Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Landolsi Foued Page 11 SURVEILLANCE DES MACHINES PAR ANALYSE VIBRATOIRE 12 LES

Landolsi Foued Page 11 SURVEILLANCE DES MACHINES PAR ANALYSE VIBRATOIRE 12 LES VIBRATIONS DES MACHINES TOURNANTES I. Introduction Toutes les machines en fonctionnement produisent des vibrations, images des efforts dynamiques engendrés par les pièces en mouvement. Ainsi, une machine neuve en excellent état de fonctionnement produit très peu de vibrations. La détérioration du fonctionnement conduit le plus souvent à un accroissement du niveau des vibrations. En observant l'évolution de ce niveau, il est par conséquent possible d'obtenir des informations très utiles sur l'état de la machine. Ces vibrations occupent une place privilégiée parmi les paramètres à prendre en considération pour effectuer un diagnostic. La modification de la vibration d’une machine constitue souvent la première manifestation physique d'une anomalie, cause potentielle de dégradations, voire de pannes. Ces caractéristiques font de la surveillance par analyse des vibrations, un outil indispensable pour une maintenance moderne, puisqu'elle permet, par un dépistage ou un diagnostic approprié des défauts, d'éviter la casse et de n'intervenir sur une machine qu'au bon moment et pendant des arrêts programmés de production. II. Définition d’une vibration Un système mécanique est dit en vibration lorsqu'il est animé d'un mouvement de va-et-vient autour d'une position moyenne, dite position d'équilibre. Si l’on observe le mouvement d’une masse suspendue à un ressort [figure 2 .1], on constate qu’il se traduit par : • Un déplacement : la position de la masse varie de part et d’autre du point d’équilibre ; • Une vitesse de déplacement : variation du déplacement par rapport au temps ; • une accélération : variation de la vitesse par rapport au temps. • Figure 2.1 : Mouvement d’une masse suspendue à un ressort Période Déplacement La vibration d'une machine soumise à une force périodique peut être décrite en termes de déplacement, de vitesse ou d'accélération. La vitesse du mouvement vibratoire correspond à la variation de son déplacement pour une unité de temps. L'accélération représente une variation de la vitesse par unité de temps. COURS DE TECHNIQUES DE SURVEILLANCE 13 III. Caractéristiques d’une vibration Une vibration se caractérise principalement par sa fréquence, son amplitude et sa nature. 1. Fréquence a. Définition La fréquence est le nombre de fois qu'un phénomène se répète en un temps donné. Lorsque l'unité de temps choisie est la seconde, la fréquence s'exprime en hertz [Hz]. 1 hertz = 1 cycle/seconde. Une vibration qui se produira 20 fois par seconde aura donc une fréquence f de 20 hertz. Si la fréquence f d'un phénomène est de 50 hertz, c'est-à-dire 50 cycles par seconde, la durée d'un cycle (ou période T) est de 1/50ème de seconde. La fréquence f est l'inverse de la période T : f = 1/T. b. Remarque Si l'unité normalisée de la fréquence est l’hertz [Hz], on rencontre parfois des valeurs exprimées en CPM (cycle par minute) ou RPM (rotation par minute). D'où: 1 hertz = 60 1 CPM = 60 1 RPM Il est intéressant parfois d'exprimer des phénomènes liés à la rotation en multiple ou ordre de la fréquence de rotation. c. Exemple Un ventilateur tournant à 1500 tr/min possède 16 pales. Ce ventilateur présente un phénomène de balourd (déséquilibre), du à l’encrassement des pales, se produisant à chaque rotation. L'axe du rotor est décentré par rapport à l'ouïe de refoulement, ce qui induit des phénomènes vibratoires qui se produiront au passage de chaque pale. Calculer la fréquence de rotation du ventilateur : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Calculer la fréquence de la vibration due au balourd : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…… Calculer la fréquence du phénomène vibratoire du au décentrement : ………………………………..……………………………………..…………….…… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Amplitude a. Définition On appelle amplitude d'une onde vibratoire la valeur de ses écarts par rapport au point d'équilibre et on peut définir : • l'amplitude maximale par rapport au point d'équilibre appelée amplitude crête (Ac) ou niveau crête; • l'amplitude double, aussi appelée l'amplitude crête à crête (Acc) (peak to peak, en anglais) ou niveau crête-crête ; • l'amplitude efficace (Aeff) , aussi appelée RMS (Root Mean Square) ou niveau efficace. COURS DE TECHNIQUES DE SURVEILLANCE 14 b. Exemples Cas d’une vibration sinusoïdale Dans le cas d'une vibration de type sinusoïdal [figure 2.2], l'amplitude efficace s'exprime en fonction de l'amplitude crête de la façon suivante: Aeff = 2 2 C A =0.707 AC Cas d’une vibration quelconque Dans le cas d'une vibration complexe quelconque [figure 2.3], il n'existe pas de relation simple entre la valeur crête de l'amplitude (Ac) et la valeur efficace de l'amplitude (Aeff) qui se définit mathématiquement par la relation: Aeff= dt t x T T ) ( ² 1 0 ∫ T : durée d’analyse du signal , X(t) : amplitude instantanée . c. Grandeurs associées à l’amplitude d’une vibration Une vibration est caractérisée par les trois grandeurs fondamentales : le déplacement x, la vitesse v et l’accélération γ. Les unités de ces grandeurs en SI et celles utilisées en meures vibratoires sont données au tableau 2.1 Tableau 2.1 : Unités utilisées pourγ , v et x en SI et en mesure vibratoire. d. Remarque La valeur de crête à crête indique la différence entre les amplitudes maximale et minimale du mouvement. C'est une quantité utile pour déterminer le déplacement d'un composant, déplacement qui peut être critique pour des considérations de contrainte maximale ou de jeu mécanique. La valeur de crête donne l'amplitude maximale et s'avère utile dans les mesures concernant les phénomènes de courte durée; les chocs en sont un exemple. Cependant, elle ne tient pas compte de l'évolution de la vibration dans le temps. PARAMETRES UNITES S.I. UNITES VIB. CORRESPONDANCES X ……….. …………. ……………………. v ………… …………. ……………………. γ ……….. ………… 1g = 9.80665 m/s2 Figure 2.3 : vibration complexe quelconque 0 T[s] A Ac Acc RMS Figure 2.2 : vibration sinusoïdale ………………… ……………… ………………… ……………… COURS DE TECHNIQUES DE SURVEILLANCE 15 La valeur efficace est la mesure la plus intéressante des amplitudes de vibration. En plus de tenir compte de l'évolution du signal dans le temps, le calcul de la valeur efficace est lié à l'énergie vibratoire et donc au « potentiel de détérioration » de la vibration. Le facteur de crête définit le rapport de la valeur de crête d'un signal à sa valeur efficace. D'après la définition du niveau efficace, le facteur de crête du mouvement sinusoïdal est environ 1,4. Plus la vibration devient impulsive, plus la valeur de crête augmente. 3. Nature d’une vibration Une machine tournante quelconque en fonctionnement génère des vibrations que l'on peut classer de la façon suivante: • Les vibrations périodiques de type sinusoïdal simple [figure 2.4 a] ou sinusoïdal complexe [figure 2.4 b] représentatives du fonctionnement normal ou anormal d'un certain nombre d'organes mécaniques (rotation de lignes d'arbres, engrènements,...) ou d'un certain nombre d'anomalies (déséquilibre, désalignement, déformations, instabilité de paliers fluides, déversement de bagues sur roulements, ...). • Les vibrations périodiques de type impulsionnel [figure 2.4 c] sont appelées ainsi par référence aux forces qui les génèrent et à leur caractère brutal, bref et périodique. Ces chocs peuvent être produits par des événements normaux (presses automatiques, broyeurs à marteaux, compresseurs à pistons, ...) ou par des événements anormaux comme l'écaillage de roulements ou un défaut sur des engrenages, un jeu excessif, ... • Les vibrations aléatoires de type impulsionnel [figure 2.4 d] peuvent, par exemple, être générées par un défaut de lubrification sur un roulement, la cavitation d'une pompe, ... IV. Les capteurs de vibration 1. Types et caractéristiques des capteurs La première étape conduisant à l'obtention d'une lecture de vibration consiste à convertir la vibration mécanique produite par une machine en un signal électrique équivalent. Cette opération est réalisée au moyen des capteurs de vibrations. On retrouve parmi les capteurs les plus couramment utilisés le proximètre (mesure de déplacement), le vélocimetre (mesure de vitesse) et l'accéléromètre (mesure d’accélération). Un capteur de vibration est caractérisé principalement par : • sa bande passante (plage d’utilisation) : plage de fréquences à l’intérieur de laquelle l’amplitude mesurée par le capteur ne dépasse pas une marge d’erreur fixée par le constructeur (par exemple + 3 % ou + 3 dB de [3–8000] Hz). Figure 2.4 : Nature d’une vibration -c- -d- -a- -b- COURS DE TECHNIQUES DE SURVEILLANCE • sa gamme dynamique petite et la plus grande amplitude acceptée par le capteur. • sa sensibilité : relation entre la grandeur électrique délivrée à la sortie l’amplitude du mouvement mécanique qui lui donne naissance (par exemple 8 mV par Elle est donnée par le constructeur du capteur, généralement sous forme de courbe d’étalonnage qui devra faire l’objet d’une vérification périodique. 2. Les proximètres Le proximètre, ou sonde capteur de déplacement sans contact directement proportionnel au déplacement relatif de la vibration d'un arbre ou d'un rotor. Il est monté en permanence à l'intérieur du palier [figure 2.6]. Les mesures en déplacement ne sont pas quantifiables dans toutes les gammes de fréquence. Ces mesures seront limitées aux basses fréquences (< 100 Hz). Le capteur de déplacement est utilisé pour toutes les applications où la surveillance des jeux entre les arbres et les paliers s'avère essentielle. C'es l'on retrouve des capteurs de déplacement installés sur uploads/Industriel/ partie-3-les-vibrations-des-machines-tournantes.pdf