ISO 20816-1 : Vibrations mécaniques – Mesurage et évaluation des vibrations des machines – Partie 1 : Lignes directrices générales

Résumé

L'ISO 20816-1 est la norme internationale actuelle et moderne qui fournit les lignes directrices générales pour la mesure et l'évaluation des vibrations des machines. Il s'agit d'une mise à jour importante, car elle remplace et combine les principes de deux normes fondamentales plus anciennes : ISO 10816-1 (qui couvrait les mesures sur les pièces non rotatives) et ISO 7919-1 (qui couvrait les mesures sur les arbres rotatifs). Cette nouvelle norme fournit un cadre unifié pour l'évaluation des vibrations d'une machine dans son ensemble, en prenant en compte les mesures du carter et de l'arbre pour une évaluation plus complète.

Table des matières (structure conceptuelle)

La norme intègre et met à jour les concepts de ses prédécesseurs dans une structure cohérente :

1. 1. Portée et types de mesures :

   Ce premier chapitre définit le champ d'application complet de la norme, la positionnant comme le guide principal pour l'évaluation des vibrations d'une large gamme de machines industrielles en conditions opérationnelles. Sa principale caractéristique réside dans l'unification formelle de deux philosophies de mesure distinctes. Il fournit des méthodologies détaillées pour mesurer les vibrations sur :

   • Pièces non rotatives : Il s'agit de mesures effectuées sur les composants fixes d'une machine, généralement les paliers. La norme réaffirme que la mesure privilégiée pour ce type de mesure est la bande passante. RMS (racine moyenne quadratique) vitesse, mesuré avec des capteurs sismiques comme accéléromètresCette mesure reflète l’énergie destructrice transmise à la structure de la machine.
   • Arbres rotatifs : Il s'agit de mesures du mouvement dynamique de l'arbre lui-même par rapport à un point fixe (généralement le logement du roulement). La norme précise que ces mesures doivent être effectuées sans contact. sondes de proximité, et la métrique préférée est crête à crête déplacementCette mesure quantifie directement la quantité de mouvement de l'arbre dans le jeu de son palier.
2. 2. Instrumentation :

   Ce chapitre spécifie les exigences techniques applicables à l'ensemble du système de mesure afin de garantir la précision et la cohérence, couvrant à la fois les mesures sismiques (tubage) et sans contact (puits). Il exige que l'instrumentation, incluant le transducteur, le câblage et l'analyseur, soit capable de mesurer avec précision les paramètres spécifiés (vitesse efficace ou déplacement crête à crête) sur la plage de fréquences requise pour le type de machine. La norme souligne l'importance d'un étalonnage régulier de l'ensemble de la chaîne de mesure par rapport à une norme connue et traçable. De plus, elle fournit des conseils essentiels pour une installation correcte des capteurs, en faisant référence à des normes spécifiques pour le montage des accéléromètres.ISO 5348) et des sondes de proximité (par exemple, API 670) pour minimiser les erreurs de mesure et garantir que les données sont fiables et répétables dans le temps.

3. 3. Critères d’évaluation :

   Cette section constitue le cœur de la méthodologie d'évaluation, reprenant l'approche à deux critères éprouvée des normes précédentes. Elle fournit un cadre détaillé pour évaluer l'état des machines, basé à la fois sur des valeurs absolues et sur des variations temporelles :

   • Critère 1 (Limites absolues) : Ce critère consiste à comparer l'amplitude absolue des vibrations mesurées (vitesse du tubage ou déplacement de l'arbre) à des limites prédéfinies. Ces limites sont généralement établies à partir de données statistiques provenant d'un large échantillon de machines similaires ou de directives spécifiques issues d'autres parties de la série ISO 20816. Il constitue une référence fondamentale pour l'état général des machines et est essentiel pour les essais de réception.
   • Critère 2 (Changement par rapport à la ligne de base) : Ce critère porte sur la variation de l'amplitude des vibrations par rapport à une condition de référence connue et stable. La norme souligne qu'une variation significative, même si la valeur absolue est toujours considérée comme acceptable selon le critère 1, constitue souvent l'indicateur le plus précoce et le plus fiable de l'apparition d'un défaut. Ce critère constitue le fondement de la maintenance prédictive basée sur les tendances.
4. 4. Zones d'évaluation :

   Afin de simplifier l'application du critère 1, la norme continue d'utiliser le cadre bien établi des quatre zones pour classer la gravité absolue des vibrations. Ces zones fournissent une méthode claire et codée par couleur pour communiquer l'état des machines. Il est important de noter que cette partie générale de la norme ne définit que le concept de zones ; les valeurs numériques spécifiques des limites des zones sont fournies dans les parties de la norme spécifiques aux machines (par exemple, ISO 20816-3). Les zones sont définies comme suit :

   • Zone A : Les vibrations des machines nouvellement mises en service ou rénovées se situent généralement dans cette zone.
   • Zone B : Les machines dont les vibrations se situent dans cette zone sont normalement considérées comme acceptables pour un fonctionnement à long terme sans restriction.
   • Zone C : Les machines dont les vibrations se situent dans cette zone sont généralement considérées comme insatisfaisantes pour un fonctionnement continu à long terme. Des mesures correctives doivent être prévues.
   • Zone D : Les valeurs de vibration dans cette zone sont normalement considérées comme suffisamment graves pour endommager la machine.
5. 5. Évaluation et acceptation combinées :

   Cette dernière section offre une synthèse essentielle des principes de la norme. Elle recommande formellement une approche d'évaluation combinée, notamment pour les machines critiques équipées de sondes sismiques et sans contact. Elle guide l'utilisateur dans l'évaluation des vibrations du carter (reflétant les forces transmises à la structure) et de l'arbre (reflétant le comportement dynamique du rotor) afin de formuler une évaluation plus complète et plus fiable de l'état général de la machine. Cette section distingue également clairement les critères utilisés pour tests d'acceptation (pour les machines neuves ou réparées), qui exige généralement que les niveaux de vibration se situent dans les zones A ou B plus strictes, et les critères de surveillance opérationnelle des machines en service, où les points de consigne d'alarme établis (alerte et déclenchement) basés à la fois sur des limites absolues et des changements significatifs par rapport à la ligne de base sont les principaux outils d'évaluation de l'état au quotidien.

Concepts clés

• Unification des normes : L'aspect le plus important de la norme ISO 20816-1 est qu'elle remplace et unifie les normes précédemment distinctes relatives aux vibrations des carters (ISO 10816-1) et des arbres (ISO 7919-1). Cela favorise une approche plus globale de l'analyse des machines.
• Philosophie de la double mesure : La norme recommande fortement d'utiliser autant que possible les mesures des vibrations du carter et de l'arbre, car elles fournissent des informations complémentaires. Des vibrations élevées du carter peuvent indiquer un problème structurel, tandis que des vibrations élevées de l'arbre peuvent indiquer un problème de dynamique du rotor.
• Modernisation: Elle met à jour les lignes directrices générales pour refléter les pratiques modernes d’instrumentation et d’analyse de données qui ont évolué depuis la publication des normes originales.
• Fondation pour des pièces spécifiques : Comme ses prédécesseurs, cette norme « Partie 1 » fournit le cadre général. Les limites numériques spécifiques des zones d'évaluation pour différents types de machines sont détaillées dans d'autres parties de la série ISO 20816 (par exemple, l'ISO 20816-3 pour les machines industrielles).

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