis)une mthode avance:lanalyse denveloppechoix de la bande de filtrageoutil de dtection parfois trop sensible

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Diagnostic des machines tournantesdfauts et symptmes : roulements (5)

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : cas des engrenages(1)Elments mcaniques complexes :conception, fabricationdfauts pouvant voluer rapidement vers la rupture

plusieurs type de dfautsfaux rondusure uniformes des dents, pittingcaillage, fissurationfracturemthodes avances pour la dtection prcoce

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : cas des engrenages(1)N1N2fr1fr2Fe = N1.fr1=N2.fr2Engrenages droitsEngrenages hlicodauxDirectiondes efforts

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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 dengrnement felocalises sur des dents particulires (caillage, fissures, fracture)chocs localissfrquence de chaque arbre fr1 ou fr2modulation autour des raies frquence dengrnementAnalyse dhuile

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : engrenages (4)

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : engrenages (5)

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : pompes/ventilateurs..Roulements frquences caractristiquesdfauts de pales, aubes frquence de passages des aubes fa= Na.frturbulences : phnomnes alatoires en hautes frquencespectres en 1/fcavitation : idem

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : machines alternatives(2)Moteurs combustiondiesel, essenceautomobiles, marineproduction dlectricitCompresseurs alternatifsPlusieurs types de dfauts:soupapes,pompes injection,combustionrglages : avance lallumage, cliqueti

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : machines alternativesVibrations:Signaux non-stationnaires : des vnements temporels marquscompression, injection, combustion, fermeture des soupapes, temps-frquence, etc

Pression dans les cylindresbon indicateur, mais mesurages dlicatsAnalyse dhuile

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : tableaux de synthse (1)Phnomnes des frquences multiples Entiers de la rotation f=N*fr

balourd1*frradiale .(fr)dsalignement1,2,3,4..frAxiale, radialefissure darbre1,2,3radialenon-linairepales de ventilateurN*fraxiale/radialemesure du bruitmoteurs lectriquesNspires*frradialecourantNencoches*frengrenagesfe=N1.fr=N2.frradiale/axiale

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : tableaux de synthse (2)Phnomnes harmoniques Frquence NON Multiples Entiers de la rotation f=N*frtourbillons dhuile0.45*frradialepaliers lisses roulementsfbe,fbi,fbAxiale, radialeglissement

Phnomnes harmoniques Frquence produisant des modulations dfauts engrenagesfe+/- fr1,fr2radiale/axialechocsfaux rondpignonidemroulements : modulations en hautes frquencesf+/- frichocs HF

Autres frquences caractristiquesrsonance : flexion darbre/ courroie/ structure/tourbillons de Von Karman (foc vitesse du fluide)

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : tableau de synthse (3)Phnomnes caractriss par des signaux non-stationnaires

cavitationhautes frquencesbruit caractristiquefrottementsturbulencedcroissance en 1/f

chocs, impacts: diesel, engrenages, jeux, etc

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Diagnostic des machines tournantes dfauts et symptmes : tableaux de synthse (3)

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Diagnostic des machines tournantes conclusions (1)

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Diagnostic des machines tournantes conclusions (2)

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