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IN MACHINE’ 2009 Page 1 Arnaud CARACCIOLO Patrice HUVER Comment expliquer Comment expliquer à à ses futurs ses futurs acheteurs que sa machine sera acheteurs que sa machine sera encore plus disponible ? encore plus disponible ?

Comment expliquer à ses futurs acheteurs que sa machine ... · PDF fileNorme AFNOR E 90-300 ISO 2372 A bon B satisfaisant C médiocre D inadmissible Aspects généraux Les Normes

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IN MACHINE’2009

Page 1

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Arnaud CARACCIOLOPatrice HUVER

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Page 2Sommaire

� Aspect généraux sur les vibrations

� Dispositif de surveillance vibratoire

� Détection vibratoire de défauts

� Conclusion

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Page 3Aspects généraux

Les vibrations : trois volets d’intérêt

�Les exploiter dans un procédé industriel�Les combattre�Les utiliser comme sources d’informations.

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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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Page 6

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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Page 7

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

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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

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Exemple: le secteur hydrauliqueStratégie de Surveillance

Dispositif de surveillance vibratoire

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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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Aju

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Cha

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Vite

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Hum

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Age

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Lubr

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Man

que

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brifi

ant

Lubr

ifica

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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IN MACHINE’2009

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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

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Merci de votre attention

[email protected]@cetim.fr