WO2015086959A1 - Method and device for detecting mechanical faults in a variable speed rotating machine - Google Patents

Method and device for detecting mechanical faults in a variable speed rotating machine Download PDF

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WO2015086959A1
WO2015086959A1 PCT/FR2014/053167 FR2014053167W WO2015086959A1 WO 2015086959 A1 WO2015086959 A1 WO 2015086959A1 FR 2014053167 W FR2014053167 W FR 2014053167W WO 2015086959 A1 WO2015086959 A1 WO 2015086959A1
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WO
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machine
rotating
angular
signals
frequency
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Application number
PCT/FR2014/053167
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French (fr)
Inventor
Mario ELTABACH
Original Assignee
Centre Technique Des Industries Mecaniques
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines

Definitions

  • the present invention relates to the field of monitoring rotating machines with variable speed and relates in particular to a method for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed, including, but not limited to, a wind turbine.
  • a preferred field of application is the monitoring and diagnosis of mechanical defects in a wind turbine. More generally, the invention can also be applied to rotating machines with variable speed providing precise functionality on a production line, such as, for example, motors driving gears, positive displacement pumps, or else reciprocating machines. like compressors and air suppressors.
  • Mechanical defects in these machines are often characterized by periodic phenomena related to the speed of rotation and a cycle of a rotating component of the machine. Note, however, that with regard more specifically to wind turbines, the load and the speed of rotation of the various mechanical components are two relatively variable quantities according to parameters external to the kinematic chain of the machine itself, such as the direction and speed of the machines. winds, which complicates the detection of defects.
  • a problem that arises and that aims to solve the present invention is to allow to detect, early, defects in particular on a wind turbine, so as to predict the failures of the various mechanical components of the wind turbine, facilitating the implementation of a forecast maintenance, minimizing the nuisance stops caused by breakdowns and therefore maximizing productivity.
  • the present invention proposes a method for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components, in which vibration sensors are provided respectively installed on each non-rotating component of the machine urged by a rotating component of the machine, said method being characterized in that measurement signals from each vibration sensor are acquired during a set number of cycles of operation of a rotating component of the machine; the measurement signals acquired for each vibration sensor by rotational speed range of the rotating component according to a plurality of predefined rotational speed ranges, for each vibration sensor, a distribution of energy levels of the measurement signals is determined of the same speed range jointly according to a given frequency and p for each angular position of the rotating component from a representation of the measurement signals of the same speed range in function combined with the frequency and the rotation angle of the cycle of the rotating component, the distribution of the levels is extracted.
  • a plurality of monitoring indicators corresponding to the energy levels dissipated in given angular and frequency bands considered in combination, generates a current vibratory signature by speed range for each sensor of from the current values of the monitoring indicators, the current vibratory signature for a given speed range and a given vibration sensor are compared to a reference vibratory signature established for each vibration sensor in a faultless mode of the rotating machine. , and we notice the presence of a defect if the signature vib The current rationale generated for a given vibration sensor differs from the reference vibratory signature.
  • wind turbines have a complex vibratory behavior due in particular to the numerous transient events that occur during operation, which makes it at first particularly complicated to consider the consideration of vibration to make a reliable diagnosis as to the manifestation of an anomaly, potential cause of damage or failures.
  • the method of the invention makes it possible not only to be able to detect a drift with respect to a state of normal operation of the machine, but also to be able to locate the faulty component and identify the type of fault.
  • the method used by the present invention for extracting the monitoring indicators is therefore advantageously based on a distribution of the energy levels of the vibratory signals determined jointly according to the angle of rotation of the component to be diagnosed and the frequency content of the corresponding signal to be analyzed.
  • Such a distribution of vibratory energy in function, in combination, of the frequency and the angular position in the operating cycle makes it possible to extract monitoring indicators corresponding to the energy levels dissipated in given angular and frequency bands considered. in combination.
  • This monitoring method therefore advantageously makes it possible to quantify the energy of a signal vibratory when a rotating component is in a precise angular range and thus quantify energies dissipated by physical phenomena related to the rotation angle of a rotating component of the machine.
  • the method may comprise a step of validating the acquisition of the measurement signals, consisting in verifying that the measurement signals are acquired at a substantially constant speed in each predetermined speed range and at a level of load of the machine. substantially constant.
  • the acquisition of the measurement signals from the vibration sensors is performed according to a time sampling and the measurement signals in the angular range are resampled using angular position information provided by a signal of reference round-round for the entire duration of acquisition of the measurement signals, and an angle-frequency transformation is applied to the signals resampled in angular to obtain the representation of the signals as a function of the frequency and the angle of rotation.
  • angular resampling of the measurement signals advantageously makes it possible to synchronize the measurement signals with respect to the speed fluctuations.
  • the resampling of a measurement signal in the angular domain may comprise the construction of an angular resampling gate, an evaluation of the time instants corresponding to the angular resampling gate and a determination of the signal values. resampled angularly from the time sampling values of the measurement signal using the resampling angular grid.
  • the angle-frequency transformation applied to the resampled angular signals to obtain the representation of the signal as a function of the frequency and the angle of rotation is achieved by the synchronous Wigner-Ville transformation.
  • the angle-frequency transformation applied to the signals resampled in angular to obtain the representation of the signal as a function of the frequency and the angle of rotation can be achieved by the synchronous spectrogram transformation.
  • the distribution of the energy levels according to the frequency and the angle of rotation is extracted, a plurality of monitoring indicators corresponding to the energy level of the signals in given angular and frequency bands corresponding to the appearance of a periodic phenomenon resulting from the cycle of the rotating component, and the current vibratory signature is constituted by the current values of the monitoring indicators thus extracted.
  • Each of these monitoring indicators advantageously makes it possible to quantify the energy of a particular periodic phenomenon related to the cycle of a rotating component of the machine appearing in an angular band and in a given frequency band.
  • the values of the current monitoring indicators are compared with pre-established default detection thresholds as a function of reference values of the monitoring indicators forming the reference vibratory signature.
  • the default detection thresholds are preferably set as a percentage of the reference values of the monitoring indicators.
  • the finding of the presence of a fault can trigger the transmission to a remote operator terminal, wired or wireless, of a fault detection message.
  • This program can be implemented in a processor embedded in a rotating machine, for example a microcontroller, a DSP (the "Digital Signal Processor”) or other.
  • a device for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components in which each non-rotating component urged by a rotating component of the machine is equipped with a vibration sensor, said device comprising hardware and / or software means arranged to implement the method described above.
  • This device can for example be integrated in, or include, one or more processors.
  • a rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components, comprising a plurality of vibration sensors equipping the different non-rotating components of the machine. solicited by rotating components of the machine and a detection device described above.
  • FIG. 1 is a diagram of a flowchart illustrating the operation of the method according to the invention
  • FIG. 2 illustrates an example of representation of the distribution of the signal energy along the two axes rotation angle - frequency, according to the synchronous Wigner-Ville or synchronous spectrogram representation.
  • the aim of the invention is to monitor a rotating machine with a variable speed, in particular but not exclusively a wind turbine, by vibration analysis, in particular for the detection of several types of mechanical faults frequently identified in relation to the rotating components of the machine.
  • machine such as multipliers, bearings, shafts, etc., which are usually the source of the abnormal forces applied to non-rotating components and the cause of the untimely shutdown of the machine.
  • rotating forces which are related to the rotation of a shaft and which are generated for example by an unbalance defect or misalignment.
  • These efforts also include the directional forces, radial or axial, related to a stress on a shaft, generated for example by meshing in a gear.
  • the vibration measurements required to implement the monitoring of the machine by vibratory analysis will be performed according to the invention to the right of the non-rotating components of the machine, such as bearings, which are the fixed parts of the machine the more directly in relation to the rotating components of the machine.
  • a vibration sensor for example of the piezoelectric accelerometer type. This type of sensor is advantageously usable over wide frequency bands and also has excellent linearity in its bandwidth.
  • the detection method according to the invention is based on an analysis of the vibrations of the machine according to a first mode, said learning mode, during which is constituted progressively a vibratory signature reference for each vibration sensor and for each range of speeds for the machine operating in faultless mode, and in a second mode, said monitoring mode, during which the operation of the machine is monitored from a current vibratory signature generated by speed range for each vibration sensor in this monitoring mode of the machine.
  • the monitoring of the machine is based on an analysis of the difference between the current vibratory signature and the predetermined reference vibratory signature in faultless learning mode. To carry out this analysis, a preliminary configuration step is necessary to define configuration parameters or monitoring rules to be applied for the acquisition of measurement signals from the vibration sensors.
  • the device for implementing the method of the invention which integrates microcontroller / processor type digital processing means, for example, is in wired or wireless communication with a remote operator terminal for transmitting these parameters. configuration.
  • the ETO configuration step is implemented at each reception in a CDO step of a new configuration, using the wired or wireless communication means.
  • the configuration parameters necessary for the smooth running of the detection method include a parameter defining the periodicity of acquisition of the measurement signals from the vibration sensors fitted to the various non-rotating components of the wind turbine. This parameter makes it possible in particular to define the minimum period to respect between two acquisitions. This periodicity is applied in learning mode and in monitoring mode.
  • the configuration parameters also include a setting parameter of operating speed ranges of the machine, for discriminating the measurement signals acquired according to the configured speed ranges, as well as a parameter defining an allowed deviation in each configured speed range. . This will ensure that any Operating speed fluctuations remain within the previously defined limits thanks to this last parameter during the entire duration of a phase of acquisition of the measurement signals.
  • the configuration parameters also include a parameter defining the number of cycles to be acquired, making it possible to define the length of the signals to be acquired.
  • the configuration parameters also include a parameter for defining a number of records (ie files containing all the recorded signals) to be collected, making it possible to define the number of records to be saved for each speed range configured in learning mode. .
  • a parameter for defining a number of records ie files containing all the recorded signals
  • all the different records collected for the different speed ranges will be saved so as to constitute a deposit of reference data, which will be used to form the reference vibratory signatures.
  • the configuration parameters further include a setting parameter for the value of the allowed load for the machine, which makes it possible to define an allowable margin of load of the machine during the acquisition of the measurement signals. As will be seen in more detail later, this parameter is a useful parameter for validating the acquisition of the measurement signals.
  • a step ET1 of the method according to the invention consists in acquiring, in the time domain, according to the predetermined configuration parameters in step ETO, the measurement signals from the vibration sensors installed on the various non-rotating components of the wind turbine.
  • a so-called top-turn reference signal is also acquired, for example in the form of a plurality of pulses per revolution of an encoder, representative of an absolute angular position of the slow-moving shaft. wind.
  • the so-called top tower reference signal can also be provided by a proximity sensor in the form of a single reference pulse corresponding, for example, to the detection of the passage of a reference singularity on the fast shaft of the wind turbine (electric generator shaft).
  • a signal is also acquired which provides the instantaneous charge of the wind turbine, for example the power generated by the electric generator of the wind turbine.
  • the value of the instantaneous speed of the wind turbine is calculated in real time in order to check it continuously during the acquisitions.
  • the sampling frequency of the acquired signals is for example of the order of a few tens of KHz.
  • a validation step CD1 of the acquisition of the measurement signals consisting in verifying that the acquisition of the measurement signals is carried out in a substantially constant speed range and at a level of charge of the wind turbine. . More precisely, starting from the instantaneous speed and the instantaneous load giving signal, it is checked that, during the duration of the acquisition of the measurement signals, the fluctuation of the speed of operation of the wind turbine does not exceed the limits set in FIG. the configuration step for each preset speed range, as well as controlling that the wind turbine is operating in steady state (constant load) within the margin set in the configuration step.
  • step ET2 of resampling the measurement signals in the angular domain is implemented.
  • This posterior angular resampling consists in resampling the measurement signals acquired in the time domain according to an angular grid (constant angular pitch) by using the information on the angular position provided by the reference signal said top turn during any the duration of the acquisition of the measurement signals.
  • the resampling in the angular domain implemented in step ET2 is advantageously used to overcome the small variations in speed of the wind turbine and makes it possible to synchronize the measurement signals with respect to speed fluctuations and thus to reinforce the property.
  • periodic and cyclic measurement signals vibration
  • the representation of the measurement signals in the angular domain makes it possible to reduce the spreading problem of the spectra and thus to better characterize the signals coming from periodic phenomena related to a precise angle during a cycle of operation of a rotating component of the machine.
  • the angular resampling consists in substituting for the temporal sampling of a measurement signal X (t) acquired in the time domain and therefore a function of the time t, the sampling of a new signal x a ⁇ Q ) function of the angle ⁇ .
  • This operation is therefore a transformation which associates with a series of samples x ⁇ t n ) spaced from a constant period of temporal sampling T e , a series of samples ⁇ 3 ⁇ ⁇ ) spaced from a constant period of time.
  • angular sampling G e For angular resampling to be possible, it is necessary to know the phase law or the speed law of the machine expressing the variation of the angular position as a function of time. This information is advantageously available from the reference signal said top turn.
  • the monitoring system is first switched to learning mode during a step CD2 and, in a first step ETA1 of saving the measurement signals in the learning mode, the different measurement signals validated at the start Step ET1 and resampled in the angular domain in step ET2 are saved on a dedicated recording medium by being classified by speed range, so as to build the reference data field for the different speed ranges.
  • the reference data deposit containing the different records saved for each speed range fills as and when the speed of operation of the wind turbine .
  • the filling time of the data deposit of reference increases with the number of speed ranges and the number of records to collect configured. It is verified in a step CD3 that the reference data field is filled and when this is the case, the learning mode is terminated and a communication step ETA2 of the end of the learning mode is implemented at the end of the learning mode. during which an end of learning mode status message is transmitted to the remote operator terminal, using the wired or wireless communication means.
  • an ETA3 step of forming the vibratory reference signatures for each vibration sensor is implemented from the signals collected and stored in the reference data deposit.
  • the measurement signals collected for the same speed range and the same load during the learning mode and resampled in angular are processed so as to present the measurement signals as a function of the rotation angle in a cycle of a rotating component of the wind turbine and the frequency.
  • This processing can be carried out by the synchronous Wigner-Ville representation or by the synchronous spectrogram transformation by using the second-order gross or cyclostationary angular signals, also called residual signals (calculated from the raw angular signals which have been subtracted their synchronous averages).
  • Such a presentation of the measurement signals of the same speed range and for the same charge jointly along these two axes, respectively the angle of rotation and the frequency, will make it possible to calculate a distribution of the energy levels of each signal processed. in given angular and frequency bands considered in combination.
  • the values obtained from the energy in a given angular band and frequency band of a measurement signal coming from a given vibration sensor will serve as reference values forming the vibratory reference signature for said vibration sensor when the we go into monitoring mode of the machine.
  • step ETS1 for saving the measurement signals in monitoring mode
  • step ET2 the different measurement signals validated in step ET1 and resampled in the angular domain in step ET2 are saved on a dedicated recording medium under a directory preferably carrying a timestamp information of the launch of the monitoring procedure, being classified by speed range in subdirectories of the main directory.
  • a step ETS2 for calculating the distribution of the vibratory energy of the signals of the same speed range along the two axes of rotation angle and frequency is implemented. More precisely and as mentioned above in relation to the step of forming the reference vibratory signatures, a transformation of the resampled measurement signals in the angular domain into a combined function of the angle of rotation and the frequency by the Synchronous Wigner-Ville transformation or synchronous spectrogram transformation, which measure the vibratory energy at a given frequency and for each angular momentum in the machine cycle. This results in a representation of the distribution of the energy dissipated by the measurement signal from a given vibration sensor along the two axes in angle and in frequency.
  • this representation thus provides a distribution of the energy levels of the measurement signals of the same range simultaneously with a given frequency and for each angular position of the rotating component.
  • this representation it is possible to quantify very precisely the energies emitted by physical phenomena of different natures related to the angle of rotation of the rotating component of the machine, according to their angle / frequency signature on a machine cycle.
  • An ETS3 step of extracting monitoring indicators is implemented.
  • An indicator is defined as the value of the energy in a given frequency band and angular band of a given measurement signal considered in combination. More precisely, the realization of the synchronous Wigner-Ville matrix or the matrix from the synchronous spectrogram will make it possible to extract scalar parameters relating to the energy level of the signal in given frequency and angular bands considered in combination. Each of these scalar parameters, called monitoring indicators, thus makes it possible to quantify the energy of a particular vibratory phenomenon appearing in an angular band of the machine cycle and in a given frequency band.
  • the angular band for these faults is the total range of the cycle.
  • a set of monitoring indicators is extracted from the distribution of energy levels, respectively corresponding to different energy values for distinct combinations of angular and frequency bands.
  • Figure 2 shows an example of definition of 24 monitoring parameters, respectively P1 to P24.
  • the monitoring indicator P16 corresponds to the value of the energy in the frequency band [10-15] kHz and the angular band [160-210] degrees.
  • an ETS4 step is implemented consisting of forming the current vibration signature for each vibration sensor, comparing it with the reference vibratory signature and detecting a fault in case of divergence.
  • the calculation of the current vibratory signature includes the determination of a vector of the current indicators whose components are constituted by the values of the monitoring indicators previously extracted. Then a fault detection calculation is performed by comparing the different values of the components of the vector of the current indicators with previously determined thresholds for detecting faults according to the reference values of the respective indicators provided by the vibratory reference signature formed for the sensor. concerned in the corresponding speed and load range, and which are advantageously defined in the configuration parameters provided in the configuration step ⁇ 0.
  • two levels of defect detection thresholds can be distinguished, respectively a level of alert thresholds and a threshold level of alarms, for example according to a degree of priority as to the necessity of take the necessary maintenance arrangements to resolve the detected fault.
  • warning thresholds and alarm thresholds which are each preferably set as a percentage of the reference values of the indicators forming the reference vibratory signature.
  • the values of these thresholds are for example fixed by an operator of the machine according to his own expertise, or may be set according to information extracted from a database previously acquired on the same type of wind turbine.
  • two vectors are defined, respectively alarm thresholds and alarm thresholds representing in percentage terms the thresholds for triggering alerts and alarms for all the indicators.
  • two alarm and alarm detection vectors can be calculated, with binary components, reflecting the detection or not of a fault and more precisely the appearance or not of an alert or an alarm on an indicator.
  • the allowed value for each component of the alert detection vector, respectively of the alarm detection vector is the binary value 0 or 1 depending on whether the corresponding component of the vector of the current indicators exceeds the corresponding threshold contained in the vector of alert thresholds, respectively the threshold vector of alarms.
  • an ETS5 step is implemented consisting in communicating the result of the detection of faults to the remote operator terminal using the wired or wireless communication means.
  • Two cases may arise depending on the presence or absence of alerts and / or alarms verified in a CD4 step.
  • the first case corresponds to a detection situation where the two alerts detection and alarm vectors are identically zero. In this case, the machine is healthy and no fault detection is detected.
  • the monitoring process of the machine can resume by looping back on the steps ET1 and following in monitoring mode, possibly preceded by a configuration step in case of reception of a new configuration.
  • At least one of the components of the alert detection vectors and / or alarms is equal to one, indicating the presence of an alert and / or an alarm on the corresponding indicators.
  • an alert and / or alarm is raised for the concerned indicator (s), which will be communicated to the remote operator terminal. At the end of this step, it also loops back to the monitoring mode of the machine.

Abstract

The invention concerns a method for detecting mechanical faults in a rotating machine which involves acquiring (ET1) measurement signals from vibration sensors fitted to non-rotating components of the machine for several operating cycles of the machine, categorising the measurement signals by speed range, determining (ETS2), for each vibration sensor, a distribution of the energy levels of the measurement signals of a given speed range in given angular and frequency bands, generating (ETS3) a current vibration signature per speed range for each vibration sensor from the distribution of energy levels determined in this way, and comparing (ETS4) the current vibration signature for a given speed range and a given vibration sensor to a reference vibration signature established for each vibration sensor in a fault-free mode of the rotating machine.

Description

Procédé et dispositif de détection de défauts mécaniques dans une machine tournante à régime variable  Method and device for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed
La présente invention concerne le domaine de la surveillance des machines tournantes à régime variable et se rapporte en particulier à un procédé de détection de défauts mécaniques dans une machine tournante à régime variable, notamment, mais non exclusivement, une éolienne. The present invention relates to the field of monitoring rotating machines with variable speed and relates in particular to a method for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed, including, but not limited to, a wind turbine.
Un domaine d'application privilégiée est donc la surveillance et le diagnostic des défauts mécaniques dans une éolienne. De façon plus générale, l'invention peut aussi s'appliquer aux machines tournantes à régime variable assurant une fonctionnalité précise sur une chaîne de production, telles que par exemple les moteurs entraînant des engrenages, des pompes volumétriques, ou encore des machines à fonctionnement alternatifs comme les compresseurs et suppresseurs d'air. Les défauts mécaniques dans ces machines sont souvent caractérisés par des phénomènes périodiques liés à la vitesse de rotation et à un cycle d'un composant tournant de la machine. Notons toutefois qu'en ce qui concerne plus spécifiquement les éoliennes, la charge et la vitesse de rotation des différents composants mécaniques sont deux grandeurs relativement variables selon des paramètres externes à la chaîne cinématique de la machine elle-même comme la direction et la vitesse des vents, ce qui complique la détection de défauts.  A preferred field of application is the monitoring and diagnosis of mechanical defects in a wind turbine. More generally, the invention can also be applied to rotating machines with variable speed providing precise functionality on a production line, such as, for example, motors driving gears, positive displacement pumps, or else reciprocating machines. like compressors and air suppressors. Mechanical defects in these machines are often characterized by periodic phenomena related to the speed of rotation and a cycle of a rotating component of the machine. Note, however, that with regard more specifically to wind turbines, the load and the speed of rotation of the various mechanical components are two relatively variable quantities according to parameters external to the kinematic chain of the machine itself, such as the direction and speed of the machines. winds, which complicates the detection of defects.
Or, concernant la maintenance des éoliennes, la détection de défauts mécaniques et leur diagnostic jouent un rôle industriel primordial, car ils contribuent, par une détection rapide et précoce, à optimiser les temps de production notamment pour des fonctionnements où l'arrêt intempestif d'une éolienne est susceptible d'impacter la production sur une longue durée, en raison des longs délais d'approvisionnement requis pour certaines pièces mécaniques comme le multiplicateur ou les roulements. Au surplus, partant du fait que les éoliennes de grandes puissances sont souvent d'accès très difficile (en mer ou tours extrêmement élevées dépassant la hauteur de 20 m), il existe un important besoin pour la réduction des coûts de maintenance et d'exploitation des éoliennes.  However, concerning the maintenance of wind turbines, the detection of mechanical faults and their diagnosis play an essential industrial role, because they contribute, by a fast and early detection, to optimize the production times especially for operations where the untimely shutdown of a wind turbine has the potential to impact production over a long period due to the long lead times required for certain mechanical parts such as the multiplier or bearings. Moreover, since large wind turbines are often very difficult to access (at sea or extremely high towers exceeding the height of 20 m), there is a great need for reducing maintenance and operating costs. wind turbines.
Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de permettre de détecter, d'une façon précoce, les défauts mécaniques notamment sur une éolienne, de façon à prévoir les défaillances des différents composants mécaniques de l'éolienne, facilitant la mise en place d'une maintenance prévisionnelle, minimisant les arrêts intempestifs causés par des pannes et par conséquent, maximisant la productivité. Also, a problem that arises and that aims to solve the present invention, is to allow to detect, early, defects in particular on a wind turbine, so as to predict the failures of the various mechanical components of the wind turbine, facilitating the implementation of a forecast maintenance, minimizing the nuisance stops caused by breakdowns and therefore maximizing productivity.
Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose un procédé de détection de défauts mécaniques dans une machine tournante à régime variable munie de composants tournants et non tournants, dans lequel on fournit des capteurs de vibrations installés respectivement sur chaque composant non tournant de la machine sollicité par un composant tournant de la machine, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on acquiert des signaux de mesure provenant de chaque capteur de vibrations pendant un nombre paramétré de cycles de fonctionnement d'un composant tournant de la machine, on classe les signaux de mesure acquis pour chaque capteur de vibrations par plage de vitesses de rotation du composant tournant suivant une pluralité de plages de vitesses de rotation préétablies, on détermine, pour chaque capteur de vibrations, une répartition de niveaux d'énergie des signaux de mesure d'une même plage de vitesses conjointement selon une fréquence donnée et pour chaque position angulaire du composant tournant à partir d'une représentation des signaux de mesure d'une même plage de vitesses en fonction combinée de la fréquence et de l'angle de rotation du cycle du composant tournant, on extrait de la répartition des niveaux d'énergie conjointement selon la fréquence et la position angulaire une pluralité d'indicateurs de surveillance correspondant aux niveaux d'énergie dissipés dans des bandes angulaires et fréquentielles données considérées en combinaison, on génère une signature vibratoire courante par plage de vitesses pour chaque capteur de vibrations à partir des valeurs courantes des indicateurs de surveillance, on compare la signature vibratoire courante pour une plage de vitesses donnée et un capteur de vibrations donné à une signature vibratoire de référence établie pour chaque capteur de vibrations dans un mode sans défaut de la machine tournante, et on constate la présence d'un défaut si la signature vibratoire courante générée pour un capteur de vibrations donné diffère de la signature vibratoire de référence.  In order to solve this problem, the present invention proposes a method for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components, in which vibration sensors are provided respectively installed on each non-rotating component of the machine urged by a rotating component of the machine, said method being characterized in that measurement signals from each vibration sensor are acquired during a set number of cycles of operation of a rotating component of the machine; the measurement signals acquired for each vibration sensor by rotational speed range of the rotating component according to a plurality of predefined rotational speed ranges, for each vibration sensor, a distribution of energy levels of the measurement signals is determined of the same speed range jointly according to a given frequency and p for each angular position of the rotating component from a representation of the measurement signals of the same speed range in function combined with the frequency and the rotation angle of the cycle of the rotating component, the distribution of the levels is extracted. of energy together with frequency and angular position a plurality of monitoring indicators corresponding to the energy levels dissipated in given angular and frequency bands considered in combination, generates a current vibratory signature by speed range for each sensor of from the current values of the monitoring indicators, the current vibratory signature for a given speed range and a given vibration sensor are compared to a reference vibratory signature established for each vibration sensor in a faultless mode of the rotating machine. , and we notice the presence of a defect if the signature vib The current rationale generated for a given vibration sensor differs from the reference vibratory signature.
Comme il a été indiqué en préambule, les éoliennes possèdent un comportement vibratoire complexe du fait notamment des nombreux événements transitoires qui se déroulent au cours du fonctionnement, ce qui rend de prime abord particulièrement compliqué d'envisager la prise en considération des vibrations pour effectuer un diagnostic fiable quant à la manifestation d'une anomalie, cause potentielle de dégradations, voire de pannes. As mentioned in the preamble, wind turbines have a complex vibratory behavior due in particular to the numerous transient events that occur during operation, which makes it at first particularly complicated to consider the consideration of vibration to make a reliable diagnosis as to the manifestation of an anomaly, potential cause of damage or failures.
Or, de façon surprenante, il s'est effectivement avéré qu'à partir de signaux de mesure provenant de capteurs de vibrations installés sur les différents composants non tournants de la machine sollicités par des composants tournants, on peut extraire une signature vibratoire pour chaque capteur et pour chaque plage de vitesses à partir d'une présentation des signaux de mesure en fonction de l'angle de rotation dans un cycle d'un composant tournant de l'éolienne et de la fréquence, qui est en soi suffisamment pertinente pour permettre de caractériser en continu l'état de fonctionnement des différents composants mécaniques de la machine et ainsi prendre une décision quant à lever une alerte concernant tel ou tel composant.  Surprisingly, it has actually been found that from measurement signals from vibration sensors installed on the various non-rotating components of the machine urged by rotating components, it is possible to extract a vibration signature for each sensor. and for each range of speeds from a presentation of the measurement signals as a function of the rotation angle in a cycle of a rotating component of the wind turbine and the frequency, which is in itself sufficiently relevant to allow continuously characterize the operating status of the various mechanical components of the machine and thus make a decision as to raise an alert concerning this or that component.
Ainsi, grâce à l'analyse de l'écart entre la signature vibratoire courante pour une plage de vitesses donnée et une signature de référence pour cette plage de vitesses pour chacun des capteurs de vibrations installés sur lesdits composants non tournants de la machine, lesdites signatures étant basées sur une répartition de l'énergie du signal selon les deux axes angle et fréquence grâce à une présentation en mode angle-fréquence du signal, le procédé de l'invention permet non seulement de pouvoir détecter une dérive par rapport à un état de fonctionnement normal de la machine, mais également de pouvoir localiser le composant défectueux et d'identifier le type de défaut.  Thus, by analyzing the difference between the current vibratory signature for a given speed range and a reference signature for this speed range for each of the vibration sensors installed on said non-rotating components of the machine, said signatures being based on a distribution of the signal energy along the two angle and frequency axes by means of an angle-frequency presentation of the signal, the method of the invention makes it possible not only to be able to detect a drift with respect to a state of normal operation of the machine, but also to be able to locate the faulty component and identify the type of fault.
La méthode utilisée par la présente invention pour extraire les indicateurs de surveillance repose donc avantageusement sur une répartition des niveaux d'énergie des signaux vibratoires déterminée conjointement selon l'angle de rotation du composant à diagnostiquer et le contenu fréquentiel du signal correspondant à analyser. Une telle répartition de l'énergie vibratoire en fonction, en combinaison, de la fréquence et de la position angulaire dans le cycle de fonctionnement permet d'extraire des indicateurs de surveillance correspondant aux niveaux d'énergie dissipés dans des bandes angulaires et fréquentielles données considérées en combinaison. Cette méthode de surveillance permet donc avantageusement de quantifier l'énergie d'un signal vibratoire lorsqu'un composant tournant se trouve dans une plage angulaire précise et ainsi de quantifier des énergies dissipées par des phénomènes physiques liés à l'angle de rotation d'un composant tournant de la machine. The method used by the present invention for extracting the monitoring indicators is therefore advantageously based on a distribution of the energy levels of the vibratory signals determined jointly according to the angle of rotation of the component to be diagnosed and the frequency content of the corresponding signal to be analyzed. Such a distribution of vibratory energy in function, in combination, of the frequency and the angular position in the operating cycle makes it possible to extract monitoring indicators corresponding to the energy levels dissipated in given angular and frequency bands considered. in combination. This monitoring method therefore advantageously makes it possible to quantify the energy of a signal vibratory when a rotating component is in a precise angular range and thus quantify energies dissipated by physical phenomena related to the rotation angle of a rotating component of the machine.
De préférence, le procédé peut comprendre une étape de validation de l'acquisition des signaux de mesure, consistant à vérifier que les signaux de mesure sont acquis à une vitesse sensiblement constante dans chaque plage de vitesses préétablie et à un niveau de charge de la machine sensiblement constant.  Preferably, the method may comprise a step of validating the acquisition of the measurement signals, consisting in verifying that the measurement signals are acquired at a substantially constant speed in each predetermined speed range and at a level of load of the machine. substantially constant.
Selon un mode de réalisation préféré, l'acquisition des signaux de mesure provenant des capteurs de vibrations est effectuée selon un échantillonnage temporel et on ré-échantillonne les signaux de mesure dans le domaine angulaire en utilisant une information de position angulaire fournie par un signal de référence top tour pendant toute la durée d'acquisition des signaux de mesure, et on applique une transformation angle-fréquence aux signaux ré- échantillonnés en angulaire pour obtenir la représentation des signaux en fonction de la fréquence et de l'angle de rotation. Un tel ré-échantillonnage en angulaire des signaux de mesure permet avantageusement de synchroniser les signaux de mesure par rapport aux fluctuations de vitesse.  According to a preferred embodiment, the acquisition of the measurement signals from the vibration sensors is performed according to a time sampling and the measurement signals in the angular range are resampled using angular position information provided by a signal of reference round-round for the entire duration of acquisition of the measurement signals, and an angle-frequency transformation is applied to the signals resampled in angular to obtain the representation of the signals as a function of the frequency and the angle of rotation. Such angular resampling of the measurement signals advantageously makes it possible to synchronize the measurement signals with respect to the speed fluctuations.
De préférence, le ré-échantillonnage d'un signal de mesure dans le domaine angulaire peut comprendre la construction d'une grille angulaire de rééchantillonnage, une évaluation des instants temporels correspondant à la grille angulaire de ré-échantillonnage et une détermination des valeurs du signal rééchantillonné en angulaire à partir des valeurs d'échantillonnage temporel du signal de mesure en utilisant la grille angulaire de ré-échantillonnage.  Preferably, the resampling of a measurement signal in the angular domain may comprise the construction of an angular resampling gate, an evaluation of the time instants corresponding to the angular resampling gate and a determination of the signal values. resampled angularly from the time sampling values of the measurement signal using the resampling angular grid.
Avantageusement, la transformation angle-fréquence appliquée aux signaux ré-échantillonnés en angulaire pour obtenir la représentation du signal en fonction de la fréquence et de l'angle de rotation est réalisée par la transformation de Wigner-Ville synchrone.  Advantageously, the angle-frequency transformation applied to the resampled angular signals to obtain the representation of the signal as a function of the frequency and the angle of rotation is achieved by the synchronous Wigner-Ville transformation.
En variante, la transformation angle-fréquence appliquée aux signaux ré- échantillonnés en angulaire pour obtenir la représentation du signal en fonction de la fréquence et de l'angle de rotation peut être réalisée par la transformation de spectrogramme synchrone.  Alternatively, the angle-frequency transformation applied to the signals resampled in angular to obtain the representation of the signal as a function of the frequency and the angle of rotation can be achieved by the synchronous spectrogram transformation.
De préférence, on extrait de la répartition des niveaux d'énergie selon la fréquence et l'angle de rotation, une pluralité d'indicateurs de surveillance correspondant au niveau d'énergie des signaux dans des bandes angulaires et fréquentielles données correspondant à l'apparition d'un phénomène périodique résultant du cycle du composant tournant, et la signature vibratoire courante est constituée par les valeurs courantes des indicateurs de surveillance ainsi extraits. Chacun de ces indicateurs de surveillance permet avantageusement de quantifier l'énergie d'un phénomène périodique particulier lié au cycle d'un composant tournant de la machine apparaissant dans une bande angulaire et dans une bande fréquentielle donnée. Preferably, the distribution of the energy levels according to the frequency and the angle of rotation is extracted, a plurality of monitoring indicators corresponding to the energy level of the signals in given angular and frequency bands corresponding to the appearance of a periodic phenomenon resulting from the cycle of the rotating component, and the current vibratory signature is constituted by the current values of the monitoring indicators thus extracted. Each of these monitoring indicators advantageously makes it possible to quantify the energy of a particular periodic phenomenon related to the cycle of a rotating component of the machine appearing in an angular band and in a given frequency band.
De préférence, on compare les valeurs des indicateurs de surveillance courants à des seuils de détection de défauts préétablis en fonction de valeurs de référence des indicateurs de surveillance formant la signature vibratoire de référence.  Preferably, the values of the current monitoring indicators are compared with pre-established default detection thresholds as a function of reference values of the monitoring indicators forming the reference vibratory signature.
Les seuils de détection de défauts sont préférentiellement fixés en pourcentage des valeurs de référence des indicateurs de surveillance.  The default detection thresholds are preferably set as a percentage of the reference values of the monitoring indicators.
Avantageusement, la constatation de la présence d'un défaut peut déclencher la transmission vers un terminal opérateur distant, par voie filaire ou non filaire, d'un message de détection de défaut.  Advantageously, the finding of the presence of a fault can trigger the transmission to a remote operator terminal, wired or wireless, of a fault detection message.
Il est en outre proposé un programme d'ordinateur comportant des instructions pour exécuter le procédé décrit ci-dessus. Ce programme peut être implémenté dans un processeur embarqué dans une machine tournante, par exemple un microcontrôleur, un DSP (de l'anglais « Digital Signal Processor ») ou autre.  There is further provided a computer program comprising instructions for performing the method described above. This program can be implemented in a processor embedded in a rotating machine, for example a microcontroller, a DSP (the "Digital Signal Processor") or other.
Il est encore proposé un dispositif de détection de défauts mécaniques dans une machine tournante à régime variable munie de composants tournants et non tournants dans laquelle chaque composant non tournant sollicité par un composant tournant de la machine est équipé d'un capteur de vibrations, ledit dispositif comprenant des moyens matériels et/ou logiciels agencés de façon à mettre en œuvre le procédé décrit ci-dessus.  It is also proposed a device for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components in which each non-rotating component urged by a rotating component of the machine is equipped with a vibration sensor, said device comprising hardware and / or software means arranged to implement the method described above.
Ce dispositif peut par exemple être intégré dans, ou comprendre, un ou plusieurs processeurs.  This device can for example be integrated in, or include, one or more processors.
Il est en outre proposé une machine tournante à régime variable munie de composants tournants et non tournants, comprenant une pluralité de capteurs de vibrations équipant les différents composants non tournants de la machine sollicités par des composants tournants de la machine et un dispositif de détection décrit ci-dessus. It is furthermore proposed a rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components, comprising a plurality of vibration sensors equipping the different non-rotating components of the machine. solicited by rotating components of the machine and a detection device described above.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :  Other features and advantages of the invention will emerge on reading the following description of a particular embodiment of the invention, given by way of indication but not limitation, with reference to the accompanying drawings in which:
- la Figure 1 est un schéma d'un organigramme illustrant le fonctionnement du procédé selon l'invention ;  - Figure 1 is a diagram of a flowchart illustrating the operation of the method according to the invention;
- la Figure 2 illustre un exemple de représentation de la répartition de l'énergie du signal suivant les deux axes angle de rotation - fréquence, suivant la représentation de Wigner-Ville synchrone ou spectrogramme synchrone  FIG. 2 illustrates an example of representation of the distribution of the signal energy along the two axes rotation angle - frequency, according to the synchronous Wigner-Ville or synchronous spectrogram representation.
L'invention vise à réaliser la surveillance d'une machine tournante à régime variable, notamment mais non exclusivement une éolienne, par analyse des vibrations, en particulier pour la détection de plusieurs types de défauts mécaniques fréquemment recensés en relation avec les composants tournants de la machine, tels que les multiplicateurs, roulements, axes, etc., qui sont généralement la source des efforts anormaux appliqués aux composants non tournants et la cause de l'arrêt intempestif de la machine. On distingue notamment les efforts tournants, qui sont liés à la rotation d'un arbre et qui sont générés par exemple par un défaut balourd ou un désalignement. Ces efforts comprennent également les efforts de type directionnel, radial ou axial, liés à une contrainte sur un arbre, générés par exemple par l'engrènement dans un engrenage. Aussi, les mesures de vibration nécessitées pour mettre en œuvre la surveillance de la machine par analyse vibratoire, seront effectuées selon l'invention au droit des composants non tournants de la machine, tels que des paliers, qui sont les parties fixes de la machine les plus directement en relation avec les composants tournants de la machine. Typiquement, on équipe chacun de ces différents composants non tournants de la machine sollicités par les composants tournants d'un capteur de vibrations, par exemple de type accéléromètre piézoélectrique. Ce type de capteur est avantageusement utilisable sur de larges bandes fréquentielles et présente en outre une excellente linéarité dans sa bande passante.  The aim of the invention is to monitor a rotating machine with a variable speed, in particular but not exclusively a wind turbine, by vibration analysis, in particular for the detection of several types of mechanical faults frequently identified in relation to the rotating components of the machine. machine, such as multipliers, bearings, shafts, etc., which are usually the source of the abnormal forces applied to non-rotating components and the cause of the untimely shutdown of the machine. One distinguishes particular rotating forces, which are related to the rotation of a shaft and which are generated for example by an unbalance defect or misalignment. These efforts also include the directional forces, radial or axial, related to a stress on a shaft, generated for example by meshing in a gear. Also, the vibration measurements required to implement the monitoring of the machine by vibratory analysis, will be performed according to the invention to the right of the non-rotating components of the machine, such as bearings, which are the fixed parts of the machine the more directly in relation to the rotating components of the machine. Typically, one equips each of these different non-rotating components of the machine stressed by the rotating components of a vibration sensor, for example of the piezoelectric accelerometer type. This type of sensor is advantageously usable over wide frequency bands and also has excellent linearity in its bandwidth.
Comme on le verra plus en détail par la suite, le procédé de détection selon l'invention repose sur une analyse des vibrations de la machine selon un premier mode, dit mode d'apprentissage, durant lequel on constitue au fur et à mesure une signature vibratoire de référence pour chaque capteur de vibrations et pour chaque plage de vitesses pour la machine fonctionnant en mode sans défaut, et selon un deuxième mode, dit mode de surveillance, durant lequel on surveille le fonctionnement de la machine à partir d'une signature vibratoire courante générée par plage de vitesses pour chaque capteur de vibrations dans ce mode de surveillance de la machine. Conformément à l'invention, la surveillance de la machine repose sur une analyse de l'écart entre la signature vibratoire courante et la signature vibratoire de référence préétablie en mode d'apprentissage sans défaut. Pour mener à bien cette analyse, une étape préalable de configuration est nécessaire permettant de définir des paramètres de configuration ou règles de surveillance à appliquer pour l'acquisition des signaux de mesure provenant des capteurs de vibrations. As will be seen in more detail later, the detection method according to the invention is based on an analysis of the vibrations of the machine according to a first mode, said learning mode, during which is constituted progressively a vibratory signature reference for each vibration sensor and for each range of speeds for the machine operating in faultless mode, and in a second mode, said monitoring mode, during which the operation of the machine is monitored from a current vibratory signature generated by speed range for each vibration sensor in this monitoring mode of the machine. According to the invention, the monitoring of the machine is based on an analysis of the difference between the current vibratory signature and the predetermined reference vibratory signature in faultless learning mode. To carry out this analysis, a preliminary configuration step is necessary to define configuration parameters or monitoring rules to be applied for the acquisition of measurement signals from the vibration sensors.
Pour ce faire, le dispositif pour la mise en œuvre du procédé de l'invention, qui intègre des moyens de traitement numérique de type microcontrôleur/processeur par exemple, est en communication filaire ou sans fil avec un terminal opérateur distant permettant de transmettre ces paramètres de configuration.  To do this, the device for implementing the method of the invention, which integrates microcontroller / processor type digital processing means, for example, is in wired or wireless communication with a remote operator terminal for transmitting these parameters. configuration.
Comme illustré sur la figure 1 , l'étape de configuration ETO est mise en œuvre à chaque réception dans une étape CDO d'une nouvelle configuration, utilisant les moyens de communication filaire ou sans fil. En particulier, les paramètres de configuration nécessaires au bon déroulement du procédé de détection comprennent un paramètre de définition de la périodicité des acquisitions des signaux de mesure provenant des capteurs de vibration équipant les différents composants non tournants de l'éolienne. Ce paramètre permet en particulier de définir la période minimale à respecter entre deux acquisitions. Cette périodicité est appliquée en mode d'apprentissage et en mode de surveillance.  As illustrated in FIG. 1, the ETO configuration step is implemented at each reception in a CDO step of a new configuration, using the wired or wireless communication means. In particular, the configuration parameters necessary for the smooth running of the detection method include a parameter defining the periodicity of acquisition of the measurement signals from the vibration sensors fitted to the various non-rotating components of the wind turbine. This parameter makes it possible in particular to define the minimum period to respect between two acquisitions. This periodicity is applied in learning mode and in monitoring mode.
Les paramètres de configuration comprennent également un paramètre de définition de plages de vitesse de fonctionnement de la machine, permettant de discriminer les signaux de mesure acquis selon les plages de vitesse configurées, ainsi qu'un paramètre définissant un écart autorisé dans chaque plage de vitesse configurée. On veillera ainsi à ce que les éventuelles fluctuations de vitesse de fonctionnement demeurent dans les limites préalablement définies grâce à ce dernier paramètre durant toute la durée d'une phase d'acquisition des signaux de mesure. The configuration parameters also include a setting parameter of operating speed ranges of the machine, for discriminating the measurement signals acquired according to the configured speed ranges, as well as a parameter defining an allowed deviation in each configured speed range. . This will ensure that any Operating speed fluctuations remain within the previously defined limits thanks to this last parameter during the entire duration of a phase of acquisition of the measurement signals.
Les paramètres de configuration comprennent également un paramètre de définition du nombre de cycles à acquérir, permettant de définir la longueur des signaux à acquérir.  The configuration parameters also include a parameter defining the number of cycles to be acquired, making it possible to define the length of the signals to be acquired.
Les paramètres de configuration comprennent également un paramètre de définition d'un nombre d'enregistrements (i.e. de fichiers contenant tous les signaux enregistrés) à collecter, permettant de définir le nombre des enregistrements à sauvegarder pour chaque plage de vitesse configurée en mode d'apprentissage. Ainsi, dans le mode d'apprentissage qui sera détaillé plus loin en référence aux étapes ETA1 à ETA3, l'ensemble des différents enregistrements collectés pour les différentes plages de vitesse sera sauvegardé de façon à constituer un gisement de données de référence, qui sera utilisé pour former les signatures vibratoires de référence.  The configuration parameters also include a parameter for defining a number of records (ie files containing all the recorded signals) to be collected, making it possible to define the number of records to be saved for each speed range configured in learning mode. . Thus, in the learning mode, which will be detailed later with reference to the steps ETA1 to ETA3, all the different records collected for the different speed ranges will be saved so as to constitute a deposit of reference data, which will be used to form the reference vibratory signatures.
Les paramètres de configuration comprennent encore un paramètre de définition de la valeur de la charge autorisée pour la machine, permettant de définir une marge autorisée de la charge de la machine au cours de l'acquisition des signaux de mesure. Comme on le verra plus en détail par la suite, ce paramètre est un paramètre utile pour valider l'acquisition des signaux de mesure.  The configuration parameters further include a setting parameter for the value of the allowed load for the machine, which makes it possible to define an allowable margin of load of the machine during the acquisition of the measurement signals. As will be seen in more detail later, this parameter is a useful parameter for validating the acquisition of the measurement signals.
En référence à la figure 1 , suite à l'étape ETO de configuration, une étape ET1 du procédé conforme à l'invention consiste à acquérir dans le domaine temporel, suivant les paramètres de configuration prédéterminés à l'étape ETO, les signaux de mesure provenant des capteurs de vibrations installés sur les différents composants non tournants de l'éolienne. On acquiert également, au cours de cette étape ET1 , un signal de référence dit top tour, par exemple sous forme d'une pluralité d'impulsions par tour d'un codeur, représentatives d'une position angulaire absolue de l'arbre lent de l'éolienne. En variante, le signal de référence dit top tour peut aussi être fourni par un capteur de proximité sous la forme d'une seule impulsion de référence correspondant par exemple à la détection du passage d'une singularité de référence sur l'arbre rapide de l'éolienne (arbre de la génératrice électrique). On acquiert également, au cours de cette étape ET1 , un signal fournissant la charge instantanée de l'éolienne, par exemple la puissance générée par la génératrice électrique de l'éolienne. Pendant cette étape, la valeur de la vitesse instantanée de l'éolienne est calculée en temps réel afin de la vérifier en continu pendant les acquisitions. With reference to FIG. 1, following the ETO configuration step, a step ET1 of the method according to the invention consists in acquiring, in the time domain, according to the predetermined configuration parameters in step ETO, the measurement signals from the vibration sensors installed on the various non-rotating components of the wind turbine. In this step ET1, a so-called top-turn reference signal is also acquired, for example in the form of a plurality of pulses per revolution of an encoder, representative of an absolute angular position of the slow-moving shaft. wind. As a variant, the so-called top tower reference signal can also be provided by a proximity sensor in the form of a single reference pulse corresponding, for example, to the detection of the passage of a reference singularity on the fast shaft of the wind turbine (electric generator shaft). During this step ET1, a signal is also acquired which provides the instantaneous charge of the wind turbine, for example the power generated by the electric generator of the wind turbine. During this step, the value of the instantaneous speed of the wind turbine is calculated in real time in order to check it continuously during the acquisitions.
La fréquence d'échantillonnage des signaux acquis est par exemple de l'ordre de quelques dizaines de KHz.  The sampling frequency of the acquired signals is for example of the order of a few tens of KHz.
Puis, une étape de validation CD1 de l'acquisition des signaux de mesure est mise en œuvre, consistant à vérifier que l'acquisition des signaux de mesure est effectuée dans une plage de vitesse et à un niveau de charge de l'éolienne sensiblement constants. Plus précisément, à partir de la vitesse instantanée et du signal fournissant charge instantanée, on contrôle que, pendant la durée de l'acquisition des signaux de mesure, la fluctuation de la vitesse de fonctionnement de l'éolienne ne dépasse pas les limites fixées à l'étape de configuration pour chaque plage de vitesse préétablie, de même qu'on contrôle que l'éolienne fonctionne en régime stable (charge constante) à l'intérieur de la marge définie à l'étape de configuration.  Then, a validation step CD1 of the acquisition of the measurement signals is implemented, consisting in verifying that the acquisition of the measurement signals is carried out in a substantially constant speed range and at a level of charge of the wind turbine. . More precisely, starting from the instantaneous speed and the instantaneous load giving signal, it is checked that, during the duration of the acquisition of the measurement signals, the fluctuation of the speed of operation of the wind turbine does not exceed the limits set in FIG. the configuration step for each preset speed range, as well as controlling that the wind turbine is operating in steady state (constant load) within the margin set in the configuration step.
Si les signaux de mesure acquis dans le domaine temporel à l'étape ET1 sont validées, autrement dit s'il a été validé à l'étape CD1 que la vitesse et la charge de l'éolienne sont restées sensiblement constantes (dans une des plages de vitesse prédéfinies) pendant la durée de l'acquisition des signaux de mesure, une étape ET2 de ré-échantillonnage des signaux de mesure dans le domaine angulaire est mise en œuvre. Ce ré-échantillonnage angulaire a posteriori consiste à ré-échantillonner les signaux de mesure acquis dans le domaine temporel selon une grille angulaire (pas angulaire constant) en utilisant l'information sur la position angulaire fournie par le signal de référence dit top tour pendant toute la durée de l'acquisition des signaux de mesure. Le ré-échantillonnage dans le domaine angulaire mis en œuvre à l'étape ET2 est avantageusement utilisé pour pallier les petites variations de vitesse de l'éolienne et permet de synchroniser les signaux de mesure par rapport aux fluctuations de vitesse et ainsi de renforcer la propriété périodique et cyclique des signaux de mesure (vibration). Dit autrement, la représentation des signaux de mesure dans le domaine angulaire permet de réduire le problème d'étalement des spectres et donc de mieux caractériser les signaux provenant des phénomènes périodiques liés à un angle précis durant un cycle de fonctionnement d'un composant tournant de la machine. If the measurement signals acquired in the time domain in the step ET1 are validated, in other words if it has been validated in the step CD1 that the speed and the load of the wind turbine have remained substantially constant (in one of the ranges). predefined velocities) during the acquisition time of the measurement signals, a step ET2 of resampling the measurement signals in the angular domain is implemented. This posterior angular resampling consists in resampling the measurement signals acquired in the time domain according to an angular grid (constant angular pitch) by using the information on the angular position provided by the reference signal said top turn during any the duration of the acquisition of the measurement signals. The resampling in the angular domain implemented in step ET2 is advantageously used to overcome the small variations in speed of the wind turbine and makes it possible to synchronize the measurement signals with respect to speed fluctuations and thus to reinforce the property. periodic and cyclic measurement signals (vibration). In other words, the representation of the measurement signals in the angular domain makes it possible to reduce the spreading problem of the spectra and thus to better characterize the signals coming from periodic phenomena related to a precise angle during a cycle of operation of a rotating component of the machine.
Plus précisément, le ré-échantillonnage angulaire consiste à substituer à l'échantillonnage temporel d'un signal de mesure X(t) acquis dans le domaine temporel et donc fonction du temps t, l'échantillonnage d'un nouveau signal xa{Q) fonction de l'angle Θ. Cette opération est donc une transformation qui associe à une série d'échantillons x{tn) espacés d'une période constante d'échantillonnage temporelle Te, une série d'échantillons χ3{θη) espacés d'une période constante d'échantillonnage angulaire Ge. Pour que le ré- échantillonnage angulaire soit possible, il est nécessaire de connaître la loi de phase ou la loi de vitesse de la machine exprimant la variation de la position angulaire en fonction du temps. Cette information est avantageusement disponible à partir du signal de référence dit top tour. More precisely, the angular resampling consists in substituting for the temporal sampling of a measurement signal X (t) acquired in the time domain and therefore a function of the time t, the sampling of a new signal x a {Q ) function of the angle Θ. This operation is therefore a transformation which associates with a series of samples x {t n ) spaced from a constant period of temporal sampling T e , a series of samples χ 3 {θ η ) spaced from a constant period of time. angular sampling G e . For angular resampling to be possible, it is necessary to know the phase law or the speed law of the machine expressing the variation of the angular position as a function of time. This information is advantageously available from the reference signal said top turn.
Le principe de ré-échantillonnage angulaire repose alors sur les trois étapes consécutives suivantes :  The principle of angular resampling then rests on the following three consecutive steps:
- construction de la grille angulaire {θη} de ré-échantillonnage ; - construction of the angular grid {θ η } resampling;
- évaluation des instants temporels [θη] correspondants ; - evaluation of the corresponding time instants [θ η ];
- évaluation des valeurs χ3[θη] du signal de mesure transformé dans le domaine angulaire. - evaluation of the values χ 3 [θ η ] of the transformed measurement signal in the angular domain.
On va maintenant décrire les étapes mises en œuvre exclusivement dans le mode d'apprentissage, permettant de former les signatures vibratoires référence pour chaque capteur de vibrations, par plage de vitesse de fonctionnement, pour l'éolienne fonctionnant sans défaut. Le système de surveillance est d'abord basculé en mode d'apprentissage au cours d'une étape CD2 et, lors d'une première étape ETA1 de sauvegarde des signaux de mesure en mode d'apprentissage, les différents signaux de mesure validés à l'étape ET1 et ré-échantillonnés dans le domaine angulaire à l'étape ET2 sont sauvegardés sur un support d'enregistrement dédié en étant classés par plage de vitesse, de manière à construire le gisement de données de référence pour les différentes plages de vitesse. Ainsi, selon les principes exposés plus haut en référence à l'étape de configuration, le gisement de données de référence contenant les différents enregistrements sauvegardés pour chaque plage de vitesse, se remplit au fur et à mesure selon la vitesse de fonctionnement de l'éolienne. A noter que la durée de remplissage du gisement de données de référence augmente avec le nombre de plages de vitesse et le nombre d'enregistrements à collecter configurés. On vérifie dans une étape CD3 que le gisement de données de référence est rempli et lorsque c'est le cas, on met fin au mode d'apprentissage et une étape ETA2 de communication de la fin du mode d'apprentissage est mise en œuvre au cours de laquelle un message d'état de fin du mode d'apprentissage est transmis au terminal opérateur distant, en utilisant les moyens de communication filaire ou sans fil. We will now describe the steps implemented exclusively in the learning mode, for forming the vibration signatures reference for each vibration sensor, by operating speed range, for the wind turbine operating flawless. The monitoring system is first switched to learning mode during a step CD2 and, in a first step ETA1 of saving the measurement signals in the learning mode, the different measurement signals validated at the start Step ET1 and resampled in the angular domain in step ET2 are saved on a dedicated recording medium by being classified by speed range, so as to build the reference data field for the different speed ranges. Thus, according to the principles explained above with reference to the configuration step, the reference data deposit containing the different records saved for each speed range, fills as and when the speed of operation of the wind turbine . It should be noted that the filling time of the data deposit of reference increases with the number of speed ranges and the number of records to collect configured. It is verified in a step CD3 that the reference data field is filled and when this is the case, the learning mode is terminated and a communication step ETA2 of the end of the learning mode is implemented at the end of the learning mode. during which an end of learning mode status message is transmitted to the remote operator terminal, using the wired or wireless communication means.
Puis, une étape ETA3 de formation des signatures vibratoires de référence pour chaque capteur de vibrations est mise en œuvre à partir des signaux collectés et sauvegardés dans le gisement de données de référence. Pour ce faire, pour chaque capteur de vibrations, les signaux de mesure collectés pour une même plage de vitesse et une même charge lors du mode d'apprentissage et ré-échantillonnés en angulaire sont traités de manière à présenter les signaux de mesure en fonction de l'angle de rotation dans un cycle d'un composant tournant de l'éolienne et de la fréquence. Ce traitement peut être réalisée par la représentation de Wigner-Ville synchrone ou par la transformation de spectrogramme synchrone en utilisant les signaux angulaires bruts ou cyclostationnaires à l'ordre 2, appelés aussi signaux résiduels (calculés à partir des signaux angulaires bruts auxquels on a retranché leurs moyennes synchrones). Une telle présentation des signaux de mesure d'une même plage de vitesse et pour une même charge conjointement suivant ces deux axes, respectivement l'angle de rotation et la fréquence, va permettre de calculer une répartition des niveaux d'énergie de chaque signal traité dans des bandes angulaires et fréquentielles données considérées en combinaison. Les valeurs obtenues de l'énergie dans une bande angulaire et une bande fréquentielle données d'un signal de mesure provenant d'un capteur de vibrations donné vont servir de valeurs de référence formant la signature vibratoire de référence pour ledit capteur de vibrations lorsque l'on passe en mode de surveillance de la machine.  Then, an ETA3 step of forming the vibratory reference signatures for each vibration sensor is implemented from the signals collected and stored in the reference data deposit. For this purpose, for each vibration sensor, the measurement signals collected for the same speed range and the same load during the learning mode and resampled in angular are processed so as to present the measurement signals as a function of the rotation angle in a cycle of a rotating component of the wind turbine and the frequency. This processing can be carried out by the synchronous Wigner-Ville representation or by the synchronous spectrogram transformation by using the second-order gross or cyclostationary angular signals, also called residual signals (calculated from the raw angular signals which have been subtracted their synchronous averages). Such a presentation of the measurement signals of the same speed range and for the same charge jointly along these two axes, respectively the angle of rotation and the frequency, will make it possible to calculate a distribution of the energy levels of each signal processed. in given angular and frequency bands considered in combination. The values obtained from the energy in a given angular band and frequency band of a measurement signal coming from a given vibration sensor will serve as reference values forming the vibratory reference signature for said vibration sensor when the we go into monitoring mode of the machine.
Le mode de surveillance de la machine va maintenant être décrit en référence aux étapes ETS1 à ETS5 de la figure 1 .  The monitoring mode of the machine will now be described with reference to steps ETS1 to ETS5 of FIG.
Ainsi, une fois les étapes ΕΤ0 à ET2 réalisées, lors d'une première étape ETS1 de sauvegarde des signaux de mesure en mode de surveillance, les différents signaux de mesure validés à l'étape ET1 et ré-échantillonnés dans le domaine angulaire à l'étape ET2 sont sauvegardés sur un support d'enregistrement dédié sous un répertoire portant préférentiellement une information d'horodatage du lancement de la procédure de surveillance, en étant classés par plage de vitesse dans des sous-répertoires du répertoire principal. Thus, once the steps ΕΤ0 to ET2 have been carried out, during a first step ETS1 for saving the measurement signals in monitoring mode, the different measurement signals validated in step ET1 and resampled in the angular domain in step ET2 are saved on a dedicated recording medium under a directory preferably carrying a timestamp information of the launch of the monitoring procedure, being classified by speed range in subdirectories of the main directory.
Puis, pour chaque capteur de vibrations, une étape ETS2 de calcul de la répartition de l'énergie vibratoire des signaux d'une même plage de vitesse suivant les deux axes angle de rotation et fréquence est mise en œuvre. Plus précisément et comme évoqué précédemment en rapport avec l'étape de formation des signatures vibratoires de référence, on réalise une transformation des signaux de mesure ré-échantillonnés dans le domaine angulaire en fonction combinée de l'angle de rotation et de la fréquence par la transformation de Wigner-Ville synchrone ou par la transformation de spectrogramme synchrone, qui mesurent l'énergie vibratoire à une fréquence donnée et pour chaque instant angulaire dans le cycle machine. Il en résulte une représentation de la répartition de l'énergie dissipée par le signal de mesure provenant d'un capteur de vibration donné suivant les deux axes en angle et en fréquence. La figure 2 illustre un exemple d'une telle représentation de la répartition de l'énergie du signal suivant les deux axes angle de rotation - fréquence, cette représentation fournit donc une répartition des niveaux d'énergie des signaux de mesure d'une même plage de vitesses conjointement selon une fréquence donnée et pour chaque position angulaire du composant tournant. Grâce à cette représentation, il est possible de quantifier très précisément des énergies émises par des phénomènes physiques de natures différentes liés à l'angle de rotation du composant tournant de la machine, en fonction de leur signature angle/fréquence sur un cycle machine.  Then, for each vibration sensor, a step ETS2 for calculating the distribution of the vibratory energy of the signals of the same speed range along the two axes of rotation angle and frequency is implemented. More precisely and as mentioned above in relation to the step of forming the reference vibratory signatures, a transformation of the resampled measurement signals in the angular domain into a combined function of the angle of rotation and the frequency by the Synchronous Wigner-Ville transformation or synchronous spectrogram transformation, which measure the vibratory energy at a given frequency and for each angular momentum in the machine cycle. This results in a representation of the distribution of the energy dissipated by the measurement signal from a given vibration sensor along the two axes in angle and in frequency. FIG. 2 illustrates an example of such a representation of the distribution of the energy of the signal along the two axes rotation angle - frequency, this representation thus provides a distribution of the energy levels of the measurement signals of the same range simultaneously with a given frequency and for each angular position of the rotating component. With this representation, it is possible to quantify very precisely the energies emitted by physical phenomena of different natures related to the angle of rotation of the rotating component of the machine, according to their angle / frequency signature on a machine cycle.
Pour ce faire, une étape ETS3 d'extraction d'indicateurs de surveillance est mise en œuvre. Un indicateur est défini comme la valeur de l'énergie dans une bande fréquentielle et une bande angulaire données d'un signal de mesure déterminé considérées en combinaison. Plus précisément, la réalisation de la matrice de Wigner-Ville synchrone ou la matrice provenant du spectrogramme synchrone va permettre d'extraire des paramètres scalaires relatifs au niveau d'énergie du signal dans des bandes fréquentielles et angulaires données considérées en combinaison. Chacun des ces paramètres scalaires, appelés indicateurs de surveillance, permet ainsi de quantifier l'énergie d'un phénomène vibratoire particulier apparaissant dans une bande angulaire du cycle de la machine et dans une bande fréquentielle donnée. En outre, afin d'extraire des paramètres pertinents relatifs à des événements physiques d'un composant de l'éolienne, il convient d'identifier les bandes angulaires qui correspondent à ces phénomènes physiques. Par exemple, si certains défauts sont susceptibles d'apparaître à tout moment (i.e. à tout angle) du cycle, la bande angulaire pour ces défauts est la plage totale du cycle. Selon l'exemple de la figure 2, un ensemble d'indicateurs de surveillance est extrait de la répartition des niveaux d'énergie, correspondant respectivement à différentes valeurs d'énergie pour des combinaisons distinctes de bandes angulaires et fréquentielles. La Figure 2 montre un exemple de définition de 24 paramètres de surveillances , respectivement P1 à P24. Ainsi, à titre d'exemple, l'indicateur de surveillance P16 correspond à la valeur de l'énergie dans la bande fréquentielle [10-15] kHz et la bande angulaire [160-210] degrés. To do this, an ETS3 step of extracting monitoring indicators is implemented. An indicator is defined as the value of the energy in a given frequency band and angular band of a given measurement signal considered in combination. More precisely, the realization of the synchronous Wigner-Ville matrix or the matrix from the synchronous spectrogram will make it possible to extract scalar parameters relating to the energy level of the signal in given frequency and angular bands considered in combination. Each of these scalar parameters, called monitoring indicators, thus makes it possible to quantify the energy of a particular vibratory phenomenon appearing in an angular band of the machine cycle and in a given frequency band. In addition, in order to extract relevant parameters relating to physical events of a component of the wind turbine, it is necessary to identify the angular bands that correspond to these physical phenomena. For example, if certain faults are likely to occur at any time (ie at any angle) of the cycle, the angular band for these faults is the total range of the cycle. According to the example of Figure 2, a set of monitoring indicators is extracted from the distribution of energy levels, respectively corresponding to different energy values for distinct combinations of angular and frequency bands. Figure 2 shows an example of definition of 24 monitoring parameters, respectively P1 to P24. Thus, by way of example, the monitoring indicator P16 corresponds to the value of the energy in the frequency band [10-15] kHz and the angular band [160-210] degrees.
Suite à l'étape ETS3 d'extraction des indicateurs de surveillance, une étape ETS4 est mise en œuvre consistant à former la signature vibratoire courante pour chaque capteur de vibration, à la comparer avec la signature vibratoire de référence et à détecter un défaut en cas de divergence. Le calcul de la signature vibratoire courante comprend la détermination d'un vecteur des indicateurs courants dont les composantes sont constituées par les valeurs des indicateurs de surveillance extraits précédemment. Puis un calcul de détection de défaut est effectué en comparant les différentes valeurs des composantes du vecteur des indicateurs courants à des seuils de détection de défauts préalablement établis en fonction des valeurs de référence des indicateurs respectifs fournies par la signature vibratoire de référence formée pour le capteur de vibrations concerné dans la plage de vitesse et de charge correspondantes, et qui sont avantageusement définis dans les paramètres de configuration fournis à l'étape de configuration ΕΤ0.  Following step ETS3 for extracting the monitoring indicators, an ETS4 step is implemented consisting of forming the current vibration signature for each vibration sensor, comparing it with the reference vibratory signature and detecting a fault in case of divergence. The calculation of the current vibratory signature includes the determination of a vector of the current indicators whose components are constituted by the values of the monitoring indicators previously extracted. Then a fault detection calculation is performed by comparing the different values of the components of the vector of the current indicators with previously determined thresholds for detecting faults according to the reference values of the respective indicators provided by the vibratory reference signature formed for the sensor. concerned in the corresponding speed and load range, and which are advantageously defined in the configuration parameters provided in the configuration step ΕΤ0.
Selon un mode de réalisation, on peut distinguer deux niveaux de seuils de détection de défauts, respectivement un niveau de seuils d'alertes et un niveau de seuils d'alarmes, par exemple en fonction d'un degré de priorité quant à la nécessité de prendre les dispositions nécessaires en maintenance pour la résolution du défaut détecté. On distingue ainsi des seuils d'alertes et des seuils d'alarmes, qui sont chacun préférentiellement fixés en pourcentage des valeurs de référence des indicateurs formant la signature vibratoire de référence. Les valeurs de ces seuils sont par exemple fixées par un opérateur de la machine selon sa propre expertise, ou bien encore peuvent être fixées selon une information extraite d'une base de données acquise préalablement sur un même type d'éolienne. Ainsi, on définit deux vecteurs, respectivement de seuils d'alertes et de seuils d'alarmes représentant en termes de pourcentage les seuils de déclenchement des alertes et des alarmes pour tous les indicateurs. En comparant les différents valeurs des composantes du vecteur des indicateurs courants aux seuils de détection respectifs préalablement établis dans les deux vecteurs de seuils d'alertes et de seuils d'alarmes, on peut calculer deux vecteurs de détection d'alertes et d'alarmes, à composantes binaires, reflétant la détection ou non d'un défaut et plus précisément l'apparition ou non d'une alerte ou d'une alarme sur un indicateur. Ainsi, la valeur permise pour chaque composante du vecteur de détection d'alertes, respectivement du vecteur de détection d'alarmes, est la valeur binaire 0 ou 1 selon que la composante correspondante du vecteur des indicateurs courants dépasse ou non le seuil correspondant contenu dans le vecteur de seuils d'alertes, respectivement le vecteur de seuil d'alarmes. According to one embodiment, two levels of defect detection thresholds can be distinguished, respectively a level of alert thresholds and a threshold level of alarms, for example according to a degree of priority as to the necessity of take the necessary maintenance arrangements to resolve the detected fault. We thus distinguish warning thresholds and alarm thresholds, which are each preferably set as a percentage of the reference values of the indicators forming the reference vibratory signature. The values of these thresholds are for example fixed by an operator of the machine according to his own expertise, or may be set according to information extracted from a database previously acquired on the same type of wind turbine. Thus, two vectors are defined, respectively alarm thresholds and alarm thresholds representing in percentage terms the thresholds for triggering alerts and alarms for all the indicators. By comparing the different values of the vector components of the current indicators with the respective detection thresholds previously established in the two alarm threshold and alarm threshold vectors, two alarm and alarm detection vectors can be calculated, with binary components, reflecting the detection or not of a fault and more precisely the appearance or not of an alert or an alarm on an indicator. Thus, the allowed value for each component of the alert detection vector, respectively of the alarm detection vector, is the binary value 0 or 1 depending on whether the corresponding component of the vector of the current indicators exceeds the corresponding threshold contained in the vector of alert thresholds, respectively the threshold vector of alarms.
Une fois les calculs des vecteurs de détection d'alertes et d'alarmes effectués, une étape ETS5 est mise en œuvre consistant à communiquer le résultat de la détection de défauts au terminal opérateur distant en utilisant les moyens de communication filaires ou sans fil. Deux cas peuvent se présenter en fonction de la présence ou non d'alertes et/ou d'alarmes vérifiée dans une étape CD4. Le premier cas correspond à une situation de détection où les deux vecteurs de détection d'alertes et d'alarmes sont identiquement nuls. Dans ce cas, la machine est saine et aucune détection de défaut n'est relevée. Le processus de surveillance de la machine peut reprendre en rebouclant sur les étapes ET1 et suivantes en mode de surveillance, éventuellement précédées d'une étape de configuration en cas de réception d'une nouvelle configuration.  Once the calculations of the alarm detection and alarm vectors have been carried out, an ETS5 step is implemented consisting in communicating the result of the detection of faults to the remote operator terminal using the wired or wireless communication means. Two cases may arise depending on the presence or absence of alerts and / or alarms verified in a CD4 step. The first case corresponds to a detection situation where the two alerts detection and alarm vectors are identically zero. In this case, the machine is healthy and no fault detection is detected. The monitoring process of the machine can resume by looping back on the steps ET1 and following in monitoring mode, possibly preceded by a configuration step in case of reception of a new configuration.
Dans un deuxième cas, au moins une des composantes des vecteurs de détection d'alertes et/ou d'alarmes est égale à un, indiquant la présence d'une alerte et/ou d'une alarme sur les indicateurs correspondants. Dans ce cas, on lève une alerte et/ou une alarme pour le ou les indicateurs concernés, qui sera communiquée au terminal opérateur distant. A l'issue de cette étape, on reboucle également en mode de surveillance de la machine. In a second case, at least one of the components of the alert detection vectors and / or alarms is equal to one, indicating the presence of an alert and / or an alarm on the corresponding indicators. In this case, an alert and / or alarm is raised for the concerned indicator (s), which will be communicated to the remote operator terminal. At the end of this step, it also loops back to the monitoring mode of the machine.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de détection de défauts mécaniques dans une machine tournante à régime variable munie de composants tournants et non tournants, dans lequel on fournit des capteurs de vibrations installés respectivement sur chaque composant non tournant de la machine sollicité par un composant tournant de la machine, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on acquiert (ET1 ) des signaux de mesure provenant de chaque capteur de vibrations pendant un nombre paramétré de cycles de fonctionnement d'un composant tournant de la machine, on classe les signaux de mesure acquis pour chaque capteur de vibrations par plage de vitesses de rotation du composant tournant suivant une pluralité de plages de vitesses de rotation préétablies, on détermine (ETS2), pour chaque capteur de vibrations, une répartition de niveaux d'énergie des signaux de mesure d'une même plage de vitesses conjointement selon une fréquence donnée et pour chaque position angulaire du composant tournant à partir d'une représentation des signaux de mesure d'une même plage de vitesses en fonction combinée de la fréquence et de l'angle de rotation du cycle du composant tournant, on extrait de la répartition des niveaux d'énergie conjointement selon la fréquence et la position angulaire une pluralité d'indicateurs de surveillance correspondant aux niveaux d'énergie dissipés dans des bandes angulaires et fréquentielles données considérées en combinaison, on génère (ETS3) une signature vibratoire courante par plage de vitesses pour chaque capteur de vibrations à partir des valeurs courantes des indicateurs de surveillance, on compare (ETS4) la signature vibratoire courante pour une plage de vitesses donnée et un capteur de vibrations donné à une signature vibratoire de référence établie pour chaque capteur de vibrations dans un mode sans défaut de la machine tournante, et on constate (ETS5) la présence d'un défaut si la signature vibratoire courante générée pour un capteur de vibrations donné diffère de la signature vibratoire de référence. A method for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed and rotating and non-rotating components, in which vibration sensors are provided respectively on each non-rotating component of the machine loaded by a rotating component of the machine, said method characterized in that measurement signals from each vibration sensor are acquired (ET1) during a set number of operating cycles of a rotating component of the machine, the acquired measurement signals are classified for each vibration sensor. by rotational speed range of the rotating component according to a plurality of predefined rotational speed ranges, (ETS2) for each vibration sensor is determined a distribution of energy levels of the measurement signals of the same speed range. together according to a given frequency and for each angular position of the rotating component apart ir of a representation of the measurement signals of the same range of speeds as a combined function of the frequency and the rotation angle of the cycle of the rotating component, the distribution of the energy levels is extracted jointly according to the frequency and the angular position a plurality of monitoring indicators corresponding to the energy levels dissipated in given angular and frequency bands considered in combination, generates (ETS3) a current vibratory signature by speed range for each vibration sensor from the values current monitoring indicators, comparing (ETS4) the current vibration signature for a given speed range and a given vibration sensor to a reference vibratory signature established for each vibration sensor in a faultless mode of the rotating machine, and we note (ETS5) the presence of a defect if the current vibratory signature generated for a ca given vibrator differs from the reference vibratory signature.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend une étape de validation (CD1 ) de l'acquisition des signaux de mesure consistant à vérifier que les signaux de mesure sont acquis à une vitesse sensiblement constante dans chaque plage de vitesse préétablie et à un niveau de charge de la machine sensiblement constant. 2. Method according to claim 1, characterized in that it comprises a validation step (CD1) of the acquisition of measurement signals consisting in verifying that the measurement signals are acquired at a substantially constant speed in each speed range. pre-established and at a substantially constant machine load level.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'acquisition des signaux de mesure provenant des capteurs de vibrations est effectuée selon un échantillonnage temporel et en ce qu'on ré-échantillonne (ET2) les signaux de mesure dans le domaine angulaire en utilisant une information de position angulaire fournie par un signal de référence top tour pendant toute la durée d'acquisition des signaux de mesure, et en ce qu'on applique une transformation angle-fréquence aux signaux ré-échantillonnés en angulaire pour obtenir la représentation des signaux en fonction de la fréquence et de l'angle de rotation.  3. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the acquisition of the measurement signals from the vibration sensors is carried out according to a temporal sampling and in that the signals are resampled (ET2). in the angular range using angular position information provided by a top-turn reference signal throughout the acquisition time of the measurement signals, and applying an angle-frequency transformation to the resampled signals angularly to obtain the representation of the signals as a function of the frequency and the angle of rotation.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rééchantillonnage d'un signal de mesure dans le domaine angulaire comprend la construction d'une grille angulaire de ré-échantillonnage, une évaluation des instants temporels correspondant à la grille angulaire de ré-échantillonnage et une détermination des valeurs du signal ré-échantillonné en angulaire à partir des valeurs d'échantillonnage temporel du signal de mesure en utilisant la grille angulaire de ré-échantillonnage.  4. Method according to claim 3, characterized in that the resampling of a measurement signal in the angular range comprises the construction of an angular re-sampling grid, an evaluation of the temporal moments corresponding to the angular grid of re-sampling. sampling and determining the values of the signal resampled angularly from the time sampling values of the measurement signal using the resampling angular grid.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la transformation angle-fréquence appliquée aux signaux rééchantillonnés en angulaire pour obtenir la représentation des signaux en fonction de la fréquence et de l'angle de rotation est réalisée par la transformation de Wigner-Ville synchrone.  5. Method according to any one of claims 3 or 4, characterized in that the angle-frequency transformation applied to the signals resampled in angular to obtain the representation of the signals as a function of the frequency and the angle of rotation is carried out by the Wigner-Ville synchronous transformation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la transformation angle-fréquence appliquée aux signaux rééchantillonnés en angulaire pour obtenir la représentation des signaux en fonction de la fréquence et de l'angle de rotation est réalisée par la transformation de spectrogramme synchrone. 6. Method according to any one of claims 3 or 4, characterized in that the angle-frequency transformation applied to the signals resampled in angular to obtain the representation of the signals as a function of the frequency and the angle of rotation is achieved by the synchronous spectrogram transformation.
7. Procédé selon la revendication l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on compare les valeurs des indicateurs de surveillance courants à des seuils de détection de défauts préétablis en fonction de valeurs de référence des indicateurs de surveillance formant la signature vibratoire de référence. 7. Method according to claim any one of the preceding claims, characterized in that the values of the current monitoring indicators are compared with pre-established default detection thresholds as a function of reference values of the monitoring indicators forming the vibratory signature. reference.
8. Dispositif de détection de défauts mécaniques dans une machine tournante à régime variable munie de composants tournants et non tournants dans laquelle chaque composant non tournant sollicité par un composant tournant de la machine est équipé d'un capteur de vibrations, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.  8. Device for detecting mechanical defects in a rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components in which each non-rotating component urged by a rotating component of the machine is equipped with a vibration sensor, said device being characterized by it comprises hardware and / or software means for implementing the method according to any one of claims 1 to 7.
9. Machine tournante à régime variable munie de composants tournants et non tournants, comprenant une pluralité de capteurs de vibrations équipant les différents composants non tournants de la machine sollicités par des composants tournants de la machine et un dispositif de détection selon la revendication 8.  9. Rotating machine with variable speed provided with rotating and non-rotating components, comprising a plurality of vibration sensors fitted to the various non-rotating components of the machine driven by rotating components of the machine and a detection device according to claim 8.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109404226A (en) * 2017-08-16 2019-03-01 通用电气公司 For detecting the system and method for the damage in rotary machine
EP3531098A1 (en) * 2018-02-26 2019-08-28 Airbus Helicopters Method for monitoring and detecting the formation of degradation in at least one moving part of a rotating mechanism and associated system
FR3086059A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-20 Cartesiam METHOD FOR MONITORING THE OPERATION OF A VIBRATION GENERATING MACHINE AND DEVICE FOR CARRYING OUT SUCH A METHOD
CN112001314A (en) * 2020-08-25 2020-11-27 江苏师范大学 Early fault detection method for variable speed hoist
CN113168173A (en) * 2018-11-27 2021-07-23 利乐拉瓦尔集团及财务有限公司 Method for monitoring the condition of a cyclically moving machine part
WO2022023673A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 Com'in Method for monitoring vibrations

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3097960B1 (en) * 2019-06-27 2021-06-18 Safran Aircraft Engines Data acquisition method for detecting damage to a bearing

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059399A2 (en) * 2002-12-30 2004-07-15 Rsl Electronics Ltd. Method and system for diagnostics and prognostics of a mechanical system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059399A2 (en) * 2002-12-30 2004-07-15 Rsl Electronics Ltd. Method and system for diagnostics and prognostics of a mechanical system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GEORGES ISHAK ET AL: "Analysis of vibration signals using cyclostationary indicators", 28 October 2013 (2013-10-28), XP055183358, Retrieved from the Internet <URL:http://surveillance7.sciencesconf.org/conference/surveillance7/07_analysis_of_vibration_signals_using_cyclostationary_indicators.pdf> [retrieved on 20150415] *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109404226A (en) * 2017-08-16 2019-03-01 通用电气公司 For detecting the system and method for the damage in rotary machine
EP3531098A1 (en) * 2018-02-26 2019-08-28 Airbus Helicopters Method for monitoring and detecting the formation of degradation in at least one moving part of a rotating mechanism and associated system
FR3078401A1 (en) * 2018-02-26 2019-08-30 Airbus Helicopters METHOD FOR MONITORING AND DETECTING THE FORMATION OF DEGRADATION IN AT LEAST ONE MOBILE PIECE OF A ROTATING MECHANISM AND ASSOCIATED SYSTEM
KR20190102980A (en) * 2018-02-26 2019-09-04 에어버스 헬리콥터스 Monitoring method and for detecting the formation of a degradation in at least one moving part of a rotating mechanism and associated system
KR102126373B1 (en) * 2018-02-26 2020-06-24 에어버스 헬리콥터스 Monitoring method and for detecting the formation of a degradation in at least one moving part of a rotating mechanism and associated system
US10739317B2 (en) 2018-02-26 2020-08-11 Airbus Helicopters Method for monitoring and detecting the formation of degradation in at least one moving part of a rotating mechanism and associated system
FR3086059A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-20 Cartesiam METHOD FOR MONITORING THE OPERATION OF A VIBRATION GENERATING MACHINE AND DEVICE FOR CARRYING OUT SUCH A METHOD
WO2020058075A1 (en) * 2018-09-18 2020-03-26 Cartesiam Method for monitoring the operation of a machine that generates vibrations and device for implementing such a method
CN113168173A (en) * 2018-11-27 2021-07-23 利乐拉瓦尔集团及财务有限公司 Method for monitoring the condition of a cyclically moving machine part
WO2022023673A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 Com'in Method for monitoring vibrations
FR3113123A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-04 Intrapreneuriat Bouygues Vibration monitoring method
CN112001314A (en) * 2020-08-25 2020-11-27 江苏师范大学 Early fault detection method for variable speed hoist

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