L’ANALYSE DES VIBRATIONS EXIGE DE BIEN CONNAITRE LE SPECTRE DE FREQUENCES

Rechercher la cause est un reel travail de spécialiste

Il fut un temps où les vibrations étaient secondaires dans l’industrie. Les machines qui faisaient leur travail, ne nécessitaient pas d’attention tant que tout allait bien. Les vibrations étaient tout au plus un phénomène annexe négatif, quelque chose qui venait s’ajouter. Mais petit à petit, l’efficacité devint la norme, l’arrêt machine ne pouvait plus se produire. D’où les actions préventives. L’analyse des vibrations peut être ici une aide très intéressante, si du moins elle est bien appliquée.

ISO 10816 et ISO 18436

Ces deux normes ISO se rencontrent souvent dans l’analyse des vibrations. l’ISO 10816 indique des procédures et directives spécifiques pour la mesure et l’évaluation des vibrations mécaniques sur les systèmes de compresseurs. L’ISO 10816 est donc limitée à l’analyse des vibrations, en indiquant des valeurs maximales par classe de machines. Cette classe de machines, quatre au total, dépend de la taille de l’installation et du support. Le spectre de l’ISO 18436 est plus large et couvre plutôt la qualité de l’exécution d’un condition monitoring process. L’analyse des vibrations y est abordée, mais des aspects tels que la mesure de la qualité du graissage sont un des sujets.

CAUSES

Les vibrations sont le plus souvent faciles à détecter, de façon auditive ou grâce à des mesures. Cependant, trouver la cause sous-jacente de ces vibrations est une autre paire de manches, car les coupables sont aussi divers que nombreux. Nous en citons les principaux.

Utilisation incorrecte

Une première cause fréquente réside dans une utilisation incorrecte. Les pompes qui sont constamment surchargées, en sont un premier exemple. Les opérateurs sont mis sous pression pour travailler toujours plus vite afin de satisfaire à certains objectifs. Ceci entraîne parfois une utilisation incorrecte des pompes.

Sous-utilisation

Une sous-utilisation peut aussi être une cause, quoique ceci soit une cause de vibrations moins fréquente. Du reste, la faute n’incombe pas toujours à l’opérateur. Dans bien des cas, on a installé une pompe qui n’est pas bien dimensionnée et qui ne répond donc pas aux besoins de l’installation. Outre les vibrations, l’efficacité énergétique souffrira aussi sous une surcharge ou une sous-utilisation.

Modifications à l’installation

Des modifications à l’installation sont une cause suivante. La tendance dans l’industrie est d’utiliser de plus en plus souvent des machines modulaires et aisément adaptables. Le déménagement de la production de masse vers des pays à bas salaires est ici la cause sous-jacente. Nos entreprises réagissent en proposant des pièces spécialisées à valeur ajoutée, mais celles-ci ont un tirage bien plus limité que les produits de masse. Ceci exige donc une installation aisément adaptable. Mais les adaptations aux machines ont souvent des conséquences extrêmes pour d’autres éléments comme les moteurs et les pompes, qui doivent soudain travailler en dehors de leur plage de fonctionnement.

Manquements dans l’installation

Des manquements dans l’installation peuvent aussi induire des vibrations. Un exemple est le mauvais soutien des accessoires ou une fixation bancale des pompes au reste de l’installation, ce qui peut mettre sous pression les paliers et les joints. Une autre manifestation d’une mauvaise installation est le placement non judicieux des conduites (coudes perpendiculaires) et filtres. Ceci peut créer des turbulences qui, à leur tour, entraînent la cavitation et les vibrations. L’utilisation de variateurs de fréquence est une autre cause possible, des dégâts aux paliers à cause du passage du courant électrique sont ici la manifestation de ce phénomène.

Déséquilibre

Le déséquilibre est une source suivante de vibrations. Ceci est fréquent sur des éléments de machine rotatifs tels que les aérateurs, ventilateurs, ailettes de pompe, poulies ou accouplements. Un élément ne sera jamais fabriqué parfaitement égal. Celui qui coupe exactement en son centre une roue à ailettes, n’aura jamais deux moitiés identiques. Il y aura à chaque fois une différence minime, quelle que soit la précision dans la production. Dans un mouvement rotatif, cette différence résultera dans une répartition irrégulière de la masse du composant, ce qui crée des vibrations. Ceci peut endommager l’élément, mais aussi d’autres éléments de l’installation tels que les paliers, joints et accouplements. Ces dégâts exerceront, à leur tour, une influence néfaste sur la construction complète de la machine. Le déséquilibre se détecte aussi facilement, parce que les vibrations se concentrent sur les premières harmoniques. Le plus souvent, on peut y remédier sur place avec un appareil d’équilibrage.

Résonance

Resonantie is de vreemde eend in de bijt. Elke mechanische constructie met een staal- of betoninstallatie heeft een zekere massa en stijfheid, en bezit hierdoor een zekere resonantiefrequentie. Elke pompinstallatie heeft een eigen resonantiefrequentie. Als een trilling zich op dezelfde frequentie bevindt als de resonantiefrequentie, zal die nog versterkt worden en onvermijdelijk schade toebrengen aan lagers en afdichtingen.

Mauvais entretien

Un mauvais entretien, enfin, est aussi une source importante de vibrations. Surtout les problèmes de graissage, comme le graissage avec l’huile incorrecte, l’excès ou le manque de graissage. Un entretien trop peu fréquent semble encore se produire souvent, certainement sur les pompes dont l’accès est malaisé.

Ultrasone inspectie

Des perturbations peuvent s’exprimer en vibrations, mais aussi dans l’émission de bruit indésirable. Ce bruit n’est pas toujours audible pour l’homme. Mais un appareil de mesure par ultrasons peut détecter ceci et les problèmes. Des problèmes tels que le passage de courant sur des installations avec variateurs de fréquence, dégâts aux paliers, problèmes de graissage et valves défectueuses, filtres et robinets de coupure peuvent être traités.

MESURE

La mesure des vibrations peut être incluse dans un condition monitoring process pour pouvoir agir de façon préventive, mais peut tout autant être utilisée comme instrument de diagnostic. La mesure est continue ou périodique. Une mesure en continu a le grand avantage de détecter des modèles sur une plus longue période, ce qui n’est pas le cas d’une mesure périodique. Le processus de mesure est relativement simple, c’est surtout l’analyse qui exige expérience et expertise.

Unités de mesure

Une vibration a trois propriétés: la fréquence, l’amplitude et la phase. Si vous mesurez des vibrations, vous pouvez mesurer les mêmes vibrations comme le déplacement en fonction du temps, de la vitesse ou de l’accélération. En théorie, ces trois grandeurs donnent les mêmes informations, mais en fonction de la fréquence de mesure, un problème de pompe se manifestera de façon plus évidente dans un déplacement, une vitesse ou une accélération.

Spectre vibratoire

La plupart des appareils de mesure sont équipés d’un enregistreur de vitesse. Il vous permet de mesurer trois unités: l’accélération a en mm/s², la vitesse v en mm/s et le déplacement d en mm. Dans les graphiques, vous voyez un spectre vibratoire typique d’une vibration machine dont les pics d’amplitude sont disposés en fonction de leur fréquence. Les trois graphiques ci-dessus restituent le spectre vibratoire sur des positions de mesure identiques et au même moment, mais le graphique du haut est un spectre en acceleration (accélération), celui du milieu en velocity (vitesse) et celui du dessous en displacement (déplacement).

On voit clairement que les pics basse fréquence se voient le mieux dans le spectre en déplacement, tandis que les pics haute fréquence se voient le mieux en accélération. En principe, tous les pics d’amplitude se voient dans les trois spectres. Tous les trois restituent donc les mêmes informations fiables. En effet, il y a une relation mathématique simple entre les courbes, de sorte que chaque valeur appartenant à une fréquence dans un spectre peut être convertie en une valeur pour la même fréquence dans un autre spectre.

Les trois valeurs mesurées expriment donc le même phénomène. Dans la plage de fréquence qui donne une bonne idée des problèmes de machine courants (généralement d’environ 10 hertz à 1.000 hertz), un spectre en vitesse (graphique du milieu) restitue le mieux les composants de fréquence dans cette plage. Dans ce cas-ci, un changement relativement petit dans le composant de fréquence influence le plus le niveau de vibration total en vitesse. La plupart des composants dans les autres spectres (accélération et déplacement) doivent changer nettement plus pour que ceci soit visible dans le niveau total. La conclusion est qu’en général, l’unité de mesure qui délivre le spectre le plus plat, est la ‘plus sensible’ à une détection précoce des défauts. Le plus souvent, c’est la vitesse, parfois l’accélération, surtout là où les hautes fréquences sont importantes. Si, par contre, les basses fréquences doivent surtout être surveillées, on choisit le déplacement. .

Exceptions

Il existe quelques exceptions: dans certaines applications, les dégâts aux paliers génèrent trop peu d’énergie vibratoire pour autoriser une détection fiable dans le spectre de fréquence. C’est le cas avec les machines ayant une masse et une rigidité considérables et les machines à bas régimes. Dans de tels cas, on applique une méthode de technique d’enveloppe haute fréquence, les dégâts aux paliers générant bel et bien des vibrations haute fréquence. Cependant, ces vibrations ne sont couramment mesurables que près du palier défectueux et sont de très courte durée.

COMPORTEMENT VIBRATOIRE D’UNE POMPE

Le comportement vibratoire des pompes centrifuges est relativement simple, parce que le nombre de composants de fréquence dans le spectre vibratoire est généralement limité. Dans bien des cas, il n’y en a qu’un seul, la fréquence de déséquilibre.

Pour déterminer cette fréquence, il suffit de convertir le régime de la pompe en nombre de tours par seconde. Pour une pompe tournant à 2.400 tr/min., la fréquence de déséquilibre se situera donc à 40 Hz dans le spectre. On peut aussi rencontrer une fréquence qui trouve son origine dans le mouvement tournant des ailettes.

La formule pour trouver cette dénommée fréquence de passage des ailettes est F = z*rpm (Hz) avec z = le nombre d’ailettes. Ceci trouve sa cause dans l’apparition de pulsations de pression si la pompe n’est pas utilisée en son point le plus efficace.

L’INTERPRETATION CORRECTE INDUIT L’EFFICACITE

Les conséquences positives d’une analyse des vibrations sont très diverses. Vous pouvez mieux faire coïncider l’entretien à la réalité, car vous disposez de données détaillées. Cet entretien préventif optimisé réduit les arrêts, ce qui accroît la productivité. La durée de vie des machines s’allonge et il faut un plus petit stock de pièces détachées.

Last but not least, la sécurité et l’ergonomie du personnel augmentent fortement. Sur la plupart des machines rotatives, le comportement vibratoire n’est pas dominé par un seul composant de fréquence, mais par une combinaison de toutes sortes d’influences. Ce spectre peut être décomposé par un analyseur de spectre de fréquence. Un spécialiste peut alors déduire quelle est la source exacte des vibrations et quel est un niveau vibratoire acceptable.

Le comportement vibratoire d’un ventilateur ou d’une pompe centrifuge, par exemple, est le plus souvent structuré, ce qui permet d’en déceler des anomalies en vue d’une analyse plus pointue. On peut aussi prédire un comportement futur. En établissant la hausse de niveau d’une ou plusieurs fréquences sur un certain nombre de mesures périodiques, on obtient un diagramme temps-niveau. La courbe résultante peut être extrapolée dans le temps, ce qui permet de voir quand le niveau de vibrations atteindra une valeur dangereuse, et de prévoir l’entretien nécessaire avant.