Diagnostic vibro-électrique des groupes turbo-alternateurs

Vous rencontrez des problèmes mécaniques ou électriques sur un groupe turbo-alternateur?

Un groupe turbo-alternateur est toujours un équipement extrêmement stratégique pour un site industriel qui en comporte, et son suivi ou diagnostic nécessite une attention toute particulière.

Il s’agit d’un équipement comportant une technologie électrique conséquente, complexe.

Pourquoi, donc, se limiter à des analyses vibratoires, qui, bien que très pertinentes pour diagnostiquer un éventuel défaut mécanique, se révèleront souvent insuffisantes pour rechercher des problèmes d’origine électrique.

Quelques sites ont systématisé ces analyses vibratoires et électriques sur leurs moteurs, mais plus rarement sur les alternateurs. Et lorsque des analyses vibratoires et électriques sont menées, elles le sont rarement par la même entité et de manière synchrone. Ainsi, les analyses corrélatives des résultats issus de ces deux techniques sont rarement effectuées. Ce sont pourtant des équipements coûteux et complexes pour lesquels différents indicateurs vibratoires et électriques peuvent donner des informations cruciales quant à leur fonctionnement et leur état de santé.

> Dualité Vibro-Electrique

« Une analyse complète des composants mécaniques et électromagnétiques »

La complémentarité de l’analyse vibratoire et de l’analyse des courants électriques est démontrée depuis longtemps, leur utilisation couplée dans l’industrie reste rare. J’en ai déjà parlé d’en d’autres articles (L’analyse « dynamique » du courant moteur – Un complément indispensable à l’analyse vibratoire).

L’analyse duale vibro-électrique est utile pour effectuer un diagnostic complet des organes mécaniques et électromagnétiques du groupe.

Etudes de cas : Diagnostic des engrenages par analyse des vibrations

Ou l’intérêt d’utiliser des traitements avancés pour suivre ces organes.

Lorsque l’on souhaite mettre en place une surveillance vibratoire ou réaliser une expertise sur une installation équipée d’engrenages, des précautions doivent être prises.

Comme je vous l’avais indiqué il y a peu dans un précédent article (voir « Nouveaux outils pour le diagnostic et le suivi des transmissions par engrenage »), il nous semble en effet essentiel d’utiliser des techniques de traitement du signal avancées pour détecter des défauts dans leur stade le plus précoce d’apparition sur ce type d’organe.

Ceci est d’autant plus important lorsque la vitesse de rotation de sortie des réducteurs est très faible, quelques tours/minute, dans le cas d’entraînements de grues, bandes transporteuses, laminoirs, machines à papier, etc…

En effet, dans ce cas, l’énergie vibratoire en jeu, provenant du défaut, est très faible et se retrouve vite « noyée » dans le bruit de fond (effet de masque).

Pour éviter cet écueil, il convient de « nettoyer » le signal et d’utiliser des indicateurs qui, par leur mode de fonctionnement et de calcul, s’affranchissent de ces problèmes. Il s’agit là forcément d’indicateurs avancés.

En outre, il ne suffit pas de détecter un défaut, mais encore faut-il pouvoir juger de sa gravité, être en mesure de donner des informations attendues par :

• L’exploitant : Peut-on continuer à exploiter la machine ? Combien de temps ?…
• La maintenance : Quelle pièce est touchée ? Vais-je devoir faire intervenir mes équipes en urgence ? Vais-je devoir modifier mon planning ? Ai-je les pièces en question en stock ? Quel délai d’appro pour cette pièce ? …

Il faut donc approfondir les traitements pour offrir le maximum d’informations sur la nature exacte du défaut (indentation, écaillage localisé ou prononcé, fissuration, usure généralisée, déformation, défaut géométrique…) et son avancement.

Voyons pour cela deux exemples :

• Étude de cas N°1

Les clés du succès pour le déploiement d’une surveillance vibratoire

Ou comment éviter les écueils rencontrés lors de sa mise en route.

La surveillance vibratoire d’un parc machines, un enjeu majeur.

Des études sur le sujet ont montré que les coûts directs et indirects liés à une casse non détectée entraînant une réparation dans l’urgence pour limiter les pertes de production, les réparations « improvisées », pouvaient s’avérer 3 à 5 fois plus élevés que les coûts liés à cette même intervention, si elle est parfaitement programmée et organisée. Et cela sans compter les dégâts collatéraux éventuels, les pertes de production, liée à la panne elle-même…

Les conséquences d’une casse, dans de nombreux cas, s’avèrent considérablement plus coûteuses et dramatiques.

L’intérêt de la mise en place d’une maintenance conditionnelle sur un parc machine, et notamment la surveillance vibratoire n’est donc plus à démontrer depuis longtemps. L’analyse vibratoire a été utilisée pour la première fois comme technique de surveillance dans l’industrie il y a près de 50 ans. Depuis, son utilisation n’a fait que croître, et ce dans tous les secteurs industriels.

Néanmoins, pour être efficace, cette mise en surveillance doit être réalisée avec beaucoup de méthode. En effet, tout le parc machines ne sera sans doute pas à surveiller, et en tout cas pas avec le même « niveau » de surveillance (choix et nombre d’indicateurs, on-line ou off-line, périodicité, exploitation des résultats…). Tout cela s’étudie au préalable, en fonction des études de criticité, des enjeux économiques de maintenance, etc…

Un audit doit être envisagé au préalable pour en définir le contour optimal.

Il s’agit au final de trouver le bon compromis entre les coûts générés par la mise en œuvre du suivi, et les gains escomptés en termes de maintenance. Quand je parle ici de gain, il ne s’agit pas seulement d’économie. Ceci est souvent mal interprété.

A titre d’exemple, prenons la sécurité. Autant les conséquences économiques d’une casse sont assez simples à estimer d’un point de vue dégradation machine, réparations, coûts d’arrêt, pertes de production (ces éléments sont d’ailleurs pris en compte dans l’étude de criticité, qui est à la base de toute la surveillance) autant les risques humains engendrés par une casse importante d’une machine pour les opérateurs qui gravitent autour sont plus délicats à appréhender.

Tous les sites industriels conservent une part de curatif dans leur maintenance, même ceux qui sont très avancés dans leur politique de maintenance conditionnelle. Et cela souvent à juste titre.

Mais cela implique qu’ils « acceptent » des pannes, certes, mais parlons crûment, également de faire « courir » des risques à leur personnel en cas d’avarie majeure. J’ai l’exemple récent en tête de l’accouplement d’une installation qui n’était pas suivie en vibration et qui a « malencontreusement » traversé un atelier de production lors de sa rupture. Heureusement, ce jour-là personne ne se trouvait à proximité.

Certes, cette installation n’était pas critique pour le process, et donc le bilan économique effectué ne justifiait pas sa mise en surveillance. Mais, au final, n’aurait-on pas dû tout de même l’intégrer, au vu des conséquences ?

La réponse à cette question n’est pas simple, je vous le concède. En tout cas, nous n’avons pas suffisamment d’éléments pour y répondre ici.

Les écueils

Le diagnostic des équipements électriques

 

Le diagnostic vibratoire pour la machine, le diagnostic électrique pour son alimentation…

L’analyse vibratoire, la thermographie infrarouge, les analyses d’huile, les ultrasons sont des outils couramment utilisés dans le cadre d’une maintenance conditionnelle. L’analyse électrique leur est moins fréquemment associée.

Et pourtant, c’est un outil indispensable, très complémentaire des précédents, surtout s’ils sont utilisés simultanément (voir l’article « Le suivi multitechniques ou comment améliorer la surveillance d’un équipement »).

 Le diagnostic des équipements électriques s’applique aux différents équipements qui constituent la chaîne d’alimentation et sur de nombreuses problématiques :

• Les machines tournantes : moteurs asynchrones, à courant continu, brushless, générateurs, pour lesquels il s’agit de réaliser un diagnostic des défauts électromagnétiques ou mécaniques.
• Les variateurs de vitesses pour moteurs CC ou AC, ou les systèmes de démarrage, dont on contrôlera le bon fonctionnement.
• Le réseau électrique du site qui peut présenter des défauts permanents (cos phi, harmoniques) ou transitoires.
• Les transformateurs, armoires, TGBT et autres composants du réseau.

Les analyses réalisées, à adapter selon les cas évoqués plus haut, ont pour but d’effectuer un bilan de santé ou de corriger des problèmes de fonctionnement (procédé) ou encore de consommation énergétique.

Mise en œuvre

Les mesures électriques sont de trois types :

Bruits et vibrations au démarrage de nouvelles installations

Dysfonctionnements : Comment les détecter et les régler au plus tôt par une procédure de réception adaptée ?

S’il sera ici question des moyens de prévenir les problèmes lors de la réception des machines, je vous parlerai dans un prochain article de la manière de se prémunir d’une partie de ces défauts au moment de la conception elle-même.

 Lors de la mise en route d’une nouvelle installation, de nombreux défauts peuvent apparaître, et entraîner du bruit, des vibrations et une usure prématurée de l’équipement :

• Balourd
• Jeu de montage
• Désalignement
• Problème de fixation, d’isolation vibratoire
• Excitation fluide (écoulement, Karman, propagation d’ondes sonores, pulsations cinématiques, cavitation…)
• Résonance
• Défaut électromagnétique
• Défaut d’alimentation
• Jeu de denture
• Problème de lubrification
• Jeu de palier
• Instabilité de paliers lisses, fouettement
• Défaut local sur un roulement
• Défaut de montage
• Défaut d’accouplement
• Source extérieure
• Incidence du procédé
• Défaut de poulie, courroie
• Défaut d’engrènement
• Défauts géométriques (pignons, logements de roulements, roues de turbine…),
• …

Malheureusement pour vous, cette liste est non exhaustive.

 Un problème majeur (acoustique ou vibratoire) peut facilement se détecter lors de la mise en route de l’équipement (Commissioning), la difficulté étant souvent dans ce cas précis d’en estimer la gravité. La deuxième difficulté provient des défauts latents, peu énergétiques (effets de masque) mais j’y reviendrai plus loin…

Deux aspects sont à prendre en compte pour cela :

• L’impact sur l’environnement : postes de travail, équipements sensibles, voisinage ;
• L’impact sur la tenue mécanique.

Un check-up complet, ou juste une visite de routine?

Quand effectuer un bilan mécanique par analyse vibratoire?

Le bilan mécanique d’une machine est un diagnostic approfondi de son état mécanique. Ce serait par analogie son bilan de santé annuel d’après 40 ans (oups, je suis un peu en retard pour le mien!) avec bilan sanguin, analyses d’urine, radiographie des poumons, etc…

Il se différencie donc du suivi vibratoire classique par le fait qu’il ne se base pas sur l’évolution d’indicateurs simples issus de mesures périodiques, mais sur l’analyse fine d’indicateurs évolués appropriés à la chaîne cinématique. Il sera donc efficace même ponctuellement, si l’on ne dispose pas d’historique de mesures.

En outre, il ne se limite pas à des analyses vibratoires seules, mais couple en général plusieurs techniques d’analyses, comme dans le cas de notre bilan de santé : analyses vibratoires, électriques, …

• Quand et sur quels équipements ?

Le bilan mécanique est à effectuer  par exemple :
– Lors de la réception de l’installation neuve ou après travaux, pour détecter les défauts latents susceptibles d’évoluer, notamment tant que l’installation est couverte par la garantie. Et pour aller plus loin, le constructeur pourra proposer lui-même la démarche avant que son client n’en fasse la demande. Il s’agira là d’une preuve supplémentaire de sérieux du constructeur, si besoin était. Idem pour la société de maintenance, s’il s’agit de travaux de rénovation.
– Avant un arrêt technique de maintenance afin de cibler très précisément les interventions mécaniques nécessaires et ainsi de préparer au mieux cette intervention.

J’ajouterai qu’il est tout particulièrement préconisé sur les machines critiques, ayant une chaîne cinématique complexe. Cette complexité provoque des manifestations vibratoires imbriquées qui sont difficiles à dissocier par un suivi classique au collecteur. Il montrera la même efficacité pour le diagnostic des roulements à vitesse lente (quelques dizaines de tours par minute ou moins).

Comment éviter qu’un cardan ne perde des doigts !

La complémentarité des techniques en maintenance conditionnelle – Application aux process régulés.

L’analyse vibratoire est un outil essentiel utilisé en maintenance conditionnelle. Cette technique s’est, depuis de nombreuses années maintenant, rendue incontournable dans de nombreux secteurs d’industrie, notamment en papeterie, sidérurgie,…

En effet, ces process continus ont dorénavant des contraintes de production telles, que les arrêts non planifiés, entraînés par la non-détection d’une défaillance mécanique ou électrique, peuvent vite avoir des conséquences et répercussions catastrophiques sur la production.

La surveillance vibratoire est donc utilisée systématiquement dans ces industries en tant qu’outil de qualification de l’état de santé des équipements afin de définir et de planifier les interventions de maintenance  à mener.

Cependant, les nouvelles contraintes de production et les moyens modernes utilisés pour conduire ces installations (machine à papier, imprimerie, laminoir, …) génèrent certains problèmes que les techniques d’analyses vibratoires « classiques » ne peuvent résoudre à elles seules. Il s’agit en particulier des défauts à la frontière des périmètres d’exercice de la maintenance mécanique, électrique, de l’automatisme et régulation, ainsi que de la production.

Illustration 1 – Défaut de parallélisme de cardan

Par exemple, un défaut d’alignement d’un cardan d’un entraînement de rouleau (feutre, feuille, ….) induit un défaut d’homocinétisme de celui-ci, et donc une variation de couple et de vitesse de rotation instantanée.

Pourquoi vous devez disposer d’un plan de surveillance vibratoire optimisé?

La politique de surveillance vibratoire – Un défi majeur

La surveillance et le diagnostic vibratoire de machines tournantes font appel à des techniques très complexes, associées à la nécessité de disposer d’une grande expérience en traitement du signal, instrumentation, mécanique, process…

Ils constituent de ce fait un métier bien spécifique dont l’exercice dans l’industrie est malheureusement parfois confié à des opérateurs non-spécialistes, formés sur le tas. Ces derniers, peu formés et techniquement isolés au sein de l’entreprise, ne maîtrisent que quelques facettes de ce métier et ce, le plus souvent, de manière très partielle. Dans le pire des cas, cette tâche est confiée à des opérateurs qui n’ont eu aucune formation en analyse vibratoire, ou même à des stagiaires, qui ne seront présents que quelques mois dans l’entreprise. Tout comme les connaissances et l’expertise des opérateurs, les résultats obtenus plafonnent rapidement et ne sont pas à la hauteur des espérances. Les opérateurs concernés se sentent encore plus isolés, manquent de crédibilité. Ceci conduit alors rapidement au mieux à l’abandon de la surveillance, au pire la poursuite d’une surveillance peu efficace, voire inutile, coûteuse, et qui ne permet d’éviter certaines pannes, parfois majeures.

Un blog sur la maintenance conditionnelle – Pour quoi faire?

Bonjour à toutes et à tous,

J’ai choisi de rédiger un blog, pour, modestement, apporter mes connaissances sur le sujet, lancer des sujets de discussions, sur un thème qui me passionne depuis de nombreuses années maintenant et j’espère qu’il en sera de même pour vous.

Je travaille dans ce domaine depuis 18 ans et j’en découvre encore tous les jours ! De nouvelles techniques, de nouveaux outils et surtout de nouveaux problèmes à résoudre.

Aussi, je me dis qu’en mettant en commun nos connaissances, cela nous permettra de progresser ensemble et de faire progresser ces techniques, pour apporter toujours de plus de technicité à ce métier, ainsi que fiabilité et disponibilité à nos équipements.

En espérant que vous viendrez nombreux sur ce blog, que vous participerez activement pour m’aider à l’enrichir au quotidien.

Et surtout, je vous invite à me proposer des sujets de discussions qui vous intéressent.

 

Le suivi multitechniques ou comment améliorer la surveillance d’un équipement.

La mise en place d’une maintenance conditionnelle sur un parc machines permet au responsable maintenance :

• D’anticiper les pannes, et donc d’éviter les arrêts fortuits,
• De fiabiliser ses équipements,

• De repousser les visites systématiques
• De libérer du temps pour l’optimisation des tâches, la gestion des équipes et des plannings, …

…par conséquent de réduire les coûts de maintenance, d’augmenter la disponibilité et la fiabilité des équipements, ainsi que la sécurité des personnels.