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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE 20 AOUT 1955 SKIKDA Faculté de technologie Département de Génie Mécanique MEMOIRE DE FIN D’ETUDES En vue de l’obtention du diplôme De magister en électromécanique Réalisé par: BOULAICHE Abdelmalek Soutenu publiquement le Jeudi ; 18/04/2013 Devant le jury: Président : Mr KHACHMANE. L MCA.UNIV. SKIKDA Rapporteur : Mr CHAIB. R MCA.NNIV. CONSTANTINE Examinateur : Mr BOUZAOUIT. A MCA.UNIV. SKIKDA Examinateur : Mr BENIDIR.M MCA.UNIV. CONSTANTINE Examinateur : Mr BOULAHLIB.M MCA.UNIV. CONSTANTINE Contribution au diagnostique prédictive de l’état des machines tournantes (Étude de cas) THEME Je remercie DIEU le tout puissant de m’avoir donné la force et la foi qui m’ont permis d’élaborer ce précieux travail. Je tiens à remercier vivement mon encadreur : le mètre de conférence CHAIB .Rachid pour son aide et ses précieux conseils ainsi que l’ensemble des enseignants du département de génie mécanique. Mes remerciements vont également aux membres de jury, pour avoir accepté de juger ce modeste travail, d’apporter leurs réflexions et leurs critiques scientifiques. Un remerciement très spécial à mon père, mes sœurs et frères qui m’ont aider et soutenu tout au long de ma formation. Un Merci particulier à toute ma famille. J'ai l'honneur de dédier ce modeste travail à mes très chers parents et plus particulièrement à mon père qui m’a aidé moralement et matériellement, ainsi que par ses conseils et encouragements. A tout mes amis de la promotion. Sommaire : Liste des figures Liste des tableaux Introduction générale Chapitre 01 : concepts de la défaillance 1.1.Généralités..........................................................................................................................05 1.2.Définitions..........................................................................................................................06 1.3.Les enjeux de la défaillance ...............................................................................................06 1.4.Le comportement pathologique d’une machine .................................................................08 1.5.Terminologie de la défaillance...........................................................................................11 1.5.1.Définition .......................................................................................................................11 1.5.2.Les six éléments de connaissance d’une défaillance ......................................................11 I.6.Cause de la défaillance........................................................................................................12 I.7.Effet de la défaillance .........................................................................................................13 1.8.Mode de défaillance ...........................................................................................................14 1.8.1.Modes de défaillance ......................................................................................................15 1.9.Exemple de modèle de dégradation ...................................................................................17 1.10.Classification des défaillances .........................................................................................17 1.11.La disponibilité.................................................................................................................18 1.11.1. Amélioration de la disponibilité...................................................................................18 1.12. Lafiabilité R.....................................................................................................................19 1.12.1. Identification et caractérisation des facteurs influençant la fiabilité............................19 1.12. 2. La maintenabilité et la maintenance............................................................................20 I.12.3.Définition de la maintenabilité.......................................................................................20 1.12.4. La sécurité (safety).......................................................................................................21 1.13. Taux de défaillance .........................................................................................................22 1.14. Les Mécanismes de défaillance.......................................................................................22 I.14.1. Défaillances mécaniques par détérioration de surface..................................................22 1.14.2. Frottement et usure.......................................................................................................23 1.14.3. Défaillances mécaniques par déformations plastiques.................................................24 1.14.4. Défaillances mécaniques par rupture ductiles, fragiles ou de fatigue ..........................24 I.14.5. Les modes de défaillances électriques ..........................................................................24 1.15. Comment traiter une défaillance .....................................................................................25 Chapitre 02 : concepts et stratégies de la maintenance Introduction ..............................................................................................................................28 2.1. La fonction maintenance ..................................................................................................29 2.1.1. Définition .......................................................................................................................29 2.1.2. Situations de la fonction maintenance au sein de l’entreprise .......................................30 2.1.3. Importance de la maintenance par rapport à l’activité de l’entreprise ...........................30 2.1.4. Fonctions et tâches associées à la maintenance .............................................................31 2.2. Les forme de maintenance.................................................................................................32 2.2.1. La maintenance corrective.............................................................................................33 2.2.1.1 Définition .....................................................................................................................33 2.2.1.2.Les trois formes possibles de maintenance corrective .................................................35 2.2.1.4. Maintenance palliative ou dépannage .........................................................................37 2.2.2. La maintenance préventive ............................................................................................38 2.2.2.1. Définitions...................................................................................................................38 2.2.2.2. Buts de la maintenance préventive..............................................................................38 2.2.2.3. Mise en place d’une maintenance préventive .............................................................39 2.2.2.4. La maintenance préventive systématique....................................................................41 2.2.2.4.1. Définitions................................................................................................................41 Méthodes en maintenance préventive systématique ................................................................42 2.2.2.4.3. Evaluation des temps................................................................................................43 2.2.2.5. La maintenance préventive conditionnelle.................................................................43 2.2.2.5.1. Définition .................................................................................................................43 2.2.2.5.2. Conditions de mise en place....................................................................................44 2.2.2.6. La maintenance préventive prévisionnelle..................................................................45 2.2.2.7. Maintenances préventives conditionnelle et prévisionnelle........................................45 2.3. Niveaux de maintenance ...................................................................................................47 2.4. Stratégies de maintenance .................................................................................................49 2.4.1. Pourquoi mettre en place une stratégie ..........................................................................49 2.4.2. Ingénierie de maintenance..............................................................................................50 2.4.3 Choix d’une stratégie ......................................................................................................51 2.5. Conclusion.........................................................................................................................53 chaiptre 03 : concepts de l’analyse vibratoire 3.1. GENERALITE..................................................................................................................54 3.2. Notions fondamentales......................................................................................................55 3.2.1. Définition d’une vibration..............................................................................................55 3.2.3. Amplitudes .....................................................................................................................57 3.2.4. Nature d’une vibration ...................................................................................................59 3.3. Choix des grandeurs physiques a mesurer. .......................................................................59 3.3.1. Domaine de surveillance ...............................................................................................59 3.4. Indicateurs vibratoires.......................................................................................................61 3.4.1. Définition .......................................................................................................................61 3.4.2. La mesure de niveau global............................................................................................62 3.4.3. L’analyse spectrale ........................................................................................................63 3.4.4. Incidences du choix d'un indicateur ...............................................................................64 3.4.5. Seuil d’un indicateur .....................................................................................................64 3.4.5.1. Méthode du relevé global............................................................................................65 3.4.5.2. Méthode de l'analyse spectrale....................................................................................66 3.5. Diagnostic..........................................................................................................................67 3.5.1. Principaux outils de diagnostic ......................................................................................68 3.5.1.1. Analyse temporelle......................................................................................................68 3.5.1.2. Analyse fréquentielle...................................................................................................68 3.5.1.3. Analyse cepstrale.........................................................................................................70 3.5.2 : Le choix des paramètres et des points de mesures........................................................71 3.6. Les etapes de la maintenance conditionnelle ....................................................................71 3.6.1. La détection du défaut qui se développe ........................................................................71 3.6.2. L’établissement d’un diagnostic.....................................................................................72 3.6.3. L’analyse de la tendance ................................................................................................72 3.7. Conclusion.........................................................................................................................72 chapitre 04 : images vibratoires des principaux defauts IV. 1. Introduction ...................................................................................................................74 IV.2. Déséquilibre : défaut de balourd .....................................................................................74 IV.2.1. Définition .....................................................................................................................74 IV.2.2. mesure .........................................................................................................................75 IV.2.3.signature vibratoire .......................................................................................................75 IV.2.4. Balourds statique et dynamique ...................................................................................77 IV.3.défaut d’alignement..........................................................................................................77 IV.3. 1. Définition ....................................................................................................................77 IV.3.2. Désalignement d’arbres accouples...............................................................................78 IV.3.2.1. Désalignement radial.................................................................................................78 IV.3.2.2. Désalignement angulaire...........................................................................................79 IV.3.3. Désalignement des paliers............................................................................................79 IV.4. Défauts de serrage...........................................................................................................80 IV.5. Défauts de transmission par courroies ............................................................................80 IV.5.1. Fréquence caractéristique.............................................................................................80 IV.5.2. Prise de mesure ............................................................................................................81 IV.5.3. Signature vibratoire......................................................................................................81 IV.5.4. Autres défauts ..............................................................................................................82 IV.5.5. Cas des courroies crantées ...........................................................................................82 IV.6. Les défauts des engrenages .............................................................................................83 IV.6.1. Définition .....................................................................................................................83 IV.6.2. Fréquence d’engrènement............................................................................................84 IV.6.3. Signatures vibratoires des défauts d’engrènement.......................................................85 IV.6.3.1. Détérioration d’une dent ...........................................................................................85 IV.6.3.2. Détérioration de deux dents sur les deux roues.........................................................85 IV.6.3.3. Détérioration de l’ensemble de dentures...................................................................86 IV.6.3.4. Entraxe insuffisant (jeu insuffisant au fond de denture)...........................................87 IV.6.3.5. Jeu de fond de denture trop grand.............................................................................87 IV.6.3.6. Défauts induisant une modulation d’amplitude ........................................................88 IV.6.3.7. Application ...............................................................................................................89 IV.7. Les défauts de roulements...............................................................................................89 IV.7.1. Fréquences caractéristiques..........................................................................................89 IV.7.2. Signatures vibratoires des principaux défauts..............................................................92 IV.7.2.1. Défaut de type écaillage affectant la bague externe..................................................92 IV.7.2.2. Défaut de type écaillage affectant la bague interne ..................................................92 IV.7.2.3. Défaut de type écaillage sur un élément roulant .......................................................93 IV.7.2.4. Défauts de type déversement de bague.....................................................................93 IV.7.2.5. Remarque ..................................................................................................................94 IV.7.3. Indicateurs vibratoires spécifiques aux roulements .....................................................94 IV.7.3.1. Facteur de crête .........................................................................................................94 IV.7.3.2. Le Facteur de défaut de roulement FD......................................................................95 IV.7.3.3. Distribution de l’amplitude : Kurtosis ......................................................................96 Chapitre 05 : étude de cas d’un equipement commande ventilateur R1S07 V.1. Introduction ......................................................................................................................97 V.2. Problématique...................................................................................................................98 V.3. Le Suivi Off Line de la surveillance vibratoire d’un équipement stratégique .................99 V.3.1. Matériel pour diagnostic................................................................................................99 V.3.2. Caractéristiques techniques des équipements de ventilateur R1S07.............................99 V.3.3. Rechercher les défauts.................................................................................................101 V.4. les étapes d'analyse du suivi ...........................................................................................101 4.1. Mesure niveau global .....................................................................................................113 Conclusion générale ............................................................................................................114 Recommandations ................................................................................................................115 LISTE DES FIGURES Figure1.1 : Les enjeux d’une défaillance.................................................................................................8 Figure1. 2. Les différentes phases de la vie d’un composant..........................................................9 Figure 1.3 : courbe en baignoire.............................................................................................................10 Figure 1.4: Les critères permettant l'analyse post défaillance…................................................12 Figure 1.5: Les Cause de défaillance ….................................................................................................13 Figure I. 6 : diagramme Causes-Effets…............................................................................................... 13 Figure1.7 : modes génériques de défaillance …................................................................................15 Figure I.8 : Processus de dégradation des pièces mécaniques…................................................17 Figure I.9: classification des défaillances….........................................................................................17 Figure 1.10: Disponibilité intrinsèque et opérationnelle.............................................................. 18 Figure I.11 : La détermination expérimentale de différentes caractéristiques d’un composant.......................................................................................................................................................19 Figure 1.12 : diagramme causses effets (diagramme Ishikawa)................................................20 Figure 1.13 : Processus de conception................................................................................................. 21 Figure 1.14 : Dynamique de l’usure des lois de dégradation.......................................................23 Figure 1.15 : chronologie d’un bon Diagnostic . ...............................................................................25 Figure 1.16 : Organigramme de démontage.......................................................................................27 Figure II.1 : Nouvelle synopsis des différentes formes de maintenance.................................33 Figure II.2 : Type de dégradation.. .........................................................................................................34 Figure II.3 : La maintenance curative…................................................................................................ 37 Figure II.4 : La maintenance palliative.................................................................................................37 Figure II.5……………………............................................................................................................................38 Figure II.6 : Organigramme de La maintenance préventive.. ......................................................40 Figure II.7 : La maintenance préventive systématique …............................................................. 41 Figure II.8. Principe de la maintenance conditionnelle …............................................................. 42 Figure II.9 : La maintenance préventive conditionnelle …........................................................... 44 Figure II.10 :principe de surveillance de maintenance préventive conditionnelle.. ..........45 Figure II.11 : principe de surveillance de maintenance préventive prévisionnelle.. .........47 Figure II.12: Le principe des cinq niveaux de la maintenance....................................................47 Figure II.10 : Ingénierie de la maintenance........................................................................................51 Figure II.13 : les changements majeurs de la maintenance.. .......................................................51 Figure II.14: Stratégie et objectifs de la maintenance....................................................................51 Figure II. 15 : Influence de la charge du travail.................................................................................52 Figure II. 16: Influence de l'aspect économique...............................................................................52 Figure 3.1 : Principes de surveillance d’une machines par analyse vibratoire ...................55 Figure3.2. Représentation des types de vibration...........................................................................56 Figure 3.3. Représentation du mouvement d’un système vibratoire.......................................57 Fig. 3.4.Amplitudes d’un signal vibratoire quelconque .. .............................................................. 58 Fig. 3.5. Nature de la vibration selon les variations de son amplitude en fonction du temps ................................................................................................................................................................ 59 Fig. 3.6.Choix des grandeurs physiques à mesurer en fonction de la nature des défauts recherchés...................................................................................................................................................... 60 Figure 3.7 : Principe de l’analyse niveau global................................................................................62 Figure 3.8 : Niveau Global Vitesse [2-1 000] Hz …...........................................................................62 Figure3.9 : Principe de l’analyse spectrale [2-1 000] Hz …..........................................................64 Fig. 3.10. La détermination des seuils par la méthode du relevé global .................................66 Figure3.11. L’utilisation des NG pour le suivi des défauts très énergétiques … .................66 Figure3.12. Détermination des seuils en analyse spectrale …...................................................66 Figure3.13 : L’utilisation de la mesure du spectre au suivi des défauts de faible amplitude …....................................................................................................................................................67 Figure3.14. Surveillance d’une bande de fréquences …. .............................................................. 67 Figure 3.15 : Signal temporel de mesure d’accélération au palier en présence de défauts multiples…………............................................................................................................................................69 Figure 3.16 : Spectre caractéristique des signaux de vitesse aux paliers … ..........................70 Figure3.17. Cepstre de signal d’accélération à un palier avec défaut de roulement…. ....71 Figure 3.18 : Principe de la maintenance conditionnelle…..........................................................72 Figure IV.1 : Tolérance d’usinage sur un rotor…..............................................................................74 Figue IV.2 : Exemple de défauts induisant un balourd…............................................................... 75 Figure IV.3 : points de mesure pour un défaut de balourd….......................................................75 Figure IV.4: points de mesure pour un uploads/Management/ diagnostique-predictive-de-l-etat-des-machines-tournantes-etude-de-cas.pdf