Demystifying Vibration Monitoring Part 4: Diagnosing Imbalance, Misalignment, Looseness, and Bearing Wear
8 avril 2025
Accès rapide
Partie 1 : Pourquoi la surveillance des vibrations est importante et comment elle fonctionne
Partie 2 : Principes de l´analyse des vibrations sur les machines rotatives
Partie 3 : Identifier et interpréter les niveaux globaux de vibration et les défauts caractéristiques
Partie 4 : Diagnostic du déséquilibre, du mauvais alignement, du desserrage et de l´usure des roulements
Les quatre défauts machine les plus courants
Chaque composant de machine produit un signal vibratoire unique. Les signaux affichés dans le spectre forment souvent des profils caractéristiques. Si la reconnaissance des profils est un élément clé de l´analyse des vibrations, leur identification et leur interprétation nécessitent toutefois une formation et une expérience significatives.
Inutile d´analyser des centaines de défauts peu fréquents : dans 90 % des situations, les machines rotatives présentent quatre défauts principaux : désalignement, déséquilibre, desserrage et usure des roulements.
Tableau récapitulatif des quatre défauts les plus courants
Vous trouverez ci-dessous un aperçu simplifié des profils utilisés pour reconnaître les quatre défauts machine les plus courants.
Déséquilibre
Le déséquilibre est dû à une masse excessive localisée sur l´arbre. Celle-ci engendre des forces radiales dans toutes les directions, provoquant une augmentation des vibrations et une usure prématurée des roulements, des joints, etc. Voir la figure 2 ci-dessous.
Désalignement
Le désalignement se produit lorsque les axes de rotation de deux arbres ne sont pas colinéaires quand la machine fonctionne dans des conditions normales d´exploitation. Cela entraîne des forces qui provoquent des vibrations excessives et augmente l´usure des roulements, des joints, etc. Voir la figure 3 ci-dessous pour plus de détails.
Desserrage
Le desserrage correspond à une situation dans laquelle l´arbre, la fondation ou un composant présente un serrage insuffisant, ce qui génère des forces entraînant des vibrations excessives et une usure accrue des roulements, des joints, etc., comme illustré à la figure 4.
Défaillance des roulements
Les roulements s´usent en raison de charges excessives, d´autres défaillances de la machine, d´une mauvaise lubrification ou d´une mauvaise installation, etc Si ce défaut n´est pas corrigé, les roulements finiront par tomber en panne. La figure 5 montre à quoi cela ressemble :
Pourquoi les fréquences de roulement sont non synchrones (crêtes non entières)
La géométrie des billes, de la cage et des courses se manifeste à des régimes différents, qui ne sont pas des multiples de la vitesse de l´arbre. Cela signifie que les crêtes non synchrones proviennent généralement de roulements à billes. De nombreux programmes de vibration nécessitent quatre fréquences de roulement pour diagnostiquer les défauts de roulements : roulement intérieur, roulement extérieur, cage et rotation de la bille (voir figure 6). L´une des exceptions est le modèle Fluke 810, qui utilise la reconnaissance automatique des profils.
La figure 7 (ci-dessous) est un exemple de défaut de roulement.
Notez que la crête vibratoire de l´arbre est à 1X. Si la machine comporte quatre aubes de roue de pompe, une crête de plus faible amplitude apparaîtra à 4X.
Mais quelle est la grande crête à 3,56X ? Une machine ne peut pas avoir 3,56 pales de ventilateur ni 3,56 aubes de pompe. Cela provient probablement d´un roulement à rouleaux.
Comprendre la gravité de quatre défauts courants
La gravité des quatre défauts courants peut être suivie au fil du temps grâce à l´historique de centaines de milliers de machines analysées par de nombreux experts en vibrations depuis plus de 30 ans.
Ce savoir-faire et cette expérience ont été intégrés à des algorithmes à base de règles et à une base de données de référence, éprouvés sur les machines rotatives courantes : moteurs, pompes, ventilateurs, compresseurs, soufflantes et broches mono-arbre.
La progression des défauts machine a été analysée pour chaque classe de machine et chaque défaut, et des profils sont apparus pour permettre au programme de diagnostic à l´intérieur d´un testeur de vibrations de diagnostiquer avec précision la gravité de chaque défaut. Voici comment un expert chevronné analyserait les données manuellement. Cependant, gardez à l´esprit qu´un testeur tel que le Fluke 810 automatise ce processus pour vous.
Progression du déséquilibre : observez la gravité à mesure qu´elle empire
Une zone de masse excessive sur l´arbre génère des forces dans toutes les directions radiales, ce qui entraîne des vibrations excessives et augmente l´usure des roulements, des joints, etc. Les indications de déséquilibre sont relativement simples : un niveau de vibration 1X (régime de l´arbre) plus élevé que la normale dans les directions radiale et tangentielle.
La composante 1X étant plus visible dans la plage basse de fréquences, la recherche d´un désalignement consiste à comparer les crêtes 1X dans cette plage. Si les crêtes 1X augmentent au fil du temps dans les directions radiale et/ou tangentielle, mais pas axiale, le défaut est un déséquilibre.
La gravité est déterminée par l´amplitude de la crête 1X par rapport à la valeur de référence.
Observez la progression de la gravité du défaut à chaque étape du déséquilibre et notez l´action corrective suggérée dans la Figure 8 ci-dessous.
Progression du désalignement : observez la gravité à mesure qu´il empire
Les axes de rotation de deux arbres ne sont pas colinéaires quand la machine fonctionne dans des conditions normales d´exploitation. Cela entraîne des vibrations excessives et augmente l´usure des roulements, des joints, etc.
Les signes d´un désalignement sont assez clairs. Ils incluent des vibrations supérieures à la normale 1X (arbre) dans la direction axiale et 2X dans la direction radiale/tangentielle.
L´augmentation des crêtes sera observée à la fois sur les emplacements du moteur et de la pompe, car le désalignement se situe entre les deux arbres.
Les crêtes 1X et 2X étant plus visibles dans la plage basse de fréquences, la recherche d´un désalignement consiste à comparer les crêtes 1X et 2X dans cette plage. Si les crêtes augmentent au fil du temps, le défaut est un désalignement.
La gravité est déterminée par l´amplitude par rapport à la ligne de base.
Observez la progression de la gravité du défaut à chaque étape du désalignement et notez l´action corrective suggérée à la figure 9.
Progression du desserrage : observez la gravité à mesure qu´il empire
l´arbre, la fondation ou un composant présente un serrage insuffisant, ce qui génère des forces entraînant des vibrations excessives et une usure accrue des roulements, des joints, etc.
Les signes d´un desserrage sont assez clairs. Ils incluent des harmoniques 1X supérieures à la normale dans n´importe quelle direction. Ces harmoniques étant plus visibles dans la plage basse de fréquences, la recherche d´un desserrage consiste à comparer les harmoniques 1X dans cette plage.
Si les harmoniques 1X augmentent au fil du temps dans une ou plusieurs directions, le défaut est un desserrage. La gravité est déterminée par l´amplitude des harmoniques 1X par rapport à la valeur de référence.
Observez la progression de la gravité du défaut à chaque étape de desserrage et notez l´action corrective suggérée dans la Figure 10 ci-dessous.
Progression de l´usure des roulements : observez la gravité à mesure qu´elle empire
Les signes des roulements peuvent apparaître et disparaître. Ils peuvent apparaître à un moment donné, puis disparaître lors de la mesure suivante. Nous savons tous que les roulements ne s´autoréparent pas.
Gardez cela à l´esprit lors du diagnostic des défauts de roulements. Recherchez des crêtes non entières dans n´importe quelle direction. Observez la progression de la gravité du défaut de roulements à chaque étape de l´usure des roulements et notez l´action corrective suggérée (voir la figure 11). Remarque : les données du moteur sont normales.
L´usure des roulements est généralement causée par d´autres facteurs agissant sur les roulements. Si vos roulements s´usent prématurément, vous feriez bien d´examiner d´autres défauts de bas-niveau dans votre machine, notamment un déséquilibre, un désalignement ou un desserrage. Par exemple, un désalignement modéré peut, ou non, s´aggraver avec le temps, mais ses effets contribuent néanmoins à accroître les contraintes exercées sur les roulements et les joints au fil du temps.
Assurez-vous que le testeur que vous utilisez affiche l´ensemble des défauts détectés sur la machine, afin de pouvoir identifier les causes potentielles de défaillance à l´origine du problème. Même si le désalignement n´est pas extrême, il doit toujours être diagnostiqué et corrigé rapidement pour éviter d´endommager les roulements et les joints.
Conclusion : des signaux de vibration à une maintenance plus intelligente
Dans cette série, nous avons vu comment fonctionnent les vibrations, ce qu´elles révèlent et comment elles sont directement liées aux défauts les plus courants des équipements rotatifs. Cela dit, le véritable point à retenir est le suivant :
La surveillance des vibrations fournit aux équipes de maintenance le bon signal au bon moment.
Elle intervient suffisamment tôt pour permettre la planification et l´action, tout en restant assez ciblée pour éviter le bruit et les faux positifs. Elle s´adapte aussi bien aux outils de dépistage simples qu´aux systèmes de diagnostic avancés, et accompagne les techniciens à leur niveau, qu´ils identifient des anomalies ou confirment des causes premières.
A mesure que les équipes sont chargées d´entretenir un volume d´équipements toujours plus important avec des ressources limitées, la vibration devient plus qu´une simple mesure. C´est une véritable stratégie.
Avec les bons outils et une compréhension claire des vibrations, vous pouvez passer de réparations réactives à une planification basée sur les conditions, et faire fonctionner vos actifs plus longtemps, avec moins de surprises.
A propos de l´auteur : John Bernet est un spécialiste produit et des applications mécaniques chez Fluke Corporation. Fort de plus de 30 ans d´expérience dans l´exploitation et la maintenance de centrales nucléaires et de machines d´usines commerciales, John a collaboré avec des clients de toutes les industries pour mettre en place des programmes de fiabilité. Il est analyste de vibrations certifié de catégorie II et professionnel certifié en fiabilité de la maintenance (CMRP), avec plus de 20 ans d´expérience en diagnostic des défauts de machines.