Analyse complète de la norme ISO 20816-3 : mesure, évaluation et mise en œuvre instrumentale via le système Balanset-1A

Résumé exécutif

Le paysage industriel a connu un changement de paradigme significatif dans la normalisation de la surveillance de l'état des machines. L'introduction de la norme ISO 20816-3:2022 représente une consolidation et une modernisation des méthodologies précédentes, fusionnant notamment l'évaluation des vibrations des boîtiers (anciennement ISO 10816-3) et des vibrations des arbres rotatifs (anciennement ISO 7919-3) en un cadre unique et cohérent. Ce rapport fournit une analyse exhaustive de la norme ISO 20816-3, en disséquant ses chapitres, ses annexes normatives et ses principes physiques. En outre, il intègre une évaluation technique détaillée de l'analyseur et équilibreur de vibrations portable Balanset-1A, démontrant comment cet instrument spécifique facilite la conformité aux exigences rigoureuses de la norme. Grâce à une synthèse de la théorie du traitement du signal, des principes d'ingénierie mécanique et des procédures opérationnelles pratiques, ce document sert de guide définitif pour les ingénieurs en fiabilité qui cherchent à aligner leurs stratégies de surveillance des conditions sur les meilleures pratiques mondiales à l'aide d'instruments accessibles et de haute précision.

Partie I : Cadre théorique de la norme ISO 20816-3

1.1 Évolution des normes relatives aux vibrations : convergence des normes ISO 10816 et ISO 7919

L'histoire de la normalisation des vibrations se caractérise par une évolution progressive, passant de directives fragmentées et spécifiques à certains composants à une évaluation globale des machines. Historiquement, l'évaluation des machines industrielles était divisée en deux parties. La série ISO 10816 se concentrait sur la mesure des pièces non rotatives, en particulier les paliers et les socles, à l'aide d'accéléromètres ou de transducteurs de vitesse. À l'inverse, la série ISO 7919 traitait des vibrations des arbres rotatifs par rapport à leurs paliers, en utilisant principalement des sondes à courants de Foucault sans contact.

Cette séparation conduisait souvent à une ambiguïté diagnostique. Une machine pouvait présenter des vibrations acceptables au niveau du carter (zone A selon la norme ISO 10816) tout en souffrant simultanément d'un faux-rond ou d'une instabilité dangereux de l'arbre (zone C/D selon la norme ISO 7919), en particulier dans les cas impliquant des carters lourds ou des paliers à film fluide où le chemin de transmission de l'énergie vibratoire est atténué. La norme ISO 20816-3 résout cette dichotomie en remplaçant les normes ISO 10816-3:2009 et ISO 7919-3:2009.1 En intégrant ces perspectives, la nouvelle norme reconnaît que l'énergie vibratoire générée par les forces dynamiques du rotor se manifeste différemment dans la structure de la machine en fonction de la rigidité, de la masse et des rapports d'amortissement. Par conséquent, une évaluation conforme nécessite désormais une double perspective : évaluer à la fois les vibrations absolues de la structure et, le cas échéant, le mouvement relatif de l'arbre.

Le système Balanset-1A s'inscrit dans ce paysage en tant qu'outil conçu pour faire le lien entre ces domaines de mesure. Son architecture, qui prend en charge à la fois les accéléromètres piézoélectriques pour les mesures de logement et les entrées de tension continue pour les capteurs de déplacement linéaire, reflète la philosophie de double nature de la série ISO 20816.3 Cette convergence simplifie la boîte à outils du technicien, permettant à un seul instrument d'effectuer les évaluations complètes désormais exigées par la norme unifiée.

1.2 Portée et applicabilité : définition du paysage des machines industrielles

Le chapitre 1 de la norme ISO 20816-3 définit méticuleusement les limites de son application. La norme n'est pas universelle ; elle est spécifiquement calibrée pour les machines industrielles d'une puissance nominale supérieure à 15 kW et fonctionnant à des vitesses comprises entre 120 tr/min et 30 000 tr/min.1 Cette large plage de fonctionnement couvre la grande majorité des équipements critiques dans les secteurs de la fabrication, de la production d'électricité et de la pétrochimie.

Les équipements spécifiquement couverts comprennent :

• Turbines à vapeur et générateurs : Les unités dont la puissance est inférieure ou égale à 40 MW sont couvertes ici. Les unités plus grandes (supérieures à 40 MW) relèvent généralement de la norme ISO 20816-2, sauf si elles fonctionnent à des vitesses autres que les fréquences synchrones du réseau (1500, 1800, 3000 ou 3600 tr/min).6
• Compresseurs rotatifs : Y compris les modèles centrifuges et axiaux utilisés dans les industries de transformation.
• Turbines à gaz industrielles : Plus précisément, celles dont la puissance est inférieure ou égale à 3 MW. Les turbines à gaz plus puissantes sont classées dans des parties distinctes de la norme en raison de leurs caractéristiques thermiques et dynamiques particulières.1
• Pompes : Les pompes centrifuges entraînées par des moteurs électriques constituent un élément central de ce groupe.
• Moteurs électriques : Les moteurs de tout type sont inclus, à condition qu'ils soient couplés de manière flexible. Les moteurs à couplage rigide sont souvent évalués dans le cadre du système de la machine entraînée ou en vertu de sous-clauses spécifiques.
• Ventilateurs et soufflantes : Essentiel pour le traitement de l'air dans les systèmes CVC et les processus industriels.6

Exclusions : Il est tout aussi important de comprendre ce qui est exclu. Les machines à masses alternatives (comme les compresseurs à piston) génèrent des profils de vibration dominés par des chocs et des couples variables, qui nécessitent l'analyse spécialisée prévue par la norme ISO 20816-8. De même, les éoliennes, qui fonctionnent sous des charges aérodynamiques très variables, sont couvertes par la norme ISO 10816-21.7 Les caractéristiques de conception spécifiques du Balanset-1A, telles que sa plage de mesure de la vitesse de rotation de 150 à 60 000 tr/min 8, s'alignent parfaitement avec la plage de 120 à 30 000 tr/min de la norme, garantissant que l'instrument est capable de surveiller l'ensemble des machines concernées.

1.3 Systèmes de classification des machines : la physique de la rigidité du support

Une innovation essentielle conservée des normes précédentes est la classification des machines en fonction de la rigidité du support. La norme ISO 20816-3 divise les machines en groupes non seulement en fonction de leur taille, mais aussi en fonction de leur comportement dynamique.

1.3.1 Classification des groupes selon leur puissance et leur taille

La norme classe les machines en deux groupes principaux afin d'appliquer des limites de sévérité appropriées :

• Groupe 1 : Machines de grande taille d'une puissance nominale supérieure à 300 kW ou machines électriques dont la hauteur d'arbre dépasse 315 mm. Ces machines sont généralement équipées de rotors massifs et génèrent des forces dynamiques importantes.9
• Groupe 2 : Machines de taille moyenne d'une puissance nominale comprise entre 15 kW et 300 kW, ou machines électriques dont la hauteur d'arbre est comprise entre 160 mm et 315 mm.10

1.3.2 Flexibilité du support : rigide ou flexible

La distinction entre les supports “ rigides ” et “ flexibles ” est une question de physique, et pas seulement de matériau de construction. Un support est considéré comme rigide dans une direction de mesure spécifique si la première fréquence naturelle (résonance) du système combiné machine-support est nettement supérieure à la fréquence d'excitation principale (généralement la vitesse de rotation). Plus précisément, la fréquence naturelle doit être au moins 25% supérieure à la vitesse de fonctionnement. En revanche, les supports flexibles ont des fréquences naturelles qui peuvent être proches ou inférieures à la vitesse de fonctionnement, ce qui entraîne des effets d'amplification de la résonance ou d'isolation.10

Cette distinction est cruciale, car les supports flexibles permettent naturellement des amplitudes de vibration plus élevées pour une même force d'excitation interne (déséquilibre). Par conséquent, les limites de vibration admissibles pour les supports flexibles sont généralement plus élevées que pour les supports rigides. Le Balanset-1A facilite la détermination des caractéristiques des supports grâce à ses capacités de mesure de phase. En effectuant un test de montée ou de descente en régime (à l'aide de la fonction “ RunDown ” mentionnée dans les spécifications logicielles 11), un analyste peut identifier les pics de résonance. Si un pic se produit dans la plage de fonctionnement, le support est dynamiquement flexible ; si la réponse est plate et linéaire jusqu'à la vitesse de fonctionnement, il est rigide. Cette capacité de diagnostic permet à l'utilisateur de sélectionner le tableau d'évaluation correct dans la norme ISO 20816-3, évitant ainsi les fausses alarmes ou les défauts manqués.

Partie II : Méthodologie de mesure et physique

Le chapitre 4 de la norme ISO 20816-3 définit les exigences procédurales rigoureuses applicables à l'acquisition des données. La validité de toute évaluation dépend entièrement de la fidélité de la mesure.

2.1 Physique des instruments : sélection et réponse des transducteurs

La norme impose l'utilisation d'instruments capables de mesurer la vitesse de vibration efficace (r.m.s.) à large bande. La réponse en fréquence doit être plate sur une plage d'au moins 10 Hz à 1 000 Hz pour les machines générales.12 Pour les machines à faible vitesse (fonctionnant à moins de 600 tr/min), la limite inférieure de la réponse en fréquence doit s'étendre jusqu'à 2 Hz afin de capturer les composantes fondamentales de la rotation.

Conformité technique du Balanset-1A :
L'analyseur de vibrations Balanset-1A a été conçu pour répondre à ces exigences spécifiques. Ses spécifications indiquent une plage de fréquences de vibration de 5 Hz à 550 Hz pour les opérations standard, avec des options permettant d'étendre les capacités de mesure.8 La limite inférieure de 5 Hz est essentielle ; elle garantit la conformité des machines fonctionnant à une vitesse aussi faible que 300 tr/min, couvrant ainsi la grande majorité des applications industrielles. La limite supérieure de 550 Hz couvre les harmoniques critiques (1x, 2x, 3x, etc.) et les fréquences de passage des pales pour la plupart des pompes et ventilateurs standard. De plus, la précision de l'appareil est évaluée à 5% de la pleine échelle, ce qui satisfait à la rigueur métrologique exigée par la norme ISO 2954 (Exigences relatives aux instruments de mesure de la sévérité des vibrations).8

La norme distingue deux types de mesure principaux, tous deux pris en charge par l'écosystème Balanset-1A :

• Transducteurs sismiques (accéléromètres) : Ils mesurent les vibrations absolues du logement. Ils sont sensibles à la transmission des forces à travers le socle du palier. Le kit Balanset-1A comprend deux accéléromètres à axe unique (généralement basés sur la technologie de la série ADXL ou piézoélectrique) avec des supports magnétiques.14
• Transducteurs sans contact (capteurs de proximité) : Ils mesurent le déplacement relatif de l'arbre. Ils sont essentiels pour les machines à paliers à film fluide où l'arbre se déplace dans le jeu.

2.2 Approfondissement : vibrations relatives de l'arbre et intégration des capteurs

Alors que la norme ISO 20816-3 se concentre principalement sur les vibrations du boîtier, l'annexe B traite explicitement des vibrations relatives de l'arbre. Cela nécessite l'utilisation de sondes à courants de Foucault (sondes de proximité). Ces capteurs fonctionnent en générant un champ de radiofréquence (RF) qui induit des courants de Foucault dans la surface conductrice de l'arbre. L'impédance de la bobine de la sonde varie en fonction de la distance de l'espace, produisant une tension de sortie proportionnelle au déplacement.15

Intégration des sondes à courants de Foucault avec Balanset-1A :
Une caractéristique unique du Balanset-1A est son adaptabilité à ces capteurs. Bien qu'il soit principalement fourni avec des accéléromètres, les entrées de l'appareil peuvent être configurées en mode “ linéaire ” pour accepter les signaux de tension provenant de pilotes de sondes de proximité tiers (proximiteurs).3

• Entrée de tension : La plupart des sondes de proximité industrielles émettent une tension continue négative (par exemple, alimentation -24 V, échelle 200 mV/mil). Le Balanset-1A permet aux utilisateurs de saisir des coefficients de sensibilité personnalisés (par exemple, mV/µm) dans la fenêtre “ Paramètres ” (touche F4).3
• Suppression du décalage CC : Les capteurs de proximité transmettent une tension continue élevée (polarisation) avec un faible signal de vibration alternatif superposé. Le logiciel Balanset-1A comprend une fonction “ Remove DC ” (Suppression du courant continu) qui filtre la tension continue, isolant ainsi le signal de vibration dynamique pour l'analyser par rapport aux limites de la norme ISO 20816-3.3
• Linéarité et étalonnage : Le logiciel permet à l'utilisateur de définir des facteurs d'étalonnage (par exemple, Kprl1 = 0,94 mV/µm) garantissant que la lecture sur l'écran de l'ordinateur portable correspond exactement au déplacement physique de l'arbre.3 Cette fonctionnalité est indispensable lors de l'application des critères de l'annexe B, qui sont spécifiés en micromètres de déplacement plutôt qu'en millimètres par seconde de vitesse.

2.3 La physique du montage : garantir la fidélité des données

La norme ISO 20816-3 souligne que la méthode de montage du capteur ne doit pas nuire à la précision de la mesure. La fréquence de résonance du capteur monté doit être nettement supérieure à la gamme de fréquences concernée.

• Montage sur goujon : La référence absolue, offrant la réponse en fréquence la plus élevée (jusqu'à 10 kHz+).
• Fixation magnétique : Un compromis pratique pour la collecte de données portable.

Le Balanset-1A utilise un système de fixation magnétique avec une force de maintien de 60 kgf (kilogrammes-force).17 Cette force de serrage élevée est essentielle. Un aimant faible introduit un effet de “ rebond ” ou un filtre passe-bas mécanique, atténuant considérablement les signaux à haute fréquence. Avec 60 kgf, la rigidité de contact est suffisante pour pousser la résonance montée bien au-dessus de la plage de 1000 Hz qui intéresse la norme ISO 20816-3, garantissant ainsi que les données collectées sont une représentation fidèle du comportement de la machine et non un artefact de la méthode de fixation.12

2.4 Traitement du signal : RMS vs. crête

La norme spécifie l'utilisation de la vitesse efficace (RMS) pour les pièces non rotatives. La valeur RMS est une mesure de l'énergie totale contenue dans le signal de vibration et est directement liée à la contrainte de fatigue imposée aux composants de la machine.

Équation pour la valeur efficace :

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Pour les vibrations de l'arbre (annexe B), la norme utilise le déplacement crête à crête (S_pp), qui représente l'excursion physique totale de l'arbre dans le jeu du palier.

S_pp = S_max − S_min

Traitement Balanset-1A :
Le Balanset-1A effectue ces transformations mathématiques en interne. Le convertisseur analogique-numérique (ADC) échantillonne le signal brut, et le logiciel calcule la vitesse RMS pour les mesures du boîtier et le déplacement crête à crête pour les mesures de l'arbre. Il calcule surtout la valeur à large bande (globale), qui additionne l'énergie sur l'ensemble du spectre de fréquences (par exemple, 10-1000 Hz). Cette valeur “ globale ” est le principal chiffre utilisé pour classer la machine dans les zones A, B, C ou D. De plus, l'appareil offre des capacités FFT (Fast Fourier Transform), permettant à l'analyste de voir les composantes de fréquence individuelles (1x, 2x, harmoniques) qui composent la valeur RMS globale, ce qui facilite le diagnostic de la source de la vibration.8

2.5 Vibrations de fond : le défi du rapport signal/bruit

Un aspect essentiel, souvent négligé, de la norme ISO 20816-3 concerne la gestion des vibrations de fond, c'est-à-dire les vibrations transmises à la machine par des sources externes (par exemple, des machines adjacentes, les vibrations du sol) lorsque la machine est à l'arrêt.

La règle : Si les vibrations de fond dépassent 25% des vibrations mesurées lorsque la machine est en marche, ou 25% de la limite entre les zones B et C, des corrections importantes sont nécessaires, sinon la mesure peut être considérée comme non valide.18 Les versions précédentes des normes citaient souvent la règle du “ tiers ”, mais la norme ISO 20816-3 renforce cette logique.

Mise en œuvre procédurale avec Balanset-1A :

1. Le technicien place les capteurs Balanset-1A sur la machine à l'arrêt.
2. Le mode “ Vibromètre ” (touche F5) permet d'enregistrer le niveau RMS de fond.13
3. La machine est mise en marche et amenée à charge. La valeur efficace de fonctionnement est enregistrée.
4. Une comparaison est effectuée. Si le niveau opérationnel est de 4,0 mm/s et que le bruit de fond était de 1,5 mm/s (37,5%), le bruit de fond est trop élevé. La capacité du Balanset-1A à effectuer une soustraction spectrale (en comparant le spectre du bruit de fond à celui de la machine en fonctionnement) permet de déterminer si le bruit de fond se situe à une fréquence spécifique (par exemple, 50 Hz provenant d'un compresseur situé à proximité) qui peut être ignorée ou filtrée mentalement par l'analyste.

Partie III : Critères d'évaluation – Le cœur de la norme

Le chapitre 6 constitue le cœur de la norme ISO 20816-3, fournissant la logique décisionnelle pour l'acceptabilité des machines.

3.1 Critère I : Amplitude des vibrations et zonage

La norme évalue la gravité des vibrations en fonction de l'amplitude maximale observée au niveau des paliers. Afin de faciliter la prise de décision, elle définit quatre zones d'évaluation :

• Zone A : Vibration des machines nouvellement mises en service. Il s'agit de la “ norme d'excellence ”. Une machine dans cette zone est en parfait état mécanique.
• Zone B : Machines considérées comme acceptables pour un fonctionnement à long terme sans restriction. Il s'agit de la plage de fonctionnement “ verte ” typique.
• Zone C : Machines jugées insatisfaisantes pour un fonctionnement continu à long terme. En général, la machine peut être utilisée pendant une période limitée jusqu'à ce qu'une occasion appropriée de prendre des mesures correctives (maintenance) se présente. Il s'agit de l'état “ Jaune ” ou “ Alarme ”.
• Zone D : Les valeurs de vibration dans cette zone sont généralement considérées comme suffisamment graves pour endommager la machine. Il s'agit de l'état “ Rouge ” ou “ Déclenchement ”.5

Tableau 1 : Limites de zone simplifiées ISO 20816-3 (vitesse RMS, mm/s) pour les groupes 1 et 2

Groupe de machines	Type de fondation	Limite entre les zones A et B	Limite entre les zones B et C	Limite entre les zones C et D
Groupe 1 (>300 kW)	Rigide	2.3	4.5	7.1
	Flexible	3.5	7.1	11.0
Groupe 2 (15-300 kW)	Rigide	1.4	2.8	4.5
	Flexible	2.3	4.5	7.1

Remarque : ces valeurs sont tirées de l'annexe A de la norme et constituent des recommandations générales. Certains types de machines peuvent avoir des limites différentes.

Mise en œuvre du Balanset-1A :
Le logiciel Balanset-1A ne se contente pas d'afficher un chiffre, il aide l'utilisateur en fonction du contexte. Bien que l'utilisateur doive sélectionner la classe, la fonction “ Rapports ” du logiciel permet de documenter ces valeurs par rapport à la norme. Lorsqu'un technicien mesure une vibration de 5,0 mm/s sur une pompe de 50 kW (groupe 2) installée sur une fondation rigide, la lecture Balanset-1A dépasse clairement la limite de la zone C/D (4,5 mm/s), indiquant un besoin immédiat d'arrêt et de réparation.

3.2 Critère II : Variation de l'amplitude des vibrations

L'avancée la plus significative de la série 20816 est peut-être l'accent mis officiellement sur le changement de vibration, indépendamment des limites absolues.

La règle 25% : La norme ISO 20816-3 stipule qu'une variation de l'amplitude des vibrations supérieure à 25% de la limite entre les zones B et C (ou 25% de la valeur stable précédente) doit être considérée comme significative, même si la valeur absolue reste dans la zone A ou B.20

Implications :
Considérons un ventilateur fonctionnant de manière stable à 2,0 mm/s (zone B). Si la vibration passe soudainement à 2,8 mm/s, elle se trouve toujours techniquement dans la zone B (pour certaines classes) ou entre tout juste dans la zone C. Cependant, cela représente une augmentation de 40%. Un changement aussi soudain indique souvent un mode de défaillance spécifique : un composant du rotor fissuré, un contrepoids déplacé ou un frottement thermique. Ignorer cela sous prétexte que “ tout est encore dans le vert ” est la recette d'une défaillance catastrophique.

Analyse des tendances Balanset-1A :
Le Balanset-1A répond à ce critère grâce à ses fonctions “ Session Recovery ” (récupération de session) et d'archivage.21 En enregistrant les sessions de mesure, un ingénieur en fiabilité peut superposer les données actuelles aux références historiques. Si le graphique “ Overall Vibration ” (vibration globale) montre un changement brusque, l'ingénieur applique le critère II. La fonction “ Restaurer la dernière session ” est particulièrement utile dans ce cas ; elle permet à l'utilisateur de rappeler l'état exact de la machine du mois précédent afin de vérifier si le seuil 25% a été dépassé.

3.3 Limites opérationnelles : réglage des ALARMES et des DÉCLENCHEMENTS

La norme fournit des directives pour la mise en place de systèmes de protection automatisés :

• ALARME : Pour signaler qu'une valeur de vibration définie a été atteinte ou qu'un changement significatif s'est produit. Le réglage recommandé est généralement la valeur de référence + 25% de la limite de la zone B/C.
• VOYAGE : Pour déclencher une action immédiate (arrêt). Ce seuil est généralement fixé à la limite des zones C/D ou légèrement au-dessus, en fonction de l'intégrité mécanique de la machine.19

Bien que le Balanset-1A soit un appareil portable et non un système de protection permanent (comme un rack Bently Nevada), il est utilisé pour vérifier et calibrer ces niveaux de déclenchement. Les techniciens utilisent le Balanset-1A pour mesurer les vibrations lors d'un test de montée en puissance contrôlée ou de déséquilibre induit afin de s'assurer que le système de surveillance permanent se déclenche aux niveaux de vibration physiques corrects exigés par la norme ISO 20816-3.

Partie IV : Le système Balanset-1A – Approfondissement technique

Pour comprendre comment le Balanset-1A sert d'outil de conformité, il faut analyser son architecture technique.

4.1 Architecture matérielle

Le Balanset-1A se compose d'un module d'interface USB centralisé qui traite les signaux analogiques provenant des capteurs avant d'envoyer les données numérisées à un ordinateur portable hôte.

• Module ADC : Le cœur du système est un convertisseur analogique-numérique haute résolution. Ce module détermine la précision de la mesure. Le Balanset-1A traite les signaux pour fournir une précision de ±5%, ce qui est suffisant pour les diagnostics sur le terrain.8
• Référence de phase (tachymètre) : La conformité à la norme ISO 20816-3 nécessite souvent une analyse de phase pour distinguer le déséquilibre du désalignement. Le Balanset-1A utilise un tachymètre laser d'une portée maximale de 1,5 mètre et d'une capacité de 60 000 tr/min.17 Ce capteur optique déclenche le calcul de l'angle de phase, avec une précision de ±1 degré.
• Puissance et portabilité : Alimenté par USB (5 V), l'appareil est intrinsèquement protégé contre les boucles de masse qui affectent souvent les analyseurs alimentés par le secteur. L'ensemble pèse environ 4 kg, ce qui en fait un véritable instrument “ de terrain ” adapté à l'escalade de portiques pour atteindre les ventilateurs.8

4.2 Capacités logicielles : au-delà de la simple mesure

Le logiciel fourni avec Balanset-1A transforme les données brutes en informations exploitables conformes aux normes ISO.

• Analyse spectrale FFT : La norme mentionne les “ composantes de fréquence spécifiques ”. Le Balanset-1A affiche la transformée de Fourier rapide, décomposant la forme d'onde complexe en ses ondes sinusoïdales constitutives. Cela permet à l'utilisateur de voir si la valeur RMS élevée est due à 1x (déséquilibre), 100x (engrènement) ou à des pics non synchrones (défauts de roulement).21
• Graphiques polaires : Pour l'équilibrage et l'analyse vectorielle, le logiciel trace les vecteurs de vibration sur un graphique polaire. Cette visualisation est essentielle lors de l'application des méthodes de coefficient d'influence pour l'équilibrage.
• Calculateur de tolérance ISO 1940 : Alors que la norme ISO 20816-3 traite des limites de vibration, la norme ISO 1940 traite de la qualité d'équilibrage (classes G). Le logiciel Balanset-1A intègre un calculateur dans lequel l'utilisateur saisit la masse et la vitesse du rotor, et le système calcule le déséquilibre résiduel admissible en grammes-millimètres. Cela comble le fossé entre “ les vibrations sont trop élevées ” (ISO 20816) et “ voici la quantité de poids à retirer ” (ISO 1940).11

4.3 Compatibilité des capteurs et configuration des entrées

Comme indiqué dans l'étude préliminaire, la capacité à s'interfacer avec différents types de capteurs est essentielle.

• Accéléromètres : Capteurs par défaut. Le système intègre le signal d'accélération (g) à la vitesse (mm/s) ou effectue une double intégration au déplacement (µm) en fonction de la vue sélectionnée. Cette intégration est gérée numériquement afin de minimiser la dérive du bruit.
• Sondes à courants de Foucault : Le système accepte des entrées analogiques de 0 à 10 V ou similaires. L'utilisateur doit configurer le coefficient de transformation dans les paramètres. Par exemple, une sonde Bently Nevada standard peut avoir un facteur d'échelle de 200 mV/mil (7,87 V/mm). L'utilisateur saisit cette sensibilité et le logiciel Balanset-1A met à l'échelle la tension entrante pour afficher les microns de déplacement, ce qui permet une comparaison directe avec l'annexe B de la norme ISO 20816-3.3.

Partie V : Mise en œuvre opérationnelle : du diagnostic à l'équilibrage dynamique

Cette section décrit une procédure opérationnelle standard (SOP) destinée aux techniciens utilisant Balanset-1A afin de garantir la conformité à la norme ISO 20816-3.

5.1 Étape 1 : Mesure de référence et classification

Le technicien s'approche d'un ventilateur centrifuge de 45 kW.

• Classification: Puissance > 15 kW, < 300 kW. Il s'agit du groupe 2. La fondation est boulonnée au béton (rigide).
• Détermination de la limite : D'après la norme ISO 20816-3 Annexe A (Groupe 2, Rigide), la limite entre les zones B et C est de 2,8 mm/s.
• Mesures: Les capteurs sont montés à l'aide de bases magnétiques. Le mode “ Vibromètre ” du Balanset-1A est activé.
• Résultat: La lecture est de 6,5 mm/s. Nous sommes dans la zone C/D. Il faut agir.

5.2 Étape 2 : Analyse diagnostique

Utilisation de la fonction FFT Balanset-1A :

• Le spectre montre un pic dominant à la vitesse de fonctionnement (1x RPM).
• L'analyse de phase montre un angle de phase stable.
• Diagnostic: Déséquilibre statique. (Si la phase était instable ou si des harmoniques élevées étaient présentes, un désalignement ou un desserrage serait suspecté).

5.3 Étape 3 : Procédure d'équilibrage (in situ)

Le diagnostic ayant révélé un déséquilibre, le technicien utilise le mode d'équilibrage du Balanset-1A. La norme exige de réduire les vibrations aux niveaux de la zone A ou B.

5.3.1 La méthode des trois essais (coefficients d'influence)

Le Balanset-1A automatise les calculs vectoriels nécessaires à l'équilibrage.

• Exécution 0 (initiale) : Mesurer l'amplitude A₀ et phase φ₀ de la vibration d'origine.
• Essai 1 (poids d'essai) : Une masse connue M_procès est ajouté selon un angle arbitraire. Le système mesure le nouveau vecteur de vibration (A₁, φ₁).

Calcul: Le logiciel calcule le coefficient d'influence α, qui représente la sensibilité du rotor aux variations de masse.

α = (V₁ − V₀) / M_procès

Correction: Le système calcule la masse de correction requise M_corr pour annuler la vibration initiale.

M_corr = − V₀ / α

Exécution 2 (vérification) : Le poids d'essai est retiré et le poids de correction calculé est ajouté. La vibration résiduelle est mesurée.

.11

5.4 Étape 4 : Vérification et rapport

Après équilibrage, la vibration chute à 1,2 mm/s.
Vérification : 1,2 mm/s est < 1,4 mm/s. La machine se trouve désormais dans la zone A.

Documentation : le technicien enregistre la session dans Balanset-1A. Un rapport est généré, indiquant le spectre “ avant ” (6,5 mm/s) et le spectre “ après ” (1,2 mm/s), en référence explicite aux limites de la norme ISO 20816-3. Ce rapport sert de certificat de conformité.

Partie VI : Considérations particulières

6.1 Machines à faible vitesse

La norme ISO 20816-3 comporte des remarques spéciales pour les machines fonctionnant à moins de 600 tr/min. À basse vitesse, les signaux de vitesse deviennent faibles et le déplacement devient l'indicateur principal de contrainte. Le Balanset-1A gère cela en permettant à l'utilisateur de basculer l'affichage métrique sur Déplacement (µm) ou en s'assurant que la fréquence de coupure inférieure est réglée sur 5 Hz ou moins (2 Hz idéalement) pour capturer l'énergie primaire. Les “ remarques préventives ” de l'annexe D de la norme mettent en garde contre le fait de se fier uniquement à la vitesse à basse vitesse 23, une nuance dont l'utilisateur du Balanset-1A doit être conscient en vérifiant les paramètres “ linéaires ” ou les filtres basse fréquence.

6.2 Conditions transitoires : accélération et décélération

Les vibrations lors du démarrage (fonctionnement transitoire) peuvent dépasser les limites en régime permanent en raison du franchissement de vitesses critiques (résonance). La norme ISO 20816-3 autorise des limites plus élevées pendant ces phases transitoires.23

Le Balanset-1A comprend une fonction expérimentale de graphique “ RunDown ”.11 Celle-ci permet au technicien d'enregistrer l'amplitude des vibrations en fonction du régime moteur pendant un ralentissement. Ces données sont essentielles pour :

• Identification des vitesses critiques (résonance).
• Vérifier que la machine passe suffisamment rapidement à travers la résonance pour éviter tout dommage.
• S'assurer que la vibration “ élevée ” est bien transitoire et non permanente.

6.3 Annexe A contre annexe B : la double évaluation

Un contrôle de conformité approfondi nécessite souvent les deux.

• Annexe A (Logement) : Mesure la transmission de force à la structure. Efficace en cas de déséquilibre ou de jeu.
• Annexe B (Arbre) : Mesure la dynamique du rotor. Utile pour détecter les instabilités, les tourbillons d'huile et les frottements.

Un technicien utilisant Balanset-1A peut utiliser des accéléromètres pour satisfaire aux exigences de l'annexe A, puis basculer les entrées vers les sondes Bently Nevada existantes afin de vérifier la conformité à l'annexe B sur une grande turbine. La capacité de Balanset-1A à servir de “ deuxième avis ” ou de “ vérificateur sur le terrain ” pour les moniteurs permanents montés sur rack est une application clé pour satisfaire aux exigences des deux annexes.

Conclusion

Le passage à la norme ISO 20816-3 marque une évolution dans le domaine de l'analyse des vibrations, qui exige désormais une approche plus nuancée et fondée sur la physique pour l'évaluation des machines. Elle va au-delà des simples notes “ réussite/échec ” pour entrer dans le domaine de l'analyse de la rigidité des supports, des vecteurs de changement et des mesures à double domaine (boîtier/arbre).

Le système Balanset-1A répond parfaitement à ces exigences modernes. Ses spécifications techniques (plage de fréquences, précision et flexibilité des capteurs) en font une plateforme matérielle performante. Cependant, sa véritable valeur réside dans son flux de travail logiciel, qui guide l'utilisateur à travers la logique complexe de la norme : de la correction des vibrations de fond et la classification des zones à la rigueur mathématique de l'équilibrage des coefficients d'influence. En combinant efficacement les capacités de diagnostic d'un analyseur de spectre avec le pouvoir correctif d'un équilibreur dynamique, le Balanset-1A permet aux équipes de maintenance non seulement d'identifier les non-conformités à la norme ISO 20816-3, mais aussi de les corriger activement, garantissant ainsi la longévité et la fiabilité des actifs industriels.