Résumé général sur l'analyse, la vibration, l'équilibrage - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Résumé général sur l'analyse, la vibration, l'équilibrage

Cette étude contient le résumé de ce module. Après l'avoir lu, vous serez en mesure d'évaluer si vous avez bien retenu les points importants.

Si vous ne comprenez pas entièrement certains sujets énoncés dans les pages qui suivent, n'hésitez pas à reprendre la lecture de l'étude qui s'y rapporte et à recommencer un ou plusieurs exercices.

1. Résumé sur la vibration

• La vibration (mécanique ou acoustique) sur une machine tournante reflète l'état de sa condition. Une machine en excellent état vibre peu. La condition d'une machine dont la maintenance laisse à désirer ne peut que se détériorer. La détérioration des composants conduit inévitablement à un accroissement de la vibration.

• Toute vibration mécanique peut être décrite en fonction des trois caractéristiques suivantes :

l'amplitude, qui en quantifie l'importance ;

la fréquence, qui en caractérise le contenu ;

la phase, qui en précise la position.

• La résonance est un phénomène dynamique associé à de fortes vibrations. Elle est une source importante de vibration sur les machines industrielles.

• L'analyse en fréquences est la technique qui permet de générer un graphique d'amplitude de la vibration en fonction de la fréquence, appelé spectre de fréquences. Le spectre de fréquences contient l'information requise pour l'identification des défauts d'une machine.

• La vibration est décrite en termes de déplacement, de vitesse ou d'accélération, appelés paramètres de vibration.

• L'amplitude vibratoire est mesurée en termes de valeur efficace (RMS), de valeur de crête, de valeur de crête à crête ou de niveau. Le niveau de vibration définissant ici le rapport d'une amplitude mesurée à une valeur de référence.

• Les échelles linéaires et logarithmiques de fréquence et d'amplitude sont utilisées pour les mesures de vibrations. L'échelle d'amplitude logarithmique est souvent étalonnée en décibel (dB).

• Le bruit produit par une machine est souvent une conséquence directe de sa mauvaise condition. L'oreille humaine est très performante pour détecter un changement, même faible, du niveau acoustique. Un machine qui se détériore ça s'entend ! Aussi, est-il important que vous soyez à l'écoute de "vos" machines.

2. Résumé sur l'instrumentation

• La mesure absolue de l'accélération, de la vitesse ou du déplacement vibratoires tient compte de toutes les vibrations enregistrées au point de montage du capteur. La mesure relative ne s'applique qu'au déplacement d'un arbre ou d'un rotor en vibration par rapport à une position de référence.

• Les trois types de capteurs les plus utilisés pour la mesure des vibrations sont le capteur de déplacement, le capteur de vitesse et l'accéléromètre piézoélectrique avec ou sans préamplificateur intégré.

• L'accéléromètre est le capteur de vibrations le plus utilisé aujourd'hui. En effet, il est le plus polyvalent avec une gamme dynamique et une gamme de fréquences très supérieures aux autres capteurs de vibrations.

• Le signal d'accélération peut être intégré électroniquement afin d'obtenir la vitesse ou le déplacement.

• Le montage de l'accéléromètre doit être le plus rigide possible pour vous assurer des résultats de mesure précis et reproductibles.

• Le mesureur de vibrations constitue l'instrument le plus simple pour la mesure précise de l'amplitude vibratoire en bande large. Il dispose des commandes requises pour la sélection du paramètre de vibration, de la gamme de fréquences et de la gamme d'amplitudes appropriées aux mesures de vibrations sur les machines industrielles.

• Le stroboscope fige ou ralentit les composants en mouvement dans une machine. Il s'avère un outil souvent indispensable pour les inspections visuelles et les mesures précises de fréquences. L'emploi combiné du mesureur de vibrations et du stroboscope rend possible la mesure de la phase.

• Le spectre de fréquences est obtenu au moyen d'un analyseur de vibrations qui procède à l'analyse en série ou en parallèle du signal vibratoire. L'analyseur TRF a recours à la transformée rapide de Fourier pour calculer simultanément l'amplitude dans toutes les bandes de fréquences. Ses principales applications sont la détection et le diagnostic des défauts dans les machines tournantes et l'équilibrage des rotors.

• Les capteurs de vibrations se connectent directement aux prises appropriées du module d'entrée de l'analyseur. La mesure d'un spectre FFT requiert le réglage du paramètre de vibration, de la "pleine échelle" verticale, du nombre de lignes FFT si nécessaire, du mode de déclenchement et de la moyenne de spectres.

• Les principaux paramètres d'affichage d'un spectre à l'écran de l'analyseur de vibrations portent sur le choix de la "pleine échelle" verticale, des unités sur les axes X et Y et de l'échelle des axes X et Y. Les fonctions de curseur disponibles varient, mais vous aurez toujours à votre disposition un curseur principal et un curseur de référence.

Les fonctions d'analyse calculées et affichées sur la plupart des analyseurs FFT incluent le zoom, le curseur d'harmonique, la moyenne temporelle synchronisée, la mesure de phase et la recherche de résonance.

3. Résumé sur l'analyse des vibrations

• La détection des défauts est réalisée au moyen de mesures globales des vibrations. Une condition anormale de fonctionnement peut être détectée en suivant l'accroissement de l'amplitude vibratoire en fonction du temps, une technique appelée "analyse de tendance", ou bien en comparant les valeurs mesurées à des critères de vibration reconnus, tels ceux prescrits dans la norme internationale Iso 2372 par exemple.

• Le diagnostic des défauts part du principe qu'une machine en bon état présente un spectre de vibrations stable où chacune de ses composantes peut être associée à une source de vibration spécifique dans la machine. Une détérioration de la condition de la machine conduit à des changements dans le spectre vibratoire où, par l'analyse en fréquences, il vous est possible de mettre en évidence l'origine du problème.

• Pour l'identification des défauts liés à la rotation des arbres, le recours à l'analyse en fréquences comme seul outil de diagnostic s'avère insuffisant. En effet, de nombreux défauts présentent des spectres vibratoires tout à fait similaires. L'emploi des mesures de phase est alors essentiel pour distinguer les différents défauts entre eux.

4. Résumé sur l'équilibrage des rotors

 Quelques définitions à retenir :

balourd, déséquilibre : condition d'un rotor dont les paliers vibrent sous l'effet de forces centrifuges non compensées. Cette condition existe lorsque le centre de gravité du rotor est hors de l'axe de l'arbre ;

valeur du balourd "U" : mesure quantitative du balourd d'un rotor. Elle est obtenue en faisant le produit de la masse du balourd par le rayon de correction. Les unités de valeur du balourd sont les grammes . millimètres et les onces . pouces ;

balourd résiduel admissible "Uadm" : dans le cas de rotors rigides, il s'agit de la valeur maximale du balourd sous laquelle on considère le balourd comme acceptable ;

balourd spécifique "e" : valeur du balourd "U" divisée par la masse du rotor "M" ;

équilibrage : méthode par laquelle la répartition de la masse d'un rotor est vérifiée et, au besoin, corrigée de façon à garantir que le balourd résiduel soit dans les limites spécifiées pour une fréquence correspondant à la vitesse de rotation du rotor ;

qualité d'équilibrage : pour des rotors rigides, une mesure de classification qui est le produit du balourd spécifique par la vitesse maximale du rotor, exprimée en mm/s.

• Un rotor déséquilibré crée une force centrifuge non compensée qui provoque la vibration du rotor et de ses paliers.

• Les causes du déséquilibre sont liées au manque d'homogénéité dans les matériaux, à des problèmes dans la fabrication et l'assemblage des composants ainsi qu'à la déformation du rotor en cours de fonctionnement (corrosion, usure, encrassement, etc.).

• Le type de déséquilibre rencontré le plus fréquemment est le déséquilibre dynamique qui est une combinaison d'un déséquilibre statique et d'un déséquilibre de couple.

• L'équilibrage est le procédé utilisé pour corriger le déséquilibre.

• L'équilibrage sur place (in situ) est réalisé en mesurant la vibration des paliers du rotor. Les valeurs obtenues servent au calcul de la masse de correction requise afin de réduire le balourd et les vibrations qui en résultent.

• L'équilibrage est nécessaire parce que la vibration des rotors contribue principalement à diminuer la durée de vie et la fiabilité des machines, à augmenter les coûts d'entretien et à influencer le bon fonctionnement des machines voisines.

• On retrouve dans la norme internationale Iso 1940 une classification des rotors basée sur un degré de qualité d'équilibrage associé à chaque type de rotor.

• Le déséquilibre résiduel admissible sur un rotor, déterminé à l'aide de l'abaque Iso, est fonction du degré de qualité recherché, de la masse du rotor et de sa vitesse de fonctionnement maximal.

• La méthode d'équilibrage sur un plan se résume à vérifier la condition de déséquilibre du rotor, à choisir une masse d'essai appropriée, à procéder ensuite aux mesures de la vibration initiale et de la vibration avec la masse d'essai et à effectuer les corrections de masse nécessaires sur le rotor jusqu'à l'atteinte du degré d'équilibrage recherché.

• La méthode d'équilibrage sur deux plans est tout à fait similaire à la procédure sur un plan. La différence réside dans l'obligation de faire des mesures de vibration dans les deux plans puisque les balourds dans chaque plan ont un effet réciproque l'un sur l'autre.

• L'équilibrage des rotors de ventilateurs industriels exige beaucoup de prudence associé à un travail soigné.

L'objectif est d'obtenir le degré de qualité d'équilibrage requis dans un délai raisonnable et en toute sécurité.

• Les méthodes d'équilibrage sur un plan et sur deux plans sont applicables aux rotors en porte-à-faux.

Il arrive que l'équilibrage sur deux plans se fasse sur ce type de rotor en utilisant deux fois la procédure sur un plan.

• L'emploi de la méthode d'équilibrage en trois points est réservé aux situations particulières où il s'avère impossible de mesurer l'angle de phase ou dans les situations où l'instrumentation disponible ne permet pas de faire autrement.

5. Résumé sur l'élaboration d'un programme de mesure

• L'intégration des techniques de maintenance préventive, conditionnelle et proactive représente la meilleure stratégie pour accroître la confiance de voir une machine et ses composants fonctionner de façon sûre pendant un cycle de vie prolongée.

• Maintenir un haut degré de fiabilité des équipements assure un meilleur contrôle des coûts de maintenance et conduit invariablement à un accroissement notable de la productivité, et donc, de la compétitivité de l'entreprise.

• Ne pas toucher à une machine qui tourne bien constitue le principe de base régissant la maintenance conditionnelle. Les interventions sont effectuées seulement si un changement important dans la condition de la machine le justifie.

• La mise en place d'un programme de maintenance conditionnelle contribue principalement à accroître la capacité de production, à réduire les coûts imputés à la maintenance ainsi qu'à améliorer la qualité du produit et la sécurité du personnel.

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