En quoi consiste la surveillance des vibrations ?

La vibration est un mouvement ou une oscillation par rapport à un point de référence. La fréquence de ce mouvement est mesurée en hertz (Hz). La vibration fait partie intégrante du fonctionnement de nombreuses machines, mais elle peut devenir problématique si elle dépasse des paramètres définis. La surveillance des vibrations aide les opérateurs à déterminer quand une machine nécessite une intervention avant une panne. La maintenance prédictive peut permettre d’éviter des réparations coûteuses, des dommages matériels et même des blessures.

^{Figure 1 : Capteur de vibration}

La liste suivante décrit plusieurs types de capteurs utilisés pour surveiller les vibrations :

• Accéléromètres : la vibration est généralement mesurée avec un accéléromètre, dont beaucoup exploitent l’effet piézoélectrique pour détecter la vibration. L’effet piézoélectrique est un phénomène par lequel certains types de cristaux génèrent une tension électrique en réponse à une force. La tension est proportionnelle à la force appliquée, permettant à l’accéléromètre de mesurer précisément la vibration.
• Sondes de proximité : une sonde de proximité mesure la distance jusqu’à une cible et est souvent utilisée pour mesurer le déplacement des composants rotatifs de machines. Les sondes de proximité sont particulièrement utiles lorsque des roulements à film fluide flexible ou des boîtiers lourds bloquent les vibrations nécessaires au bon fonctionnement des accéléromètres.
• Capteurs de vélocité : aussi appelés transducteurs de vélocité, ces appareils fonctionnent de manière similaire aux accéléromètres mais intègrent un circuit qui convertit l’accélération en vélocité. Les capteurs de vélocité sont souvent utilisés pour surveiller les vibrations basse fréquence, où d’autres appareils peuvent être sensibles au bruit ou à la distorsion.

^{Figure 2 : Processus} de surveillance des vibrations sans fil

Chaque composant d’une machine possède une signature vibratoire unique en fonctionnement normal. Des écarts par rapport à cette référence, tels qu’une augmentation d’amplitude, des décalages de fréquence ou des schémas irréguliers, peuvent indiquer des signes précoces de défaillance. Les systèmes de surveillance des vibrations combinent des capteurs, du matériel d’acquisition de données (DAQ) et des logiciels d’analyse pour détecter ces changements en temps réel, permettant une maintenance prédictive avant des pannes critiques. Il existe non seulement différents types de capteurs, mais aussi différentes configurations permettant la collecte et l’analyse des données vibratoires, comme illustré dans la liste suivante de quelques options courantes.

• Surveillance des vibrations sans fil : les capteurs placés sur l’équipement transmettent des informations à un appareil d’acquisition de données connecté à un ordinateur pour analyse. Les capteurs de vibrations sans fil peuvent être installés dans des zones difficiles d’accès ou dangereuses, sans les contraintes liées au passage de câbles dans la machine ou à l’envoi d’un technicien pour effectuer des mesures manuelles pendant le fonctionnement de l’équipement. Les capteurs peuvent également être déplacés sans retrait ni repositionnement des câbles. Cependant, cette approche présente des inconvénients potentiels, notamment en termes de sécurité des données sans fil et de portée limitée du signal.
• Surveillance des vibrations filaires : les capteurs de vibration sont reliés à un appareil d’acquisition de données et à un ordinateur par des câbles ou fils. Les données sont moins sujettes aux interférences ou interceptions que dans une configuration sans fil, et les capteurs filaires fournissent des lectures en temps réel. En revanche, l’installation peut être plus complexe et les câbles peuvent subir des dommages physiques. Le déplacement des capteurs requiert le retrait et la réinstallation des câbles.

Les méthodes de surveillance des vibrations sans fil et filaires sont des exemples de surveillance en ligne, où les données sont collectées en continu.

• Surveillance des vibrations hors ligne : un technicien utilise un capteur portable pour mesurer les niveaux de vibration de chaque composant. Bien que cette approche soit flexible, elle est périodique plutôt que continue et expose le personnel à des risques près des machines en fonctionnement.

L’analyse des vibrations consiste à examiner les données issues des capteurs à l’aide d’un logiciel spécialisé. Diverses méthodes d’analyse sont utilisées, comme la transformée de Fourier rapide (FFT), l’analyse d’ordre, l’analyse temps-fréquence, l’analyse d’enveloppe et l’analyse par ondelettes. Ces méthodes peuvent être combinées pour obtenir une analyse plus complète. Les signes potentiels de problèmes peuvent être signalés pour un examen humain. Les systèmes de surveillance des vibrations peuvent aussi être configurés pour prendre automatiquement des mesures, telles que l’arrêt d’une machine, si la situation le justifie. 

La surveillance des vibrations est utilisée dans de nombreuses industries, telles que l’automobile, l’aérospatiale et l’énergie. Les capteurs de surveillance des vibrations se rencontrent généralement dans les endroits suivants :

• Arbres rotatifs
• Moteurs
• Turbines à gaz
• Compresseurs alternatifs
• Pompes
• Roulements
• Ventilateurs
• Moteurs

La surveillance des vibrations est un élément important dans la conception et les tests de nouveaux composants. Par exemple, les ingénieurs doivent vérifier que les pièces de fusées ou de moteurs à réaction fonctionnent en toute sécurité lorsqu’elles sont soumises aux forces et conditions extrêmes qu’elles rencontreront dans la réalité.

La surveillance des vibrations présente les avantages potentiels suivants :

• Réduction des temps d'arrêt imprévus
• Diminution des coûts de maintenance prédictive
• Protection des personnes contre les dangers
• Prolongation de la durée de vie des machines
• Optimisation des calendriers de maintenance
• Amélioration de la fiabilité des machines
• Amélioration de l’efficacité

Le matériel pour son et vibrations NI s’interface avec les accéléromètres pour acquérir des signaux de vibration destinés à la surveillance de l’état des machines ainsi qu’à des applications de bruit, vibration et rudesse (NVH). Nos solutions vont au-delà de l’acquisition de données pour inclure des logiciels ; le NI LabVIEW Sound and Vibration Toolkit permet l’analyse des vibrations au sein d’un programme puissant et largement utilisé.

Les solutions NI pour la surveillance des vibrations offrent plusieurs avantages par rapport à d’autres approches :

• Notre longue expérience de mesures dans de nombreuses applications garantit que les mesures effectuées avec les équipements NI sont de meilleure qualité que celles obtenues avec du matériel spécifiquement conçu pour la surveillance d’état. Les produits NI sont plus précis, avec un chronométrage plus stable et des mesures plus fiables.
• Les plate-formes NI reposent sur un concept de modularité, rendant les systèmes plus efficaces à concevoir et plus faciles à maintenir tout au long de leur cycle de vie. Contrairement aux systèmes à personnalité fixe, vous pouvez facilement étendre les systèmes en ajoutant des modules pour bénéficier de nouvelles voies ou mesures.
• Les systèmes haute vitesse NI peuvent capturer l’intégralité des données, et pas seulement des rafales périodiques. Cela signifie que vous pouvez enregistrer des événements que d’autres systèmes manquent.