Machines tournantes
L’analyse vibratoire mesure la manière dont un moteur ou une génératrice en marche vibre à ses roulements selon trois axes, latéral, vertical et dans le sens de l’arbre, afin de déceler balourd, désalignement, jeu et usure des roulements. C’est un essai facultatif en marche, utilisé à la réception et en entretien sur les moteurs, les génératrices et les groupes électrogènes, dont les lectures sont jugées selon des tableaux publiés et des tendances.
L’analyse vibratoire des machines électriques tournantes consiste à mesurer le mouvement mécanique de la machine pendant qu’elle fonctionne en charge. Un transducteur est placé sur chaque palier, ou près de celui-ci, et enregistre la vitesse, l’amplitude ou l’intensité du mouvement du boîtier. Les lectures sont normalement prises dans trois directions à chaque emplacement de roulement : horizontale, verticale et axiale, parce que des défauts différents poussent la structure dans des directions différentes. La mesure s’applique aux moteurs et aux génératrices à induction, aux machines synchrones, aux machines à courant continu et aux groupes électrogènes de secours et d’urgence. Dans les normes de réception et d’entretien, l’essai est présenté comme une mesure facultative en marche, à réaliser lorsque la spécification, la taille de la machine ou son importance le justifient. Le niveau global fournit un indicateur rapide de l’état, tandis que le contenu fréquentiel, lorsque le signal est analysé sous forme de spectre, indique à l’analyste quelle partie de la machine est en cause. L’essai est non intrusif et n’exige aucun démontage, mais il offre l’un des meilleurs aperçus de l’état mécanique de la machine.
Les problèmes mécaniques des équipements tournants sont une cause fréquente d’arrêts imprévus, et la vibration est habituellement le premier symptôme mesurable. Le balourd d’un rotor déplacé ou encrassé, le désalignement entre la machine et sa charge, un arbre faussé, des boulons de fixation desserrés, une fondation fissurée ou un pied bancal, des roulements usés ou endommagés, des pièces qui frottent et la résonance avec la structure de soutien font tous augmenter la vibration de façons caractéristiques. Sans correction, ils réduisent la durée de vie des roulements et des joints, fatiguent l’arbre, desserrent les connexions et peuvent endommager l’enroulement ou la charge. Sur une génératrice entraînée par un moteur thermique, la combustion et le montage s’ajoutent au tableau. Mesurer à la réception démontre que l’installation, l’alignement et l’équilibrage ont été bien faits et fournit une référence propre à cette machine sur sa fondation réelle. Répéter la mesure en entretien révèle des tendances lentes qu’aucune inspection visuelle ou auditive ne saisirait, de sorte qu’un roulement peut être remplacé lors d’un arrêt planifié plutôt qu’après son grippage.
Toute machine tournante possède un comportement idéal où la masse en rotation est équilibrée, où les arbres de la machine et de sa charge partagent une même ligne d’axe et où les roulements ne supportent que les charges prévues. Tout écart par rapport à cet idéal produit une force qui se répète à chaque tour d’arbre ou à une fréquence apparentée, et la structure de la machine y répond en se déplaçant. Le balourd apparaît surtout à la vitesse de rotation dans les directions radiales, le désalignement tend à ajouter la deuxième harmonique et un mouvement axial, le jeu crée des multiples de la vitesse de rotation, et les défauts de roulements à éléments roulants produisent un ensemble de fréquences plus élevées qui dépendent de la géométrie du roulement. Les effets électriques, comme l’attraction magnétique déséquilibrée ou les problèmes de barres rotoriques, ajoutent des composantes à des fréquences liées au réseau. L’amplitude du mouvement est décrite par le déplacement, la vitesse ou l’accélération, choisis selon la plage de fréquences d’intérêt; la vitesse est le choix le plus courant pour l’état global de la machine. Comme la structure et son montage influencent ce que voit le transducteur, un même défaut peut sembler différent sur une fondation rigide et sur une fondation souple, ce qui explique pourquoi les références et les tendances comptent autant que les valeurs absolues.
La machine est mise en marche à sa vitesse normale de fonctionnement et, si la spécification l’exige, en charge, puis on la laisse atteindre une température stable avant de prendre les lectures. Un accéléromètre ou un capteur de vitesse étalonné, ou un analyseur portatif muni d’une sonde, est fixé à chaque palier à des emplacements définis, au moyen d’un goujon, d’un aimant ou d’une sonde manuelle, selon les indications du fabricant et de l’instrument pour obtenir un positionnement répétable. À chaque roulement, des lectures sont prises dans ces trois directions, et les mêmes points de mesure sont réutilisés à chaque visite afin de pouvoir comparer les résultats. Pour un relevé de base, on consigne le niveau global de vibration; pour un diagnostic plus complet, on saisit un spectre et, parfois, une forme d’onde temporelle ou une mesure de phase. Les conditions qui influencent la lecture sont notées, comme la vitesse, la charge, la température, l’état de l’accouplement et le fonctionnement ou non de machines voisines, car elles peuvent transmettre des vibrations par la structure. Les techniciens suivent les règles du site pour travailler près d’équipements tournants : les vêtements amples, les accouplements exposés et les protecteurs ouverts sont des dangers, et aucun câble de capteur ne doit s’approcher des pièces en rotation.
Le relevé identifie la machine, sa vitesse nominale, la condition de fonctionnement et de charge pendant la mesure, ainsi que la date et l’instrument utilisé. Il documente les points et les directions de mesure, les lectures globales obtenues à chacun et les spectres ou formes d’onde lorsqu’ils ont été saisis, avec les unités et la grandeur retenue. Les notes portent sur la température, l’état de l’accouplement et toute source de vibration voisine, de même que sur l’état du montage et de la fondation tel que trouvé. Les bruits anormaux, les résonances ou les variations selon la vitesse ou la charge sont consignés afin que les résultats soient lus en contexte.
L’ANSI/NETA ATS-2025 et l’ANSI/NETA MTS-2023 renvoient à des guides de vibration publiés, dont un tableau publié de niveaux permis dans le document de réception pour les machines tournantes. La lecture à chaque roulement et dans chaque direction est comparée à ce tableau, et à la limite propre du fabricant lorsque celle-ci est plus sévère. Au-delà du niveau absolu, la forme du spectre, l’écart par rapport au relevé précédent et la différence entre machines sœurs contribuent au jugement, car une lecture modeste qui grimpe régulièrement peut être plus préoccupante qu’une lecture plus élevée mais stable. La résonance ou les effets structuraux peuvent gonfler les lectures et appeler un examen plus attentif de la fondation. Les limites numériques applicables se trouvent dans les normes citées et dans les données de la machine, et cette page ne les reproduit volontairement pas; consultez l’édition en vigueur pour les valeurs qui s’appliquent à votre machine.
À la réception, la vibration est une preuve de la qualité de l’installation : l’alignement, l’équilibrage, le scellement et le montage sont tous mis à l’épreuve à la fois, et les résultats deviennent la référence. En entretien, les relevés périodiques sur un circuit, avec le même instrument et les mêmes positions, suivent la tendance de l’état de la machine et déclenchent des correctifs avant la défaillance. Les machines à induction et synchrones se mesurent de façon très semblable, bien que les machines synchrones puissent aussi montrer des effets liés à l’excitation. Les machines à courant continu ajoutent des effets associés au collecteur et aux balais. Les groupes électrogènes ont un spectre riche et complexe en raison du moteur à pistons; la référence et les directives du fabricant y pèsent donc davantage. Les machines entraînées par des variateurs de fréquence sont vérifiées sur toute leur plage de vitesses, et les machines critiques ou grosses peuvent recourir à des moniteurs installés en permanence avec des seuils d’alarme. L’essai est facultatif dans les normes, mais il vaut presque toujours la peine sur les machines grosses ou importantes.
Les catégories d’équipement et les articles de norme qui exigent cet essai, et les formulaires de UltraDb qui le comportent.
Des défauts différents font bouger la machine différemment. Le balourd se manifeste surtout dans les directions radiales, tandis que le désalignement ajoute souvent de la vibration axiale. Mesurer le mouvement horizontal, vertical et axial à chaque roulement donne un tableau plus complet et aide à cerner la cause.
Elle décèle le balourd, le désalignement d’arbre, les arbres faussés, les jeux et les pieds bancals, l’usure et l’endommagement des roulements, les frottements et la résonance avec la structure. Sur les groupes électrogènes, elle reflète aussi l’état du moteur et du montage. Plusieurs problèmes électriques laissent également une trace dans la vibration.
Lorsque la spécification exige un fonctionnement en charge, oui, car la charge modifie les forces et parfois les lectures. Les lectures ne doivent être comparées qu’à d’autres prises à une vitesse et à une charge semblables; la condition de fonctionnement est donc toujours consignée.
Il est présenté comme mesure facultative en marche dans l’ANSI/NETA ATS-2025 et l’ANSI/NETA MTS-2023; on le réalise donc lorsque la spécification ou l’importance de la machine le demande. Il est très courant sur les équipements gros ou critiques.
L’intervalle dépend de l’importance de la machine et du programme du propriétaire, allant de vérifications mensuelles sur les machines critiques à des cycles plus longs sur les moins importantes. La constance de la méthode et des positions compte plus que l’intervalle exact.
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