Maintenance & Entreprise n°633

Dossier Analyse > Le

Dossier Analyse > Le préventif en lieu et place du curatif, focus sur l’analyse vibratoire L’analyse des vibrations d’une machine tournante permet de diagnostiquer et surtout, d’anticiper l’état de fonctionnement de l’outil de production. Cette approche tend à évoluer en s’appliquant désormais à un large panel d’installations. Les sociétés PCB Piezotronics et Sefi font le point sur la méthode et ses évolutions. Utilisée sur les sites industriels dans le cadre de la maintenance conditionnelle, l’analyse vibratoire est une technique permettant d’identifier les fréquences de vibration et de diagnostiquer certains types de défauts sur les machines tournantes : balourd, équilibrage, alignement, roulement, engrenage. Identifier le problème, c’est prévoir le réglage ou le remplacement d’une pièce défectueuse afin d’anticiper et de prévenir une panne de la machine concernée. Cette maintenance dite, conditionnelle, permet de mieux connaître l’état d’un parc machines, de diminuer le nombre de pannes interrompant la production, de réduire les coûts de remise en état, d’augmenter la longévité du matériel, de réduire le taux d’indisponibilité des machines mais également d’améliorer la sécurité du personnel et de fiabiliser la production ou la manutention liée aux équipements. C’est par l’installation d’accéléromètres à poste fixe sur les paliers des machines qu’il est possible de mesurer les niveaux de vibration puis d’effectuer la récupération des données à l’aide de boitiers de jonction et de collecteurs. Les capteurs et transmetteurs de vibration délivrent un signal temporel et le traitement du signal induit deux types de mesure. La mesure globale d’abord, quantifie une amplitude représentant la somme de toutes les amplitudes existantes sur une plage de fréquences donnée. La mesure spectrale ensuite, détaille, fréquence par fréquence, toutes les amplitudes vibratoires dans une gamme de fréquences donnée. La fréquence Pour des analyses ponctuelles les capteurs de vibration conçus par PCB Piezotronics, fixés au moyen d’embases collées ou aimantées. d’excitation renseigne sur l’origine de la vibration et l’amplitude renseigne sur sa sévérité. Quant aux pannes décelées ou anticipées sur les machines tournantes, 80% viennent de défauts de balourd, desserrage et délignage. Le phénomène de balourd est lié à la non-répartition de la masse autour de son axe de rotation. Ce défaut secoue, desserre et détruit le lignage et les roulements. Le désalignement ou délignage est dû à la non-coïncidence des axes de rotation de deux machines accouplées. Un cas d’école atypique, le diagnostic vibratoire de grues portuaires La signature vibratoire de machines tournantes est la première phase de diagnostic d’un équipement. Elle est mise en œuvre pour déceler d’éventuelles anomalies afin de déterminer les actions correctives adaptées et permet finalement, de connaître l’état réel d’un parc de machines. C’est dans cette optique que l’entreprise de maintenance conditionnelle Sefi a récemment été sollicitée pour effectuer le diagnostic vibratoire de grues portuaires. Ces grues fonctionnent 24h/24 dans un port extrêmement fréquenté, d’où il résulte que le moindre arrêt ou la panne la plus banale perturbe fortement le trafic et impacte directement les différents intervenants présents sur place. L’analyse du moteur n’a pas indiqué d’anomalie significative mais des défauts ont pu être relevés sur la partie comprenant le réducteur et le train intermédiaire. Cette analyse ponctuelle, réalisée en déporté, a donc permis de surveiller et diagnostiquer l’état des grues de levage. Sefi a concentré ses investigations sur quatre éléments de 28 Mars 2014 – N°633

Dossier la machine : le moteur, le réducteur, le train intermédiaire et le tambour, qui ont été à la fois, l’objet de mesures globales et d’analyses spectrales. A l’aide de capteurs de vibration piézoélectriques conçus par PCB Piezotronics, fixés au moyen d’embases collées ou aimantées, puis de collecteurs qui adressent les données à un logiciel de traitement des signaux, Sefi a pu mesurer deux typologies de niveaux : Le niveau global Accélération, correspondant à la valeur du signal accélération mesuré en quantième de g ou en mm/s² calculée dans une bande de fréquence comprise entre 2 Hz et 20 kHz. C’est dans ce domaine que l’on surveille généralement les usures de roulements. Le niveau global Vitesse vibratoire, correspondant à la valeur efficace (RMS) du signal de vitesse vibratoire mesurée en mm/s et calculée dans une bande de fréquence comprise entre 10 Hz à 1000 Hz, conformément à la norme ISO 10816. Il permet de caractériser le comportement vibratoire de la machine dans le domaine des basses fréquences. Dans celui-ci apparaissent généralement les problèmes de balourd, délignage d’arbre et de jeux de paliers, etc. Une analyse contrastée et révélatrice L’analyse du moteur n’a pas indiqué d’anomalie significative, le niveau vibratoire étant acceptable. C’est cependant sur la partie comprenant le réducteur et le train intermédiaire que des défauts ont pu être relevés. Sefi a constaté que, sur la globalité des points mesurés, les niveaux vibratoires du réducteur sont très élevés. L'analyse spectrale met en évidence de façon flagrante l'émergence vibratoire située à 58 Hz environ, suivie de plusieurs harmoniques qui correspondent à la fréquence d'entrainement du pignon d’attaque en sortie du réducteur. Les niveaux vibratoires des paliers du train intermédiaire sont en corrélation avec l'analyse effectuée. En effet, la couronne du train intermédiaire est l'élément entraîné par le pignon en sortie du réducteur. L'analyse spectrale met en évidence la fréquence d'engrainement entre la couronne et le pignon en sortie du réducteur qui est omniprésente sur la cinématique. Pour la partie tambour, le niveau vibratoire et le niveau de roulement n’ont pas révélé de quelconque défaut, même si la fréquence de 58 Hz s’observe par résonance sur l’ensemble de la cinématique. Préconisations et solutions L’entreprise de maintenance conditionnelle Sefi a effectué le diagnostic vibratoire de grues du port de Brest installés à demeure sur les machines. En fonction de la criticité des machines et de leurs accès, cette méthode donne plus de flexibilité et de sécurité aux personnes travaillant sur le site. Quoiqu’il arrive, la tendance se généralise. La volonté de gérer ses installations de production de façon proactive, d’augmenter la disponibilité de ses équipements et de réduire ses coûts de maintenance et d’exploitation change considérablement la façon de gérer le parc de machines. Les techniques se diversifient et se modernisent : collecte ponctuelle ou permanente des données, solutions câblées ou sans fil, amélioration des matériels pour plus de simplicité d’utilisation et d’exploitation, etc. Toutes ces évolutions font de l’analyse vibratoire une solution qui n’est plus seulement réservée aux sites industriels critiques mais partout où des machines tournantes ont un rôle prédominant et indispensable au bon fonctionnement d’un site ou d’une activité. La mise en place de ce diagnostic a permis de révéler des points de vigilance. Il est préconisé, en préventif, le remplacement des éléments du train intermédiaire – pignon d’attaque et couronne – ainsi que les roulements de paliers d’attaque. Ce premier diagnostic a permis de mettre en exergue des points de vigilance et d’anticiper des usures et des pannes du réducteur ou du train intermédiaire qui auraient pu entraîner d’autres incidents techniques voire aboutir à une immobilisation complète de la grue. Ce type de surveillance ponctuelle peut également être remplacé par une surveillance plus régulière, à l’aide de capteurs L'analyse spectrale met en évidence de façon flagrante l'émergence vibratoire située à 58 Hz environ, suivie de plusieurs harmoniques qui correspondent à la fréquence d'entrainement du pignon d’attaque en sortie du réducteur. Maryline Merlier, responsable communication, PCB Piezotronics Eric Bourdin, responsable produits Maintenance Conditionnelle, SEFI Mars 2014 – N°633 29