L’analyse vibratoire comme moyen de surveiller l’état des équipements tournants est largement utilisée dans l’industrie depuis de nombreuses années. L’apparition des analyseurs numériques portables à la fin des années 1980, suivie de l’augmentation rapide de leurs performances et de leur vitesse au début des années 1990, a changé à jamais la manière dont le monde abordait la maintenance. À la fin du XXe siècle, la maintenance prédictive basée sur les mesures vibratoires était devenue une pratique bien établie et une approche courante dans la plupart des grands sites de production.
L’analyse vibratoire offrait en effet une méthode fiable pour détecter un large éventail de défauts mécaniques et, dans une moindre mesure, électriques, et avait largement démontré sa valeur ajoutée. Un certain scepticisme subsistait toutefois et, dans certains cas, à juste titre. Une mauvaise lubrification des roulements restait souvent indétectée jusqu’à ce que la pompe à graisse ne puisse plus apporter d’amélioration significative. La surveillance de l’état des roulements dans les applications à faible vitesse s’avérait également particulièrement difficile.
C’est là qu’interviennent les ultrasons, une excellente alternative aux mesures vibratoires dans ces situations. En suivant l’évolution des valeurs mesurées en décibels (dB) et en « écoutant » les signaux après leur conversion en signaux audibles, les ultrasons haute fréquence offrent une méthode fiable et efficace pour surveiller la lubrification et peuvent également fournir des informations précieuses sur l’état d’un roulement fonctionnant à faible vitesse.
Pourquoi les ultrasons donnent-ils souvent de meilleurs résultats dans ces deux situations que l’analyse vibratoire ? L’explication est relativement simple.
Les capteurs à ultrasons mesurent des signaux dans une plage de fréquences comprise entre 20 kHz et 40 kHz. Les problèmes de lubrification dans un roulement génèrent une augmentation des frottements et produisent ainsi une quantité importante d’énergie dans cette bande de hautes fréquences. Dans les applications à faible vitesse, la surveillance des défauts des roulements repose principalement sur la détection des « ondes de contrainte », qui génèrent elles aussi principalement des signaux à très haute fréquence.
L’analyse vibratoire, quant à elle, repose principalement sur l’analyse des formes d’onde et des spectres. Le spectre FFT permet à l’analyste d’associer des fréquences spécifiques de défauts de roulements à la signature vibratoire, mais la plage de fréquences utilisée pour ces spectres FFT standards dépasse rarement 5 kHz, une plage dans laquelle les roulements endommagés fonctionnant à faible vitesse génèrent très peu d’énergie. De même, les problèmes de lubrification fournissent peu d’informations jusqu’à ce qu’il soit bien trop tard. Il est vrai que les spectres FFT utilisant des techniques d’enveloppe offrent une meilleure méthode pour analyser les signaux haute fréquence, mais la numérisation du signal d’enveloppe analogique, comme illustré dans la Figure 1, empêche toujours de détecter correctement les signaux à très haute fréquence. La Figure 1 montre l’incapacité du processus d’échantillonnage à détecter les enveloppes de courte durée générées par les éléments roulants qui produisent des ondes de contrainte lorsqu’ils passent sur un défaut dans un roulement fonctionnant à faible vitesse.
Figure 1. Numérisation « classique » du signal d’enveloppe analogique.
Les techniques d’échantillonnage à haute fréquence, initialement disponibles avec la technologie PeakVue d’Emerson et, plus récemment, intégrées aux systèmes de surveillance de plusieurs fabricants tels que I-DNA d’I-care, SPM HD ou SKF, ont considérablement amélioré les outils à la disposition des analystes. Des fréquences d’échantillonnage pouvant atteindre et dépasser 100 kHz étendent la plage de fréquences surveillée jusqu’à 40 kHz, permettant ainsi de détecter les hautes fréquences générées par les frottements résultant d’une lubrification inadéquate ou associées aux ondes de contrainte produites par les défauts des roulements fonctionnant à faible vitesse.
Cette technique est illustrée dans la Figure 2, qui montre la détection d’impacts de très courte durée grâce à un échantillonnage à haute fréquence, tout en conservant le même nombre d’échantillons dans la forme d’onde numérisée qu’avec les techniques conventionnelles (d’enveloppe).
Figure 2. Numérisation du signal analogique à l’aide d’un échantillonnage à haute fréquence
Ainsi, à la question de savoir si l’analyse vibratoire est aussi performante que les ultrasons pour détecter les problèmes de lubrification et surveiller les défauts des roulements fonctionnant à faible vitesse, la réponse est clairement oui, à condition que l’analyse vibratoire intègre l’une des techniques d’échantillonnage à haute fréquence.
Pour répondre à la deuxième question, à savoir si les ultrasons et l’analyse vibratoire peuvent encore être des techniques complémentaires, la réponse est également positive. Les ultrasons ne permettent pas de détecter des modes de défaillance des équipements tournants qui ne pourraient pas être détectés par des techniques d’analyse vibratoire à haute fréquence. D’un point de vue technologique, ils ne fourniront donc pas à l’analyste des équipements tournants des informations qu’il ne pourrait pas obtenir grâce à l’analyse vibratoire. Les ultrasons peuvent toutefois constituer une méthode rapide et efficace pour évaluer l’état des roulements et de leur lubrification, et ainsi apporter une réelle valeur ajoutée à un programme de surveillance conditionnelle.
Vous avez encore des questions ou souhaitez en savoir plus sur les techniques d’analyse vibratoire et d’ultrasons ? Contactez-nous dès aujourd’hui et échangez avec Kris Deckers ou l’un de nos nombreux experts en maintenance prédictive.
I-care, Changing the way the world performs.