Analyse vibratoire

Indispensable dans le cadre de la maintenance prédictive

L'analyse vibratoire est utilisée dans le cadre de la maintenance afin de rechercher les éventuels défauts des pièces rotatives tels que des roulements défectueux ou des déséquilibres. Cette analyse permet de détecter et d'enregistrer les vibrations émises par les pièces en rotation à l'aide d'un équipement technique spécial. Dans une analyse ultérieure, les amplitudes et les modèles de vibration permettent de tirer des conclusions sur l'état des composants rotatifs et de leurs roulements respectifs. En cas d'écarts par rapport à l'état cible, l'analyse vibratoire permet d'identifier les réparations nécessaires à un stade précoce et de les effectuer avant que la machine ne tombe en panne. Cette méthode permet d'une part de réduire les temps d'arrêt toujours nécessaires pour une réparation, et d'autre part de les déplacer en dehors de la production.

Deux analystes examinent les résultats de l'analyse vibratoire sur un ordinateur portable.

Dans quels domaines industriels l'analyse vibratoire est-elle utilisée ?

Les applications possibles d'une analyse vibratoire sont extrêmement nombreuses dans l'environnement industriel. Partout où fonctionnent des machines et des systèmes dotés de composants rotatifs, l'analyse vibratoire peut contribuer à la maintenance prédictive. Des machines-outils aux moteurs, pompes et boîtes de vitesses, en passant par les turbines et les éoliennes, les applications de la technologie d'analyse sont nombreuses.

Quels défauts l'analyse vibratoire permet-elle de détecter ?

Les causes des vibrations sur les machines ou les systèmes comportant des composants rotatifs peuvent être de nature très variée. Les sources de défaillance les plus courantes sont les suivantes :

Déséquilibres et erreurs d'alignement
Dépôts sur les soufflantes
Erreurs de denture dans les boîtes de vitesses
Courbures des arbres
Vibrations provoquées par les fluides
Problèmes de fondation ou d'éléments de construction défectueux

Quels problèmes peuvent survenir en cas de vibrations excessives ?

Si les vibrations excessives sur les machines rotatives, les systèmes ou les générateurs sont source d'un fonctionnement irrégulier et de niveaux de bruit élevés, elles exercent également une contrainte sur tous les composants. Les roulements, en particulier, sont soumis à des charges accrues. Des fractures dues aux vibrations peuvent se produire, ce qui peut entraîner de longs travaux de réparation.

Comment effectuer une analyse vibratoire

Plus une machine rotative est volumineuse et complexe, plus les vibrations sont critiques pendant son fonctionnement. Si les amplitudes de vibration dépassent une valeur maximale, il faut s'attendre à des défauts graves et coûteux et à des temps d'arrêt prolongés. Pour prévenir ces défaillances, la norme DIN ISO 10816 (nouvelle désignation 20816) ou API 670 définit les exigences envers les systèmes de protection utilisés. Les systèmes surveillent, entre autres, la vibration absolue du roulement au moyen de capteurs d'accélération ou une vibration de déplacement relative ou des mouvements axiaux de l'arbre au moyen de capteurs de déplacement sans contact.

Pour qu'une analyse vibratoire puisse avoir lieu, les positions dites de phase d'une vibration doivent d'abord être enregistrées. À cette fin, on utilise généralement des capteurs de référence qui détectent la position des pièces rotatives à surveiller (arbres ou autres) tout en mesurant la vitesse. Les valeurs de référence obtenues peuvent ensuite être utilisées pour contrôler les valeurs caractéristiques qui permettent d'évaluer les vibrations qui se produisent. Ces valeurs caractéristiques comprennent :

les amplitudes des vibrations
la largeur des vibrations
les composants de vibration harmonique

Un logiciel affiche le résultat d'une analyse vibratoire lors d'un essai de claquement de porte.

Une fois la mesure effectuée, le logiciel prend en charge l'analyse proprement dite. Les solutions logicielles spéciales permettent d'effectuer des analyses adaptées aux exigences respectives en générant des diagrammes de centre d'arbre, des diagrammes FFT ou en cascade. Les possibilités de causes d'erreur provoquant des vibrations étant extrêmement variées, il existe des capteurs spécialisés, des logiciels d'analyse et, bien sûr, des experts correspondants pour chaque application aptes à traiter les données acquises et à les interpréter d'une manière ciblée.

Les avantages de l'analyse vibratoire dans le cadre de la maintenance prédictive

Dans le cadre de la maintenance prédictive classique, les machines et les systèmes sont arrêtés ou mis hors service à intervalles réguliers afin de vérifier l'usure ou les défauts éventuels des composants. Au cours de ce processus, les composants encore fonctionnels sont régulièrement remplacés, ce qui entraîne des coûts inutiles et onéreux. D'autre part, la maintenance conventionnelle ne permet pas toujours de détecter ou de détecter à temps certains dommages.

Dans le cadre de l'industrie 4.0, la maintenance conventionnelle laisse de plus en plus la place à une variante prédictive connue sous le nom de surveillance conditionnelle. Dans le cadre de la surveillance conditionnelle, les machines ou les systèmes sont surveillés en permanence par des capteurs. Les systèmes numériques détectent les écarts par rapport à l'état cible idéal à un stade précoce puis les éliminent en temps utile, avant même que les défauts ne se produisent. L'analyse vibratoire est indispensable dans le contexte de la surveillance conditionnelle moderne. Le moindre écart dans les positions de phase d'une vibration pouvant indiquer un défaut, l'analyse vibratoire prévient de manière fiable les dommages graves et les arrêts de production coûteux.

L'analyse vibratoire présente-t-elle des inconvénients ?

L'utilisation de capteurs d'analyse vibratoire et du logiciel nécessaire entraîne des coûts d'acquisition initiaux non négligeables. L'expertise requise pour évaluer les données est également un inconvénient en période de pénurie de travailleurs qualifiés. Toutefois, les coûts sont rapidement relativisés lorsqu'ils sont directement comparés aux coûts encourus en cas de défaillance d'une machine ou d'un système.