Améliorez la santé des actifs :analyse des vibrations pour une détection précoce des problèmes et des économies de maintenance

L’analyse des vibrations est le processus de mesure et d’analyse des modèles de vibrations de vos actifs. C'est l'un des moyens les plus efficaces de maintenir votre équipement opérationnel plus longtemps tout en réduisant vos dépenses globales de maintenance.

Les changements dans les modèles de vibration peuvent indiquer qu'un actif est déséquilibré, mal aligné ou présente un défaut de roulement. Les capteurs de vibrations modernes sont suffisamment sensibles pour détecter les changements subtils des vibrations afin que les techniciens puissent détecter les problèmes plus tôt et les réparer avant qu'ils ne provoquent des pannes.

Nous allons découvrir comment fonctionne l'analyse des vibrations et nous aborderons certaines des approches les plus courantes.

Qu'est-ce que les vibrations ?

La vibration est le mouvement de va-et-vient, ou oscillation, d'un objet autour de sa position d'équilibre. Une corde de guitare vibre lorsque vous la pincez; un moteur vibre également lorsqu'il tourne.

Il est normal que les équipements motorisés vibrent pendant le fonctionnement, dans une certaine mesure. Cependant, des vibrations excessives peuvent indiquer un problème de brassage au sein de votre équipement. Les arbres pliés, les pièces mal alignées et les actifs déséquilibrés peuvent tous provoquer des vibrations anormales. Les ingénieurs en fiabilité diagnostiquent ces problèmes en analysant les modèles de vibrations.

Quelles sont les caractéristiques des vibrations ?

La vibration a trois caractéristiques importantes :

• Amplitude
• Fréquence
• Orientation

Chaque caractéristique fournit des informations importantes sur la santé des actifs.

L'amplitude (également appelée déplacement) fait référence à l'ampleur des vibrations. Plus l'amplitude est grande, plus les oscillations sont importantes. Sur une forme d'onde, l'amplitude est généralement mesurée crête à crête.

L'amplitude est un bon moyen de mesurer la gravité; une amplitude plus élevée peut indiquer un problème plus grave.

La fréquence fait référence au nombre de cycles qu'un objet vibrant effectue par seconde. La fréquence est mesurée en hertz.

La direction fait référence au mouvement de l'objet vibrant. La direction peut être axiale ou radiale, par exemple.

Comment les vibrations sont-elles mesurées ?

Les analystes des vibrations utilisent généralement des analyseurs de vibrations portables et des capteurs de vibrations sans fil ainsi qu'un logiciel de surveillance des conditions pour mesurer les niveaux et les fréquences des vibrations. Les programmes d'analyse vibratoire les plus avancés utilisent également l'intelligence artificielle.

Le type d'accéléromètre le plus courant est le capteur piézoélectrique, qui convertit les vibrations physiques en signaux électriques. Ces signaux sont enregistrés sous forme de données de vibration. Le logiciel organise et analyse ensuite les données, soit sous forme de forme d'onde, soit sous forme de transformée de Fourier rapide, ou FFT.

Selon l'usine, les techniciens peuvent souhaiter installer des capteurs de vibrations sans fil qui mesurent les données de vibration en temps réel. Certaines opérations préfèrent effectuer des mesures de vibrations basées sur les itinéraires à l'aide d'un analyseur de vibrations portable, comme le VibXpert II de Pruftechnik.

Après avoir collecté les données de vibration, l'étape suivante est l'analyse.

Comment fonctionne l'analyse des vibrations ?

L'analyse des vibrations prend les données vibratoires et leur donne un sens afin que les équipes de maintenance puissent agir et effectuer les réparations nécessaires. Il existe différentes manières d'analyser les données de vibration :l'analyse du spectre et l'analyse de la forme d'onde.

Qu'est-ce que l'analyse spectrale des vibrations ?

L'analyse spectrale prend les données de vibration et les « décompose », permettant aux techniciens d'étudier chaque composant séparément. Au lieu d'examiner les niveaux de vibration globaux, l'analyse spectrale présente les signaux de vibration dans le domaine fréquentiel.

L'analyse spectrale est un excellent moyen de localiser avec précision l'emplacement d'un défaut machine. Les composants d’une machine vibrent à différentes fréquences lorsqu’ils tombent en panne. Les roulements, par exemple, ont tendance à vibrer à des fréquences plus élevées lorsqu'ils sont défectueux.

L'analyse modale utilise un logiciel pour créer un affichage visuel des réponses en fréquence d'un actif. Certaines équipes utilisent des animations pour créer une carte visuelle de tous les différents modes de vibration.

Qu'est-ce que l'analyse des vibrations des formes d'onde ?

L'analyse de la forme d'onde affiche les signaux de vibration dans le domaine temporel. Une simple onde sinusoïdale, par exemple, cartographie les niveaux de vibration au fil du temps. C'est un excellent moyen d'obtenir une image globale des événements vibratoires et de détecter toute anomalie alarmante.

L'analyse de la forme d'onde peut vous indiquer la gravité des vibrations. Il peut également déterminer exactement le moment où la vibration la plus extrême se produit. Les « pics » d’une forme d’onde indiquent des événements de choc. L'étude d'une forme d'onde peut vous indiquer à quel moment du cycle de fonctionnement ces événements de choc se produisent.

Les techniciens examinent également le RMS (Root Mean Square) pour déterminer l'intensité des vibrations. RMS mesure l’énergie globale provoquée par les vibrations de votre actif. Il s'agit d'une mesure utile pour évaluer la gravité du problème.

Méthodes d'analyse des vibrations des machines

L'analyse vibratoire est l'une des techniques les plus efficaces pour détecter les défauts des machines tournantes. Bien réalisée, l'analyse des vibrations peut aider les équipes à identifier rapidement les défauts des machines afin que les équipes de maintenance puissent effectuer les réparations immédiatement.

Depuis longtemps, les usines utilisent l’analyse vibratoire dans le cadre d’une stratégie de maintenance préventive. Aujourd'hui, de plus en plus d'exploitations utilisent l'analyse des vibrations comme élément clé d'une approche de maintenance prédictive et de surveillance de l'état.

Que peut découvrir l'analyse des vibrations ?

L'analyse vibratoire est comme un système d'alerte précoce pour votre usine. Les capteurs de vibrations d’aujourd’hui sont finement réglés ; ils détectent les minuscules changements de vibration qui indiquent un défaut de la machine.

Les quatre défauts de machine les plus courants dans les machines tournantes sont

• Déséquilibre
• Désalignement
• Défauts de roulement
• Lâchement

Si rien n’est fait, ces problèmes peuvent se transformer en véritables maux de tête, provoquant des arrêts ou des baisses de productivité. C'est là qu'intervient l'analyse vibratoire.

L'analyse vibratoire identifie les premiers signes de déséquilibre, de désalignement, de défauts de roulements ou de jeu. Cela signifie que les équipes de maintenance peuvent planifier des réparations quand cela leur convient. Cela signifie également que les problèmes ne deviennent pas incontrôlables.

Exemples d'analyse des vibrations

Presque toutes les opérations peuvent bénéficier de l’analyse vibratoire. L'automobile, l'industrie manufacturière, ainsi que le pétrole et le gaz utilisent tous l'analyse des vibrations pour maintenir leurs opérations opérationnelles.

Qu'est-ce que l'analyse des vibrations en maintenance ?

Les équipes de maintenance utilisent l'analyse des vibrations pour identifier les premiers signes de déséquilibre, de jeu, de défauts de roulements ou de désalignement.

Aujourd’hui, la plupart des opérations fonctionnent selon un calendrier de production serré, sans aucune marge en cas de temps d’arrêt ou de baisse de production. L’usine type dispose également d’actifs bien plus critiques que par le passé. Dans le même temps, la plupart des équipes sont confrontées à des pénuries de main-d'œuvre.

Tout cela signifie qu’il est plus important que jamais d’assurer le bon fonctionnement des actifs. L'analyse des vibrations aide les équipes à rester informées des défauts nouveaux et en développement des machines. C'est également un bon moyen de gagner une certaine marge dans votre programme de maintenance, en identifiant les défauts suffisamment tôt pour pouvoir les résoudre au moment le plus opportun.

Souvent, les techniciens de maintenance collectent des données au cours de leurs déplacements à l'aide d'analyseurs de vibrations portables. Ensuite, ces mesures de vibrations seront analysées par des ingénieurs de fiabilité internes ou par des services externes de surveillance des conditions, comme ceux proposés par Fluke Reliability.

Exemples courants d'analyse des vibrations

Chaque actif en rotation possède une « signature » vibratoire standard. Lorsque cette signature change, c'est le signe que quelque chose ne va pas.

Les actifs motorisés tels que les pompes et les compresseurs d’air sont d’excellents candidats pour l’analyse des vibrations. L'installation d'un capteur de vibrations sur vos pompes et compresseurs vous aidera à détecter les premiers signes de problème afin de pouvoir les étouffer dans l'œuf.

Les outils d’analyse des vibrations sont suffisamment sensibles pour détecter les signes subtils de problèmes. La plupart d'entre eux sont intuitifs à utiliser, même pour les personnes qui n'ont pas de formation technique.

Qu'est-ce qu'un capteur de vibrations ?

Les capteurs mesurent et enregistrent l’accélération, la vitesse et la fréquence des vibrations. Vos techniciens peuvent installer des capteurs de vibrations sur presque tous les actifs ou composants que vous souhaitez surveiller. 

Les capteurs sans fil peuvent collecter des données de vibration en continu et les transmettre en temps réel, afin que vous ne manquiez rien. Vous pouvez également programmer la plupart des capteurs pour vous alerter lorsque les niveaux de vibration dépassent un certain seuil.

Qu'est-ce qu'un analyseur de vibrations ?

Les analyseurs de vibrations sont généralement des instruments composés :ils sont en partie un capteur et en partie un ordinateur. Les analyseurs de vibrations sont équipés d'accéléromètres piézoélectriques pour mesurer les niveaux de vibrations. Ils analysent également ces données et les affichent. Certains analyseurs de vibrations peuvent diagnostiquer les défauts de la machine et guider les utilisateurs dans les réparations.  

Qu'est-ce que la surveillance des vibrations ?

La surveillance des vibrations utilise des capteurs et des analyses de données pour garder un œil constant sur vos actifs les plus critiques. La plupart des usines ne disposent pas du personnel nécessaire pour surveiller manuellement tous leurs équipements. L'utilisation d'un réseau de capteurs et d'analyseurs de vibrations garantit que vous resterez au courant des problèmes et tirerez le meilleur parti de vos ressources limitées.

Analyse des vibrations de surveillance de l'état

La surveillance de l'état suit l'état de santé général de votre équipement à l'aide de capteurs et d'analyses de données. Son objectif est de détecter les nouveaux défauts des machines alors qu’ils sont encore petits et gérables. Bien appliquée, la surveillance de l'état peut vous alerter des signes d'un problème des semaines, voire des mois, avant qu'ils ne se transforment en problème.

L’analyse des vibrations est un élément clé de toute stratégie de surveillance conditionnelle. En identifiant de minuscules changements dans les niveaux de vibration, l'analyse des vibrations aide les équipes à anticiper les problèmes.

La surveillance conditionnelle dépend de capteurs, de logiciels et d'outils IIoT pour capturer et analyser les données. La plupart des équipes auront besoin d'une formation pour mettre en œuvre un programme de surveillance des conditions, mais les outils restent intuitifs à utiliser. 

Il s’agit d’une approche solide pour les équipes aux compétences limitées ou pour les usines fonctionnant avec un budget réduit. Et bien sûr, c’est un excellent moyen pour quiconque d’obtenir plus de résultats en termes de disponibilité et de fiabilité accrue.