g2-Vibrations MT (1)

8/8/2019 g2-Vibrations MT (1)

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défauts et symptômes vibratoires 1

Surveillance et diagnostic des

défauts dans les machines

tournantes.

Défauts et symptômes




Diagnostic des machines tournantes

importance

Machines tournantes présentes dans tous types d ¶industries.

Les détériorations de ces machines conduisent :

± indisponibilité des machines d ¶où une perte de production

± coûts de maintenance important

± nuisance de bruit et de vibrations (Normes de plus en plus sévères)

D ¶où la nécessité :

± de la surveillance

± du diagnostic

actuellement plusieurs méthodes utilisées, y compris la référence à des

normes





principe de la surveillance des machines

En général, on réalise des mesurages de paramètres physiques sur

une machines. Les paramètres physiques choisis doivent être sensibles

à l ¶apparition et/ou à l ¶évolution de celui-ci.

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

Paramètre

caractéristique du défaut

Seuil d ¶alarme

(alarme de surveillance)

Seuil d ¶arrêt

t





hypothèses générales

hypothèses : -système invariant,

-« changements dans les signaux mesurés »=évolution du défaut

connaissance du système mécanique

difficultés:

- système variable/ non-stationnaire/ non-linéaire/

Machine, structureExcitations

non mesurées

= Défauts ?

sortiesentrées

Vibrations,bruit

Forces,Mesurés..





quels défauts, quels symptômes ?

Plusieurs défauts peuvent apparaître. Il est important de connaître

± leur criticité, leur occurrence

± l ¶expérience, les données statistiques (société d ¶assurance Alianz)

± les analyses de sûreté de fonctionnement ( AMDEC)

± leur(s) symptômes

± quels sont les paramètres physiques qu ¶ils affectent

± quelles sont les caractéristiques de ces symptômes en terme de signaux

± les méthodes de TS pressenties sont-elles suffisantes

± les contraintes spécifiques de la machine ± impossibilité de certains types de mesures, etc

Il faut enfin prendre en compte le fait :

± des défauts peuvent avoir des manifestations similaires

± plusieurs défauts peuvent apparaître en même temps





défauts et symptômes . Intérêt des vibrations

Les vibrations sont d ¶intérêt pour la surveillance et le diagnostic des

machines :

± les phénomènes dynamiques sont bien appréhendés par lesvibrations,

plusieurs défauts ont des caractérisations bien identifiées.

± les mesures de vibrations et l ¶analyse du signal associée sont en

général de mise en uvre simple

±

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

Néanmoins, il ne faut pas négliger les autres informations disponibles.

(capteurs/expérience, ..)





défauts et symptômes : hypothèses de base

Conditions de fonctionnement constantes

± vitesse de rotation constante

± couple (charge) constant

Mesurages contrôlés

± point de mesures

± répétabilité

± capteurs

Connaissance de la cinématique





défauts et symptômes : balourd (1) Défaut le plus fréquent

F w m.r.[0²=m.r.2pi.f0²

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

[

avec une réaction sur les paliers.

déplacement /accélération au niveau des paliers

direction radiale

caractéristiques fréquentielles ?

m[





défauts et symptômes : balourd(2)

T=1/f0

t

f f0

Aw F





défauts et symptômes : balourd (3) Attention : un « choc » par tour génère également une augmentation de

la raie à la fréquence de rotation

autre symptôme (paliers lisses):

± orbite de 2 capteurs de déplacement placés sur le palier

à 90° : ovalisation de l ¶orbite

Equilibrage :

± R otor rigide

résonance de flexion >> vitesse de rotation

± R otor flexible

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





défauts et symptômes : désalignement

Caractéristiques harmoniques:

- fr

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

- direction axiale plus marquée

- dépend de l ¶accouplement





défauts et symptômes : roulements(1)

caractéristiques

± N=nbr de billes

± dm=diamètre de base

± db=diamètre billes

± J=angle de contact






Défauts : écaillage, usure, lubrification

± piste externe

± piste interne

± billes

symptômes:

± chocs répétitifs à la fréquence de l ¶élément considéré(billes, pistes,)






Fré quences caractéristi ques:

± piste interne

± piste externe:

± billes :

± train fondamental

R I f

Db

Dbi N f )].cos(1[

2J !

r E f

Db

Dbi N f )].cos(1[

2J !

R f Db

Dbi

Db

Dbi

fbi )].cos(1[2

J !

)]cos(1[2

1J

Db

Dbi f

T !





défauts et symptômes : 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





défauts et symptômes : cas des engrenages(1)

Eléments mécaniques complexes :

± conception, fabrication

± défauts pouvant évoluer rapidement vers la rupture

plusieurs type de défauts

± faux rond

± usure uniformes des dents, pitting

± écaillage, fissuration

± fracture

méthodes avancées pour la détection µ précoce ¶






N1

N2

fr1

fr2

Fe = N1.fr1=N2.fr2

Engrenages droits

Engrenages hélicoïdaux

Direction

des efforts






Symptômes vibratoires

± on distingue les défauts

uniformes sur toutes les dents (usure, pitting)

± fréquence d ¶engrènement fe

localisées sur des dents particulières (écaillage, fissures, fracture)

± chocs localisés

± fréquence de chaque arbre fr1 ou fr2

± modulation autour des raies fréquence d ¶engrènement

Analyse d ¶huile





défauts et symptômes : 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





défauts et symptômes : 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





défauts et symptômes : machines alternatives(2)

Moteurs à combustion

± diesel, essence

± automobiles, marine

± production d ¶électricité

Compresseurs alternatifs

Plusieurs types de défauts:

± soupapes,

± pompes à injection,

± combustion

± réglages : avance à l ¶allumage, cliqueti





défauts et symptômes : machines alternatives

Vibrations:

± Signaux non-stationnaires : des événements temporels marqués

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

Pression dans les cylindres

± bon indicateur, mais mesurages délicats

Analyse d ¶huile





défauts et symptômes : tableaux de synthèse (1)

Phénomènes à des fréquences multiples Entiers de la rotation f=N*fr

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

± fissure d ¶arbre 1,2,3 radiale non-linèaire

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

± moteurs électriques Nspires*fr radiale courant

± µ ¶ Nencoches*fr µ ¶ µ ¶

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






Phénomènes harmoniques Fréquence 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

Phénomènes harmoniques Fréquence produisant des modulations

± défauts engrenages fe+/- fr1,fr2 radiale/axiale chocs

± faux rond pignon idem

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

Autres fréquences caractéristiques

± résonance : flexion d ¶arbre/ courroie/ structure/

± tourbillons de Von Karman (foc vitesse du fluide)





défauts et symptômes : tableau de synthèse (3)

Phénomènes caractérisés par des signaux non-stationnaires

± cavitation hautes fréquences bruit caractéristique

± frottements

± turbulence décroissance en 1/f

± chocs, impacts : diesel, engrenages, jeux, etc





conclusions (1)





conclusions (2)

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Documents

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