Battements dans l'analyse des vibrations : causes et identification

Définition : Qu'est-ce qu'un battement vibratoire ?

Dans le contexte de l'analyse des vibrations, un battre ou battement Il s'agit d'un phénomène particulier caractérisé par une augmentation et une diminution périodiques de l'amplitude d'un signal vibratoire. Cette modulation se produit lorsque deux signaux vibratoires distincts de fréquences très proches, mais non identiques, sont présents simultanément et se combinent. L'onde temporelle qui en résulte ressemble à une onde sinusoïdale unique dont l'amplitude augmente et diminue lentement selon un rythme régulier.

La physique derrière le battement

Le battement résulte d'une interférence constructive et destructive. Lorsque les pics des deux ondes vibratoires s'alignent (en phase), leurs amplitudes s'additionnent, ce qui produit une amplitude globale plus élevée. Lorsque le pic d'une onde s'aligne avec le creux de l'autre (en déphasage), elles s'annulent, ce qui produit une amplitude globale plus faible. Ce cycle continu de renforcement et d'annulation crée le son et la vibration caractéristiques du « battement » ou du « gazouillis ».

La fréquence de cette modulation d'amplitude, connue sous le nom de fréquence de battement, est égal à la différence absolue entre les deux fréquences sources.

Fréquence de battement = |Fréquence 1 – Fréquence 2|

Par exemple, si deux machines génèrent des vibrations à 29,5 Hz et 30,5 Hz, la fréquence de battement résultante sera de |29,5 – 30,5| = 1,0 Hz. Cela signifie que l'amplitude globale des vibrations augmentera et diminuera une fois par seconde.

Causes courantes de battement dans les machines industrielles

La présence d'une fréquence de battement constitue un indice diagnostique précieux, car elle indique l'existence de deux fréquences motrices rapprochées. Les sources courantes en milieu industriel comprennent :

• Plusieurs machines sur une structure commune : L'exemple le plus classique est celui de deux pompes ou ventilateurs de conception identique fonctionnant sur la même plateforme ou le même système de tuyauterie. Si leurs vitesses de fonctionnement sont légèrement différentes (par exemple, 1 780 et 1 785 tr/min), ils produiront un battement basse fréquence.
• Moteurs électriques : Un battement peut se produire entre la fréquence de rotation du moteur et une fréquence électrique, telle que la fréquence de passage des pôles dans un moteur à induction.
• Pompes ou compresseurs multi-étages : Interaction entre différentes étapes fonctionnant à des vitesses effectives légèrement différentes.
• Boîtes de vitesses : Interaction entre deux engrenages ayant un nombre similaire de dents.
• Pulsations hydrauliques ou aérodynamiques : Interaction entre deux sources différentes de turbulence liée à l'écoulement.

Comment identifier les battements dans les données de vibration

Analyse des formes d'onde temporelles

La forme d'onde temporelle est le moyen le plus direct d'observer les battements. Le signal présente un motif clair et répétitif de modulation d'amplitude. Le temps entre deux pics (ou creux) d'amplitude consécutifs correspond à la période de la fréquence de battement.

Analyse du spectre de fréquence (FFT)

Dans le spectre de fréquences, un battement apparaîtra comme deux pics distincts situés très près l'un de l'autreUne FFT standard peut ne pas avoir une résolution suffisante pour les séparer, les faisant apparaître comme un pic unique et large. Pour diagnostiquer correctement un battement, l'analyste doit utiliser une FFT haute résolution (en augmentant le nombre de raies spectrales). Cela permettra de distinguer clairement les deux composantes fréquentielles individuelles à l'origine du battement.

Battre est-il un problème ?

Le battement en soi n'est pas un défaut, mais plutôt un symptôme d'interactions fréquentielles. Cependant, il peut être problématique :

• Bruit gênant : Le bruit ascendant et descendant peut être plus perceptible et irritant pour le personnel qu’un bruit constant.
• Préoccupations concernant l'amplitude maximale : L'amplitude maximale pendant la phase d'interférence constructive peut atteindre près du double de l'amplitude des signaux individuels. Ce niveau maximal peut dépasser les limites d'alarme ou provoquer des contraintes excessives sur les composants, même si la vibration moyenne est acceptable.
• Masquer d’autres problèmes : Le signal fluctuant peut parfois rendre difficile l’identification d’autres problèmes de vibration sous-jacents.

La résolution d’un battement problématique implique généralement d’identifier les deux fréquences sources et de tenter de modifier la vitesse de l’une des machines ou d’introduire un amortissement pour atténuer les pics d’amplitude.

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