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1. g n rateur ENEE aso saw 108 8 1500 ze8 zma AH 23 24 12 Diagnostic pratique excentricit statique La grande vibration du moteur a attir l atten tion m me lorsque celui ci fut d saccoupl La pointe tr s lev e de vibration 2x la fr quence d alimentation montre un d faut stationnaire stator Apr s d montage il ap para t que le stator est en rupture suite a un court circuit local du bobinage Le moteur a t remplac Diagnostic pratique excentricit statique Ventilateur d extraction en sid rurgie P 250 kW n 2999 tr min f 50 Hz S v rit de vibration Moteur palier RH 4 8 mm s Cause rupture du stator Moteur palier radial horizontal Cr 7s m Alim Asym trie du champ ame amo meo LL ES a0 t Ventilateur Moteur Zoom autour de 100 Hz mo 2f Alim Asym trie du champ 9200 9200 5180 SA0 9200 1000 1829 J40 1050 1568 1189 H 25 26 13 Diagnostic pratique jeu dans la poulie Un moteur d velopp de s v res vibrations et produisait des bruits inhabituels de plus en plus prononc s jour apr s jour A la diff ren ces des spectres que l on a l habitude de voir la fr quence de rotation tait difficilement visible Les harmoniques taient par contre tr s apparents Ces sympt mes restent in chang s lorsque la courroie est enlev e du moteur Le probl me a t r solu en refixant correctement la poulie desserr e2. di PRUFTECHNIK Comprendre la vibration de moteur par l analyse FFT AAN Ja di Contents Page 12 INtTOdU tION RSS As E 2 2 Spectre de vibration d un ventilateur entra n par courroie 4 3 Le suivi de tendance pour la maintenance conditionnelle 2 6 4 Strat gie de maintenance conditionnelle Niveau 1 Niveau 2 8 5 Niveaux vibratoire suivant ISO DIS sssssinsiiesinsierinrsierreenreen 10 6 Composants moteurs les plus vuln rables ssissiissiieieeien 12 7 D s quilibre et d salignement s nssnssnnsnisseieinrerstrerestnrersrrnnenee 14 8 D fauts stationnaires asym trie du champs ss ssississiiesreeee 16 9 D faut tournant seepe a ORERETAN 18 10 Diagnostic pratique d faut d quilibrage ss sessissisisissineieeerne 20 11 Diagnostic pratique d faut d alignement s ssiessiesiessinreieee 22 12 Diagnostic pratique excentricit statique eseeieeeieeeeeeee 24 13 Diagnostic pratique jeu dans la poulie 14 Param tres d valuation de roulement 15 Normalisation de mesure d onde de choc 30 16 Diagnostic de l endommagement d un roulement 32 17 Diagnostic pratique dommage de bague interne 34 1 Introduction Ces derni res ann es la surveillance et le diagnostic vibratoire sont de plus en plus utilis s pour d terminer l tat de machines M me les machines de taille moyennes et petites sont aujourd hui in
3. et 3 1 mm s sur le r ducteur Diagnostic pratique d faut d quilibrage R ducteur de convoyeur bande P 600 kW n 996 tr min f 16 6 Hz S v rit des vibrations Moteur A RH en mm s 3 1 A RV 7 8 A AX 5 3 B RH 4 4 B RV 6 8 Cause Balourd sur le frein R ducteur radial vertical cot frein s f 16 6 Hz balourd R ducteur 62 Moteur Frein R ducteur R ducteur axial cot frein 12 mvs f 16 6 Hz balourd 21 22 11 Diagnostic pratique d faut d alignement Le spectre de vibration montre nettement une amplitude deux fois la fr quence de rota tion ce qui indique clairement un d faut d alignement l accouplement Apr s aligne ment des axes de rotation le pic a disparu La fr quence une fois la fr quence de rotation est un balourd qu il faudra encore corriger Diagnostic pratique d faut d alignement Turbine hydraulique g n rateur r ducteur P 55kW n 1000 tr min f 16 67 Hz S v rit de vibration G n rateur R ducteur RH 9 5 1 5 mm s RV 4 1 AX 4 4 Alignement vertical Avant Apr s Ouverture 170 mm 0 42mm 0 02 mm Concentricit 0 44mm 0 05 mm Cause d faut d alignement G n rateur mesure palier avant lignage d faut d alignement g n rateur aw amo mao zno mo mew G n rateur R ducteur Apr s lignage g n rateur 2f bon alignement
4. interval les r guliers et elles sont compar es des niveaux d alerte et d alarme Lorsque les ni veaux d alerte et d alarme sont d pass s une intervention est planifi e ou au besoin une analyse vibratoire plus approfondie est r ali s e pour d terminer la cause du probl me Examinons ensemble les techniques de mesu re et d analyse de vibration particuli res aux moteurs lectriques Le suivi de tendance pour la maintenance conditionnelle Amplitude vibratoire 16 Mise en place n Al tiie E Suivi des tendances ON LINE et OFF LINE Niveau 1 2 f E Mesure d un spectre de r f rence 0 Pr Alarme Etat de fonctionnement de la machine correct z E Mesure automatique des spectres ii A eA D d s le d passement d alarme E Analyse spectrale manuelle D approfondie 4 39 Temps 21 00 P Spectre OFF LINE Spectre Spectre Analyse spectrale approfondie OFF LINE 4 Strat gie de maintenance conditionnelle Niveau 1 Niveau 2 Pour r aliser une bonne maintenance condi tionnelle il faut mesurer intervalles r guliers les niveaux globaux de vibration suivant cer taines sp cifications L augmentation du ni veau vibratoire est un signe de d t rioration de la machine Ce type de mesure globale est consid r comme de niveau 1 comme indiqu ci contre I permet la surveillance d un parc machines lev sans investissement important en mat riel et en personnel Les mes
5. 816 3 E Axial d salignement angulaire f 15 16 8 D fauts stationnaires asym trie du champs L asym trie du champs de moteurs lectri ques peut tre caus par un d faut de l arma ture du stator ou du rotor Les d fauts les plus r pandus sont e Excentricit statique entrefer non constant sans d faut d angle concentrique unique ment e D s quilibre de phase e D faut d isolement e Spires en court circuit point chaud L asym trie du champs est mis en vidence par une amplitude deux fois la fr quence d alimentation sans bandes lat rales D fauts stationnaires asym trie du champs mm s f 2f n Alim Deux fois la fr quence d alimentation est visible Fr quence d alimentation f 50 ou 60 Hz Alim Exception Variateur de fr quence d alimentation f en Hz 99 0 2f 2f Asymetrie du champs du stator E Excentricit statique l entrefer est contant tout au long d une g n ratrice du la d formation du support ou mauvais centrage des paliers E D faut d isolement E D s quilibre de phase E Spires en court circuit mm s 101 0 f en Hz n Alim Pas de bandes lat rales visible 2f im Machines bi polaires Pr sence de la deuxi me harmonique de la vitesse de f vitesse de rotation 17 18 9 D faut tournant L asym trie du champs rotorique est caus par Barres rotoriques cass es fissur es desser r es ou T les ou spires de rotor en
6. aux perturbateurs d engrenages couvrent le signal du roulement La m thode demande certaines donn es sur le roulement le diam tre moyen du roulement le nombre et le diam tre des l ments roulants l angle de charge et la vitesse de rotation Diagnostic de l endommagement d un roulement Sans dommages Signal temps m s temps Spectre de courbe d enveloppe m s f en Hz Dommages Signal temps m s2 Courbe d enveloppe temps Spectre de courbe d enveloppe m s f 2f etc f en Hz Fr quence de dommage f 1 T 33 34 17 Diagnostic pratique dommage de bague interne Cet exemple montre un dommage avanc de la bague interne du roulement La grande volution du niveau d onde de choc et sp cialement la valeur Max qui passe de 18 48 dBsv signifie un s rieux dommage du roulement L analyse du spectre d enveloppe montre un d fauts la fr quence caract ristique de la bague interne Ceci a t confirm lors du remplacement la surface endommag e sur la bague interne couvrait environ 15 x 15 mm Diagnostic pratique dommage de bague interne Ventilateur d extraction sur une ligne de peinture P 110kW Moteur 1307 tr min 21 78 Hz Ventilateur 908 tr min 35 75 Hz Roulement 22218 rouleaux Ondes de chocs dB dB Palier roulement A 48 29 dB Palier roulement B 18 7 dB Cause D faut sur bague interne de roulement Mesure palier A asa ss x
7. clues dans la strat gie de maintenance conditionnelle Une des raisons de ceci est la baise sensible du co t des quipements actuels de mesure des vibra tions Par ailleurs l int r t des lectriciens pour l analyse vibratoire a galement connu un d veloppement substantiel ces derni res an n es parce que les utilisateurs de machines tournantes souhaitent d une part une signa ture d analyse vibratoire de leurs machines et d autre part un suivi p riodique de leurs machines Cette derni re a cr une nouvelle activit pour les soci t s de service en assu rant la maintenance conditionelle aupr s des entreprises qui ne souhaitent pas la r aliser eux m mes D autre part le diagnostic vibra toire est un instrument fantastique pour la localisation des d fauts et les causes de dom mages des machines Elle peut galement tre utilis e comme d fense objective pour d montrer p ex l utilisation abusive lors de dommages de machines pendant la dur e de garantie EDITION Mars 1998 Nr de Cde VIB 9 619F Le contenu a t publi l origine comme pr sentation par M Luft PRUFTECHNIK AG Copyright 1998 PRUFTECHNIK AG Tous droits r serv s 2 Spectre de vibration d un ventilateur entra n par courroie Examinons un exemple pratique simple pour illustrer les possibilit s de l analyse vibratoire des mesures importantes furent mesur es sur un ventilateur a entra nement par courroie Le niveau vibratoi
8. court circuit ou D faut r sistif sur les liaisons barres an neaux Anneaux de court circuit fissur s ou cass s Ces d fauts peuvent tre d tect s sur le spectre vibratoire par la mise en vidence de R partition asym trique des bandes lat ra les espac es de deux fois la fr quence d alimentation par rapport la fr quence d encoches Fr quence principale d alimentation avec bandes lat rales espac es de la fr quence de glissement D faut tournant E Barres rotoriques cass es ou fissur es E T les de rotor en court circuit M D fauts r sistifs sur liaison Anneaux Barres mm s mm s fo fig fs fenHz 99 0 2f aain 101 0 fenHz Fr quence d encoches f ou de barres visible avec bandes lat rales 2f d intervalles Bandes lat rales visibles autour de 2f en intervales f Fr quence de glissement fai 2f p fn et p nombre de p les statiques four X Npar 2 f tant la vitesse de rotation et Npa le nombre de barres ou encoches Fr quence d alimentation f 50 ou 60 Hz 19 20 10 Diagnostic pratique d faut d quilibrage Le spectre de vibration nous montre l image type d un balourd La s v rit des vibrations mesur es sur plusieurs points de la machine comme indiqu ci contre indique la source d excitation est proche de l accouplement Un simple quilibrage du disque de freinage r duira la s v rit de vibration 3 5 mm s sur le moteur
9. f Fr quence caract ristique 628 de la bague interne D faut bague interne D R 2m i Pras LPEE OR PO TEN asm awo iwa ama maa 48 62 END 7 Courbe d enveloppe Mesure palier B Bague interne intact ame imo zae mo n mma EME mk Courbe d enveloppe 35 La technologie de maintenance efficace PRUFTECHNIK S A R L Parc d Activit s Lavoisier Espace F Linquette F 59494 Petite For t db Prc FTECHNIK T l copie 27 25 55 69
10. ilibrage sur site ou apr s d montage et entretien en atelier La r f rence 3 indique un balourd r siduel acceptable pour un rotor rigide Le mauvais alignement d arbre de machines accoupl es directement se traduit par une vibration lev e deux fois la fr quence de rotation mais parfois la fr quence de rota tion Si l cart de concentricit domine une mesure lev e de vibration sera constat e en direction radiale perpendiculaire l arbre Si par contre l cart de parall lisme domine une mesure lev e de vibration sera constat e dans la direction axiale de la machine De nombreux fabricants et soci t s de service ont choisi un outil moderne d alignement au laser tel que l OPTALIGN ou le ROTALIGN pour corriger les carts d alignement Les tol ran ces recommand es d alignement sont reprises dans la note 4 3 ISO 3945 Vibration m canique de grandes machines avec vitesse de rotation de 10 200 tr sec Mesures et valuation des vibrations sur site 12 1985 2OPTALIGN PLUS Mode d emploi et manuel d alignement PRUFTECHNIK AG Ismaning Allemagne 03 1997 Balourd de rotor Mauvais alignement d arbre mm s Balourd Alignement d arbre mm s gt gt f f en Hz fa 2f f en Hz n Amplitude 1 x f trop lev e Deux 2x la fr quence de rotation 2f E Fr quence de rotation f tr min 60 E Radial d salignement concentrique 2f E Standard d valuation ISO 2372 ISO DIS 10
11. iquer l onde de choc de base du roulement d pendant de la charge et de la lubrification Une caract ristique typique de tous les para m tres pour d terminer l tat de roulement est leur d pendance la vitesse des l ments roulants Il est de ce fait n cessaire de norma liser les mesures cette vitesse ou de r aliser des mesures comparatives Param tres d valuation de roulement Caract ristiques valeurs globales l valuation efficace demande toujours Valeur initiale Tol rance Vitesse de croissance dans le temps 29 30 15 Normalisation de la mesure d onde de choc L illustration ci contre montre la proc dure de normalisation des instruments de PRUFTECH NIK pour la mesure d onde de choc afin de compenser l influence de la vitesse des l ments roulants La valeur initiale dBia est d termin e en prenant une mesure comparative en bonne condition Ceci sert de r f rence pour la mesure de la valeur Max dBm et pour la valeur tapis dBc Cette proc dure permet la mesure de diff rents roulements en utilisant la m me chelle et de ce fait les tol rances ne doivent pas tres d termin es individuellement pour chaque location de mesure Normalisation de la mesure d onde de choc dB En 70 Alarme Fi Alerte dB dB A Mesure non normalis e Valeur d onde de choc max dB et la valeur tapis dB comme niveau absolu en dB E Les niveaux limites sont mis i
12. ndividuellement pour chaque localisation dB n 40 Mesure normalis e Valeur d onde de choc max dB et la valeur tapis dB comme niveau relatif en dB r f renc la valeur Alarme Normalisation M La valeur dB comprend les facteurs d influence de vitesse amortissement de signal charge sur roult E Apr s avoir d termin la valeur dB les m mes niveaux limites sont utilis s pour chaque localisation 31 32 16 Diagnostic de l endommagement d un roulement Tout comme le diagnostic vibratoire par me sure spectrale un diagnostic avanc de roule ment peut tre r alis par l analyse du signal d enveloppe L illustration ci contre explique la proc dure d analyse d enveloppe qui commence par le filtrage des chelles de fr quence appropri es que contient le signal mit par le roulement pendant le fonctionnement Ce signal est ensuite examin au niveau des impulsions qui sont mises lorsque les l ments roulants du roulement passent sur un endroit endomma g La d modulation est utilis e pour calculer la courbe qui enveloppe le signal du roule ment Si l intervalle en temps entre les pointes p riodiques dans la courbe d enveloppe at teint une fr quence critique caract ristique de dommage de roulement le roulement peut tre consid r comme tant endommag Cette proc dure permet un diagnostic pr cis d tat de roulement m me lorsque des si gn
13. nement d arbres usures des engrenages turbulences d fauts lectriques tat des l ments de roulement Signaux et outils utilis s Spectres Enveloppe Signal temps Diagramme de Bode Cepstre Cin matique des machines 10 5 Niveaux vibratoire suivant ISO DIS Actuellement les standards internationaux sont en pleine mutation La valeur effective RMS de vitesse de vibration entre 10Hz et 1000 Hz est n anmoins toujours utilis es et accept e pour d terminer la condition de moteurs lectriques Le niveau vibratoire me sur est compar des niveaux de s v rit fixes La condition de la machine est divis e en quatre cat gories bon satisfaisant acceptable et inacceptable Le diagramme ci contre montre la norme actuellement valide ISO 2372 qui reprend 4 types de machines Ce standard sera bient t remplac e par la nou velle norme ISO 108162 actuellement en phase d approbation Pour les gros moteurs paliers lisses au dessus de 1000kW la simple mesure de vibration est insuffisante La mesure r alis e sur le corps de machine est tellement amortie quelle ne repr sente plus l tat de balourd du rotor Dans ce cas des mesures particuli res sur les paliers sont prises par des capteurs sp ciaux23 1150 2372 Vibration m canique de machines vitesse de fonc tionnement comprise entre 10 et 200 tr sec Base pour les standards d valuation 11 1974 avec amen deme
14. nt 07 1983 2DIN ISO 10816 3 Evaluation de vibration m canique de machines par mesure sur des parties non rotatives Part 1 directions g n rales 3ISO 3945 Vibrations m caniques de grandes machines pour des vitesses de 10 200 tr min Mesures et valuations de vibrations sur site 12 1985 Niveau vibratoire suivant ISO DIS Dur e de fonc tionnement E sans restriction 15 KW 300 kW 300 KW 50 MW ISO DIS 10816 3 ISO 2372 SINY UOREIQIA aP 909A 11 12 6 Composants moteur les plus vuln rables Cette illustration pr sente les composants de moteur qui sont vuln rables aux dommages Certains types de dommages engendrent des spectres de vibration sp cifiques que nous allons d crire en d tail Composants moteurs les plus vuln rables D faut roulement u pa D faut tournant rotor D faut d accouplement CT D faut stationnaire stator 14 7 Balourd de moteur Mauvais alignement des arbres Une masse de rotor mal quilibr e s appelle un balourd Lorsqu une masse mal quilibr e est mise en rotation il en r sulte une force centrifuge qui accentue la charge sur les roulements et une vibration du rotor la fr quence exacte de rotation Ceci est la caract ristique sp cifique d une machine mal quilibr e on constate une pointe lev e en amplitude la fr quence de rotation La correction de ce probl me se fait par un qu
15. re tait important c t poulie moteur et c t poulie du ventilateur l analyse spectrale montra clairement un balourd la fr quence de rotation de l arbre ventilateur soit 13 67 Hz Apr s quilibrage de la poulie c t ventilateur la vibration diminua 2 3 mm s c t ventilateur et 3 2 mm s c t mo teur Ceci est un cas typique pour la maintenance conditionnelle Les instruments de niveau 1 peuvent tr s bien diagnostiquer l apparition d un d faut sur une machine dans ce cas une vibration excessive l analyse vibratoire ensui te permet de conna tre la ou les raisons de cette vibration excessive dans ce cas un balourd la fr quence de rotation de l arbre ventilateur 13 67 Hz Spectre de vibration d un ventilateur entra n par courroie Ventilateur d extraction P 37 kW 1 Mesure globale de la s v rit des vibrations en vertical sur les paliers 11 3 mm s Moteur 1475 tr min 24 58 Hz Ventilateur 820 tr min 13 67 Hz 2 Spectre FFT sur les paliers 18 88 ms ase 128 8 Mesure sur palier ventilateur cot poulie en radial vertical 28H 24 n s Fen 13 67 Hz eaw 188 8 IAD Mesure sur palier moteur cot poulie en radial vertical 3 Le suivi de tendance pour la maintenance conditionnelle Une approche conomique mais efficace de la maintenance conditionnelle peut tre faite par le suivi de tendance Les mesures de tendance sont faites et enregistr es
16. sur l arbre du moteur Diagnostic pratique jeu dans la poulie Ensemble moteur soufflante P 200 kW Moteur 1486 tr min 24 77 Hz S v rit de vibration Moteur cot poulie cot opp poulie Moteur cot poulie avant r paration 1888 RRREE Entrainement courroie poulies Ventilateur Apr s r paration Ron revs 27 28 14 Param tres d valuation de roulement Le d but d endommagement des roulements ne peut tre d tect par les m thodes traditionnelles de mesure de vibration basse fr quence La raison de ceci s explique par le fait que lorsqu une bille ou un rouleau passe sur chemin de roulement endommag il y a une onde de choc qui ne peut se mesurer que dans une chelle hautes fr quences C est pour cette raison que des m thodes de mesu re hautes fr quences pour la mesure globale d tat de roulements furent utilis s Il n y a pas de standard international pour ce type de mesure de ce fait une multitude de principes ont vu le jour La liste ci contre montre les m thodes les plus connues En Allemagne par exemple la m thode d onde de choc fut implant e il y a d j 25 ans comme technique de mesure pour d terminer l tat de roulement La diff rence de cette m thode par rapport aux autres c est quelle utilise deux param tres pour l valua tion l onde de choc Max pour d terminer la gravit de l endommagement et la valeur Tapis pour ind
17. ures de niveau 1 ne sont pas toujours suffisantes pour une localisation des d fauts Dans ce cas l analyse spectrale permet de d terminer les fr quences caract ristiques ni veau 2 et de diagnostiquer dans la plupart des cas l origine des probl mes Le diagnostic de niveau 2 n cessite une mesure avec un analyseur de vibration FFT et d un personnel qualifi ayant une exp rience dans l interpr tation des spectres de vibration mais aussi une exp rience des machines m canique lectri ques Strat gie Niveau 1 Niveau 2 Niveau 1 Unit s mesur es Surveillance des Niveau 2 Analyse des vibrations et diagnostics tendances par rapports aux seuils Parc machines surveill tr s importants Mesures rapides sur un temps tr s long MTBF Personel sans qualification particuli re 0 temps Surveillance des machines S v rit de vibration Etat des roulements Condition de fonctionnement des roulements Unit s Vat Vitesse de vibration suivant ISO 2372 VDI 2056 Sa D placement suivant ISO 7919 VDI 2059 ams app AcCc leration m dB Onde de chocs d gag es par les paliers roulements T Temperature n Vitesse de rotation dB Cavitation cav en mm s apr s d passements des seuils Machines cibl es et mesures ponctuelles Mesures uniques et fonctions de la machine Intervention d un sp cialiste 0 500 1000 1500 D celer les d fauts m caniques Balourds d fauts d alig
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