Análisis y diagnóstico de máquinas

Analyse et diagnostic des machines

Les phénomènes de bruit et de vibration sur une machine ne sont pas seulement une nuisance. Ils représentent aussi une émission d'énergie indicatrice d'une dégradation ou d’une perte d'efficacité

Les phénomènes de bruit et de vibration sur une machine tournante sont révélateurs de défauts, par exemple d'un balourd sur un rotor, qui peuvent affecter la fiabilité de son fonctionnement et être à l'origine de défaillances mécaniques, voire même causer à terme d’importants dégâts.

Analyse vibratoire des machines

Les compresseurs, groupes motopropulseurs, moteurs, pompes, turbines et autres machines à mouvement rotatif ou alternatif sont constitués d'éléments qui contribuent au comportement acoustique et vibratoire de l'ensemble. Sur ce type de machines, les variations de charge et les déséquilibres dus à des imperfections ou des balourds peuvent se traduire par des vibrations bruyantes. Pour minimiser celles-ci et améliorer le rendement de la machine, ces imperfections et balourds doivent être détectés et localisés. Ils ne peuvent cependant être totalement éliminés, et si cette machine est incorporée à une autre structure – comme un moteur d'avion – il est essentiel de connaître son comportement vibratoire pour éviter par exemple que cette structure n'entre en résonance.

Pour appréhender correctement le comportement vibratoire d'une machine, il faut pouvoir corréler les mesures de vibration avec les modalités de son fonctionnement. Une analyse d'ordre permet de corréler ces mesures avec les révolutions des arbres en rotation et de mieux comprendre le fonctionnement de machines comme les groupes motopropulseurs, pompes, compresseurs et moteurs électriques. Cette analyse, réalisée via un bus CAN ou des entrées auxiliaires, doit prendre en compte des paramètres propres à la machine, par exemple le nombre de tours/minutes et la pression d'huile.

Surveillance et maintenance conditionnelles

Tout changement dans le comportement vibratoire d'une machine peut être une indication sur sa condition. Le diagnostic et la correction des problèmes de vibration sur les machines à mouvement rotatif ou alternatif permettent d'optimiser leur rendement. La surveillance conditionnelle permet de prévenir les détériorations et d'éventuelles défaillances mécaniques sur les équipements, avec, au final, un temps de disponibilité maximal, un cycle d'entretien, de réparation et de révision mieux agencé, et un maximum de confiance dans le bon fonctionnement des machines entre les arrêts programmés pour la maintenance.

Un mauvais équilibrage, dû à une répartition inégale de la masse d'un rotor, provoque une vibration qui se transmet par les paliers à d'autres parties de la machine. Cette mauvaise répartition peut être due à un défaut matériel, un défaut de conception, de fabrication ou d'assemblage, ou, souvent, à un défaut induit par le fonctionnement même de la machine.

Minimiser cette vibration, c'est augmenter le rendement de la machine, sa rentabilité, prévenir son usure intempestive et d'éventuelles défaillances mécaniques. Pour ce faire, il faut équilibrer le rotor en jouant sur la répartition de sa masse.

La conception d'une machine moderne est régie par un certain nombre d'impératifs : temps de disponibilité plus grand, meilleur rapport poids/performance, fiabilité accrue. L'équilibrage permet d'optimiser sa construction, son rendement et sa rentabilité, d'allonger son cycle de vie et de l'exploiter en toute sécurité. Ses défauts peuvent certes être corrigés, mais ne rendent pas l'équilibrage superflu pour autant.

Système recommandé

Basé sur PULSE, notre système détermine la qualité de l'équilibrage sur un plan ou deux plans de correction conformément à l'ISO 1940-1. Le Logiciel Multi-plane Balancing Consultant Type 7790-B ajoute un troisième et quatrième plan de correction. Son interface intuitive et découpée en tâches guide l'opérateur à toutes les étapes de la configuration, de l'obtention des mesures à l’édition du rapport. La procédure d'équilibrage est réalisable sur le site, l'arbre tournant alors dans ses propres paliers sur la structure, ou sur des machines spécialement dédiées à l'équilibrage des rotors. Un équilibrage plus poussé est également possible en exploitant les données recueillies lors d'équilibrages antérieurs. La procédure peut être basée sur une analyse FFT (Fast Fourier Transform) ou un suivi d'ordres pour une plus grande précision des résultats.

> Two-plane and Multi-plane Balancing Consultant (Fiche produit)

> PULSE Data Manager Type 7767-A, B, C and D

Sur les machines à mouvement rotatif ou alternatif, les variations de charge et les déséquilibres dus à des imperfections ou des balourds peuvent se traduire par des vibrations bruyantes. Ces vibrations sont spécifiques aux propriétés de la structure des parties en mouvement et des parties fixes de la machine. Un suivi d'ordres permet de corréler les valeurs mesurées aux révolutions de l'élément tournant et d'en savoir plus sur le fonctionnement des moteurs d'avion et d'automobile, des groupes motopropulseurs, pompes, compresseurs et moteurs électriques des machines.

Parmi les applications typiques, on peut citer l'analyse et le traitement de mesures de montée/descente en régime de moteurs ou de véhicules sur la base du nombre de tours/minute ou de variables temporelles. Une analyse d'ordre par FFT à largeur de bande constante convient dans les cas où la fréquence de balayage est relativement faible, ou, pour les fréquences de balayage élevées, quand ce sont les premiers ordres qui sont intéressants. L'analyse par suivi d'ordres est conseillée pour la grande précision de ses résultats quand les fréquences de balayage et les numéros d'ordre sont élevés.

Système recommandé

Nos Logiciels Order Analysis et PULSE Reflex Order Analysis fonctionnant sur PULSE fournissent des outils tels que tachymètre, suivi d'ordres automatique (autotracking), analyseur d'ordres et fonctions de post-traitement associées, ainsi qu'une gamme complète de fonctions d'affichage et trois types de déclenchement supplémentaires (tachy, vitesse et intervalle entre vitesses). Cette boîte à outils complète pour le diagnostic convient aussi bien aux analyses d'ordre basiques en temps réel (avec ou sans suivi d'ordres) qu'aux analyses d'ordre plus sophistiquées au moyen de PULSE Reflex.

> PULSE Reflex Order Analysis

> PULSE Order Analysis Type 7702

Les parties mobiles des machines tournantes peuvent engendrer des vibrations désagréables, susceptibles à terme d'entraîner de graves défaillances mécaniques. L'apparition de ces vibrations est liée aux tolérances définies en amont, en phase de production et d'assemblage, à l'usure, et aux variations de couple.

Les techniques de diagnostic basées sur les mesures du signal vibratoire considéré comme un indicateur de l'état de fonctionnement permettent de déterminer les causes de la détérioration de la condition d'une machine et de programmer des interventions de maintenance corrective. Ces techniques de diagnostic sont extrêmement efficaces parce qu'elles exploitent directement les informations contenues dans la signature vibratoire de la machine. Cette signature s'obtient par une analyse fréquentielle et temporelle du signal vibratoire fourni par un capteur fixé sur la machine ou à l'intérieur de celle-ci. Elle permet une investigation d'éventuels balourds sur le rotor, d'une éventuelle altération des éléments tournants et d'éventuels problèmes sur l'ensemble de la structure.

Système recommandé

Les outils PULSE utilisés pour les mesurages de montée/descente en régime peuvent diagnostiquer de nombreux défauts : toutes les analyses sont effectuées simultanément et les signaux bruts sont enregistrés pour être analysés dans PULSE Time Data Recorder. Un diagnostic sur la base de signaux transitoires est ensuite effectué dans PULSE Time Capture. Les résultats affichés sont associés à des informations sur des paramètres auxiliaires tels que température, pression d'huile, position et vitesse du vent. Le système inclut les outils Order Analysis Type 7702-N avec multi-tachymètre, analyse d'ordre FFT, suivi d'ordres, augmentation du signal, analyse d'enveloppe sur les paliers, analyse cepstrale sur les systèmes de démultiplication et traitement des données/enregistrement des paramètres auxiliaires. Il est d'utilisation compatible avec n'importe quel module d'acquisition de données LAN-XI fournissant jusqu'à douze voies d'entrée. L'enregistrement des valeurs des paramètres auxiliaires requiert un Module LAN-XI Type 3056.

> PULSE Order Analysis Type 7702

> PULSE™ Time Data Recorder Type 7708

> PULSE Reflex Base and PULSE Reflex Core

Les systèmes HUMS servent le plus souvent à surveiller les boîtes de transmission sur les hélicoptères et aussi, de plus en plus, sur les turbines à combustion – turbomoteurs d'hélicoptère et de certains aéronefs à voilure fixe.

La surveillance des vibrations est une méthode éprouvée de prévention de défaillances, aux conséquences souvent catastrophiques, sur les rotors et parties rotatives. L'accéléromètre piézoélectrique est le meilleur capteur pour ce genre d'applications.

Les accéléromètres HUMS doivent répondre à des exigences particulières en termes de performance et de fiabilité, avec des prescriptions normatives strictes pour les phases de développement et de production, notamment AS/EN 9100 et DO-160 (« Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment ») pour les équipements embarqués, conjointement à d'autres exigences spécifiques pour les aéronefs.

Système recommandé

Les Accéléromètres Brüel & Kjær dédiés aux applications HUMS et de surveillance des moteurs sont des capteurs très fiables et très robustes. Ils doivent pouvoir fonctionner en continu dans des conditions environnementales sévères tout en étant suffisamment sensibles pour détecter les signes avant-coureurs de défauts sur les paliers et les boîtes de transmission. La taille des capteurs et la facilité de leur montage sont aussi des paramètres à considérer dans ce genre d'applications. 

AgustaWestland safeguards helicopter reliability with HUMS (Résumé de la solution)

> Airbus Helicopters: Monitoring gearboxes with HUMS accelerometers (Résumé de la solution)

Health Usage monitoring systems (HUMS)> TYPE 4511-001 CCLD accelerometer

TYPE 4523 Piezoelectric accelerometer

> Triaxial CCLD Accelerometer Type 8345

Avionneurs et hélicoptéristes sont confrontés à des impératifs de réduction de la consommation de carburant, des rejets dans l'atmosphère et du bruit des moteurs. Améliorer le rendement des moteurs est donc au centre de leurs préoccupations. Les turbines à gaz de combustion sont des machines très complexes qui nécessitent de nombreux essais en phase de développement et d'analyse des résultats pour bien appréhender et optimiser leur comportement dynamique. Ces essais représentent un coût considérable en termes d'infrastructures, d'équipements pour l'acquisition des données, de personnels impliqués et demandent une programmation serrée et des mesures complexes.

Système recommandé

Un système d'acquisition de données LAN-XI permet d'enregistrer les données dynamiques de centaines de voies de mesure. Ces données d'essai font l'objet d'une surveillance très détaillée en temps réel, et elles peuvent être diffusées à toutes les stations de travail sur le site pour leur analyse consécutive. Un retour immédiat est fourni aux opérateurs, pour leur validation, sous forme de résultats d'analyse détaillée en temps réel et de messages d'alerte sur des moniteurs de surveillance connectés en réseau.
Ce système extrêmement modulable est facile à transporter. Il peut être synthétisé en une unité centralisée de forte capacité pour l'acquisition des données ou réparti en unités mobiles faciles à transporter à divers endroits du site ou d'un site à un autre.
Le Logiciel de traitement des données PULSE Reflex fournit une panoplie complète d'outils pour l'analyse en différé. Il supporte une large gamme de formats d'importation et d'exportation à partir de/vers des systèmes natifs ou des systèmes tiers.

Leap through jet engine testing (Article Waves)

Software for PULSE LabShop (Données du systeme)

> 3-ch. Bridge Input Module LAN-XI 102.4 kHz Type 3057-B-030

> PULSE Reflex Basic Processing Type 8702

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