Maintenance 2007 Vibrato Ire

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Lanalyse vibratoire pour la maintenance

Les indicateurs dune surveillance fiable

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SOMMAIREIntroduction Contexte Dfinitions Les types dindicateurs Indicateurs nergtiques et typologiques Choix dun indicateur Quelques cas concrets Synthse Bibliographie

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INTRODUCTIONVibration : mouvement d'oscillation autour d'une position d'quilibre stable ou d'une trajectoire moyenne. Principe fondamental de la dynamique :

r r d x F = m. dt

Lorigine du mouvement dune structure rsulte de lapplication de diffrents efforts statiques et dynamiques. Lanalyse vibratoire a pour but de dterminer les forces internes ou externes qui sont appliques une installation donne et de statuer sur la gravit de leur prsence et/ou de leur amplitude. Elle sest aujourdhui trs fortement rpandue dans lindustrie en y trouvant sa place (et juste titre) au sein des stratgies de maintenance conditionnelle. Pourtant, aussi rpandue soit-elle, les mthodes et les techniques utilises sont trs diffrentes dun site lautre, voluant au gr de lintuition des utilisateurs et des politiques commerciales des constructeurs. Alors que les bases thoriques existent mais sont dune part trop peu enseignes car souvent rcentes et dautre part rbarbatives pour les utilisateurs, trs sensibles lempirisme. Il nous parat donc intressant de prsenter un panorama de lexistant, voire du possible, en termes dindicateurs et de critres, de mettre en vidences les carences de la pratique et de proposer des solutions. 3

INTRODUCTIONEvolution des paramtres de suivi "Maintenance" 350 300 250Heures

307 238

Conditionnelle Systmatique Corrective

200 150 100 50 0 1997 1998 127 61,6 7,4 131 58,0 9,1

116 12266,5 9,1 1999 111

131 94 87,0 100,6 132,2 63 6,8 0 2003

60,0 6,9 2000

43,6 6,2 2001

81 7,8 29,2 2002 MTTR MTBF

Nbre d'heures arrt (Non programm)

Nbre de pannes

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CONTEXTELes stratgies de surveillance sont organises de la manire suivante : - Un ensemble dquipements constituant un parc machines est plac sous surveillance, - Des indicateurs, les outils de lanalyse vibratoire sont dfinis pour reprsenter de manire fiable ltat mcanique des installations. - Lvolution de ces indicateurs est trace au rythme des campagnes de mesures (de quelques heures plusieurs mois), - Cette volution est analyse et permet de mettre en vidence lapparition ou laggravation dun dfaut suite aux efforts anormaux et donc aux vibrations quil gnre, - En fonction de la pertinence des diagnostics, les limites, seuils et gabarits de ces indicateurs sont ajusts et optimiss.

Lutilisation dindicateurs est la base de la surveillance et du diagnostic vibratoire.

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DEFINITIONSQuest-ce-quun indicateur ? Un indicateur est le rsultat dune mesure ou dun calcul reprsentant un ou plusieurs aspects de ltat ou de la performance dun quipement et dont lvolution ou la transformation est significative de laggravation ou de lapparition dun dfaut.

Il en existe quatre types : - indicateurs scalaires, - indicateurs spectraux, - indicateurs vectoriels, - indicateurs temporels.

En fonction de leur paramtres ils peuvent qui appartenir deux familles aux proprits trs distinctes : - nergtiques, - typologiques. 6

DEFINITIONS

Incidences du choix d'un indicateur : Le choix dun indicateur est loin dtre neutre. Chaque paramtre le dfinissant a une signification physique propre (acclration, vitesse, dplacement, valeur efficace, valeur crte, bande frquentielle de dfinition, temps dobservation) et correspond un aspect particulier du comportement vibratoire. De ce fait, ce choix privilgie la dtection de lapparition dun dfaut ou dune famille de dfauts en ludant souvent la dtection des autres.

Prenons pour exemple lindicateur scalaire reprsentant la valeur efficace de la vitesse vibratoire mesure dans la bande [10-1000 Hz ]. Cet indicateur nest pas sensible aux dfauts ayant une influence sur le premier ordre de la frquence de rotation si cette dernire est infrieure 600 tr/mn !

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INDICATEURS SCALAIRESUn indicateur scalaire associe un signal brut ou ayant fait lobjet dun traitement pralable (filtrage, dmodulation), une grandeur caractristique de son amplitude (valeur efficace, amplitude crte, taux de modulation), de sa distribution damplitude (facteur de crte, kurtosis) ou de sa composition spectrale (amplitude dune composante spectrale, valeur efficace dune famille de composantes, taux dharmoniques). Leur utilisation trs rpandue sexplique aisment par leur facilit dutilisation : ils se rduisent un nombre, se prtent facilement lautomatisation de leur gestion (archivage, courbes dvolution, comparaison des seuils).

Exemples : - Niveau Global Acclration [0-20]kHz - Niveau Global Vitesse [10-1 000]Hz - Kurtosis

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INDICATEURS SPECTRAUXUn indicateur spectral associe un signal une reprsentation spectrale de ce dernier (spectre, zoom, cepstre, spectre de fonction de modulation, fonction de transfert). Ces indicateurs prsentent le grand intrt dtre sensibles aussi bien aux volutions de la forme dun signal qu celles de son nergie, et de ce fait, sont insensibles aux effets de masque condition que les rsolutions danalyse choisies pour les laborer soient en adquation avec les frquences de rptition des phnomnes recherchs. Ils offrent donc des perspectives extrmement intressantes dans le cadre de la surveillance des machines. Ils constituent par ailleurs un progrs considrable dans ladquation entre indicateur et dfaut et la facilit de leur comparaison graphique par rapport un tat de rfrence favorise grandement linterprtation de leurs volutions.

Exemples : - Spectre [0-10]kHz - Zoom

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INDICATEURS VECTORIELSUn indicateur vectoriel associe des signaux issus de plusieurs capteurs de vibration une reprsentation dans lespace du mouvement vibratoire. Ces indicateurs sont peu familiers, lorbite en est le plus connu. Mais lutilisation de dformes partielle ou globale, encore anecdotique, est certainement riche davenir en tant quindicateur typologique de comportement. Cette notion est dailleurs souvent aborde indirectement, lorsque certains spcialistes utilisent les dphasages entre points et directions de mesure pour essayer de se reprsenter une frquence donne le mouvement dans lespace dune ligne darbres ou de ses paliers.

Exemples : - Dforme oprationnelle - Orbite

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INDICATEURS TEMPORELSUn indicateur temporel associe un signal une forme particulire de sa reprsentation temporelle obtenue aprs filtrage ou dmodulation. Ils offrent lavantage tre directement accessibles linterprtation humaine. Ils permettent dobtenir des informations difficilement accessibles dans le domaine spectral telles que le nombre de dents cailles dun engrenage, la dure dun phnomne impulsionnel priodique ou la forme dun phnomne de modulation.

Exemples : - Profil dengrnement - Fonctions de modulation

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DEUX FAMILLES DINDICATEURS

En fonction de leur nature ou de leur paramtrage on va distinguer :

- les indicateurs nergtiques qui reprsentent lnergie du signal vibratoire mesure dans une bande frquentielle plus ou moins tendue sans relation identifie avec les forces dynamiques dont la machine est le sige,

- les indicateurs typologiques qui sont en relation directe avec ces dernires et, de ce fait, en bien meilleure adquation avec les dfauts susceptibles de laffecter.

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LES INDICATEURS ENERGETIQUESCe sont bien souvent des indicateurs scalaires reprsentatifs de lnergie partielle ou totale du signal et dont les valeurs dpendent du choix : de la grandeur physique reprsentative du comportement vibratoire (acclration, vitesse, dplacement), du mode de quantification de cette grandeur (valeur efficace, crte), de la bande de frquences dans laquelle il est mesur ou calcul. Selon ltendue de la bande frquentielle considre, on parle alors dindicateurs scalaires large bande ou de niveaux globaux ou dindicateurs scalaires bande troite voire bande fine , du temps dobservation du signal qui doit imprativement tre adapt la priodicit des phnomnes que lon cherche identifier. Le terme niveau global est lappellation consacre des indicateurs scalaires larges bandes . Il est assimil lnergie vibratoire lorsque la grandeur cinmatique reprsente par le signal est la vitesse vibratoire. Ce terme est galement utilis pour quantifier le dplacement et lacclration.

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LES INDICATEURS ENERGETIQUESInconvnients lis aux indicateurs nergtiques larges bandes Ces indicateurs prsentent plusieurs inconvnients majeurs qui de fait limitent considrablement leur fiabilit dutilisation et leur capacit de dtection de dfauts un stade prcoce dans le cadre de la surveillance des machines : La forte dpendance de la sensibilit avec la nature des dfauts. Labsence de relation formelle entre gravit du dfaut et lnergie vibratoire induite cause notamment de la nature du dfaut, du transfert mcanique et de la trs forte influence de la vitesse de rotation de la ligne darbre prsentant le dfaut. Le manque de pertinence de la notion de seuil ds quelle est dissocie de la cause qui engendre le phnomne vibratoire, de la nature de la machine, de ses conditions de fonctionnement et de son environnement. Ainsi, une valeur efficace de la vitesse vibratoire [10 1000 Hz] de 6 mm/s ne prsente pas le mme degr de gravit si elle est la consquence dun dsquilibre, dun dsalignement ou dun caillage de bague de roulement, si la machine est un ventilateur ou une rectifieuse de prcision et si elle repose au niveau du sol sur une fondation lourde ou en hauteur sur une charpente mtallique par lintermdiaire de plots lastiques.

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LES INDICATEURS ENERGETIQUES- Leffet de masque qui entache fortement la sensibilit des indicateurs larges bandes lorsque lnergie vibratoire induite p