Détection de défauts mécaniques de machines. tournantes par analyses vibro-acoustiques. Nacer Hamzaoui Laboratoire Vibrations Acoustique INSA Lyon

Transcription

1 Détection de défauts mécaniques de machines tournantes par analyses vibro-acoustiques Nacer Hamzaoui Laboratoire Vibrations Acoustique INSA Lyon

2 Plan de la présentation 1/ Problématiques et stratégies, 2/ Les connaissances en maintenance conditionnelle : _ surveillance : quelques indicateurs, _ le diagnostic : indicateurs et limites 3/ Quelques éléments sur l apport acoustique / vibratoire

3 Défauts = Vibrations et bruit

4 Banc d essai expérimental 1 2 3

5 Banc d essai expérimental Délignage Balourd

6 m 1 m 2 Ω=2400 tr/mn m 3 Lp (en db) m 1+ m 2 m 1 m 2 10 db sans défaut m 1+ m

7 Délignage Puissance acoustique Ω=2400 tr/mn α Fréquence en Hz

8 Diagnostic vibro-acoustique des défauts de machines tournantes Défauts? Ω Vibrations Bruit Environnement

9 Surveillance Mettre en évidence à un stade précoce l existence d une anomalie, et suivre son évolution: 1/ Choix d indicateurs (définition des seuils d intervention) 2/ Suivi de l évolution de ces indicateurs (périodicité) Incident Indicateur d état de la machine Niveau de Danger Niveau d alarme Tendance Détection du défaut Temps avant incident Courbe de tendance Temps de fonctionnement

10 Surveillance mesures comparatives, évolution d indicateurs,.. Indicateurs: Niveaux globaux, FC, Kurtosis, K, Spectres PBC,.. Kurt FC = = T 1 1 T T T 0 0 Acc s s Acc 2 4 ( t) dt ( t) dt crête eff 2 moment d ordre 2 moment d ordre 4 T est la durée d observation

11 Diagnostic Identifier avec précision la nature de l anomalie, et sa gravité: 1/ Analyse systématique du signal vibratoire (temporel, fréquentiel,..) 2/ Cinématique, vibrations, techniques de traitement du signal,.. Image du mesure, défaut diagnostic ? Time (ms) Impact at 14.7 Hz Spectre, Zoom, Enveloppe, Cepstre,. Spectrum Frequency (Hz)

12 Surveillance et diagnostic

13 Banc d essai (réducteur à deux étages)

14 Spectres des défauts d engrenage à 1800 tr/mn 1200 Vitesse de rotation du moteur : 1800 tr/mn 1000 Sans défaut Avec défaut modéré avec défaut accentué 800 Accélération (mg) Fréquence (Hz)

15 Diagnostic analyses approfondies, fréquences des défauts, Outils: Spectre, zoom, enveloppe, cepstre, cyclostationnarité, suivi d ordre, orbite,. Limites de l analyse spectrale Exemple : y( t) = sin 2π f (1 1 pt + sign (cos 2πfmt) Hz 200 Hz

16 3 signal d'origine y(t) bruité 2 1 y(t) + bruit Spectre du signal bruité 500 Hz temps en secondes 0.5 Spectre Hz? fréquence en Hz

17 Enveloppe (de y(t) bruité) et son spectre Enveloppe (par Transf. Hilbert) Enveloppe du signal bruité Hz Spectre de l'enveloppe temps en secondes Hz Spectre de l enveloppe Hz Fréquence en Hz

18 Techniques d antennes Méthodes d identification Formation de voies «Beamforming» Holographie acoustique «modèle de sources» : monopôles, multipôles, mesures de champs et résolution d un problème inverses «Focalisation» : ondes planes ou sphériques «Rétropopagation» : ondes évanescentes

19 Holographie Acoustique Capture du champ acoustique complexe (décomposé en une infinité d ondes planes propagatives et évanescentes) par une antenne microphonique. Objet sonore Plan de calcul Rétropropagation Antenne de microphones Mesures des pressions acoustiques en module et phase en z=d, et ensuite on rétropropage ces mesures sur un plan z=0 ou près de la source.

20 Principe de l holographie acoustique ik z z c y x c y x e k k P z k k P = ),0, ( ),, ( ) ) Sur le plan de calcul : z k k k i y x e z k k k y x e

21 Principe de l holographie acoustique Holographie classique Holographie de champ proche

22 Principe de l holographie acoustique Pour le choix du nombre d onde de coupure k max, pour filtrer les ondes évanescentes et réduire le bruit, on doit procéder à une régularisation : Courbe en L Tikhonov, SVD, Domaine fréquentiel utile: f max c 2d Distance entre microphones f min c nl Envergure de l antenne Indice de filtrage

23 Exemple

24 Formation de voies «beamforming» Localiser les sources de bruit, via une procédure de focalisation. Propagation en ondes planes (champ lointain) ou ondes sphériques (champ proche); capté par une antenne de réception linéaire à capteurs équidistants ou non.

25 Exemples d antennes :

26 Principe de la formation de voies Beamforming en Onde Plane Micros 0 θ 0 M-1 Onde plane (f,λ) Incidence θ=θ 0 e jϕ 0 e j( M 1) ϕ 0 Focalisation θ 0 S (t) 1 M d ϕ0 = 2 π sinθ 0 λ d ϕn = nϕ 0 = 2 πn sinθ 0 λ

27 Principe de la formation de voies Paramètres La résolution de l antenne est fonction : De la fréquence étudiée De son envergure Basse fréquence Haute fréquence petite antenne Grande antenne De la distance entre la source et l antenne Grande distance Petite distance

28 S ( t) = i Application : détection de défauts 1 w M M j j = 1 2 j= 1 rji Focalisation en Onde Sphérique w r j ji p j rji ( t + ) c Via Matlab

29 Application : détection de défauts Cartographie acoustique de la machine : Hz Cartographie acoustique de la machine : Hz

30 l holographie acoustique/beamforming Workshop2013, Annaba 2 & 3 Juin 2013