JM'EMP08
EMP, Bordj El Bahri, 10-11 Avril, 2012
L’analyse vibratoire, outil précieux pour la maintenance industrielle 1
Bensaci Mahmoud et 2Rachid Chaib département de génie mécanique, Université Oued souf 2 Laboratoire de mécanique, Université Mentouri Constantine 1
Résumé : Dans l’entreprise, la fonction maintenance consiste de moins en moins à remettre en état le plus souvent l’outil de production, mais de plus en plus fréquemment à anticiper la panne. L’arrêt ou le fonctionnement anormal de l’outil de production, le non respect des délais qui s’en suit, engendrent en effet des coûts que les entreprises ne sont plus en état de supporter. Elles ne peuvent plus attendre que la panne survienne pour y remédier, mais doivent désormais s’organiser pour procéder aux diverses opérations qui permettent de l’éviter. On est ainsi passé d’une maintenance curative à une maintenance préventive systématique, malheureusement l’attente de la casse n’est pas économique et les interventions systématiques sont souvent inutiles, coûteuses en pièces de rechange, en main d’ouvre, en perte de production et peuvent entraîner des erreurs durant les opérations de démontage et remontage des pièces, etc. Ces interventions peuvent nuire à la fiabilité. De ce fait, une nouvelle forme de maintenance s’est développée aujourd’hui : la maintenance conditionnelle, objectif de ce travail. Ce type de maintenance permet de mener à bien la gestion de la maintenance au sien de l’entreprise et en particulier les machines critiques. Il permet la détection précoce des dysfonctionnements, voire anticiper la panne, gérer la pièce de rechange, programmer l’opération de maintenance sans perturber la production, s’attaquer directement au composant défaillant, faire de la maintenance sélective. Mots clés : Détection précoce, maintenance conditionnelle, pannes, paliers lisses, gestion, signature vibratoire.
1-Introduction ES Les pannes imprévues sont quelques fois très coûteuses[1,2]. La perte de production pendant les réparations engendre un manque à gagner qui peut affecter les bénéfices de l’entreprise [2]. Si l'on y ajoute les problèmes de sécurité insuffisante pour le personnel, la qualité de production amoindrie et la perte éventuelle de réputation pour l'entreprise, il devient évident que de telles pannes ne doivent pas être tolérées [3]. Pour régler ce problème, il faut trouver une nouvelle approche maintenance dans les ateliers [2,4]. Les méthodes traditionnelles de maintenance se contentent de faire fonctionner les machines jusqu'à rupture, ou bien d'effectuer la maintenance à intervalles
L
fixes [4]. La première approche concerne les machines peu coûteuses et dupliquées, lorsqu'une perte de production peut être tolérée sur une unité. La seconde méthode, appelée maintenance préventive, présente le risque que des machines en parfait état de marche soit arrêt inutilement, soit des machines sur le point
de tomber en panne soient inconsciemment laissées sans surveillance. Désormais, L'approche moderne consiste à mesurer l'état d'une machine pendant son fonctionnement afin de n'intervenir que lorsque les paramètres l'indiquent, cette méthode est appelée maintenance conditionnelle (prédictive). Pour que la maintenance conditionnelle soit efficace, il faut des mesures précises et fiables de l'état des machines [5]. Un certain nombre de variables des machines peuvent être utilisées: la température, la pression d'huile. Cependant, l'expérience a montré que le paramètre le plus fiable qui donne le plus précocement et de la meilleure façon l'état de détérioration d'une machine tournante est la vibration [5,6, 7]. Toutes les machines vibrent et, au fur et à mesure que l'état de la machines se détériore (Déséquilibre d'un arbre, défaut de roulement ou de boite de vitesse) le niveau de vibration augmente [5,8,9]. En mesurant et en surveillant le niveau de vibration produit par une machine, on obtient un indicateur idéal sur son état de santé. Si l'augmentation de vibration de la machine permet de détecter un défaut, l’analyse des caractéristiques de vibration de la machine permet d'en identifier la cause. On peut ensuite en déduire avec précision le délai avant qu'il ne devienne critique [2]. Dans notre travail, nous donnons une méthodologie pour l'application de l'analyse fréquentielle en maintenance conditionnelle (prédictive) dans le cas d’une moto compresseur 62 CM 101 A [10].
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1- Pour l’appréciation globale de l’état des machines. 2- Le diagnostic des défauts. 3- La maintenance conditionnelle.
Fig. 2: Appareil de mesure de vibration « vibrotest 60 ». Fig. 1: moto compresseur type 62CM101 A 2- rôle et principe de fonctionnement du groupe: Les compresseurs de gaz de régénération sont à un seul étage et du type centrifuge entraîné par moteur ; l’un est normalement en service et l’autre en secours. Ils peuvent être commandés soit localement en mode manuel soit à distance en mode manuel ou automatique. Ce choix se fait en salle de contrôle à partir de l’écran / clavier. Les compresseurs sont munis d’un système de déclenchement qui arrête la machine dans la situation suivante : a) niveau haut dans le séparateur de gaz de régénération. b) pression basse de l’huile de graissage. c) température élevée à l’aspiration. d) débit bas à l’aspiration. e) arrêt d’urgence ESD-1 Le débit de gaz à travers le compresseur de gaz de régénération 62 CM 101 A est réglé par le régulateur FIC-202 qui mesure le débit vers l’aspiration du compresseur et actionne la vanne de régulation du by-pass de débit minimum. Il y a un évent de mise à la torche sur la ligne commune d’aspiration des compresseurs .il permet la régénération des sécheurs même si les compresseurs de régénération sont inutilisables. Le gaz de régénération provenant du refoulement des compresseurs rejoint le gaz d’alimentation en amont la tour de contact d’amine ou en amont des sécheurs. 3- Description du système de surveillance Les relevés vibratoires sont faits périodiquement par une équipe spécialisée au « section de la maintenance conditionnelle » du complexe GL1K de Skikda. Elle est équipée d’un « vibrotest 60 » et un accéléromètre « AS-065 » et un logiciel d’analyse Vibroexpert CM-400 qui ont les caractéristiques que nous allons citées ultérieurement. 3-1-L’appareil de mesure « vibrotest 60 » : C’est un appareil de mesure des vibrations pour apprécier l’état vibratoire des machines. Il permet le diagnostic comme il peut être utilisé comme Analyseur de vibration, collecteur de données, enregistreur DAT.
3.2-Logiciel d’analyse CM-400 : Le logiciel d’analyse Vibroexpert CM-400 est un élément du système Vibrocam4000 orienté vers la maintenance conditionnelle des machines. Ce système couvre le large spectre de la maintenance préventive des machines, commençant a la prise de mesure ordinaire jusqu'à une gestion de production basée sur la maintenance conditionnelle 3.3 -Points de mesures Les points sont relevés sur les paliers de la machine dans les deux directions horizontale et axiale. Point 1 : palier du moteur coté ventilateur de refroidissement. Point 2 : palier du moteur coté accouplement. Point 3 : palier du multiplicateur. Point 4 : palier du compresseur. Point 1
Point 2
Point 3
Point 4 Fig. 3 : représentation des points de mesure
4-Caractéristiques techniques du groupe:
Le groupe moto compresseur 62 CM 101 A se compose principalement d’un moteur alternatif qui a les caractéristiques suivantes : P=250 KW. N=2960 tr /min. Fréquence de rotation fr =49.33 =50 (Hz)
Pour identifier le type de défaut et comme l’analyse niveau global ne permet pas de qualifier le défaut, donc il est devenu nécessaire de passer à l’analyse spectrale (fig.5.1et 5.2) afin de faire un diagnostic et identifier le défaut. Ces figures illustrent bien les spectres du défaut au niveau du ventilateur groupe moto compresseur. - Spectres avant intervention sur la machine
4.1 -Caractéristiques des roulements • Fréquence caractéristique du roulement type 6219 au niveau du palier moteur coté ventilateur : • Nombre éléments roulants (billes) = 10 • Diamètre bille = 23.813 mm • Fréquence cage fc = 20.2267 (Hz) • Fréquence corps roulants fe = 265.611(Hz). • Fréquence bague externe fbe = 202.316 (Hz). • Fréquence bague interne fbi = 290.468 (Hz). • Fréquence caractéristique du roulement type 7219 BGM au niveau du palier moteur coté accouplement : • Nombre éléments roulants (billes) = 15 • Diamètre bille = 23.83mm • Fréquence cage fc = 21.2627 (Hz) • Fréquence corps roulants fe = 269.261 (Hz) • Fréquence bague externe fbe = 319.039 (Hz) • Fréquence bague interne fbi = 420.912 (Hz)
Fig.5.1 : Spectre point 1 H
5 - Les relevées spectrales du défaut 5.1 -Valeurs niveau globale en g eff :
5.2 : Spectre 1V - Spectres après Fig. intervention sur lapoint machine
Fig.4.1 : valeurs globales en g eff, point 1V,
Fig.5.3 : Spectre point 1H Fig.4.2 : valeurs globales en g eff, point 1H 5.2 - Analyse des tendances Les niveaux globaux de vibration de la machine en Acc = 20.47 g eff (fig.4.1) et Acc = 16.38 g eff (fig.4.2). Ces valeurs dépassent clairement le seuil d’alarme supérieur fixé par l’entreprise (11 g eff).
Fig. 5.4 : Spectre point 1V.
[10] M. Bensaci ; L’analyse vibratoire, outil précieux pour la détection précoce des défauts des roulements; Mémoire de Magister ; 2008.
6 – Constat L’analyse spectrale en forme BCU eff, nous permet de faire les constatations suivantes. On remarque bien dans les spectres des figures (5.1 et 5.2) qu'il y a une anomalie traduite par une augmentation d’amplitude qui est de 1,63 BCU eff point 1V et de 1.176 BCU eff point 1H de la fréquence fondamentale qui est de 198.8 Hz. Cette dernière composante correspond à la fréquence de la bague externe du roulement qui est de fbe = 202.316 (Hz).qui nous donne la confirmation de l’existence d’un défaut de roulement, cette valeur est inadmissible par rapport a la norme établie par l’entreprise, alors qu’il dépasse largement le seuil d’alarme qui est de 0.1 BCU eff. L’analyse spectrale confirme le défaut : c’est un défaut de roulement. 7- Conclusion L’opération de maintenance préconisée est le changement de roulement, après cette opération, les mesures expérimentales et la comparaison des pics des spectres avec les seuils d'alarme, n'ont exprimé aucune valeur d'amplitude dépassant les valeurs de seuils. L'examen de toutes ces figures montre le rôle essentiel que joue le traitement du signal dans l'identification du défaut. Cet exemple illustre bien le fait que 1'analyse spectrale est une technique d'investigation fiable qui nécessite de la part de l'opérateur une connaissance de la cinématique précise de la machine et des images vibratoires des défauts susceptibles d'affecter la machine et par conséquent faire de la maintenance sélective, voir cibler la composante défectueuse.
8 -Bibliographie [1] La maintenance prédictive pour les machines tournantes. Symposium au service de l’entreprise Qualima 01-Tlemcen 2004. [2] Chaib rachid La maintenance et la sécurité industrielle dans l’entreprise. Dépôt légal 460-2007 bibliothèque nationale. [3] Jean Héng Pratique de la maintenance préventive, mécanique, pneumatique, hydraulique, électricité, froid. Dunod, paris 2002. ISBN 210 00 65610 [4] Chaib rachid La maintenance industrielle. Editions université de Constantine 2003/2004. [5] Philipe Estoq. Thèse doctorat. Une approche méthodologique numérique et expérimentale d’aide à la détection et au suivi vibratoire de défaut d’écaillage de roulement à billes (16 déc. 2004). [6] Bruel & Kjaer vibro. Stage de maintenance conditionnelle. 27 au 29 mai 2002. [7] Bruel & Kjaer vibro. Analyse vibratoire MC-vibration. Rév. A septembre 2001. [8] Bruel & Kjaer vibro. Diagnostic des défauts par analyse vibratoire. [9] David augeix. Analyse vibratoire des machines tournantes (technique de l’ingénieur).
