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IN MACHINE’2009
Page 1
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Arnaud CARACCIOLOPatrice HUVER
Comment expliquerComment expliquer àà ses futursses futursacheteurs que sa machine seraacheteurs que sa machine seraencore plus disponible ?encore plus disponible ?
IN MACHINE’2009
Page 2Sommaire
� Aspect généraux sur les vibrations
� Dispositif de surveillance vibratoire
� Détection vibratoire de défauts
� Conclusion
IN MACHINE’2009
Page 3Aspects généraux
Les vibrations : trois volets d’intérêt
�Les exploiter dans un procédé industriel�Les combattre�Les utiliser comme sources d’informations.
IN MACHINE’2009
Page 4Aspects généraux
Exploiter les vibrations
Compacteur
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Page 5Aspects généraux
Combattre les vibrations
Plusieurs normes encadrent les vibrations:
� Sévérité vibratoire des machines� Protection de l’homme� Directives « Machines »� Spécifique
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Norme AFNOR E 90-300 ISO 2372
A bon
B satisfaisant
C médiocre
D inadmissible
Aspects généraux
Les Normes desévérité vibratoire :
� ISO 2372� NF E 90-300 (ancienne)� ISO 7919 (parties 1 à 5)Parties tournantes� ISO 10816 (parties 1 à 6)Parties non tournantes
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Utiliser les vibrations comme
� Indicateur de l’état de santé: surveillance vibratoire despaliers de turbine (dégradation des roulements),
�Moyen de diagnostic: maintenance conditionnelleassocié à la thermographie et l’analyse des lubrifiants,
�Moyen de conception: analyse modale pour optimiserles structures porteuses et éviter les couplagesfréquentiels avec les parties tournantes.
Aspects généraux
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Analyse Vibratoire
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Aspects généraux
IN MACHINE’2009
Page 9Mécanismes excitateurs
Les vibrations peuvent être générées par différents mécanismesmettant 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 ...
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Stratégie de Surveillance
Dispositif de surveillance vibratoire
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Stratégie de Surveillance
Dispositif de surveillance vibratoire
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Servo Accéléromètre
Piézoélec Industriel
Piézoélec Labo + masse réduite
Acc Capacitif
Acc Piézorésistif
Les capteurs de vibrations
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Roulement ou palier instrumentés, intégrant des fonctionsélectroniques pour connaître :
� vitesse et sens de rotation d’une roue,� nombre de tours de cette roue,� température du roulement.
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L’émergence de la mécatronique
IN MACHINE’2009
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Exemple: le secteur hydrauliqueStratégie de Surveillance
Dispositif de surveillance vibratoire
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Page 15
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Analyse Vibratoire Expertise / Diagnostic
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Amont / Aval
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Périmètre "stratégique" del'expertise des défaillances
Périmètre "immédiat" del'expertise des défaillances
Périmètre de l’expertise
Détection vibratoire de défauts
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Les phénomènes et types de détériorationobservés sur les réducteurs industriels
Phénomène Fréquence en % Détérioration Fréquence en %Surcharge mécaniqueBlocageInstabilité de marcheManque de lubrifiantDesserrageDéformationSurcharge thermiqueUsureDivers
4112,810,310,39,45,13,9
34,2
Rupture de surchargeRupture de fatigue, rupture parfluageModification de la portéeGrippageDétérioration mécanique de lasurfaceAbrasionFissuration
47,8
12,59,58,8
6,53,7
2
Détection vibratoire de défauts
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Répartition des avaries par cause et par organesur les réducteurs industriels
Cause du sinistre Fréquence en % Organe concerné Fréquence en %� Défaut du produit
Défaut de fabricationDéfauts de conception et dedimensionnementDéfaut de matièreDéfaut de montageDéfaut de réparation� Erreur d’exploitation
Fausses manœuvresDéfaut d’entretien� Phénomènes externes
Corps étrangersAlimentation électriqueAutres
53,717,4
15,410,9
73
39,321,417,9
72,51,5
3
Roues dentéesPaliersPaliers radiauxPaliers de butéeCorpsArbresBâtiDivers
58,212,511,11,49,76,45,77,5
Détection vibratoire de défauts
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ÉcaillageUsure abrasive
Détériorations des roues dentées
Engrenages et avaries
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Défaut����
Modulations d’amplitudeet de fréquence
fe 2fef
Ampl.
Pignonmenant
NE
NS
RéducteurNE > NSz1 < z2
Rouemenée
Défauts et Diagnostics
Engrenages et avaries
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pas de 25 Hz, soit la fréquence de rotation de l’arbre primaire
Mise en évidence d’un défaut de denture sur pignon
Engrenages et avaries
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Montage Contraintesde service Ambiance Lubrification
Symptômerésultant :
Pro
cédé
s ou
out
ils m
al
appr
oprié
s
Pro
pret
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suffi
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Aju
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Lubr
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Lubr
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tion
sura
bond
ante
1. Aspect des pièces de roulementsEmpreintes de corpsroulants, rayures ���� ����
Empreintes de corpsétrangers ���� ����
Corrosion (humidité,agents corrosifs) ���� ���� ����
Empreintes dues auxvibrations à l'arrêt ����
Corrosion de contact ���� ����
Cratères et stries ����
Détériorations des cages ���� ����
Usure ���� ���� ���� ����
Grippage sous chargeélevée ���� ���� ���� ����
Glissement ���� ���� ����
Fatigue, écaillage ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Echauffement, coloration ���� ���� ���� ���� ���� ����
2. Anomalies de fonctionnementRotation irrégulière ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Bruit anormal ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Température anormale ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
Roulements et avaries
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Roulements à billes et à rouleauxDéfaut réparti ���� Spectre large bandeDéfaut localisé ���� Fréquences définies
• Bague externe
• Bague interne
• Billes
• Cage
Θ
− 2
2cos
PdBd1
60N
Bd2Pd
Θ− cos
PdBd1
60N
21
Θ− cos
PdBd1
60N
2n
Θ+ cos
PdBd1
60N
2n
Bd Pd
n : nombre de billesN : vitesse de rotationBd : diamètre des billesPd : diamètre situant le centre des billesΘ : angle de contact oblique
Roulements et avaries
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Roulements et avaries
Stries dus au passage de courant électriquepassage continu de courant alternatif ou continu
Corrosion par humiditéStockage inapproprié (humidité > 60 %)Fortes variations de température (condensation)Étanchéités défectueusesLubrifiant inadapté
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Rotors/ Balourd
Instrumentation de mesure vibratoire
Ventilateur instrumenté pourla mesure vibratoire de l’effetd’un balourd
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• Analyse vibratoire
Comparaison de la réponse vibratoire d’un ventilateuréquilibré et « balourdé » (vitesse de rotation 1 325 tr/min)
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Rotors/ Balourd
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Page 27Conclusions
�Démarche usuelle:
– dimensionnement mécanique et adéquation/charge etpuissance,
– respect des normes et directives
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�Démarche différenciatrice:
– Identifier les éléments dynamiques critiques (nombre dedents/engrenages, nombre de pales/ventilateurs, type deroulements,…),
– 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 tempsd’immobilisation des équipements.
Conclusions