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  • Surveillance vibratoire et maintenance prdictive

    par Jacques MORELIngnieur de lcole nationale suprieure de mcanique (ENSM)Ancien chef adjoint du Dpartement surveillance diagnostic maintenance EDF, Division recherches et dveloppement

    1. Enjeux de la maintenance...................................................................... R 6 100 2

    2. Dfauts et manifestations..................................................................... 32.1 Rotors et parties tournantes ....................................................................... 3

    2.1.1 Dsquilibre massique des rotors. Balourds ................................... 3

    Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Mesures et Contrle R 6 100 1

    a maintenance des installations est essentielle leur sret de fonctionne-ment et la scurit des personnes. Compte tenu de son cot, il est cepen-

    dant judicieux dtablir un bon quilibre entre entretien prventif systmatiqueet entretien correctif.

    2.1.2 Balourd dorigine mcanique ............................................................ 32.1.3 Balourd dorigine thermique ............................................................. 42.1.4 Frottement. Balourd volutif.............................................................. 42.1.5 Rotors dissymtriques. Fissures ...................................................... 52.1.6 Accouplements .................................................................................. 52.1.7 Engrenages rducteurs et multiplicateurs........................................ 6

    2.2 Dgradation des appuis .............................................................................. 72.2.1 Dfauts des roulements ..................................................................... 72.2.2 Palier film dhuile............................................................................. 82.2.3 Dgradations du lignage.................................................................... 92.2.4 Jeu, desserrage, mauvaise fixation .................................................. 9

    2.3 Vibrations lies aux coulements .............................................................. 92.3.1 Pompes et machines hydrauliques ................................................... 92.3.2 Phnomnes organiss, instabilits ................................................. 11

    2.4 Frquences propres mal places................................................................ 13

    3. Dtection, diagnostic et pronostic danomalie ............................... 133.1 Besoin........................................................................................................... 133.2 Stratgie de dtection ................................................................................. 143.3 Supports du diagnostic ............................................................................... 14

    3.3.1 Fiches dfauts ..................................................................................... 143.3.2 Retour dexprience : limites associes aux dfauts....................... 143.3.3 Symptmes ......................................................................................... 15

    3.4 Dmarche de diagnostic ............................................................................. 173.4.1 Identification du problme................................................................. 173.4.2 vocation dhypothses. Fiches symptmes ................................... 183.4.3 Confirmation dhypothses. Fiches dfauts .................................... 183.4.4 Tableau dvocation............................................................................ 18

    4. Trois stratgies de surveillance ........................................................... 194.1 Comportement normal dune machine. Les normes........................... 194.2 Bilans de sant. Maintenance prdictive ................................................... 194.3 Surveillance en continu des grandes machines ....................................... 20

    Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 6 100

    L

  • SURVEILLANCE VIBRATOIRE ET MAINTENANCE PRDICTIVE ____________________________________________________________________________________

    La surveillance des installations concourt limiter le niveau dentretien pr-ventif. Dans ce contexte, lanalyse vibratoire constitue un outil de dtection puisde diagnostic de dfauts de fonctionnement des installations.

    Aussi, aprs avoir dcrit les principales manifestations vibratoires des dfautsde fonctionnement des machines, cet article examine les stratgies de dtection,de surveillance et la dmarche de diagnostic sappuyant sur lanalyse vibratoireet permettant de dduire une politique et des gestes de maintenance.

    Le lecteur consultera utilement les articles :

    Analyse vibratoire des machines tournantes [BM 5 145] dans le trait Gnie mcanique ; Vibrations [A 410] dans le trait Sciences fondamentales ; Aroacoustique et hydroacoustique [A 430] dans le trait Sciences fondamentales ;

    ainsi que les articles de la rubrique Fonctions et composants mcaniques du trait Gnie mca-nique.

    Nota : les vibrations sont caractrises par un dplacement, une vitesse ou une acclration. Dans cet article, nous repr-senterons schmatiquement les phnomnes quels que soient les paramtres mesurs (qui dpendent du type de capteurs uti-liss pour chaque cas). Les courbes ainsi obtenues sont gnralement reprsentatives de lvolution de lamplitude dudplacement, de la vitesse ou de lacclration de la vibration.

    1. Enjeux de la maintenance

    Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite.R 6 100 2 Techniques de lIngnieur, trait Mesures et Contrle

    Maintenance

    Le fonctionnement dune installation, mme dans des conditionsnormales entrane un certain vieillissement des matriels, et parfoismme des incidents ou accidents. Il est ncessaire pour en assurerun exploitation correcte de maintenir cette installation en bon tat.

    La maintenance a un cot et il importe de trouver le niveau opti-mum qui maintiendra au moindre cot linstallation niveau sansmettre en danger la scurit des personnes. Comme illustr figure 1,si lon ne maintien pas linstallation, on aura trop dincidents et leurcot va crotre. linverse, si lon fait trop de maintenance prven-tive, le cot total va augmenter.

    La maintenance optimale est donc un mlange harmonieuxdentretien prventif systmatique et dentretien correctif.

    Surveillance des matriels

    La surveillance des matriels permet de diminuer le niveaudentretien prventif sans prendre de risque supplmentaire car oncontinue sassurer que le matriel ne prsente pas danomalie. Onpeut donc diminuer les cots, si toutefois le cot de la surveillancereste limit.

    Elle sintgre dans la politique de maintenance et doit assurer : la prvention des risques majeurs (arrt des machines lorsque

    les conditions de scurit (pour lhomme ou pour la machine) nesont pas satisfaites ;

    la dtection prcoce des anomalies, pour viter au maximumles avaries en remplaant les composants dfectueux si possibleavant incident et au meilleur moment ;

    lanalyse aprs incident, pour remdier aux dfauts constats,viter de les retrouver lavenir, ou dfinir les modifications nces-saires.

    Vibration : un bon indicateur dtat

    Le fonctionnement des machines engendre des efforts qui serontsouvent la cause des dfaillances ultrieures (efforts tournants, tur-bulence, chocs, instabilit).

    Les efforts sont leur tour causes de vibrations qui vont endom-mager les structures et les composants des machines.

    Lanalyse de ces vibrations va permettre didentifier les efforts dsquils apparaissent, avant quils naient caus de dommage irrver-sible. Elle permettra aussi aprs analyse den dduire lorigine etdestimer les risques de dfaillance.

    Cest sur ces concepts quest base la maintenance prdictive.

    Pour la mettre en uvre, il faudra donc tre capable de dtermi-ner les causes de dfaillance les plus frquentes, dvaluer leurscots, leur probabilit dapparition, et de mettre en place une politi-que qui permette den dtecter au plus tt les symptmes.

    Reconnatre les dfauts

    Il ny a pas de maintenance prdictive sans un diagnostic mini-mum des dfauts et de leur gravit. Cest pourquoi la premiredmarche dune action de surveillance est de se demander quelsdfauts sont susceptibles de se rencontrer sur la machine sur-veiller.

    La seconde concerne les manifestations de ces dfauts. Quellesinformations, quels paramtres descripteurs du dfaut faut-il labo-rer et mesurer pour disposer des bonnes informations ; celles quipermettront de dire si la situation est normale ou non (dtectiondanomalie) , mais aussi celles qui permettront den trouver ult-rieurement lorigine (diagnostic de lorigine et de la gravit des ano-malies).

    Figure 1 Optimisation de la politique de maintenance

    Cots

    Cot total

    Trop de correctif

    Effet de lasurveillance

    Trop de maintenance prventive systmatique

    Niveau de maintenance

    Cot desincidents

    Cot de la maintenanceprventive

  • ___________________________________________________________________________________ SURVEILLANCE VIBRATOIRE ET MAINTENANCE PRDICTIVE

    2. Dfauts et manifestations

    2.1 Rotors et parties tournantes

    2.1.1 Dsquilibre massique des rotors. Balourds

    Quel que soit le soin apport la construction des machines, iln'est pas possible de faire concider l'axe de rotation avec le centrede gravit de chaque tranche lmentaire du rotor, ce qui caract-rise le balourd. Il en rsulte que l'arbre

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