ISO 13373-3:2015
(Main)Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 3: Guidelines for vibration diagnosis
Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 3: Guidelines for vibration diagnosis
ISO 13373-3:2015 sets out guidelines for the general procedures to be considered when carrying out vibration diagnostics of rotating machines. It is intended to be used by vibration practitioners, engineers and technicians and provides a practical structured approach to fault diagnosis. In addition it gives examples of faults common to a wide range of machines. NOTE Guidance for specific machines is provided in other parts of ISO 13373.
Surveillance et diagnostic d'état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 3: Lignes directrices pour le diagnostic des vibrations
ISO 13373-3:2015 définit des lignes directrices pour les modes opératoires généraux à prendre en compte lors des diagnostics des vibrations des machines tournantes. Elle est destinée à être utilisée par les professionnels, les ingénieurs et les techniciens du domaine des vibrations et elle leur fournit une approche structurée pratique de diagnostic des défauts. De plus, elle donne des exemples de défauts communs à une large gamme de machines. NOTE Des préconisations relatives à des machines particulières sont fournies dans d'autres parties de l'ISO 13373.
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13373-3
First edition
2015-09-15
Condition monitoring and
diagnostics of machines — Vibration
condition monitoring —
Part 3:
Guidelines for vibration diagnosis
Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des
vibrations —
Partie 3: Lignes directrices pour le diagnostic des vibrations
Reference number
ISO 13373-3:2015(E)
©
ISO 2015
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ISO 13373-3:2015(E)
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ISO 13373-3:2015(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Measurements . 1
4.1 Vibration measurements . 1
4.2 Machine operational parameter measurements . 2
5 Structured diagnostic approach . 2
6 Additional analysis and testing . 3
6.1 General . 3
6.2 Not requiring changes to operating parameters . 3
6.2.1 General. 3
6.2.2 Trend analysis . 3
6.2.3 Phase analysis . 3
6.2.4 Resonance test . 3
6.2.5 Measurement of operational deflection shape . 3
6.2.6 Long-time waveform capture . . 3
6.3 Requiring changes to operating parameters . 4
6.3.1 Changes to operating conditions . 4
6.3.2 Complete experimental modal analysis . 4
6.4 Changes to the physical state of the machine . 4
7 Additional diagnostic techniques . 4
8 Considerations when recommending actions . 5
Annex A (normative) Process tables for the systematic approach to vibration analysis
of machines . 6
Annex B (informative) Installation faults common to all machines .12
Annex C (informative) Diagnosis of radial hydrodynamic fluid-film bearings .19
Annex D (informative) Diagnosis of rolling element bearings .29
Bibliography .36
© ISO 2015 – All rights reserved iii
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ISO 13373-3:2015(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition
monitoring, Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied
to machines, vehicles and structures.
ISO 13373 consists of the following parts, under the general title Condition monitoring and diagnostics of
machines — Vibration condition monitoring:
— Part 1: General procedures
— Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
— Part 3: Guidelines for vibration diagnosis
— Part 9: Diagnostic techniques for electric motors
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ISO 13373-3:2015(E)
Introduction
This part of ISO 13373 has been developed as a set of guidelines for the general procedures to be
considered when carrying out vibration diagnostics of machines. It is intended to be used by vibration
practitioners, engineers and technicians and it provides them with useful diagnostic tools. These tools
include diagnostic flowcharts, process tables and fault tables. The material contained herein presents
a structured approach of the most basic, logical and intelligent steps to diagnose vibration problems
associated with machines. However, this does not preclude the use of other diagnostic techniques.
ISO 13373-1 presents the basic procedures for vibration signal analysis. It includes: the types of
transducers used, their ranges and their recommended locations on various types of machines, online
and off-line vibration monitoring systems, and potential machinery problems.
ISO 13373-2 which leads to the diagnostics of machines includes: descriptions of the signal conditioning
equipment that is required, time and frequency domain techniques, and the waveforms and signatures
that represent the most common machinery operating phenomena or machinery faults that are
encountered when performing vibration signature analysis.
The present part of ISO 13373 provides general guidelines for a range of machinery. Guidance for specific
machines is provided in other parts of this International Standard (currently under development).
ISO 13373 does not define vibration limits; these are specified in ISO 7919 (all parts) for rotating shafts
and ISO 10816 (all parts) for non-rotating parts.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13373-3:2015(E)
Condition monitoring and diagnostics of machines —
Vibration condition monitoring —
Part 3:
Guidelines for vibration diagnosis
1 Scope
This part of ISO 13373 sets out guidelines for the general procedures to be considered when carrying
out vibration diagnostics of rotating machines. It is intended to be used by vibration practitioners,
engineers and technicians and provides a practical structured approach to fault diagnosis. In addition it
gives examples of faults common to a wide range of machines.
NOTE Guidance for specific machines is provided in other parts of ISO 13373.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
1)
ISO 1925, Mechanical vibration — Balancing — Vocabulary
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 7919-1, Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and
evaluation criteria — Part 1: General guidelines
ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vocabulary
ISO 13373-1, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring —
Part 1: General procedures
ISO 13373-2, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring —
Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1925, ISO 2041 and
ISO 13372 apply.
4 Measurements
4.1 Vibration measurements
[1]
Reliable measurement is the essential basis of using this part of ISO 13373 (see Reference ).
1) To become ISO 21940-2 when revised.
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ISO 13373-3:2015(E)
In general, there are three types of vibration measurements:
a) vibration measurements made on the non-rotating structure of the machine, such as the bearing
housings, machine casings or machine base, using e.g. accelerometers or velocity transducers
(see ISO 2954);
b) relative motion measurements between the rotor and the stationary bearings or housing, using e.g.
proximity probes (see ISO 10817-1);
c) measurements of the absolute vibratory motion of the rotating elements, using e.g. shaft riders or
by combining the outputs of the methods described in items a) and b) (see ISO 10817-1).
International Standards have been written to help assess the vibration severity for these types of
measurements, especially ISO 7919 and ISO 10816.
It is important to recognize that the appropriate transducer and measurement system should be used
for the diagnosis of faults considering specific situations and machine types. For example, by taking into
account the machines’ particular operational duty, the required frequency range and the resolution of
measurement are determined.
Description of transducer and measurement systems as well as specification of techniques are given in
ISO 13373-1 and ISO 13373-2, which shall be considered for appropriate selection.
4.2 Machine operational parameter measurements
Operational parameters can significantly affect the vibration signature and therefore should be
acquired alongside the vibration data in order to allow correlation for a diagnosis process. Examples
are rotational speed, load, pressure and temperature.
It is good practice to obtain baseline vibration characteristics under a range of operating conditions
and configurations as a basis for comparison with future vibration events.
Additional guidelines on using operational parameters are given in ISO 17359.
5 Structured diagnostic approach
The tools used in this part of ISO 13373 to guide the diagnostic process are flowcharts, process
tables and fault tables. The flowcharts and the process tables are essentially a step-by-step question
and answer procedure that guides the user in the diagnosis process. The flowcharts are used for an
overview of the vibration events and characterize the features, while the process tables are used for
more in-depth analysis. The fault tables are used to illustrate common machinery events and how they
manifest themselves.
Annex A specifies the systematic approach to the vibration analysis of machines:
a) A.1 is used to gather background information regarding the machine, nature and severity of
the vibration.
b) A.2 is used to answer a set of questions aimed at arriving at a probable diagnosis of such common
faults as unbalance, misalignment and rubs.
c) A.3 is used to set out certain considerations when recommending actions following a probable
diagnosis.
In addition, approaches for faults common to a wide range of machines are shown in other annexes:
— Installation faults and examples are described in Annex B.
— Radial hydrodynamic fluid-film bearing faults and examples are described in Annex C.
— Rolling element bearing faults and examples are described in Annex D.
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ISO 13373-3:2015(E)
Guidance for specific machines is provided in other parts of ISO 13373.
This approach is considered to be good practice put together by experienced users, although it is
acknowledged that other approaches can exist.
A word of caution to all users: in some cases the vibration diagnosis can point to several root causes. It
is recommended to consult with the manufacturer under these circumstances.
6 Additional analysis and testing
6.1 General
After using the relevant flowcharts, process tables and fault tables, further testing can be necessary to
establish the cause and effect mechanism. In some circumstances, with approval of the plant operator, a
physical change to the machine can be required to observe an influence.
Typical tests and analysis techniques are described 6.2 to 6.4.
6.2 Not requiring changes to operating parameters
6.2.1 General
These tests can be carried during normal operation, i.e. no changes to the characteristics of the machine.
6.2.2 Trend analysis
The objective of trend analysis is to track changes in machine condition with time. This can be achieved
through continuous or periodic measurements. Trending is done with operational parameters as well
as vibration parameters. Vibration is trended as an overall value either peak or r.m.s. value in a certain
frequency band, or as a filtered value in a number of smaller bands. More elaborate analysis can include
regression analysis of trended data, as well as possible extrapolation.
6.2.3 Phase analysis
Phase is an important diagnostic tool for which a reference signal is required. For example, phase is a
useful tool to distinguish between misalignment, resonance, rubs and unbalance.
6.2.4 Resonance test
In a resonance test, e.g. impact test, shaker test, the object is to find any natural frequencies or
resonance speeds that can be excited by the machine. Usually, an impact test is conducted on the
machine to determine the natural frequencies of stationary parts, while a resonance speed test is
required to determine the natural frequencies of rotor/rotor train. An impact test is usually done while
the machine is not running. However if resonance speed information is sought, then a run-up or coast-
down test would be recommended (see 6.3.1).
6.2.5 Measurement of operational deflection shape
The operational deflection shape (ODS) measurement is an actual visualization of the machine behaviour,
at any frequency (but usually at the running speed), under its normal operating conditions. It is important
to measure not only the amplitude of vibration, but also the phase at all points on the machine. This allows
the visualization of the actual relative deflection of the machine at its operating condition.
6.2.6 Long-time waveform capture
This technique is used to capture raw time data that would otherwise not be captured in conventional
vibration measurement. The time period will be dependent upon the particular application. Usually
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ISO 13373-3:2015(E)
multiple measurements are conducted simultaneously, including operating parameter measurement.
This measurement can assist in capturing fast events or allow post-analysis of a raw signal.
6.3 Requiring changes to operating parameters
6.3.1 Changes to operating conditions
Changes to operating conditions should always be discussed with the plant operator. Operating
conditions outside the manufacturer’s recommended limits should be treated with special care and
will need the acceptance of all parties.
The following are examples:
— change of machine speed, e.g. run up, run down;
— vibration measurements during variation of parameters, e.g. change of oil temperature, change of
load.
6.3.2 Complete experimental modal analysis
Modal testing is a very powerful tool to obtain the machine and structure modal parameters, including
natural frequencies, damping ratios and mode shapes. This is an expensive and time-consuming test
that requires extensive instrumentation and experience, and should only be used when absolutely
necessary. Normally the machine must be shut down for this test. The characteristics of the machine
obtained from a test at rest can be different from the characteristics at operating speed, particularly for
machines with hydrodynamic bearings.
6.4 Changes to the physical state of the machine
Changes to the physical state are recognized as being intrusive and can involve changing position, mass
or stiffness characteristics. It is advisable to have a measurement before and after making any changes
in the physical state of the machine and to carry out a risk assessment.
The following are examples of changes to physical state:
— unbalance test;
— 180° turning of coupling;
— running the machine uncoupled;
— additional measurements, e.g. alignment, rotor position in bearing, temperature of stator.
7 Additional diagnostic techniques
The main emphasis of this part of ISO 13373 is a logical framework based upon experience. However,
other diagnostic techniques are available, such as the following:
— artificial intelligence;
— knowledge-based;
— pattern recognition;
— neural networks.
These techniques are identified in ISO 13379-1.
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ISO 13373-3:2015(E)
8 Considerations when recommending actions
A number of factors will influence remedial or corrective actions including the following:
— safety;
— commercial;
— incorrect design.
Clearly, the appropriate action(s) for a particular diagnosis will depend on individual circumstances
and it is beyond the scope of this part of ISO 13373 to make specific recommendations. Nevertheless, it
is important for the diagnostic engineer to consider possible actions resulting from their diagnosis and
the implications of those actions.
Recommended actions will depend on the degree of confidence in the fault diagnosis (e.g. has the same
diagnosis been made correctly before for this machine?), the fault type and severity as well as on safety
and commercial considerations. It is neither possible nor the aim of this part of ISO 13373 to recommend
actions for all circumstances. Nevertheless, there are several questions that should be considered when
recommending actions, some of which are indicated in A.3.
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ISO 13373-3:2015(E)
Annex A
(normative)
Process tables for the systematic approach to vibration analysis of
machines
A.1 Initial questions
Initial questions which comprise information gathering and verification are summarized in Table A.1.
Table A.1 — Initial questions
Step Description Details Next
step
1 What is the machine type? Establish the machine elements (driver, driven, 2
coupling, bearings, fixed or variable speed, etc.)
Is the practitioner familiar with this type of
machine?
Is there any operating experience of this or similar
design of machine/plant?
Where is the plant and what is the unit number?
2 Is there a machine integrity Is the machine operating now? 3
concern?
Is it advisable to continue to operate?
Is it advisable to restart the machine?
Has a risk analysis taken place to assess whether
the integrity of the machine will be maintained
during continued operation while the diagnostic
process is carried out?
3 Is there a vibration anomaly? Can vibration data be obtained? 4
What is the normal operating vibration behaviour
of this machine?
4 How was the anomaly found? Is there a vibration alarm? 5
Did online vibration data show a significant
change?
Is there a significant deviation from a previous
vibration survey?
Was there an uncharacteristic noise from the
machine?
Did visual inspection show a defect, e.g. a gas/oil/
steam/water leak?
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ISO 13373-3:2015(E)
Table A.1 (continued)
Step Description Details Next
step
5 Is the indicated vibration valid? Check signal time/spectral characteristics. 6
Are they as expected?
Do they show symptoms of signal faults (e.g. zero
output, DC offset, erratic low-frequency
components)?
Is the transducer mounting correct?
Is the cable integrity acceptable?
Is the signal conditioning operating correctly?
Consider taking hand-held independent
measurements, e.g. pedestal mounted or shaft
rider.
Check whether non-vibration symptoms are
evident (e.g. oil/bearing temperature changes,
shaft position changes, unusual noises, etc.).
Is the vibration anomaly isolated to one transducer
(see step 6)?
6 Is the vibration anomaly isolated to Check orthogonal directions 7
one transducer?
Check other axial positions
Compare pedestal and shaft vibration
Inspect transducer and measurement chain
Consider swapping channels or components of
measurement chain
7 Is there a vibration severity How do the overall (broadband) vibration values 8
concern? compare with appropriate standards e.g. ISO 7919
or ISO 10816 zones. If these values are excessive
(e.g. are within zones C or D) and abnormal then
consider rapid plant action (subject to steps 5 and
6). If not then proceed to step 8.
8 Vibration signal characteristics: Overall magnitude (broadband) 9
what is the signal content?
Amplitude and phase of the 1x component
Amplitude and phase of the 2x component
Spectral content of the signal and amplitude of
other components (e.g. blade pass, rotor bar pass,
subsynchronous frequencies) as appropriate for
machine type
Shaft position/shaft centreline/shaft orbit
9 Has this type of anomaly been What was the experience gained, e.g. how long did 10
observed before? the anomaly last, was the cause determined, was
there a failure?
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Table A.1 (continued)
Step Description Details Next
step
10 What are the timescales for the When did the anomaly occur? 11
anomaly?
How long has the anomaly been present?
How long did the change take to propagate e.g. was
there a step change (e.g. within a few seconds?),
was there a gradual change (e.g. minutes or hours)?
Are the vibration characteristics still changing?
11 What were/are the machine What were the machine operating conditions 12
operating conditions? when the anomaly was found?
What are the operating conditions now?
Were/are these operating conditions
normal?
Were/are these within the design envelope?
12 Were there any operational Are these operational changes normal? 13
changes leading up to the anomaly?
When were similar operational changes last
carried out?
Trend back to previous “healthy” state prior to any
recent maintenance activities or changes in
operational conditions.
Is the response normal for these
operational changes?
13 Were there any operational What was the machine response? 14
changes in response to the
Was this consistent with previous
anomaly?
experience?
14 Can any non-vibration or Investigate whether non-vibration parameters are 15
operational parameter be correlated, e.g. speed, load, temperature, pressure,
correlated with the anomaly? flow, position (axial expansion, thrust)
15 Have there been any recent Do these correlate with the anomaly? 16
maintenance activities?
When were similar activities previously done and
what was the vibration response?
16 Go to A.2 (step 17)
8 © ISO 2015 – All rights reserved
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A.2 Diagnostic questions
Diagnostic questions are summarized in Table A.2.
Table A.2 — Diagnostic questions
Step Description Details Next
step
17 Can vibration and operational Check overall, 1x amplitude/phase, 2x amplitude/phase, 18
parameters be trended back non-synchronous, blade passing frequency, rotor bar
to previous occurrence of passing frequency components, etc. as appropriate for
similar operational machine type.
conditions?
18 Is vibration principally 1x Check spectra and orders if available. If Yes: when no Y-19
and 2x (within 10 %)? new vibration components are present proceed to step
N-22
19. Else go to step 22.
19 Is there a step 1x vector If Yes: investigate further (e.g. check for step changes at Y-28
change uncorrelated with different axial positions, different directions,
N-20
operational changes? pedestal and shaft vibration). Suggests sudden balance
change (e.g. rotor material loss), machine movement (e.g.
coupling, winding, keyway) or instrument change (e.g.
tachometer adjustment). Else go to step 20.
20 Is there a significant 2x If Yes: investigate further. Can suggest a cracked shaft Y-28
vector change? (e.g. check for 1x/2x amplitude/phase changes with
N-21
time, higher order changes, changes in run-up/run-down
response at resonance speeds for 1x to 4x), angular
misalignment (e.g. check for axial vibration in anti-phase
on bearings either side of coupling) or parallel offset
misalignment (e.g. check for radial vibration in
anti-phase on bearings either side of coupling).
Else go to step 21.
21 If the answers to steps 19 and Gradual change in 1x vector could indicate machine 28
20 are No, investigate further. thermal sensitivity (e.g. check history), misalignment
(does not always lead to 2x changes noted under step
20), rub (e.g. check for cyclic 1x amplitude/phase
behaviour, check spectra for sub/super synchronous
harmonics, check for truncated time waveform and
orbit shape), mechanical looseness (e.g. check for lost
motion across machine mounti
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13373-3
Première édition
2015-09-15
Surveillance et diagnostic d’état
des machines — Surveillance des
vibrations —
Partie 3:
Lignes directrices pour le diagnostic
des vibrations
Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration
condition monitoring —
Part 3: Guidelines for vibration diagnosis
Numéro de référence
ISO 13373-3:2015(F)
©
ISO 2015
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ISO 13373-3:2015(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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ISO 13373-3:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Mesurages . 1
4.1 Mesurages des vibrations . 1
4.2 Mesurage des paramètres de fonctionnement des machines . 2
5 Approche structurée du diagnostic . 2
6 Analyse et essais supplémentaires . 3
6.1 Généralités . 3
6.2 Ne nécessitant pas de modification des paramètres de fonctionnement. 3
6.2.1 Généralités . 3
6.2.2 Analyse des tendances . 3
6.2.3 Analyse de phase. 3
6.2.4 Essai de résonance . 3
6.2.5 Mesurage de la déformée en fonctionnement . 4
6.2.6 Capture du signal long terme . 4
6.3 Modifications requises des paramètres de fonctionnement . 4
6.3.1 Modifications des conditions de fonctionnement . 4
6.3.2 Analyse modale expérimentale complète . 4
6.4 Modifications de l’état physique de la machine . 4
7 Techniques supplémentaires de diagnostic . 5
8 Considérations lorsqu’on recommande des actions . 5
Annexe A (normative) Tableaux de processus pour une approche systématique de l’analyse
des vibrations des machines . 6
Annexe B (informative) Défauts d’installation communs à toutes les machines .14
Annexe C (informative) Diagnostic des paliers hydrodynamiques radiaux à film fluide .23
Annexe D (informative) Diagnostic des paliers à roulements.34
Bibliographie .41
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
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ISO 13373-3:2015(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant
les machines, les véhicules et les structures.
L’ISO 13373 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Surveillance et diagnostic
d’état des machines — Surveillance des vibrations:
— Partie 1: Procédures générales
— Partie 2: Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
— Partie 3: Lignes directrices pour le diagnostic des vibrations
— Partie 9: Techniques de diagnostic pour moteurs électriques
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ISO 13373-3:2015(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO 13373 a été élaborée pour servir de lignes directrices concernant les
procédures générales à envisager lors des diagnostics des vibrations des machines. Elle est destinée à
être utilisée par les professionnels, les ingénieurs et les techniciens du domaine des vibrations et elle
leur fournit des outils de diagnostic utiles. Ces outils comportent des organigrammes de diagnostic, des
tableaux de processus et des tableaux de défauts. Le contenu de la présente norme constitue une approche
structurée des étapes les plus fondamentales, logiques et intelligentes pour diagnostiquer les problèmes
de vibrations des machines. Toutefois, cela n’empêche pas d’utiliser d’autres techniques de diagnostic.
L’ISO 13373-1 présente les modes opératoires fondamentaux d’analyse des signaux de vibrations. Elle
comporte les types de capteurs utilisés, leurs gammes et leurs emplacements recommandés sur divers
types de machines, les systèmes de surveillance des vibrations en ligne et hors ligne et les problèmes
potentiels affectant les machines.
L’ISO 13373-2, qui conduit au diagnostic des machines, comporte: les descriptions du matériel nécessaire
pour conditionner les signaux, les techniques dans les domaines temporel et fréquentiel et les formes
d’ondes et signatures qui représentent les phénomènes de fonctionnement les plus courants des machines
ou les défauts des machines que l’on rencontre lorsqu’on effectue une analyse des signatures vibratoires.
La présente partie de l’ISO 13373 fournit des lignes directrices générales pour une gamme de machines.
Des préconisations relatives à des machines particulières sont fournies dans d’autres parties de la
présente Norme internationale (actuellement en cours d’élaboration).
L’ISO 13373 ne définit pas les limites de vibrations. Celles-ci sont spécifiées dans l’ISO 7919 (toutes les
parties) pour les arbres tournants et dans l’ISO 10816 (toutes les parties) pour les parties non tournantes.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13373-3:2015(F)
Surveillance et diagnostic d’état des machines —
Surveillance des vibrations —
Partie 3:
Lignes directrices pour le diagnostic des vibrations
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 13373 définit des lignes directrices pour les modes opératoires généraux à
prendre en compte lors des diagnostics des vibrations des machines tournantes. Elle est destinée à être
utilisée par les professionnels, les ingénieurs et les techniciens du domaine des vibrations et elle leur
fournit une approche structurée pratique de diagnostic des défauts. De plus, elle donne des exemples de
défauts communs à une large gamme de machines.
NOTE Des préconisations relatives à des machines particulières sont fournies dans d’autres parties de
l’ISO 13373.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
1)
ISO 1925 , Vibrations mécaniques — Équilibrage — Vocabulaire
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
ISO 7919-1, Vibrations mécaniques des machines non alternatives — Mesurages sur les arbres tournants et
critères d’évaluation — Partie 1: Directives générales
ISO 13372, Surveillance et diagnostic de l’état des machines — Vocabulaire
ISO 13373-1, Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 1:
Procédures générales
ISO 13373-2, Surveillance et diagnostic d’état des machines — Surveillance des vibrations — Partie 2:
Traitement, analyse et présentation des données vibratoires
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 1925, l’ISO 2041 et
l’ISO 13372 s’appliquent.
4 Mesurages
4.1 Mesurages des vibrations
Un mesurage fiable constitue le fondement essentiel pour utiliser la présente partie de l’ISO 13373 (voir
Référence [1]).
1) Deviendra l’ISO 21940-2 après révision.
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ISO 13373-3:2015(F)
Il existe généralement trois types de mesurage des vibrations:
a) mesurage des vibrations effectué sur la partie non tournante de la machine, telle que les
logements de palier, la carcasse de la machine ou l’embase de la machine, par exemple au moyen
d’accéléromètres ou de capteurs de vitesse (voir l’ISO 2954);
b) mesurage du mouvement relatif entre le rotor et les paliers fixes ou le logement, par exemple au
moyen de capteurs sans contact (voir l’ISO 10817-1);
c) mesurage du mouvement vibratoire absolu des éléments tournants, par exemple systèmes de
frottement sur l’arbre ou par combinaison des sorties des méthodes décrites aux points a) et b)
(voir l’ISO 10817-1).
Des Normes internationales ont été rédigées pour faciliter l’évaluation de l’intensité vibratoire de ces
types de mesurages, en particulier l’ISO 7919 et l’ISO 10816.
Il est important de comprendre qu’il convient d’utiliser le capteur et le système de mesurage appropriés
pour le diagnostic des défauts en tenant compte des situations et des types de machines spécifiques. Par
exemple, en tenant compte de la capacité de fonctionnement particulière des machines, on détermine la
plage de fréquences et la résolution du mesurage requises.
Une description du capteur et des systèmes de mesurage ainsi que la spécification des techniques sont
données dans l’ISO 13373-1 et l’ISO 13373-2 qui doivent être considérées pour un choix approprié.
4.2 Mesurage des paramètres de fonctionnement des machines
Les paramètres de fonctionnement peuvent avoir une influence significative sur la signature vibratoire
et il convient donc d’en effectuer l’acquisition avec les données vibratoires pour pouvoir effectuer une
corrélation dans un processus de diagnostic. On peut citer comme exemples la vitesse de rotation, la
charge, la pression et la température.
Une bonne pratique consiste à obtenir des caractéristiques de référence des vibrations dans une gamme
de conditions et de configurations de fonctionnement, servant de base de comparaison avec de futurs
événements vibratoires.
Des lignes directrices supplémentaires relatives à l’utilisation des paramètres de fonctionnement sont
données dans l’ISO 17359.
5 Approche structurée du diagnostic
Les outils utilisés dans la présente partie de l’ISO 13373 pour servir de guide au processus de diagnostic
sont des organigrammes, des tableaux de processus et des tableaux de défauts. Les organigrammes et
les tableaux de processus sont essentiellement constitués d’un mode opératoire pas à pas par questions
et réponses, qui guide l’utilisateur dans le processus de diagnostic. Les organigrammes sont utilisés
pour fournir une vue d’ensemble des événements vibratoires et caractérisent les propriétés, tandis que
les tableaux de processus sont utilisés pour une analyse plus approfondie. Les tableaux de défauts sont
utilisés pour illustrer les événements courants affectant les machines et la façon dont ils se manifestent.
L’Annexe A spécifie une approche systématique de l’analyse des vibrations des machines:
a) A.1 est utilisé pour recueillir des informations de contexte relatives à la machine, la nature et
l’intensité des vibrations;
b) A.2 est utilisé pour répondre à un ensemble de questions visant à aboutir à un diagnostic probable
de ces défauts courants, tels qu’un balourd, un défaut d’alignement et des frottements;
c) A.3 est utilisé pour définir certaines considérations lorsque des actions sont recommandées à la
suite d’un diagnostic probable.
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De plus, des approches relatives à des défauts communs à une large gamme de machines sont présentées
dans les autres annexes:
— des défauts d’installation avec des exemples sont décrits à l’Annexe B;
— des défauts des paliers hydrodynamiques radiaux à film fluide et des exemples sont décrits à l’Annexe C;
— des défauts des paliers à roulements et des exemples sont décrits à l’Annexe D.
Des préconisations relatives à des machines particulières sont fournies dans d’autres parties de
l’ISO 13373.
On considère que cette approche constitue une bonne pratique établie par des utilisateurs expérimentés,
bien qu’il soit reconnu que d’autres approches peuvent exister.
Mise en garde à tous les utilisateurs: dans certains cas, le diagnostic des vibrations peut révéler
plusieurs causes originelles. Dans de tels cas, il est recommandé de consulter le fabricant.
6 Analyse et essais supplémentaires
6.1 Généralités
Après avoir utilisé les organigrammes, tableaux de processus et tableaux de défauts pertinents,
d’autres essais peuvent s’avérer nécessaires pour déterminer la cause et le mécanisme de l’effet. Dans
certains cas, une modification physique de la machine peut être nécessaire avec l’accord de l’exploitant
de l’installation pour observer un effet.
Des essais types et des analyses techniques sont décrits de 6.2 à 6.4.
6.2 Ne nécessitant pas de modification des paramètres de fonctionnement
6.2.1 Généralités
Ces essais peuvent être réalisés en fonctionnement normal, c’est-à-dire sans modification des
caractéristiques de la machine.
6.2.2 Analyse des tendances
L’objectif de l’analyse des tendances est de suivre les modifications d’état de la machine dans le temps.
Cela peut être réalisé au moyen de mesurages continus ou périodiques. Une tendance est déterminée
avec les paramètres de fonctionnement ainsi que les paramètres vibratoires. On détermine les
tendances des vibrations en tant que valeur globale, soit une valeur de crête, soit une valeur quadratique
moyenne, dans une certaine bande de fréquences ou en tant que valeur filtrée dans un certain nombre
de bandes plus petites. Une analyse plus précise peut comporter une analyse de régression des données
de détermination de tendance ainsi qu’une extrapolation possible.
6.2.3 Analyse de phase
La phase constitue un outil de diagnostic important pour lequel un signal de référence est nécessaire.
La phase est, par exemple, un outil utile permettant de faire la distinction entre un défaut d’alignement,
une résonance, des frottements et un balourd.
6.2.4 Essai de résonance
Dans un essai de résonance, par exemple un essai de choc ou un essai de trépidation, l’objectif consiste
à rechercher toutes les fréquences naturelles ou vitesses critiques pouvant être excitées par la machine.
Un essai de choc est habituellement effectué sur la machine pour déterminer les fréquences naturelles
des parties fixes, tandis qu’un essai de vitesse critique est nécessaire pour déterminer les fréquences
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naturelles d’un rotor/système de rotor. Un essai de choc est généralement réalisé avec la machine à
l’arrêt. Si toutefois on recherche des informations de vitesse critique, un essai de montée en vitesse ou
de ralentissement est recommandé (voir 6.3.1).
6.2.5 Mesurage de la déformée en fonctionnement
Le mesurage de la déformée en fonctionnement (ODS) est une observation réelle du comportement
d’une machine, à n’importe quelle fréquence (mais habituellement à la vitesse de marche), dans ses
conditions normales de fonctionnement. Il est important de mesurer non seulement l’amplitude des
vibrations, mais également la phase en tous points de la machine. Cela permet de visualiser la déflexion
relative réelle de la machine dans ses conditions de fonctionnement.
6.2.6 Capture du signal long terme
Cette technique est utilisée pour capturer des données temporelles brutes qui, sinon, ne seraient pas
capturées dans le cas d’un mesurage des vibrations classique. La durée dépendra de l’application
particulière. On effectue généralement plusieurs mesurages en même temps, incluant le mesurage
des paramètres de fonctionnement. Ce mesurage peut faciliter la capture d’événements rapides ou
permettre une analyse ultérieure d’un signal brut.
6.3 Modifications requises des paramètres de fonctionnement
6.3.1 Modifications des conditions de fonctionnement
Il convient de toujours convenir des modifications des conditions de fonctionnement avec l’exploitant de
l’installation. Il convient de traiter avec une attention particulière les conditions de fonctionnement en
dehors des limites recommandées par le fabricant. Elles nécessitent l’acceptation de toutes les parties.
On peut citer les exemples suivants:
— la modification de la vitesse de la machine, par exemple une montée en vitesse ou un ralentissement;
— des mesurages des vibrations pendant que les paramètres varient, par exemple variation de la
température de l’huile, variation de la charge.
6.3.2 Analyse modale expérimentale complète
L’analyse modale est un outil très performant permettant d’obtenir les paramètres modaux de la
machine et de la structure, y compris les fréquences naturelles, les taux d’amortissement et les formes
de mode. Il s’agit d’un essai long et coûteux nécessitant beaucoup de matériel et une grande expérience
et il convient de ne l’utiliser que lorsqu’il est absolument nécessaire. La machine doit normalement
être arrêtée pendant cet essai. Les caractéristiques de la machine obtenues d’après un essai au repos
peuvent être différentes des caractéristiques obtenues à la vitesse de fonctionnement, en particulier
pour les machines comportant des paliers hydrodynamiques.
6.4 Modifications de l’état physique de la machine
Il est reconnu que les modifications de l’état physique sont intrusives et peuvent impliquer la
modification des caractéristiques de position, de masse ou de rigidité. Il est conseillé d’effectuer un
mesurage avant et après avoir effectué toute modification de l’état physique de la machine et de réaliser
une évaluation des risques.
On peut citer les exemples suivants de modifications de l’état physique:
— un essai de balourd;
— une rotation de 180° du couplage;
— un fonctionnement de la machine sans couplage;
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— des mesurages supplémentaires, par exemple, alignement, position du rotor dans le palier,
température du stator.
7 Techniques supplémentaires de diagnostic
La présente partie de l’ISO 13373 insiste particulièrement sur un cadre logique fondé sur l’expérience.
D’autres techniques de diagnostic sont toutefois disponibles, telles que:
— l’intelligence artificielle;
— les bases de connaissances;
— la reconnaissance de motifs;
— les réseaux neuronaux.
Ces techniques sont identifiées dans l’ISO 13379-1.
8 Considérations lorsqu’on recommande des actions
Un certain nombre de facteurs influent sur les remèdes ou sur les actions correctrices, notamment:
— la sécurité;
— les aspects commerciaux;
— une conception incorrecte.
La ou les actions appropriées pour un diagnostic particulier dépendront clairement des circonstances
individuelles, et la formulation de recommandations spécifiques ne relève pas du domaine d’application
de la présente partie de l’ISO 13373. Néanmoins, il est important que l’ingénieur chargé du diagnostic
tienne compte d’actions possibles résultant de son diagnostic et des implications de ces actions.
Les actions recommandées dépendront du degré de confiance dans le diagnostic de défaut (par
exemple, le même diagnostic a-t-il été établi correctement auparavant pour cette machine ?), du type
de défaut et de sa gravité ainsi que des considérations de sécurité et commerciales. Il n’est pas possible
de recommander des actions pour tous les cas et ce n’est pas le but visé par la présente partie de
l’ISO 13373. Néanmoins, il convient de tenir compte de plusieurs questions lorsqu’on recommande des
actions, certaines d’entre elles étant indiquées en A.3.
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Annexe A
(normative)
Tableaux de processus pour une approche systématique de
l’analyse des vibrations des machines
A.1 Questions initiales
Les questions initiales comprenant la collecte d’informations et leur vérification sont résumées dans
le Tableau A.1.
Tableau A.1 — Questions initiales
Étape
Étape Description Détails
suivante
1 Quel est le type de la machine ? Déterminer les éléments de la machine (dis- 2
positif d’entraînement, éléments entraînés,
couplage, paliers, vitesse fixe ou variable,
etc.)
Le professionnel est-il familiarisé avec ce
type de machine ?
Dispose-t-on d’une expérience du fonction-
nement de cette conception ou d’une concep-
tion de machine/installation similaire ?
Où est située l’installation et quel est le
numéro de l’unité ?
2 Existe-t-il un problème d’intégrité de la La machine fonctionne-t-elle actuellement ? 3
machine ?
Est-il conseillé de poursuivre l’exploitation ?
Est-il conseillé de redémarrer la machine ?
Une analyse des risques a-t-elle été effectuée
pour évaluer si l’intégrité de la machine
sera maintenue pendant un fonctionnement
continu au cours du processus de diagnos-
tic ?
3 Existe-t-il une anomalie de vibration ? Peut-on obtenir des données vibratoires ? 4
Quel est le comportement vibratoire en fonc-
tionnement normal de cette machine ?
4 Comment l’anomalie a-t-elle été décou- Existe-t-il une alarme de vibrations ? 5
verte ?
Les données vibratoires en ligne ont-elles
révélé une variation significative ?
Existe-t-il un écart significatif par rapport à
une étude antérieure des vibrations ?
A-t-on constaté un bruit non caractéristique
de la machine ?
Une inspection visuelle a-t-elle révélé un
défaut, par exemple une fuite de gaz/d’huile/
de vapeur/d’eau ?
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Tableau A.1 (suite)
Étape
Étape Description Détails
suivante
5 La vibration indiquée est-elle valable ? Contrôler les caractéristiques temporelles/ 6
spectrales des signaux.
Correspondent-elles à ce qu’on peut
attendre ?
Indiquent-elles des symptômes ou des
défauts de signaux (par exemple, sortie à
zéro, décalage en continu, composantes
erratiques à basse fréquence) ?
Le capteur est-il monté correctement ?
L’intégrité du câble est-elle acceptable ?
Le conditionnement des signaux fonctionne-
il correctement ?
Envisager l’exécution de mesurages manuels
indépendants, par exemple montage sur
socle ou système de frottement sur l’arbre.
Vérifier si des symptômes non vibratoires
sont évidents (par exemple, variations de
température de l’huile/du palier, variations
de position de l’arbre, bruits inhabituels,
etc.).
La vibration est-elle anormalement isolée
sur un capteur (voir l’étape 6) ?
6 La vibration est-elle anormalement isolée Contrôler les directions orthogonales 7
sur un capteur ?
Contrôler les autres positions axiales
Comparer les vibrations du socle et de
l’arbre
Vérifier le capteur et la chaîne de mesure
Envisager une permutation des canaux ou
des composants de la chaîne de mesure
7 Existe-t-il un problème d’intensité vibra- Comparer les valeurs des vibrations globales 8
toire ? (à large bande) aux normes appropriées, par
exemple, les zones ISO 7919 ou ISO 10816.
Si ces valeurs sont excessives (par exemple,
si elles se trouvent dans les zones C ou D)
et anormales, envisager alors une action
rapide sur l’installation (sujet des étapes 5
et 6). Sinon, passer à l’étape 8.
8 Caractéristiques des signaux de vibrations: Amplitude globale (large bande) 9
de quoi est constitué le signal ?
Amplitude et phase de la composante à un
temps (1x)
Amplitude et phase de la composante 2x
Teneur spectrale du signal et amplitude des
autres composantes (par exemple, passage
des aubes, passage des barres de rotor, fré-
quences subsynchrones) comme approprié
pour le type de machine
Position de l’arbre/axe de l’arbre/orbite de
l’arbre
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ISO 13373-3:2015(F)
Tableau A.1 (suite)
Étape
Étape Description Détails
suivante
9 Ce type d’an
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.