Enveloppement d'accélération pour la détection des dommages sur les roulements
Introduction
Dans toute usine de fabrication ou de transformation, une panne de machine a des conséquences importantes. La productivité et la rentabilité sont généralement affectées et il existe également un risque pour la santé et la sécurité. Étonnamment, cependant, la cause de la panne est rarement identifiée. Au lieu de cela, les roulements qui ont été endommagés et ont cédé sont souvent simplement remplacés, dans l'espoir qu'ils dureront plus longtemps la prochaine fois.
Cependant, les roulements ne tombent pas en panne sans raison. Il y a toujours une explication à leur défaillance, qui est généralement due à l'une des raisons suivantes : la machine fonctionne de manière déséquilibrée, désalignée ou à une vitesse critique ; un roulement n'a pas été monté correctement ; une surlubrification ou une sous-lubrification s'est produite ; ou le mauvais lubrifiant a été utilisé.
Analyse des vibrations
Lorsque des problèmes de ce type surviennent sur des équipements industriels, des accéléromètres sensibles sont utilisés pour détecter et analyser les vibrations. Cette technique est connue sous le nom d'analyse des vibrations et elle permet d'identifier la défaillance des roulements à un stade très précoce, lorsqu'il y a un défaut microscopique sur le chemin de roulement par exemple.
Cela permet de détecter les problèmes avant la panne de la machine et de prendre des mesures de manière proactive pour minimiser les dommages aux actifs. Il y a cependant un problème important à noter concernant cette technique : le signal d'identification est généralement noyé dans tout le reste du bruit produit par la machine.
Qu'est-ce que l'enveloppe d'accélération
Il est essentiel de détecter les défauts de roulement le plus tôt possible afin de les empêcher d'évoluer vers des problèmes plus graves, et l'une des méthodes pour y parvenir consiste à utiliser une technique de traitement du signal appelée l'enveloppe d'accélération.
Il fonctionne en filtrant progressivement les parties indésirables du spectre des vibrations jusqu'à ce que le signal d'un défaut de roulement apparaisse clairement.
L'enveloppement d'accélération est le plus couramment utilisé dans les systèmes de roulements à rouleaux, mais il peut également être appliqué dans des domaines tels que les moteurs électriques et les réducteurs. Il s'agit d'un facteur clé de la réussite des programmes de maintenance basée sur l'état.
Sans l'enveloppage d'accélération, les équipes de maintenance et les ingénieurs ne découvrent les dommages et les pannes que lorsque les vibrations globales augmentent, que les lubrifiants sont contaminés et que les températures s'élèvent. Au moment où cela se produit, la durée de vie utile restante des éléments de machine défectueux peut être courte et les dommages risquent d'être plus importants que si les défauts avaient été détectés plus tôt.
Dans les pires scénarios, les roulements peuvent défaillir et la machine risque de tomber en panne avant que les opérateurs ne remarquent ou ne résolvent les problèmes.
Comment fonctionne l'enveloppement d'accélération
L'enveloppement d'accélération est un processus en deux étapes.
La première étape consiste à appliquer un filtre passe-bande au mélange de basses et hautes fréquences de la forme d'onde non filtrée d'un roulement défectueux. Cela permet d'isoler uniquement les fréquences dans lesquelles se cache le signal d'intérêt.
La sortie filtrée identifiera les signaux répétés à haute fréquence. Ce sont les impacts des éléments roulants frappant le défaut du roulement en rotation.
La deuxième étape du processus consiste à faire passer la sortie filtrée dans un enveloppeur, qui redresse la forme d'onde en inversant la partie négative en positive et extrait le taux de répétition des bouffées d'énergie.
Cette enveloppe est désormais utilisée comme un véritable signal de vibration, ce qui l'aide à se démarquer du bruit de fond.
L'enveloppe aide à contenir les signaux régulièrement espacés, tels qu'un défaut unique sur un chemin de roulement, tandis que d'autres causes de bruit, telles que le frottement d'arbre, sont aléatoires et ne produiront pas de pics régulièrement espacés.
Il est important de noter qu'une certaine expérience est requise pour s'assurer que les étapes de ce processus sont exécutées correctement, en particulier lors de la sélection des fréquences passe-haut et passe-bas appropriées.
Enveloppante d'accélération en action
L'enveloppement d'accélération est le plus couramment utilisé dans les systèmes de roulements à rouleaux, mais peut également être appliqué dans des domaines tels que les moteurs électriques et les réducteurs.
Il s'est avéré à plusieurs reprises être un facteur clé de la réussite des programmes de maintenance conditionnelle. Bien qu'il soit principalement utilisé avec les signaux du spectre d'accélération, il peut également être employé pour améliorer d'autres mesures telles que les chocs de pulse.
Exemple d'application : Enveloppement de l'accélération dans les éoliennes
L'éolienne moyenne compte environ huit mille composants distincts. Parmi ceux-ci, un grand nombre sont associés à la chaîne de transmission, qui a été reconnue comme la principale cause d'arrêts prolongés.
L'usure des réducteurs et des roulements en particulier est connue pour causer des problèmes et peut entraîner des réparations coûteuses. Une surveillance régulière des vibrations peut empêcher ces problèmes de se produire.
La complexité d'une éolienne typique présente un défi pour la surveillance des vibrations. Des composants tels que la turbine principale, le multiplicateur de vitesse et le générateur produisent des signatures de vibration uniques avec des amplitudes et des fréquences différentes, qui peuvent être difficiles à isoler et risquent d'être masquées par le bruit des systèmes environnants.
C'est là que l'enveloppement d'accélération joue un rôle crucial.
Sélection et installation de capteurs pour les applications éoliennes
Pour être efficaces, des accéléromètres doivent être installés sur toutes les pièces rotatives clés d'une turbine. Celles-ci comprennent les paliers principaux, les étages d'engrenages planétaires, intermédiaires et à grande vitesse, le générateur et, idéalement, les mouvements transversaux et axiaux de la nacelle.
Les accéléromètres doivent être choisis en fonction de la fréquence des signaux d'enveloppe. Sur les transmissions d'éoliennes, en particulier sur l'arbre de sortie de la génératrice, les vitesses de rotation peuvent être relativement faibles et nécessiter des accéléromètres CA basse fréquence spéciaux dotés de sensibilités comprises entre cent millivolts par g et cinq cents millivolts par g.
Chaque accéléromètre doit être monté solidement sur une base propre et solide, aussi près que possible du composant surveillé. Des fixations standard M8 sont normalement utilisées.
Les données doivent être collectées régulièrement et de manière cohérente afin de permettre d'identifier le plus tôt possible les changements de conditions d'exploitation ou les tendances au fil du temps.
Les données peuvent être collectées sur site à l'aide de collecteurs de données portables dotés d'un logiciel capable de calculer automatiquement l'enveloppement des accélérations, ou transmises à un centre de surveillance distant pour une analyse ultérieure.
Interprétation des données d'enveloppement d'accélération
Une fois le signal filtré, les informations peuvent être recueillies à partir de l'accéléromètre à l'aide d'un collecteur de données et examinées par un spécialiste.
Sur la base des données, des décisions peuvent être prises pour déterminer si des travaux de maintenance sont requis immédiatement, s'ils peuvent être planifiés dans le cadre de programmes réguliers, ou si aucune action n'est requise pour le moment.
Limites de l'enveloppe d'accélération
Bien que l'enveloppe d'accélération semble être la réponse définitive pour détecter la défaillance des roulements, il existe des situations où elle n'est peut-être pas la meilleure option.
La technique détecte les défauts impliquant des interactions répétitives métal sur métal. Tout ce qui masque cela, comme les joints ou les amortisseurs, peut exclure une machine du champ d'application de l'enveloppement d'accélération.
Facteurs clés de succès
Si une application se prête à l'enveloppement par accélération, plusieurs facteurs contribuent à garantir les meilleurs résultats possibles.
Les accéléromètres doivent être choisis avec soin dans la plage de fréquences appropriée pour convenir à l'application spécifique. Un fournisseur expérimenté peut vous aider à choisir entre des accéléromètres CA et de quatre à vingt milliampères.
Les accéléromètres doivent être montés correctement, à proximité du composant surveillé et sur une surface plane et propre afin de garantir des résultats cohérents. Un mauvais montage réduit la fiabilité et peut rendre les données collectées superflues.
Une fois installé et étalonné, des relevés de données doivent être effectués à intervalles réguliers pour permettre une analyse précise des tendances. Cela permet d'identifier une détérioration progressive de l'état et d'y remédier avant que les dommages aux roulements ne s'aggravent.
Il est important de comprendre que les données de vibration ne fournissent pas une simple réponse par oui ou par non et nécessitent de l'expérience pour être interprétées correctement. Dans certains cas, l'amplitude peut diminuer avec le temps alors même que la détérioration se poursuit.
Utilisation de l'enveloppe d'accélération dans le cadre d'une stratégie plus globale
Les avantages de l'enveloppe d'accélération sont évidents, mais elle ne doit pas être utilisée comme une technique isolée.
Pour obtenir les résultats les plus fiables, l'enveloppe d'accélération doit être mise en œuvre dans le cadre d'un programme de surveillance et d'analyse plus large. Combinée aux recommandations de ce document, elle peut aider les ingénieurs à préserver la santé, les performances et la productivité des machines tout en prévenant les pannes et les pertes de production.
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