Comment expliquer à ses futurs acheteurs que sa machine sera encore plus disponible?

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1 Page 1 Comment expliquer à ses futurs acheteurs que sa machine sera encore plus disponible? Arnaud CARACCIOLO Patrice HUVER

2 Sommaire Page 2 Aspect généraux sur les vibrations Dispositif de surveillance vibratoire Détection vibratoire de défauts Conclusion

3 Aspects généraux Page 3 Les vibrations : trois volets d intérêt Les exploiter dans un procédé industriel Les combattre Les utiliser comme sources d informations.

4 Aspects généraux Page 4 Exploiter les vibrations Compacteur

5 Aspects généraux Page 5 Combattre les vibrations Plusieurs normes encadrent les vibrations: Sévérité vibratoire des machines Protection de l homme Directives «Machines» Spécifique

6 Aspects généraux Page 6 Les Normes de sévérité vibratoire : Norme AFNOR E ISO 2372 ISO 2372 NF E (ancienne) ISO 7919 (parties 1 à 5) Parties tournantes ISO (parties 1 à 6) Parties non tournantes A bon B satisfaisant C médiocre D inadmissible

7 Aspects généraux Page 7 Utiliser les vibrations comme Indicateur de l état de santé: surveillance vibratoire des paliers de turbine (dégradation des roulements), Moyen de diagnostic: maintenance conditionnelle associé à la thermographie et l analyse des lubrifiants, Moyen de conception: analyse modale pour optimiser les structures porteuses et éviter les couplages fréquentiels avec les parties tournantes.

8 Aspects généraux Page 8 Analyse Vibratoire

9 Mécanismes excitateurs Page 9 Les vibrations peuvent être générées par différents mécanismes mettant en jeu de l énergie : mécanique (transmission de puissance) balourd, désalignement, engrènement, roulements à billes,... électrique (moteur) vibration des stators, transformateurs... hydraulique (pompes) pulsation de pression, cavitation, turbulences... aéraulique (ventilateurs, éoliennes) tourbillons de Von Karman, turbulences aérodynamiques...

10 Dispositif de surveillance vibratoire Page 10 Stratégie de Surveillance % "! " # $ % &

11 Dispositif de surveillance vibratoire Page 11 Stratégie de Surveillance "! '!

12 Les capteurs de vibrations Page 12 Piézoélec Industriel Acc Capacitif Piézoélec Labo + masse réduite Servo Accéléromètre Acc Piézorésistif

13 L émergence de la mécatronique Page 13 Roulement ou palier instrumentés, intégrant des fonctions électroniques pour connaître : vitesse et sens de rotation d une roue, nombre de tours de cette roue, température du roulement. % () % *+

14 Dispositif de surveillance vibratoire Page 14 Stratégie de Surveillance Exemple: le secteur hydraulique

15 Amont / Aval Page 15 Analyse Vibratoire Expertise / Diagnostic, - #

16 IN MACHINE Détection vibratoire de défauts Périmètre de l expertise Périmètre "immédiat" de l'expertise des défaillances Périmètre "stratégique" de l'expertise des défaillances Page 16

17 Détection vibratoire de défauts Page 17 Les phénomènes et types de détérioration observés sur les réducteurs industriels Phénomène Fréquence en % Détérioration Fréquence en % Surcharge mécanique Blocage Instabilité de marche Manque de lubrifiant Desserrage Déformation Surcharge thermique Usure Divers 41 12,8 10,3 10,3 9,4 5,1 3,9 3 4,2 Rupture de surcharge Rupture de fatigue, rupture par fluage Modification de la portée Grippage Détérioration mécanique de la surface Abrasion Fissuration 47,8 12,5 9,5 8,8 6,5 3,7 2

18 Détection vibratoire de défauts Page 18 Répartition des avaries par cause et par organe sur les réducteurs industriels Cause du sinistre Fréquence en % Organe concerné Fréquence en % Défaut du produit Défaut de fabrication Défauts de conception et de dimensionnement Défaut de matière Défaut de montage Défaut de réparation Erreur d exploitation Fausses manœuvres Défaut d entretien Phénomènes externes Corps étrangers Alimentation électrique Autres 53,7 17,4 15,4 10, ,3 21,4 17,9 7 2,5 1,5 3 Roues dentées Paliers Paliers radiaux Paliers de butée Corps Arbres Bâti Divers 58,2 12,5 11,1 1,4 9,7 6,4 5,7 7,5

19 Engrenages et avaries Page 19 Détériorations des roues dentées Usure abrasive Écaillage

20 Engrenages et avaries Page 20 Défauts et Diagnostics Défaut Modulations d amplitude et de fréquence Ampl. Pignon menant N E N S Réducteur N E > N S z 1 < z 2 Roue menée fe 2fe f

21 Engrenages et avaries Page 21 Mise en évidence d un défaut de denture sur pignon pas de 25 Hz, soit la fréquence de rotation de l arbre primaire

22 Roulements et avaries Page 22 Montage Contraintes de service Ambiance Lubrification Procédés ou outils mal appropriés Propreté insuffisante Ajustement trop serré, pré-charge trop élevée Ajustement trop libre, pré-charge trop faible Désalignement Charge trop faible ou trop élevée Symptôme résultant : Vibrations Vitesses excessives Chauffage extérieur Poussière, boue Passage de courant électrique Humidité Agents corrosifs Lubrifiant mal adapté Manque de lubrifiant Lubrification surabondante 1. Aspect des pièces de roulements Empreintes de corps roulants, rayures Empreintes de corps étrangers Corrosion (humidité, agents corrosifs) Empreintes dues aux vibrations à l'arrêt Corrosion de contact Cratères et stries Détériorations des cages Usure Grippage sous charge élevée Glissement Fatigue, écaillage Echauffement, coloration 2. Anomalies de fonctionnement Rotation irrégulière Bruit anormal Température anormale

23 Roulements et avaries Roulements à billes et à rouleaux Défaut réparti Spectre large bande Défaut localisé Fréquences définies Page 23 Bague externe n 2 N 60 1 Bd Pd cos Bd Pd Bague interne n 2 N 60 Bd 1+ cos Pd Billes Cage Pd 2Bd 1 2 N 60 N Bd Pd Bd Pd 2 cos cos 2 n : nombre de billes N : vitesse de rotation Bd : diamètre des billes Pd : diamètre situant le centre des billes : angle de contact oblique

24 Roulements et avaries Page 24 Corrosion par humidité Stockage inapproprié (humidité > 60 %) Fortes variations de température (condensation) Étanchéités défectueuses Lubrifiant inadapté Stries dus au passage de courant électrique passage continu de courant alternatif ou continu

25 Rotors/ Balourd Page 25 Instrumentation de mesure vibratoire Ventilateur instrumenté pour la mesure vibratoire de l effet d un balourd. - /

26 Analyse vibratoire Rotors/ Balourd - :5 :1 Page 26 0%05 0%03 0%009 0%004 0%07 0%008 0%003 0%02 <=+ 0%007 0%002 0%006 <=+ 0%06 0%01 0%001 0%005 0% : ; : ; Comparaison de la réponse vibratoire d un ventilateur équilibré et «balourdé» (vitesse de rotation tr/min)

27 Conclusions Page 27 Démarche usuelle: dimensionnement mécanique et adéquation/charge et puissance, respect des normes et directives

28 Conclusions Page 28 Démarche différenciatrice: Identifier les éléments dynamiques critiques (nombre de dents/engrenages, nombre de pales/ventilateurs, type de roulements, ), Conception basée sur l étude cinématique, Utiliser instrumentation existante (palier de turbine) ou proposer une instrumentation vibratoire pour faciliter le diagnostic, Elever les équipes de maintenance au rang d experts pour proposer des analyses pertinentes au client et réduire les temps d immobilisation des équipements.

29 Page 29 Merci de votre attention