Guide complet de la norme ISO 20816-3 : Analyse technique exhaustive

Introduction

Cette norme établit des lignes directrices pour l'évaluation de l'état vibratoire des équipements industriels à partir de mesures de :

1. Vibrations sur les roulements, les supports de roulements et les logements de roulements à l'endroit où l'équipement est installé ;
2. Vibrations radiales des arbres ensembles de machines.

Fort de son expérience opérationnelle avec les équipements industriels, deux critères pour l'évaluation de l'état vibratoire ont été établis :

• Critère I : valeur absolue du paramètre de vibration à large bande surveillé
• Critère II : Variation de cette valeur (par rapport à une valeur de référence)

Évolution des normes de vibration : la convergence des normes ISO 10816 et ISO 7919

L'histoire de la normalisation des vibrations illustre une évolution progressive, passant de directives fragmentées et spécifiques à chaque composant à une évaluation holistique des machines. Historiquement, l'évaluation des machines était divisée en deux catégories :

• Série ISO 10816 : Axé sur la mesure des pièces non rotatives (paliers, supports) à l'aide d'accéléromètres ou de capteurs de vitesse
• Série ISO 7919 : Mesure des vibrations des arbres rotatifs par rapport aux paliers, principalement à l'aide de sondes à courants de Foucault sans contact

Cette séparation menait souvent à ambiguïté diagnostique. Une machine peut présenter des vibrations de carter acceptables (zone A selon la norme ISO 10816) tout en souffrant simultanément d'un faux-rond ou d'une instabilité dangereuse de l'arbre (zone C/D selon la norme ISO 7919), en particulier dans des scénarios impliquant des carters lourds ou des paliers à film fluide où la transmission d'énergie vibratoire est atténuée.

Section 1 — Champ d'application

Cette norme établit les exigences générales pour l'évaluation de l'état vibratoire de équipements industriels (ci-après " machines ") avec une puissance nominale supérieure à 15 kW et des vitesses de rotation de 120 à 30 000 tr/min, d'après des mesures de vibrations sur pièces non rotatives et sur arbres rotatifs dans les conditions normales de fonctionnement de la machine à son emplacement d'installation.

L'évaluation est réalisée sur la base du paramètre de vibration surveillé et sur changements Ce paramètre est utilisé en régime permanent. Les valeurs numériques des critères d'évaluation de l'état reflètent l'expérience acquise avec ce type de machines ; toutefois, elles peuvent s'avérer inapplicables dans certains cas particuliers, en fonction des conditions de fonctionnement et de la conception de la machine.

Cette norme s'applique à :

1. Turbines à vapeur et générateurs avec une puissance allant jusqu'à 40 MW (voir notes 1 et 2)
2. Turbines à vapeur et générateurs avec une puissance de sortie dépassant 40 MW et des vitesses de rotation autre que 1500, 1800, 3000 et 3600 tr/min (voir note 1)
3. compresseurs rotatifs (centrifuge, axial)
4. turbines à gaz industrielles avec une puissance allant jusqu'à 3 MW (voir note 2)
5. moteurs turboréacteurs
6. Moteurs électriques de tous types avec accouplement à arbre flexible. (Lorsque le rotor du moteur est relié rigidement à une machine couverte par une autre norme de la série ISO 20816, les vibrations du moteur peuvent être évaluées soit selon cette norme, soit selon la présente norme.)
7. laminoirs et bancs de laminage
8. Convoyeurs
9. Accouplements à vitesse variable
10. Ventilateurs et souffleurs (voir note 3)

Cette norme ne s'applique PAS à :

11. Turbines à vapeur, turbines à gaz et générateurs d'une puissance supérieure à 40 MW et d'une vitesse de rotation de 1 500, 1 800, 3 000 et 3 600 tr/min → utiliser ISO 20816-2
12. Turbines à gaz d'une puissance supérieure à 3 MW → utilisation ISO 20816-4
13. Groupes machines dans les centrales hydroélectriques et les stations de pompage-turbinage → utilisation ISO 20816-5
14. Machines alternatives et machines reliées rigidement à des machines alternatives → utilisation ISO 10816-6
15. Pompes rotodynamiques avec moteurs d'entraînement intégrés ou solidaires, avec turbine montée sur l'arbre moteur ou solidairement fixée à celui-ci → utilisation ISO 10816-7
16. Installations de compresseurs alternatifs → utilisation ISO 20816-8
17. Compresseurs volumétriques (par exemple, compresseurs à vis)
18. Pompes submersibles
19. Éoliennes → utilisation ISO 10816-21

Détails du champ d'application

Les exigences de cette norme s'appliquent aux mesures de vibrations à large bande Les exigences s'appliquent aux arbres, paliers, carters et supports de paliers en régime permanent, dans la plage des vitesses de rotation nominales. Elles concernent les mesures effectuées aussi bien sur le lieu d'installation que lors des essais de réception. Les critères de vibration établis sont applicables aux systèmes de surveillance continue et périodique.

Cette norme s'applique aux machines qui peuvent inclure trains d'engrenages et roulements à billes; cependant, il est non intentionnel pour évaluer l’état vibratoire de ces composants spécifiques (voir ISO 20816-9 pour les réducteurs).

Section 2 — Références normatives

La présente norme utilise des références normatives aux normes suivantes. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition (y compris tous les amendements) s'applique :

Ces normes constituent le fondement de la terminologie, des méthodes de mesure et de la philosophie d'évaluation générale appliquées dans la norme ISO 20816-3.

Section 3 — Termes et définitions

Aux fins de la présente norme, les termes et définitions donnés dans ISO 2041 appliquer.

Termes clés (de la norme ISO 2041)

• Vibration: Variation dans le temps de la magnitude d'une quantité qui décrit le mouvement ou la position d'un système mécanique
• RMS (Root Mean Square) : Racine carrée de la moyenne des carrés des valeurs d'une quantité sur un intervalle de temps spécifié
• Vibration à large bande : Vibration contenant de l'énergie répartie sur une gamme de fréquences spécifiée
• Fréquence naturelle : Fréquence de vibration libre d'un système
• Fonctionnement en régime permanent : Conditions de fonctionnement dans lesquelles les paramètres pertinents (vitesse, charge, température) restent essentiellement constants
• Valeur crête à crête : Différence algébrique entre les valeurs extrêmes (maximum et minimum)
• Transducteur: Dispositif qui fournit une quantité de sortie ayant une relation déterminée avec la quantité d'entrée

Section 5 — Classification des machines

5.1 Généralités

Conformément aux critères établis par cette norme, l'état vibratoire de la machine est évalué en fonction de :

1. Type de machine
2. Puissance nominale ou hauteur de l'arbre (voir aussi ISO 496)
3. Degré de rigidité des fondations

5.2 Classification par type de machine, puissance nominale ou hauteur d'arbre

Les différences de types de machines et de conception des roulements nécessitent la division de toutes les machines en deux groupes en fonction de la puissance nominale ou de la hauteur de l'arbre.

Les arbres des machines des deux groupes peuvent être positionnés horizontalement, verticalement ou en pente, et les supports peuvent avoir différents degrés de rigidité.

Groupe 1 — Grosses machines

• Puissance nominale > 300 kW
• OU machines électriques avec hauteur d'arbre H > 315 mm
• Généralement équipé de paliers lisses (à manchon)
• Vitesses de fonctionnement de 120 à 30 000 tr/min

Groupe 2 — Machines moyennes

• Puissance nominale 15 – 300 kW
• OU machines électriques avec hauteur d'arbre 160 mm < H ≤ 315 mm
• Généralement équipé de roulements à billes
• Vitesses de fonctionnement généralement > 600 tr/min

5.3 Classification selon la rigidité de la fondation

Les fondations de machines sont classées selon leur degré de rigidité dans la direction de mesure spécifiée en :

1. Fondations rigides
2. fondations flexibles

Le fondement de cette classification repose sur la relation entre la rigidité de la machine et celle de la fondation. Si la fréquence naturelle la plus basse du système " machine-fondation " dans la direction de mesure des vibrations dépasse la fréquence d'excitation principale (dans la plupart des cas, il s'agit de la fréquence de rotation du rotor) de au moins 25%, alors une telle fondation dans cette direction est considérée rigide. Toutes les autres fondations sont prises en considération flexible.

Exemples typiques

Machines sur fondations rigides Il s'agit généralement de moteurs électriques de grande et moyenne taille, généralement à faible vitesse de rotation.

Machines sur fondations flexibles Ils comprennent généralement des turbogénérateurs ou des compresseurs d'une puissance supérieure à 10 MW, ainsi que des machines à arbre vertical.

Si les caractéristiques du système " machine-fondation " ne peuvent être déterminées par le calcul, cela peut être fait expérimentalement (essais d'impact, analyse modale opérationnelle ou analyse des vibrations au démarrage).

Annexe A (Normative) — Limites des zones de vibration pour les pièces non rotatives dans des modes de fonctionnement spécifiés

L'expérience montre que pour évaluer l'état vibratoire de différents types de machines à différentes vitesses de rotation, des mesures de La vitesse seule suffit. Par conséquent, le principal paramètre surveillé est la valeur RMS de la vitesse.

Cependant, l'utilisation du critère de vitesse constante sans tenir compte de la fréquence de vibration peut conduire à valeurs de déplacement inacceptables. Cela se produit notamment pour les machines à basse vitesse dont la fréquence de rotation du rotor est inférieure à 600 tr/min, lorsque la composante de vitesse de fonctionnement domine le signal de vibration à large bande (voir annexe D).

De même, le critère de vitesse constante peut conduire à des valeurs d'accélération excessives pour les machines à grande vitesse dont la fréquence de rotation du rotor dépasse 10 000 tr/min, ou lorsque l'énergie des vibrations produites par la machine est principalement concentrée dans la gamme des hautes fréquences. Par conséquent, les critères de vibration peuvent être formulés en unités de déplacement, de vitesse et d'accélération, en fonction de la plage de fréquences de rotation du rotor et du type de machine.

Les tableaux A.1 et A.2 présentent les valeurs limites des zones pour différents groupes de machines couverts par cette norme. Actuellement, ces limites sont formulées uniquement en unités de vitesse et déplacement.

Les limites de la zone de vibration pour les vibrations dans la gamme de fréquences de 10 à 1000 Hz sont exprimées par les valeurs efficaces de la vitesse et du déplacement. Pour les machines dont la fréquence de rotation du rotor est inférieure à 600 tr/min, la plage de mesure des vibrations à large bande est : 2 à 1000 Hz. Dans la plupart des cas, l'évaluation de l'état vibratoire est suffisante sur la base du seul critère de vitesse ; cependant, si le spectre vibratoire est susceptible de contenir des composantes basse fréquence importantes, l'évaluation est effectuée sur la base de mesures de la vitesse et du déplacement.

Les machines de tous les groupes considérés peuvent être installées sur des supports rigides ou flexibles (voir section 5), pour lesquels différentes limites de zone sont établies dans les tableaux A.1 et A.2.

Tableau A.1 — Machines du groupe 1 (Grandes : > 300 kW ou H > 315 mm)

Tableau A.2 — Machines du groupe 2 (Moyen : 15–300 kW ou H = 160–315 mm)

Annexe B (normative) — Limites des zones de vibration pour les arbres rotatifs dans des modes de fonctionnement spécifiés

B.1 Généralités

Les limites des zones de vibration sont établies sur la base de l'expérience opérationnelle de divers secteurs industriels, ce qui montre que Les vibrations relatives acceptables de l'arbre diminuent avec l'augmentation de la fréquence de rotation.. De plus, lors de l'évaluation des vibrations, il convient de tenir compte de la possibilité de contact entre l'arbre rotatif et les pièces fixes de la machine. Pour les machines à paliers lisses, jeu minimal acceptable dans le palier doit également être pris en compte (voir annexe C).

B.2 Vibrations à la fréquence de rotation nominale en régime permanent

B.2.1 Généralités

Le critère I est lié à :

1. Limitation des déplacements de l'arbre à partir de la condition de charges dynamiques acceptables sur les paliers
2. Valeurs acceptables du jeu radial dans le roulement
3. Vibrations acceptables transmis aux supports et fondations

Le déplacement maximal de l'arbre dans chaque palier est comparé aux limites de quatre zones (voir figure B.1 dans la norme), déterminées sur la base de l'expérience opérationnelle avec les machines.

B.2.2 Limites de zone

L'expérience acquise en mesurant les vibrations des arbres pour une large gamme de machines permet d'établir les limites des zones de vibration exprimées par déplacement crête à crête S(pp) en micromètres, inversement proportionnelle à la racine carrée de la fréquence de rotation du rotor n en tr/min.

Pour les vibrations relatives de l'arbre mesurées à l'aide de sondes de proximité, les limites des zones sont exprimées comme suit : déplacement crête à crête S(pp) en micromètres, qui varie en fonction de la vitesse de course :

Où n est la vitesse de fonctionnement maximale en r/min, et S(pp) est dans μm.

Exemple de calcul

Pour une machine fonctionnant à 3000 tr/min :

• √3000 ≈ 54,77
• A/B = 4800 / 54,77 ≈ 87,6 μm
• B/C = 9000 / 54,77 ≈ 164,3 μm
• C/D = 13200 / 54,77 ≈ 241,0 μm

Important : Les limites des zones ne doivent pas servir de critères d'acceptation ; celles-ci doivent faire l'objet d'un accord entre le fournisseur et le client. Toutefois, en s'appuyant sur des valeurs limites numériques, il est possible d'éviter l'utilisation d'une machine manifestement en mauvais état et de ne pas imposer d'exigences excessivement contraignantes quant à ses vibrations.

Dans certains cas, les caractéristiques de conception de certaines machines peuvent nécessiter l'application de limites de zone différentes — supérieures ou inférieures (par exemple, pour les paliers à patins inclinables auto-aligneurs), et pour les machines avec des paliers elliptiques, des limites de zone différentes peuvent être appliquées pour différentes directions de mesure (vers le jeu maximal et minimal).

Les vibrations admissibles peuvent être liées au diamètre des paliers, car, en règle générale, les paliers de plus grand diamètre présentent également des jeux plus importants. Par conséquent, différentes valeurs limites de zone peuvent être définies pour différents paliers d'un même train d'arbres. Dans ce cas, le fabricant doit généralement expliquer la raison de la modification des valeurs limites et, en particulier, confirmer que l'augmentation des vibrations autorisée par ces modifications n'entraînera pas une diminution de la fiabilité de la machine.

Si les mesures ne sont pas effectuées à proximité immédiate du palier, et également pendant le fonctionnement de la machine en modes transitoires tels que la mise en marche et la décélération (y compris le passage par des vitesses critiques), les vibrations acceptables peuvent être plus élevées.

Pour les machines verticales à paliers lisses, lors de la détermination des valeurs limites de vibration, il convient de prendre en compte les déplacements possibles de l'arbre dans les limites de jeu sans force stabilisatrice associée au poids du rotor.

Section 4 — Mesures des vibrations

4.1 Exigences générales

Les méthodes et instruments de mesure doivent satisfaire aux exigences générales de la norme ISO 20816-1, avec des considérations spécifiques pour les machines industrielles. Les facteurs suivants ne doivent pas influencer de manière significative les équipements de mesure :

• changements de température — Dérive de la sensibilité du capteur
• champs électromagnétiques — Y compris les effets de magnétisation de l'arbre
• champs acoustiques — Ondes de pression dans les environnements bruyants
• variations de l'alimentation électrique — Fluctuations de tension
• longueur du câble — Certains modèles de sondes de proximité nécessitent une longueur de câble identique.
• Câble endommagé — Connexions intermittentes ou ruptures de blindage
• Orientation du transducteur — Alignement de l'axe de sensibilité

4.2 Points de mesure et directions

À des fins de surveillance de l'état, des mesures sont effectuées sur pièces non rotatives ou sur arbres, ou les deux ensemble. Dans la présente norme, sauf indication contraire expresse, la vibration de l'arbre désigne sa déplacement par rapport au palier.

Pièces non rotatives — Dimensions du logement de palier

Les mesures de vibrations sur les pièces non rotatives caractérisent les vibrations du palier, du logement de palier ou de tout autre élément structurel transmettant les forces dynamiques issues des vibrations de l'arbre au niveau du palier.

Configuration de mesure typique : Les mesures sont effectuées à l'aide de deux transducteurs Sur les chapeaux ou les paliers, les vibrations sont mesurées dans deux directions radiales perpendiculaires. Pour les machines horizontales, l'une de ces directions est généralement verticale. Si l'arbre est vertical ou incliné, choisissez les directions permettant de capter un maximum de vibrations.

Mesure en un seul point : Un seul capteur peut être utilisé si l'on sait que les résultats seront représentatifs des vibrations globales. La direction choisie doit garantir des mesures proches du maximum.

Mesures des vibrations de l'arbre

Les vibrations d'arbre (telles que définies dans la norme ISO 20816-1) désignent le déplacement de l'arbre. par rapport au palier. La méthode privilégiée utilise une paire de sondes de proximité sans contact installés perpendiculairement l'un à l'autre, permettant la détermination de la trajectoire de l'arbre (orbite) dans le plan de mesure.

4.3 Instrumentation (Équipements de mesure)

Pour la surveillance de l'état, le système de mesure doit mesurer Vibration RMS à large bande sur une gamme de fréquences d'au moins 10 Hz à 1000 Hz. Pour les machines dont la vitesse de rotation ne dépasse pas 600 tr/min, la limite inférieure de fréquence ne doit pas dépasser 2 Hz.

Pour les mesures de vibrations d'arbre : La limite supérieure de la plage de fréquences doit dépasser la fréquence de rotation maximale de l'arbre de au moins 3,5 fois. Les équipements de mesure doivent satisfaire aux exigences de ISO 10817-1.

Pour les mesures de pièces non rotatives : L'équipement doit être conforme aux normes ISO 2954. Selon le critère établi, la grandeur mesurée peut être le déplacement, la vitesse ou les deux (voir ISO 20816-1).

Si les mesures sont effectuées à l'aide de accéléromètres (ce qui est courant en pratique), le signal de sortie doit être intégré pour obtenir le signal de vitesse. L'obtention du signal de déplacement nécessite double intégration, Il convient toutefois de prêter attention au risque d'augmentation des interférences parasites. Pour réduire le bruit, un filtre passe-haut ou une autre méthode de traitement numérique du signal peut être appliqué.

Si le signal de vibration est également destiné à des fins de diagnostic, la plage de mesure doit couvrir les fréquences d'au moins 0,2 fois la limite de vitesse de l'arbre inférieur à 2,5 fois la fréquence d'excitation vibratoire maximale (généralement sans dépasser 10 000 Hz). Des informations complémentaires sont disponibles dans les normes ISO 13373-1, ISO 13373-2 et ISO 13373-3.

Exigences relatives à la gamme de fréquences

Paramètres de mesure

Le paramètre de mesure peut être déplacement, vitesse, ou les deux, selon le critère d’évaluation (voir ISO 20816-1).

• Mesures de l'accéléromètre : Si les mesures utilisent des accéléromètres (cas le plus fréquent), intégrez le signal de sortie pour obtenir la vitesse. Une double intégration donne le déplacement, mais attention à l'augmentation du bruit basse fréquence. Appliquez un filtrage passe-haut ou un traitement numérique du signal pour réduire ce bruit.
• Vibration de l'arbre : La limite supérieure de fréquence doit être au moins 3,5 fois la vitesse maximale de l'arbre. L'instrumentation doit être conforme aux normes ISO 10817-1.
• Pièces non rotatives : L'instrumentation doit être conforme aux ISO 2954.

4.4 Surveillance continue et périodique

Surveillance continue : Pour les machines de grande taille ou critiques, on utilise généralement des mesures continues des indicateurs de vibrations surveillés par des transducteurs installés en permanence aux points les plus importants, à la fois pour la surveillance de l'état et la protection des équipements. Dans certains cas, le système de mesure est intégré au système de gestion technique du bâtiment.

Surveillance périodique : Pour de nombreuses machines, une surveillance continue est superflue. Des mesures périodiques permettent d'obtenir des informations suffisantes sur l'apparition de défauts (balourd, usure des roulements, défaut d'alignement, jeu). Les valeurs numériques de cette norme peuvent être utilisées pour la surveillance périodique, à condition que les points de mesure et l'instrumentation soient conformes aux exigences de la norme.

Vibration de l'arbre : L'instrumentation est généralement installée de façon permanente, mais des mesures peuvent être effectuées à intervalles périodiques.

Pièces non rotatives : Les transducteurs sont généralement installés uniquement lors des mesures. Pour les machines difficiles d'accès, on peut utiliser des transducteurs montés en permanence, avec acheminement du signal vers des points accessibles.

4.5 Modes de fonctionnement de la machine

Les mesures de vibrations sont effectuées une fois que le rotor et les roulements atteignent température d'équilibre dans un mode de fonctionnement spécifié en régime permanent, déterminé par des caractéristiques telles que :

• Vitesse nominale de l'arbre
• Tension d'alimentation
• débit
• Pression du fluide de travail
• Charger

Machines à vitesse variable ou à charge variable : Effectuez des mesures dans tous les modes de fonctionnement caractéristiques d'un fonctionnement à long terme. Utilisez le valeur maximale obtenu pour tous les modes d'évaluation de l'état vibratoire.

4.6 Vibrations de fond

Si la valeur du paramètre surveillé obtenue lors des mesures dépasse le critère d'acceptation et qu'il y a lieu de croire que les vibrations de fond sur la machine peuvent être élevées, il est nécessaire d'effectuer des mesures sur la machine arrêtée évaluer les vibrations induites par des sources externes.

4.7 Sélection du type de mesure

Cette norme prévoit la possibilité d'effectuer des mesures aussi bien sur les pièces fixes que sur les arbres rotatifs des machines. Le choix du type de mesure le plus approprié dépend des caractéristiques de la machine et des types de défauts attendus.

S'il est nécessaire de choisir entre deux types de mesure possibles, il convient de tenir compte des éléments suivants :

Éléments à prendre en compte pour le choix du type de mesure :

• Vitesse de l'arbre : Les mesures effectuées sur des pièces non rotatives sont plus sensibles aux vibrations à haute fréquence que les mesures effectuées sur un arbre.
• Type de roulement : Les roulements à billes présentent des jeux très faibles ; les vibrations de l'arbre sont efficacement transmises au palier. Les mesures du palier sont généralement suffisantes. Les paliers lisses présentent des jeux et un amortissement plus importants ; les vibrations de l'arbre fournissent souvent des informations de diagnostic supplémentaires.
• Type de machine : Les machines où le jeu des paliers est comparable à l'amplitude des vibrations de l'arbre nécessitent des mesures de l'arbre afin d'éviter tout contact. Les machines présentant des harmoniques d'ordre élevé (passage de pales, engrenages, passage de barres) sont surveillées par des mesures haute fréquence du carter.
• Rapport masse du rotor / masse du socle : Les machines dont la masse de l'arbre est faible par rapport à celle du socle transmettent peu de vibrations à ce dernier. La mesure de l'arbre est ainsi plus efficace.
• Flexibilité du rotor : Rotors flexibles : les vibrations relatives de l’arbre fournissent davantage d’informations sur le comportement du rotor.
• Conformité du socle : Les supports flexibles offrent une meilleure réponse vibratoire sur les pièces non rotatives.
• Expérience en matière de mesure : Si une expérience approfondie existe avec un type de mesure particulier sur des machines similaires, continuez à utiliser ce type.

Des recommandations détaillées sur le choix de la méthode de mesure sont fournies dans la norme ISO 13373-1. Les décisions finales doivent tenir compte de l'accessibilité, de la durée de vie du transducteur et du coût d'installation.

Emplacements et directions des mesures

• Mesurer sur paliers ou socles — pas sur des revêtements à parois minces ou des surfaces flexibles
• Utilisation deux directions radiales mutuellement perpendiculaires à chaque emplacement de palier
• Pour les machines horizontales, une direction est généralement verticale.
• Pour les machines verticales ou inclinées, choisissez les directions permettant de capter un maximum de vibrations.
• Vibration axiale sur paliers de butée utilise les mêmes limites que les vibrations radiales
• Évitez les endroits avec résonances locales — confirmer en comparant les mesures à des points voisins

Conditions de fonctionnement

• Mesurer en fonctionnement en régime permanent à vitesse et charge nominales
• Laisser le rotor et les roulements atteindre équilibre thermique
• Pour les machines à vitesse/charge variable, effectuez les mesures à tous les points de fonctionnement caractéristiques et utilisez la valeur maximale.
• Conditions du document : vitesse, charge, températures, pressions, débits

Section 6 — Critères d’évaluation de l’état vibratoire

6.1 Généralités

La norme ISO 20816-1 fournit une description générale de deux critères d'évaluation de l'état vibratoire de différentes classes de machines. L'un de ces critères s'applique à… valeur absolue du paramètre de vibration surveillé dans une large bande de fréquences ; l’autre est appliqué à changements dans cette valeur (que les changements soient des augmentations ou des diminutions).

Il est courant d'évaluer l'état vibratoire d'une machine à partir de la valeur efficace (RMS) de la vitesse de vibration sur les parties non rotatives, principalement en raison de la simplicité des mesures. Cependant, pour certaines machines, il est également conseillé de mesurer les déplacements relatifs crête à crête de l'arbre. Lorsque ces données sont disponibles, elles peuvent aussi servir à évaluer l'état vibratoire de la machine.

6.2 Critère I — Évaluation par magnitude absolue

6.2.1 Exigences générales

Pour les mesures d'arbres rotatifs : L'état vibratoire est évalué par la valeur maximale de l'amplitude crête à crête du déplacement vibratoire à large bande. Ce paramètre surveillé est obtenu à partir de mesures de déplacements dans deux directions orthogonales spécifiées.

Pour les mesures de pièces non rotatives : L'état vibratoire est évalué par la valeur RMS maximale de la vitesse de vibration à large bande sur la surface du palier ou à proximité immédiate de celle-ci.

Conformément à ce critère, des valeurs limites du paramètre surveillé sont déterminées, qui peuvent être considérées comme acceptables du point de vue de :

• charges dynamiques sur les roulements
• Jeux radiaux dans les roulements
• Vibrations transmises par la machine à la structure de support et aux fondations

La valeur maximale du paramètre surveillé, obtenue pour chaque palier ou support de palier, est comparée à la valeur limite pour le groupe de machines et le type de support concernés. Une vaste expérience d'observation des vibrations des machines décrites à la section 1 permet de définir les limites des zones de fonctionnement vibratoire, dont le respect garantit généralement un fonctionnement fiable et durable des machines.

Les zones de vibration établies sont destinées à évaluer les vibrations des machines dans un mode de fonctionnement permanent spécifié, avec une vitesse de rotation et une charge nominales. Le concept de régime permanent permet des variations de charge lentes. L'évaluation est non effectué si le mode de fonctionnement diffère de celui spécifié, ou pendant les modes transitoires tels que la montée en régime, la descente en roue libre ou le passage à travers les zones de résonance (voir 6.4).

Les conclusions générales concernant l'état vibratoire sont souvent tirées à partir de mesures de vibrations effectuées sur des pièces de machines non rotatives et rotatives.

Vibration axiale Les vibrations des paliers lisses ne sont généralement pas mesurées lors d'une surveillance continue de leur état vibratoire. Ces mesures sont habituellement effectuées lors de contrôles périodiques ou à des fins de diagnostic, car les vibrations axiales peuvent être plus sensibles à certains types de défauts. La présente norme fournit des critères d'évaluation uniquement pour vibrations axiales des paliers de butée, où elle est corrélée à des pulsations axiales susceptibles d'endommager la machine.

6.2.2 Zones de condition vibratoire

6.2.2.1 Description générale

Les zones de vibration suivantes ont été établies pour l'évaluation qualitative des vibrations des machines et la prise de décision concernant les mesures nécessaires :

Zone A — Les machines nouvellement mises en service appartiennent généralement à cette catégorie.

Zone B — Les machines appartenant à cette catégorie sont généralement considérées comme aptes à un fonctionnement continu sans restriction de temps.

Zone C Les machines appartenant à cette catégorie sont généralement considérées comme inadaptées à un fonctionnement continu et prolongé. Elles peuvent généralement fonctionner pendant une période limitée, jusqu'à ce qu'une occasion propice se présente pour effectuer des réparations.

Zone D — Les niveaux de vibration dans cette zone sont généralement considérés comme suffisamment importants pour endommager la machine.

6.2.2.2 Valeurs numériques des limites de zone

Les valeurs numériques établies des limites de la zone de condition de vibration sont ne doit pas être utilisé comme critère d'acceptation, Ces limites devraient faire l'objet d'un accord entre le fournisseur et le client de la machine. Elles peuvent toutefois servir de lignes directrices générales, permettant d'éviter des coûts inutiles liés à la réduction des vibrations et de prévenir des exigences excessivement contraignantes.

Il arrive que la conception d'une machine ou l'expérience acquise lors de son exploitation nécessitent la définition de nouvelles valeurs limites (supérieures ou inférieures). Dans ce cas, le fabricant justifie généralement ces modifications et confirme notamment que l'augmentation des vibrations autorisée n'entraînera pas de diminution de la fiabilité de la machine.

6.2.2.3 Critères d'acceptation

Les critères d'acceptation des vibrations des machines sont toujours sujet à accord entre le fournisseur et le client, et ces conditions doivent être documentées avant ou au moment de la livraison (la première option étant préférable). Dans le cas de la livraison d'une machine neuve ou du retour d'une machine après une révision majeure, les limites des zones de vibration peuvent servir de base à l'établissement de ces critères. Toutefois, les valeurs numériques des limites de ces zones doivent être précisées. pas être appliqué par défaut comme critère d'acceptation.

Recommandation type : Le paramètre de vibration surveillé d'une machine neuve doit se situer dans la zone A ou B, sans toutefois dépasser la limite entre ces zones de plus de 1,25 fois. Cette recommandation peut ne pas être prise en compte lors de l'établissement des critères d'acceptation si ceux-ci reposent sur les caractéristiques de conception de la machine ou sur l'expérience opérationnelle accumulée avec des types de machines similaires.

Les essais de réception sont réalisés dans des conditions de fonctionnement machine strictement spécifiées (capacité, vitesse de rotation, débit, température, pression, etc.) sur une période déterminée. Si la machine est livrée après le remplacement d'un de ses principaux ensembles ou une opération de maintenance, le type d'intervention effectuée et les valeurs des paramètres contrôlés avant sa mise hors service sont pris en compte pour l'établissement des critères de réception.

6.3 Critère II — Évaluation par variation d'amplitude

Ce critère repose sur la comparaison de la valeur actuelle du paramètre de vibration à large bande surveillé en régime permanent (tolérant de légères variations des caractéristiques de fonctionnement) avec une valeur de référence préalablement établie. valeur de référence.

Des changements importants peuvent nécessiter la prise de mesures appropriées même si la limite de la zone B/C n'a pas encore été atteinte. Ces changements peuvent se développer progressivement ou avoir un caractère soudain, étant la conséquence de dommages naissants ou d'autres perturbations dans le fonctionnement de la machine.

Le paramètre de vibration comparé doit être obtenu à l'aide de même position et orientation du transducteur pour le même mode de fonctionnement de la machine. Lorsque des changements significatifs sont détectés, leurs causes possibles sont étudiées afin de prévenir les situations dangereuses.

6.4 Évaluation de l'état vibratoire en modes transitoires

Les limites des zones de vibration définies dans les annexes A et B s'appliquent aux vibrations dans fonctionnement de la machine en régime permanent. Les modes de fonctionnement transitoires s'accompagnent généralement de vibrations plus importantes. Par exemple, les vibrations d'une machine sur un support flexible lors de la mise en marche ou de l'arrêt, lorsque l'augmentation des vibrations est liée au passage des vitesses critiques du rotor. De plus, une augmentation des vibrations peut être observée en raison d'un défaut d'alignement des pièces rotatives en contact ou d'une déformation du rotor lors du chauffage.

Lors de l'analyse des vibrations d'une machine, il est nécessaire d'observer comment elles réagissent aux changements de mode de fonctionnement et aux conditions de fonctionnement externes. Bien que la présente norme ne traite pas de l'évaluation des vibrations en régime transitoire, on peut considérer, à titre indicatif, que les vibrations sont acceptables si, pendant les régimes transitoires de courte durée, elles ne dépassent pas un certain seuil. limite supérieure de la zone C.

Critère II — Changement par rapport à la valeur initiale

Même si les vibrations persistent dans la zone B, un changement significatif par rapport à la valeur de référence indique des problèmes en développement :

6.5 Limites de niveau de vibration en régime permanent

6.5.1 Généralités

En règle générale, pour les machines destinées à un fonctionnement de longue durée, des niveaux limites de vibration sont établis. Le dépassement de ces niveaux, en fonctionnement normal, entraîne l'apparition de signaux d'avertissement de différents types. AVERTISSEMENT ou VOYAGE.

AVERTISSEMENT — Notification signalant que la valeur du paramètre de vibration surveillé ou son évolution a atteint un seuil nécessitant des mesures correctives. En règle générale, lorsqu'une notification d'AVERTISSEMENT apparaît, la machine peut continuer à fonctionner pendant un certain temps afin d'identifier les causes de la variation des vibrations et de déterminer les mesures correctives à mettre en œuvre.

VOYAGE — Notification indiquant que le paramètre de vibration a atteint un niveau où la poursuite du fonctionnement de la machine risque de l'endommager. Lorsque le seuil d'alerte est atteint, des mesures immédiates doivent être prises pour réduire les vibrations ou arrêter la machine.

En raison des différences de charges dynamiques et de rigidités de support de la machine, différents niveaux de vibration limites peuvent être établis pour différents points et directions de mesure.

6.5.2 Réglage du niveau d'alerte

Le niveau d'AVERTISSEMENT peut varier considérablement (à la hausse ou à la baisse) d'une machine à l'autre. Généralement, ce niveau est déterminé par rapport à une certaine valeur de référence. niveau de référence obtenu pour chaque instance de machine spécifique, pour un point et une direction de mesure spécifiés, sur la base de l'expérience opérationnelle.

Il est recommandé de régler le niveau d'AVERTISSEMENT de sorte qu'il dépasse la valeur de référence de 25% de la valeur limite supérieure de la zone B. Si le niveau de base est bas, le niveau d'AVERTISSEMENT peut être inférieur à la zone C.

Si le niveau de référence n'est pas défini (par exemple, pour une machine neuve), le seuil d'ALERTE est déterminé soit à partir de l'expérience d'exploitation de machines similaires, soit par rapport aux valeurs acceptables convenues du paramètre de vibration surveillé. Après un certain temps, et sur la base des observations des vibrations de la machine, un niveau de référence est établi et le seuil d'ALERTE est ajusté en conséquence.

En règle générale, le niveau d'AVERTISSEMENT est défini de manière à ce que ne dépasse pas la limite supérieure de la zone B de plus de 1,25 fois.

En cas de modification du niveau de base (par exemple, après une réparation de la machine), le niveau d'AVERTISSEMENT doit également être ajusté en conséquence.

6.5.3 Réglage du niveau de déclenchement

Le niveau TRIP est généralement associé à la préservation de l'intégrité mécanique de la machine, laquelle est déterminée par ses caractéristiques de conception et sa capacité à résister à des forces dynamiques anormales. Par conséquent, le niveau TRIP est typiquement Il en va de même pour les machines de conception similaire. et est sans rapport avec la ligne de base.

En raison de la diversité des conceptions des machines, il n'est pas possible de fournir des instructions universelles pour le réglage du niveau TRIP. Généralement, le niveau TRIP est réglé dans la zone C ou D, mais pas plus de 25% au-dessus de la limite entre ces zones.

6.6 Procédures et critères supplémentaires

Il y a il n'existe pas de méthode simple pour calculer Vibrations du palier dues aux vibrations de l'arbre (ou inversement, vibrations de l'arbre dues aux vibrations du palier). La différence entre les vibrations absolues et relatives de l'arbre est liée aux vibrations du palier, mais en règle générale, pas égal à.

Implications pratiques : Si les vibrations du carter indiquent la zone B (acceptable) mais que celles de l'arbre indiquent la zone C (non conforme), classez la machine en zone C et prévoyez des mesures correctives. En cas de double mesure, privilégiez toujours l'évaluation du scénario le plus défavorable.

6.7 Évaluation basée sur la représentation vectorielle de l'information

Une variation d'amplitude d'une composante fréquentielle individuelle de vibration, même si elle est significative, est pas nécessairement accompagné par une modification substantielle du signal vibratoire à large bande. Par exemple, l'apparition d'une fissure dans le rotor peut entraîner l'apparition d'harmoniques importantes de la fréquence de rotation, mais leurs amplitudes peuvent rester faibles par rapport à celles du composant en fonctionnement normal. Cela ne permet pas de suivre avec précision les effets de l'apparition d'une fissure par la seule analyse des variations du signal vibratoire à large bande.

Le suivi des variations d'amplitude des composantes vibratoires individuelles afin d'obtenir des données pour les procédures de diagnostic ultérieures nécessite l'utilisation de équipements spéciaux de mesure et d'analyse, généralement plus complexe et nécessitant une qualification spéciale pour son application (voir ISO 18436-2).

Les méthodes établies par cette norme sont limité à la mesure des vibrations à large bande sans évaluation des amplitudes et des phases des composantes fréquentielles individuelles. Dans la plupart des cas, cela suffit pour les essais de réception de la machine et la surveillance de son état sur le lieu d'installation.

Toutefois, leur utilisation dans les programmes de surveillance et de diagnostic à long terme informations vectorielles L'étude des composantes fréquentielles (notamment à la vitesse de fonctionnement et à sa seconde harmonique) permet d'évaluer les variations du comportement dynamique de la machine qui seraient indétectables lors de la simple surveillance des vibrations à large bande. L'analyse des relations entre les différentes composantes fréquentielles et leurs phases trouve une application croissante dans les systèmes de surveillance et de diagnostic de l'état des machines.

Remarque : La présente norme ne fournit pas de critères d'évaluation de l'état vibratoire fondés sur les variations des composantes vectorielles. Des informations plus détaillées à ce sujet sont disponibles dans les normes ISO 13373-1, ISO 13373-2 et ISO 13373-3 (voir également la norme ISO 20816-1).

8. Fonctionnement transitoire

Lors de la mise en marche, de la décélération ou du fonctionnement au-dessus de la vitesse nominale, des vibrations plus importantes sont à prévoir, en particulier lors du passage par des vitesses critiques.

9. Vibrations de fond

Si les vibrations mesurées dépassent les limites d'acceptation et que des vibrations de fond sont suspectées, effectuez la mesure machine arrêtée. Des corrections sont nécessaires si les vibrations de fond dépassent :

• 25% de valeur mesurée pendant le fonctionnement, OU
• 25% de la limite B/C pour cette classe de machines

Annexe C (informative) — Limites de zones et dégagements de relèvement

Pour les machines avec paliers lisses (à film fluide), La condition fondamentale de sécurité de fonctionnement est l'exigence que les déplacements de l'arbre sur le coin d'huile n'entraînent aucun contact avec la coquille du palier. Par conséquent, les limites des zones de déplacements relatifs de l'arbre, définies à l'annexe B, doivent être compatibles avec cette exigence.

En particulier, pour les roulements à faible jeu, il peut être nécessaire de réduire les valeurs limites de zone. Le degré de réduction dépend du type de roulement et de l'angle entre la direction de mesure et la direction du jeu minimal.

Exemple : Grande turbine à vapeur (3000 tr/min, palier lisse)

• Rapport B/C calculé (Annexe B) : S(pp) = 9000/√3000 ≈ 164 μm
• Jeu diamétral réel du palier : 150 μm
• Étant donné que 164 > 150, utilisez des limites basées sur le dégagement :
• A/B = 0,4 × 150 = 60 μm
• B/C = 0,6 × 150 = 90 μm
• C/D = 0,7 × 150 = 105 μm

Note d'application : Ces valeurs ajustées s'appliquent lors de la mesure des vibrations de l'arbre. dans ou près du palier. Aux autres emplacements d'arbre présentant des jeux radiaux plus importants, les formules standard de l'annexe B peuvent s'appliquer.

Annexe D (informative) — Applicabilité du critère de vitesse constante aux machines à basse vitesse

Cette annexe justifie le caractère inopportun de l'application de critères fondés sur la mesure de la vitesse aux machines présentant des vibrations de basse fréquence (inférieures à 120 tr/min). Pour les machines à basse vitesse, les critères fondés sur mesure du déplacement L'utilisation d'un équipement de mesure approprié pourrait être plus judicieuse. Toutefois, ces critères ne sont pas pris en compte dans la présente norme.

Fondements historiques du critère de vitesse

La proposition d'utiliser les vibrations vitesse La mesure effectuée sur des pièces de machine non rotatives comme base pour décrire l'état de vibration a été formulée sur la base d'une généralisation de nombreux résultats d'essais (voir, par exemple, le travail pionnier de Rathbone TC, 1939) en tenant compte de certaines considérations physiques.

De ce fait, on a longtemps considéré que les machines étaient équivalentes, du point de vue de leur état et des effets des vibrations, si les résultats de mesure de la vitesse efficace (RMS) dans la gamme de fréquences de 10 à 1 000 Hz coïncidaient. L’avantage de cette approche résidait dans la possibilité d’utiliser les mêmes critères d’état vibratoire, indépendamment de la composition fréquentielle des vibrations ou de la fréquence de rotation de la machine.

À l'inverse, utiliser le déplacement ou l'accélération comme base pour l'évaluation de l'état vibratoire conduirait à la nécessité de construire des critères dépendant de la fréquence, puisque le rapport déplacement/vitesse est inversement proportionnel à la fréquence de vibration, et le rapport accélération/vitesse lui est directement proportionnel.

Le paradigme de la vitesse constante

L'utilisation des vibrations vitesse le paramètre principal étant basé sur des tests approfondis et sur l'observation que les machines sont " équivalentes " en termes d'état si elles présentent la même vitesse RMS dans la plage de 10 à 1000 Hz, indépendamment du contenu de fréquence.

Avantage: Simplicité. Un seul ensemble de limites de vitesse s'applique à une large plage de vitesses sans corrections dépendant de la fréquence.

Problème aux basses fréquences : Le rapport entre le déplacement et la vitesse est inversement proportionnel à la fréquence :

À très basses fréquences (< 10 Hz), en acceptant une vitesse constante (par exemple, 4,5 mm/s), ce qui peut permettre des valeurs excessivement élevées déplacement, ce qui peut mettre à rude épreuve les composants connectés (tuyauterie, raccords) ou indiquer des problèmes structurels importants.

Illustration graphique (tirée de l'annexe D)

Considérons une vitesse constante de 4,5 mm/s à différentes vitesses de course :

Observation: Lorsque la vitesse diminue, le déplacement augmente considérablement. Un déplacement de 358 μm à 120 tr/min pourrait sursolliciter les accouplements ou provoquer la rupture du film d'huile dans les paliers lisses, même si la vitesse est " acceptable "."

La figure D.1 illustre une relation mathématique simple entre vitesse constante et déplacement variable à différentes fréquences de rotation. Elle montre également comment l'utilisation du critère de vitesse constante peut entraîner une augmentation du déplacement du support de palier lorsque la fréquence de rotation diminue. Bien que les forces dynamiques agissant sur le palier restent dans des limites acceptables, des déplacements importants du logement de palier peuvent avoir un impact négatif sur les éléments de la machine qui y sont rattachés, tels que la tuyauterie d'huile.

Configuration Balanset-1A pour machines à basse vitesse

Lors de la mesure de machines ≤ 600 tr/min :

• Définir la limite inférieure de la plage de fréquences à 2 Hz (pas 10 Hz)
• Afficher les deux Vitesse (mm/s) et Déplacement (μm) métrique
• Comparez les deux paramètres aux seuils de votre norme/procédure (saisissez-les dans le calculateur).
• Si seule la vitesse est mesurée et conforme, mais que le déplacement est inconnu, l'évaluation est incomplet
• S'assurer que le transducteur a une réponse linéaire jusqu'à 2 Hz (vérifier le certificat d'étalonnage).

12. Fonctionnement transitoire : accélération, décélération et survitesse

Les limites de zone figurant aux annexes A et B s'appliquent à fonctionnement en régime permanent à vitesse et charge nominales. Lors de régimes transitoires (démarrage, arrêt, changements de vitesse), des vibrations plus importantes sont à prévoir, notamment lors du passage de certaines zones. vitesses critiques (résonances).

Tableau 1 — Limites recommandées pendant les transitoires

Remarque concernant la vitesse <20% : À très basse vitesse, les critères de vitesse peuvent ne pas s'appliquer (voir annexe D). Le déplacement devient alors un facteur critique.

Interprétation pratique

• Une machine peut brièvement dépasser les limites de régime permanent lors des phases d'accélération/décélération.
• Les vibrations de l'arbre sont autorisées à atteindre 1,5 fois la limite C/D (jusqu'à la vitesse 90%) pour permettre le passage des vitesses critiques.
• Si les vibrations restent élevées après avoir atteint la vitesse de fonctionnement, cela indique un défaut persistant, et non une résonance transitoire

Analyse détaillée du Balanset-1A

Le Balanset-1A comprend une fonction graphique " RunDown " (expérimentale) qui enregistre l'amplitude des vibrations en fonction du régime moteur pendant la décélération :

• Identifie les vitesses critiques : Des pics d'amplitude marqués indiquent des résonances.
• Vérifie le passage rapide : Les pics étroits confirment que la machine passe rapidement (bon).
• Détecte les défauts dépendant de la vitesse : Une amplitude qui augmente continuellement avec la vitesse suggère des problèmes aérodynamiques ou de processus.

Ces données sont précieuses pour distinguer les pics transitoires (acceptables selon le tableau 1) des vibrations excessives en régime permanent (inacceptables).

13. Flux de travail pratique pour la conformité à la norme ISO 20816-3

14. Sujet avancé : Théorie de l’équilibrage des coefficients d’influence

Lorsqu'une machine présente un déséquilibre (vibration élevée 1×, phase stable), le Balanset-1A utilise le Méthode du coefficient d'influence pour calculer des pondérations de correction précises.

Fondements mathématiques

La réponse vibratoire du rotor est modélisée comme une système linéaire où l'ajout de masse modifie le vecteur de vibration :

Procédure d'équilibrage en trois étapes (plan unique)

1. Exécution initiale (Exécution 0) :
   • Mesure des vibrations : A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
   • Vecteur : V₀ = 6,2∠45°
2. Essai de poids (Essai 1) :
   • Ajouter la masse d'essai : M_procès = 20 g à l'angle θ_procès = 0°
   • Mesure des vibrations : A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
   • Vecteur : V₁ = 4,1∠110°
3. Calculer le coefficient d'influence :
   • ΔV = V₁ − V₀ = (soustraction vectorielle)
   • α = ΔV / (20 g ∠ 0°)
   • α nous indique " combien de vibrations changent par gramme de masse ajoutée "."
4. Calculer la correction :
   • M_corr = −V₀ / α
   • Résultat : M_corr = 28,5 g à l'angle θ_corr = 215°
5. Appliquer la correction et vérifier :
   • Retirer le poids d'essai
   • Ajouter 28,5 g à 215° (mesuré à partir d'un repère sur le rotor)
   • Mesure de la vibration finale : A_final = 1,1 mm/s (objectif : < 1,4 mm/s pour la zone A)

Pourquoi ça marche

Un déséquilibre crée une force centrifuge F = m × e × ω², où m est la masse déséquilibrée, e son excentricité et ω sa vitesse angulaire. Cette force génère des vibrations. En ajoutant une masse précisément calculée à un angle spécifique, on crée un système de compensation. égal et opposé La force centrifuge annule le déséquilibre initial. Le logiciel Balanset-1A effectue automatiquement les calculs vectoriels complexes et guide le technicien tout au long du processus.

11. Référence en physique et formules

Principes fondamentaux du traitement du signal

Relation entre le déplacement, la vitesse et l'accélération

Pour vibration sinusoïdale à la fréquence f (Hz), les relations entre le déplacement (d), la vitesse (v) et l'accélération (a) sont régies par le calcul :

Point clé : La vitesse est proportionnelle à la fréquence multipliée par le déplacement. L'accélération est proportionnelle au carré de la fréquence multipliée par le déplacement. Voici pourquoi :

• À basses fréquences (< 10 Hz), le déplacement est le paramètre critique
• À fréquences moyennes (10–1000 Hz), la vitesse est bien corrélée à l'énergie et est indépendante de la fréquence
• À hautes fréquences (> 1000 Hz), l'accélération devient dominante

Valeurs RMS vs Valeurs de crête

Le Racine carrée moyenne (RMS) Cette valeur représente l'énergie effective d'un signal. Pour une onde sinusoïdale pure :

Pourquoi RMS ? La valeur RMS est directement corrélée à la pouvoir et fatigue stress imposé aux composants de la machine. Un signal de vibration avec V_RMS = 4,5 mm/s délivre la même énergie mécanique quelle que soit la complexité de la forme d'onde.

Calcul RMS du haut débit

Pour un signal complexe contenant plusieurs composantes de fréquence (comme dans les machines réelles) :

Où chaque V_RMS,i représente l'amplitude RMS à une fréquence spécifique (1×, 2×, 3×, etc.). Il s'agit de la valeur " globale " affichée par les analyseurs de vibrations et utilisée pour l'évaluation des zones selon la norme ISO 20816-3.

Architecture de traitement du signal Balanset-1A

Exemple pratique : Parcours de diagnostic

Scénario: Une pompe centrifuge de 75 kW fonctionnant à 1480 tr/min (24,67 Hz) sur une fondation rigide en béton.

Étape 1 : Classification

• Puissance : 75 kW → Groupe 2 (15–300 kW)
• Fondation : Rigide (vérifiée par test d'impact)
• Déterminez les seuils A/B, B/C et C/D à partir de votre copie/spécification standard et saisissez-les dans le calculateur.

Étape 2 : Mesure avec Balanset-1A

• Monter les accéléromètres sur les paliers de la pompe (extérieur et intérieur).
• Entrez en mode " Vibramètre " (F5)
• Plage de fréquences : 10–1000 Hz
• Record de vitesse RMS globale : 6,2 mm/s

Étape 3 : Évaluation de la zone

Comparez la valeur mesurée (par exemple, 6,2 mm/s RMS) aux seuils que vous avez saisis : au-dessus de C/D → ZONE D; entre B/C et C/D → ZONE C, etc.

Étape 4 : Diagnostic spectral

Passez en mode FFT. Le spectre affiche :

• 1 composante (24,67 Hz) : 5,8 mm/s — Dominant
• 2× composante (49,34 Hz) : 1,2 mm/s — Mineur
• Autres fréquences : Négligeable

Diagnostic: Vibration élevée 1× avec phase stable → Déséquilibrer

Étape 5 : Équilibrage avec Balanset-1A

Passez en mode " Équilibrage monoplan " :

• Exécution initiale : A₀ = 6,2 mm/s, φ₀ = 45°
• Poids d'essai : Ajouter 20 grammes à 0° (angle arbitraire)
• Essai : A₁ = 4,1 mm/s, φ₁ = 110°
• Le logiciel calcule : Masse de correction = 28,5 grammes à un angle de 215°
• Correction appliquée : Retirer le poids d'essai, ajouter 28,5 g à 215 °C
• Exécution de vérification : A_final = 1,1 mm/s

Étape 6 : Vérification de la conformité

1,1 mm/s < 1,4 mm/s (limite A/B) → ZONE A — Excellent état !

La pompe est désormais conforme à la norme ISO 20816-3 pour un fonctionnement continu sans restriction. Générez un rapport documentant les valeurs avant (6,2 mm/s, zone D) et après (1,1 mm/s, zone A) modification, avec les graphiques spectraux.

Pourquoi la vitesse est le critère principal

La vitesse de vibration est fortement corrélée à l'intensité des vibrations sur une large gamme de fréquences car :

• La vélocité est liée à énergie transmis à la fondation et aux environs
• La vitesse est relativement indépendant de la fréquence pour les équipements industriels typiques
• Aux très basses fréquences (<10 Hz), le déplacement devient le facteur limitant
• Aux très hautes fréquences (>1000 Hz), l'accélération devient importante (notamment pour le diagnostic des roulements).

Déflexion statique et fréquence naturelle

Pour déterminer si une fondation est rigide ou flexible :

Estimation de la vitesse critique

Première vitesse critique d'un rotor simple :

15. Erreurs et pièges courants dans l'application de la norme ISO 20816-3

16. Intégration à une stratégie de surveillance de l'état de santé plus globale

Les limites de vibration ISO 20816-3 sont nécessaire mais pas suffisant pour une gestion complète de la santé des machines. Intégrez les données de vibration avec :

• Analyse d'huile : particules d'usure, dégradation de la viscosité, contamination
• Thermographie : Températures des roulements, points chauds des enroulements du moteur, échauffement induit par un défaut d'alignement
• Ultrason: Détection précoce des défaillances de lubrification des roulements et des arcs électriques
• Analyse de la signature du courant moteur (MCSA) : Défauts des barres de rotor, excentricité, variations de charge
• Paramètres du processus : Débit, pression, consommation d'énergie — corréler les pics de vibration avec les perturbations du processus

Le Balanset-1A fournit le pilier de vibration Cette stratégie utilise ses fonctions d'archivage et d'analyse des tendances pour constituer une base de données historique. Croisez les événements de vibration avec les dossiers de maintenance, les dates d'analyse des échantillons d'huile et les journaux d'exploitation.

17. Considérations réglementaires et contractuelles

Tests de réception (nouvelles machines)

Important : Les limites des zones servent généralement de guide pour l'évaluation de l'état des lieux, tandis que critères d'acceptation Les spécifications d'une nouvelle machine sont définies par contrat/spécifications et convenues entre le fournisseur et le client.

Rôle de Balanset-1A : Lors des essais de réception en usine (FAT) ou sur site (SAT), le Balanset-1A vérifie les niveaux de vibration déclarés par le fournisseur et génère des rapports documentés attestant de la conformité aux limites contractuelles.

Assurance et responsabilité civile

Dans certaines juridictions, l'exploitation de machines dans Zone D La couverture d'assurance peut être annulée en cas de défaillance catastrophique. Les évaluations documentées conformes à la norme ISO 20816-3 attestent de la diligence raisonnable en matière d'entretien des machines.

18. Évolutions futures : Extension de la série ISO 20816

La série ISO 20816 continue d'évoluer. Les prochaines versions et révisions comprennent :

• ISO 20816-6 : Machines alternatives (remplaçant la norme ISO 10816-6)
• ISO 20816-7 : Pompes rotodynamiques (remplaçant la norme ISO 10816-7)
• ISO 20816-8 : Systèmes de compresseurs alternatifs (nouveaux)
• ISO 20816-21 : Éoliennes (remplaçant la norme ISO 10816-21)

Ces normes adopteront des principes similaires de délimitation des zones, mais avec des adaptations spécifiques aux machines. Le Balanset-1A, grâce à sa configuration flexible et sa large gamme de fréquences et d'amplitudes, restera compatible avec ces normes dès leur publication.

19. Études de cas

Étude de cas 1 : Diagnostic erroné évité grâce à une double mesure

Machine: Turbine à vapeur de 5 MW, 3000 tr/min, paliers lisses

Situation: Vibrations du palier : 3,0 mm/s (zone B, acceptable). Cependant, les opérateurs ont signalé un bruit inhabituel.

Enquête: Balanset-1A connecté aux capteurs de proximité existants. Vibration de l'arbre = 180 μm pp. Limite B/C calculée (Annexe B) = 164 μm. Arbre dans Zone C!

Cause première: Instabilité du film d'huile (tourbillon d'huile). Les vibrations du carter étaient faibles grâce à l'amortissement important du mouvement de l'arbre par la masse du socle. Se fier uniquement aux mesures effectuées sur le carter n'aurait pas permis de détecter ce problème dangereux.

Action: Pression d'huile de palier ajustée, jeu réduit par calage. Vibrations de l'arbre réduites à 90 μm (zone A).

Étude de cas 2 : L’équilibrage sauve un ventilateur essentiel

Machine: Ventilateur à tirage induit de 200 kW, 980 tr/min, accouplement flexible

Condition initiale : Vibration = 7,8 mm/s (Zone D). L'usine envisage un arrêt d'urgence et un remplacement des roulements ($50 000, arrêt de 3 jours).

Diagnostic Balanset-1A : La FFT montre 1× = 7,5 mm/s, 2× = 0,8 mm/s. Phase stable. Déséquilibrer, sans dommage lié à l'arbre.

Équilibrage des champs : Équilibrage biplan réalisé sur site en 4 heures. Vibration finale = 1,6 mm/s (Zone A).

Résultat : Arrêt évité, économie de $50 000. Cause première : érosion des bords d’attaque des pales par des poussières abrasives. Problème résolu par équilibrage ; remise en état des pales prévue lors du prochain arrêt programmé.

20. Conclusion et meilleures pratiques

La transition vers ISO 20816-3:2022 représente une étape importante dans l'analyse vibratoire, exigeant une approche à double perspective, fondée sur la physique, pour évaluer l'état des machines. Principaux points à retenir :

Le Système Balanset-1A Le Balanset-1A présente une parfaite conformité aux exigences de la norme ISO 20816-3. Ses spécifications techniques (plage de fréquences, précision, flexibilité des capteurs et flux de travail logiciel) permettent aux équipes de maintenance non seulement de diagnostiquer les non-conformités, mais aussi de les corriger activement grâce à un équilibrage de précision. En combinant l'analyse spectrale diagnostique et la capacité d'équilibrage correctif, le Balanset-1A permet aux ingénieurs en fiabilité d'assurer la maintenance des équipements industriels en zone A/B, garantissant ainsi leur longévité, la sécurité et la continuité de la production.

Normes de référence et bibliographie

Références normatives (Section 2 de l'ISO 20816-3)

Normes connexes de la série ISO 20816

Normes complémentaires

Contexte historique (Normes remplacées)

La norme ISO 20816-3:2022 remplace les normes suivantes :

• ISO 10816-3:2009 — Évaluation des vibrations des machines par des mesures sur les parties non rotatives — Partie 3 : Machines industrielles d’une puissance nominale supérieure à 15 kW et d’une vitesse nominale comprise entre 120 tr/min et 15 000 tr/min
• ISO 7919-3:2009 — Vibrations mécaniques — Évaluation des vibrations des machines par mesures sur les arbres rotatifs — Partie 3 : Machines industrielles couplées

L'intégration des vibrations du carter (10816) et des vibrations de l'arbre (7919) dans une norme unifiée élimine les ambiguïtés précédentes et fournit un cadre d'évaluation cohérent.

Annexe DA (informative) — Correspondance des normes internationales de référence avec les normes nationales et interétatiques

Lors de l'application de cette norme, il est recommandé d'utiliser les normes nationales et interétatiques correspondantes plutôt que les normes internationales citées. Le tableau suivant présente la correspondance entre les normes ISO mentionnées à la section 2 et leurs équivalents nationaux.

Remarque : Dans ce tableau, la désignation conventionnelle suivante du degré de correspondance est utilisée :

• IDT — Normes identiques

Les normes nationales peuvent avoir des dates de publication différentes, mais elles présentent une équivalence technique avec les normes ISO de référence. Il est toujours conseillé de consulter les éditions les plus récentes des normes nationales pour connaître les exigences les plus actuelles.

Bibliographie

Les documents suivants sont cités dans la norme ISO 20816-3 à titre d'information :

Note historique : La référence [16] (Rathbone, 1939) représente le travail pionnier qui a établi les bases de l'utilisation de la vitesse comme critère de vibration principal.