Surveillance et diagnostic des d

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Surveillance et diagnostic des défauts dans les
machines tournantes.

• Défauts et symptômes

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Diagnostic des machines tournantesimportance

• 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

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Diagnostic des machines tournantesprincipe 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  indicateur .

Paramètre caractéristique du défaut
Seuil d arrêt
Seuil d alarme (alarme de surveillance)
t
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Diagnostic des machines tournantes hypothèses
générales

• hypothèses
• -système invariant,
• - changements dans les signaux
  mesurés évolution du défaut
• connaissance du système mécanique
• difficultés
• - système variable/ non-stationnaire/
  non-linéaire/

sorties
entrées
Machine, structure
Excitations non mesurées Défauts ?
Vibrations,bruit Forces, Mesurés..
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Diagnostic des machines tournantesquels 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

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Diagnostic des machines tournantesdéfauts 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 les vibrations,
• plusieurs défauts ont des caractérisations bien
  identifiées.
• les mesures de vibrations et l analyse du signal
  associée sont en général de mise en œuvre simple
• il ne faut pas arrêter les machines, ce qui est
  important dans un contexte industriel.
• Néanmoins, il ne faut pas négliger les autres
  informations disponibles. (capteurs/expérience,
  ..)

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Diagnostic des machines tournantesdéfauts 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

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Diagnostic des machines tournantesdéfauts et
symptômes balourd (1)

• Défaut le plus fréquent

F ? m.r.?0²m.r.2pi.f0²
?
m
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 caractéri
stiques fréquentielles ?
9
Diagnostic des machines tournantesdéfauts et
symptômes balourd(2)
t
T1/f0
A ? F
f
f0
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Diagnostic des machines tournantes 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
• Rotor rigide
• résonance de flexion gtgt vitesse de rotation
• Rotor flexible
• vitesse de rotation au dessus de(s) résonance de
  flexion

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes désalignement
Caractéristiques harmoniques - fr - 2f_r,
4fr, - Nfr accouplement à denture -
direction axiale plus marquée - dépend de
l accouplement
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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes roulements(1)

• caractéristiques
• Nnbr de billes
• dmdiamètre de base
• dbdiamètre billes
• ?angle de contact

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes roulements(2)

• Défauts écaillage, usure, lubrification
• piste externe
• piste interne
• billes
• symptômes
• chocs répétitifs à la fréquence de l élément
  considéré (billes, pistes,)

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes roulements(3)

• Fréquences caractéristiques
• piste interne
• piste externe
• billes
• train fondamental

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes roulements(4)

• Considérations pratiques
• nécessité de connaître les dimensions du
  roulements
• glissement dans les fréquences
• les chocs répétitifs ne sont pas suffisamment
  énergétiques pour faire apparaître les raies
  correspondantes dans le spectre
• utilisation courantes de descripteurs
  statistiques pour la détection des chocs
  (variance, Kurtosis)
• une méthode  avancée 
• l analyse d enveloppe
• choix de la bande de filtrage
• outil de détection parfois trop sensible

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Diagnostic des machines tournantesdéfauts et
symptômes roulements (5)
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Diagnostic des machines tournantes 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  précoce 

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes cas des engrenages(1)
fr1
N1
Engrenages droits
Engrenages hélicoïdaux
fr2
Direction des efforts
N2
Fe N1.fr1N2.fr2
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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes cas des engrenages(3)

• 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

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes engrenages (4)
21
Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes engrenages (5)
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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes pompes/ventilateurs..

• Roulements
• fréquences caractéristiques
• défauts de pales, aubes
• fréquence de passages des aubes fa Na.fr
• turbulences
• phénomènes aléatoires en hautes fréquence
• spectres en 1/f
• cavitation
• idem

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Diagnostic des machines tournantes 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

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Diagnostic des machines tournantes 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

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes tableaux de synthèse (1)

• Phénomènes à des fréquences multiples Entiers de
  la rotation fNfr
• balourd 1fr radiale ?.(fr)²
• désalignement 1,2,3,4..fr Axiale, radiale
• fissure d arbre 1,2,3 radiale non-linèaire
• pales de ventilateur Nfr axiale/radiale mesure
  du bruit
• moteurs électriques Nspiresfr radiale courant
•    Nencochesfr      
• engrenages feN1.frN2.fr radiale/axiale

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes tableaux de synthèse (2)

• Phénomènes harmoniques Fréquence NON Multiples
  Entiers de la rotation fNfr
• tourbillons d huile 0.45fr radiale paliers
  lisses ?
• roulements fbe,fbi,fb Axiale,
  radiale glissement
• Phénomènes harmoniques Fréquence produisant des
  modulations
• défauts engrenages fe/- fr1,fr2 radiale/axiale ch
  ocs
• 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)

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Diagnostic des machines tournantes 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

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Diagnostic des machines tournantes défauts et
symptômes tableaux de synthèse (3)
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Diagnostic des machines tournantes conclusions
(1)
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Diagnostic des machines tournantes conclusions
(2)