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77 MESURES 757 - SEPTEMBRE 2003 T urbines, pompes, moteurs, com- presseurs, alt

77 MESURES 757 - SEPTEMBRE 2003 T urbines, pompes, moteurs, com- presseurs, alternateurs, centrifu- geuses, ventilateurs… toutes ces machines, que l’on dit “tour- nantes”, ont un point commun : elles com- prennent des organes en rotation.Suivant les cas, il peut s’agir de structures relativement simples,constituées d’un seul arbre en rotation à travers un ou plusieurs roulements, ou de machines plus complexes composées de plu- sieurs arbres tournant à des vitesses de rotation différentes… Mais ce qui caractérise avant tout ces machines, c’est qu’elles sont composées d’organes fragiles (roulements et engrenages, notamment) soumis à des contraintes méca- niques importantes et à des environnements industriels difficiles.Les sources de défaillan- ce sont donc multiples :l’écaillage d’un rou- lement,la rupture d’une dent d’un engrena- ge,le désalignement d’un des axes,etc. Lorsque la machine joue un rôle vital dans la production (c’est le cas par exemple d’une presse dans le domaine de l’imprimerie,d’un broyeur de cimenterie ou encore d’une cen- trifugeuse dans un réacteur chimique…), ces défauts peuvent s’avérer lourds de consé- quences. Pour éviter des arrêts de produc- tion imprévus et les pertes économiques qui en découlent, il faut surveiller en perma- nence ces équipements et “traquer”tous les signes précurseurs de défauts avant qu’il ne soit trop tard.Pour cela,il existe une grande variété de techniques. L’analyse vibratoire est la plus connue et la plus largement employée.Il faut dire qu’elle permet à elle seule de détecter pratiquement tous les défauts susceptibles d’apparaître dans les machines tournantes.Un balourd,un jeu, un défaut d’alignement, un roulement usé ou endommagé… se traduisent par une variation des efforts internes que subit la machine,et donc à une modification de son comportement vibratoi- re. En plaçant des accé- léromètres aux endroits où se transmettent ces efforts (c’est-à-dire sur les paliers des machines), on peut alors suivre l’état de san- té de l’équipement. « La méthode présente trois gros avantages : les mesures sont faciles à prendre,les défauts sont détectés à un stade précoce,et il est possible de réaliser un dia- gnostic approfondi pour en connaître l’origine », sou- ligne Philippe Poizat, chef de produits Main- uide d’achat G L’essentiel Analyse vibratoire, analyse d’huiles, thermographie infrarouge et analyse acous- tique sont les principales méthodes de surveillance des machines tournantes Toutes ne permettent pas de “voir” les mêmes types de défauts, ni de réaliser un diagnostic approfondi pour en connaître l’origine et la gravité Avant de choisir, il faut bien cerner la criticité de sa machine, et définir le type de surveillance qu’elle nécessite. M Les machines tournantes jouent un rôle souvent stratégique dans un procédé de fabrication. A l’image d’une presse dans une papeterie ou d’une turbine dans une centrale électrique, elles font partie de ces équipements que l’on ne peut pas se permettre d’immobiliser à tout moment. Pour prévenir les défaillances, il existe heureusement des outils de surveillance puissants, tels que l’analyse vibratoire, la thermographie ou l’analyse des lubrifiants. A condi- tion bien sûr de les utiliser à bon escient et d’en connaître les limites. Car s’il est relativement simple de détecter un défaut, réaliser une analyse approfondie pour connaître les risques qu’il présen- te est encore souvent une affaire de spécialistes. Que l’on fasse appel à un prestataire de services ou pas, il y a une démarche rigoureuse à adopter, et quelques pièges à éviter… Oros MESURES MÉCANIQUES La surveillance des machines tournantes 78 MESURES 757 - SEPTEMBRE 2003 Guide d’achat Principales méthodes de détection Type de défauts Analyse vibratoire Analyse d’huiles Thermographie IR Analyse acoustique Déséquilibres, balourd Oui Non Oui Non (sauf s’il y a usure) (s’il y a un échauffement) Jeux, défauts de serrage Oui Non Oui Oui (sauf s’il y a usure) (s’il y a un échauffement) (s’il y a une résonance) Défauts spécifiques aux roulements Oui Oui Oui Oui Défauts spécifiques aux engrenages Oui Oui Oui Oui Défauts de courroies Oui Non Oui Oui Défauts d’alignement Oui Non Oui Non Défauts liés à la lubrification: - dégradation de la qualité de l’huile Non Oui Non Oui (sauf paliers fluides) - manque d’huile Oui Oui Oui Oui Défauts de nature électrique ou Oui Non Oui Oui électromagnétique Défauts liés aux écoulements Oui Non Non Oui (pour pompes et machines hydrauliques) tenance Conditionnelle chez 01dB Acous- tics &Vibration. Bref, c’est un peu “la” métho- de incontournable… Autre outil de surveillance, l’analyse des lubrifiants.Appliquée à toutes les machines pourvu qu’elles contiennent un fluide (hui- le ou graisse) que l’on peut prélever,la métho- de consiste à “faire parler”les particules d’usu- re drainées par le lubrifiant afin d’en déduire l’état de l’équipement.L’analyse d’un échan- tillon de quelques dizaines de millilitres d’hui- le (prélevé à l’aide de petites seringues ou lors d’une vidange) peut alors suffire à révé- ler l’usure anormale de l’un des composants, le mauvais état d’un filtre,ou encore la dégra- dation du lubrifiant (suite à une oxydation,à une pollution, à une température d’utilisa- tion trop élevée, etc.). À côté de la surveillance vibratoire et de l’ana- lyse des lubrifiants,la thermographie infra- rouge suscite un intérêt encore récent dans le domaine de la maintenance.Jusqu’alors réser- vée au contrôle d’installations électriques,elle est depuis peu utilisée dans la surveillance des machines tournantes pour détecter les défauts qui se manifestent par un échauffement anor- mal à la surface de l’équipement.La thermo- graphie permet de réaliser des mesures à dis- tance, et d’obtenir instantanément une ima- ge thermique de la zone inspectée. Enfin, il existe d’autres méthodes, moins répandues que les précédentes mais néan- moins intéressantes. Citons par exemple l’analyse acoustique, qui permet de détec- ter tout bruit anormal à l’aide de micro- phones placés (le plus souvent) à distance de l’équipement, ou le contrôle ultrasonore, qui permet de détecter des défauts de faible amplitude à haute fréquence (tels que l’ini- tiation de la dégradation d’un roulement). Quelle méthode choisir? Entre ces différentes méthodes,le choix n’est curieusement pas si difficile. « Chaque méthode a son champ d’applications privilégié, explique M. Poizat (01dBAcoustics &Vibration). C’est pour- quoi elles entrent rarement en concurrence ».L’analyse vibratoire,par exemple,convient aux défauts liés à la cinématique et à la structure de la machine,mais dans une plage de fréquence déterminée (située généralement entre quelques hertz et plusieurs dizaines de kHz). Elle couvre alors les défauts structurels (bas- se fréquence), les défauts spécifiques aux roulements (à plus haute fréquence), ainsi que la majorité des dysfonctionnements les plus courants (qui se situent souvent en deçà de 5 kHz).En dehors de cette plage de mesu- re, on utilise d’autres méthodes. « Au-delà de 20 kHz,il est souvent préférable de réaliser un contrôle par ultrasons ou par thermographie infrarouge », indique Daniel Beaujon,gérant de dBI (socié- té de services en analyse vibratoire et acous- Qui ? Quoi ? Comment ? G Lesquelles ? En priorité, les équipements critiques jouant un rôle essentiel dans le pro- cédé de fabrication, les machines susceptibles de connaître des défaillances assez fréquentes, les machines de grosse puissance ayant nécessité de lourds investissements, etc. : compresseurs, turbines, chau- dières, moteurs, pompes, alternateurs, centrifugeuses, ventilateurs… G Dans quels domaines ? Papeterie (presse, sécheurs…), sidérurgie, cimenterie (broyeurs), automobi- le (machines d’usinage, machines outils, etc.), chimie et pétrochimie (cen- trifugeuses, pompes…), etc. G Pourquoi ? Pour mieux connaître les modes de défaillance des équipements critiques, anticiper un dysfonctionnement susceptible de nuire à la sécurité des per- sonnes ou des équipements, améliorer la disponibilité des machines, effec- tuer des réparations au moment le plus opportun, et donc optimiser les opérations de maintenance… G Comment ? Par surveillance vibratoire, par analyse des lubrifiants, par thermographie infrarouge ou encore par ultrasons… 79 MESURES 757 - SEPTEMBRE 2003 Guide d’achat Quelle méthode choisir ? Principaux avantages Principales limitations Champ d’applications privilégié Analyse vibratoire - Détection de défauts à un stade précoce - Spectres parfois difficiles à interpréter Détection des défauts de tous les organes - Possibilité de réaliser un diagnostic approfondi - Dans le cas de la surveillance continue, installations cinématiques de la machine (balourd, défauts - Autorise une surveillance continue relativement coûteuses d’alignement, jeux, etc.) et de sa structure - Permet de surveiller l’équipement à distance (télémaintenance) Analyse d’huiles - Détection d’une pollution anormale - Ne permet pas de localiser précisément le défaut Contrôle des propriétés physico-chimiques du du lubrifiant, avant que celle-ci - Nécessite de prendre de nombreuses lubrifiant, détection d’un manque de n’entraîne une usure ou un échauffement précautions dans le prélèvement de l’échantillon lubrification, analyse des éléments d’usure, - Possibilité de connaître l’origine de analyse de contamination par le process l’anomalie par analyse des particules (étanchéité), etc. Thermographie IR - Permet de réaliser un contrôle rapide de l’installation - Détection de défauts à un stade moins Détection de tous les défauts engendrant - Interprétation souvent immédiate des résultats précoce que l’analyse vibratoire un échauffement (manque de lubrification - Contrôle limité à ce que “voit” la caméra en particulier) (échauffements de surface) - Ne permet pas de réaliser un diagnostic approfondi Analyse acoustique - Permet de détecter l’apparition de défauts audibles - Sensibilité au bruit ambiant Détection d’un bruit inhabituel pouvant - Autorise une surveillance continue - Diagnostic souvent difficile à réaliser ensuite être analysé par analyse uploads/Management/ 757-guide.pdf