Surveillance des vibrations dans l'industrie cimentière
Surveillance des vibrations pour accroître l'efficacité
Dans cet article, Chris Hansford, directeur général de Hansford Sensors, explique comment la maintenance prédictive, et en particulier la surveillance des vibrations, permet de maximiser l'efficacité des machines utilisées dans la fabrication du ciment en réduisant les temps d'arrêt au minimum. Il comprend des conseils sur la manière de spécifier et d'installer des solutions adaptées.
L'environnement difficile de la fabrication du ciment
La fabrication du ciment est l'un des processus de production les plus agressifs. Les produits chimiques utilisés pour fabriquer le ciment Portland et le ciment maçonné, en particulier les silicates, les aluminates et les aluminoferrites, se combinent pour créer des niveaux élevés de fines particules qui posent des problèmes importants pour les équipements de production et de manutention.
Les composants rotatifs présentent le plus grand risque et se trouvent couramment dans les moteurs, les pompes et les ventilateurs utilisés dans les concasseurs, les broyeurs, les précipitateurs, les fours et les silos.
Bien que les équipements dotés de pièces mobiles soient généralement munis de capots de protection ou étanches selon des normes IP élevées, il est impossible d'empêcher la pénétration de fines particules, dont la taille se situe généralement entre 15 et 45 microns. Cela nuit à l'efficacité du lubrifiant, augmente l'usure des roulements, des arbres et des joints, et élève le risque de défaillance prématurée, en particulier dans les zones à haute température.
Comment la vibration révèle l'usure mécanique
Les pièces rotatives usées augmentent les tolérances internes, provoquant un déséquilibre mécanique, des composants desserrés et des frottements. Ces problèmes se manifestent par des vibrations, qui peuvent être détectées par des capteurs appropriés.
Parce que les capteurs de vibrations peuvent détecter de très faibles niveaux de vibrations et de légers changements entre les états vibratoires, il est possible d'évaluer les taux d'usure et de prendre des mesures correctives avant que des pannes ne surviennent.
Améliorer l'efficacité sur un marché en croissance
Le marché du ciment connaît une croissance rapide, et les producteurs les plus efficaces sont les mieux placés pour capitaliser sur cette croissance.
Les volumes mondiaux de ciment devaient croître à un taux de croissance annuel composé de 4,9 pour cent jusqu'en 2017, la consommation par habitant augmentant de manière significative. D'autres analystes du secteur prévoient une croissance continue d'environ 4 pour cent par an.
Pour fonctionner de manière rentable sur un marché aussi concurrentiel et sensible aux coûts, les fournisseurs doivent garantir une fiabilité maximale dans des conditions exigeantes. De nombreuses cimenteries fonctionnent en deçà de leur capacité en raison, en partie, du temps de maintenance.
L'optimisation des systèmes existants grâce à la surveillance des vibrations peut réduire considérablement le temps de maintenance et accroître la productivité.
Le rôle de la surveillance des vibrations
L'équipement de surveillance des vibrations a été initialement développé pour aider l'industrie manufacturière et les industries de transformation à améliorer leur productivité et leur rentabilité.
Ces dernières années, l'industrie est passée de la maintenance corrective à des stratégies de maintenance prédictive à long terme. Ces approches sont souvent appliquées à l'ensemble des processus et visent à maximiser la disponibilité tout en réduisant les coûts d'exploitation. Les capteurs de vibration constituent un élément essentiel de cette stratégie.
Comment fonctionnent les capteurs de vibrations
Les capteurs de vibrations, également connus sous le nom d'accéléromètres, contiennent un cristal piézoélectrique lié à une masse. Lorsqu'ils sont soumis à des vibrations, la masse comprime le cristal, produisant un signal électrique proportionnel à la force appliquée.
Ce signal est amplifié et conditionné pour créer une sortie mesurable adaptée aux systèmes d'acquisition de données ou de contrôle.
Les données provenant d'accéléromètres montés à des endroits clés peuvent être collectées à l'aide de collecteurs de données portables ou acheminées par des boîtiers de commutation vers des systèmes centralisés pour une surveillance continue.
Actifs clés à surveiller dans la fabrication du ciment
Dans les cimenteries, les composants clés à surveiller comprennent les moteurs et les ensembles de réducteurs dans les entraînements de four, les concasseurs, les cribles, les bandes transporteuses, les broyeurs crus, les élévateurs, les séparateurs et les soufflantes.
La sélection correcte des capteurs est essentielle pour un fonctionnement fiable, une installation facile et une collecte de données précise. Dans certaines applications, les capteurs à entrée latérale peuvent être préférés pour éviter les dommages causés par les débris. Dans les zones à haute température, des capteurs adéquatement protégés doivent être utilisés.
Spécification et installation d'accéléromètres
Pour spécifier correctement un accéléromètre, les ingénieurs doivent tenir compte des niveaux de vibration, des plages de fréquences, des conditions environnementales telles que la température et de la présence de produits chimiques corrosifs.
Les considérations supplémentaires incluent si l'atmosphère est combustible et s'il y a des contraintes de poids.
Travailler en étroite collaboration avec le fournisseur de capteurs garantit des performances correctes. Hansford Sensors propose une large gamme de capteurs de vibration conçus pour résister aux conditions difficiles de la fabrication du ciment, avec de nombreuses options de raccordement, de sortie et d'environnement.
Importance d'une installation correcte
Les accéléromètres ne sont efficaces qu'en fonction de leur installation. Une mauvaise installation ou un mauvais entretien compromet la précision et la longévité.
La surveillance de l'état dépend de la stabilité. Un accéléromètre mal monté peut produire des mesures qui reflètent l'instabilité du capteur plutôt que les changements de l'état de la machine.
Les accéléromètres modernes fonctionnent sur de larges plages de température et offrent une haute précision avec une faible hystérésis. Les boîtiers en acier inoxydable empêchent l'infiltration de contaminants.
Les accéléromètres doivent être montés directement sur les machines, sur des surfaces planes, lisses et non peintes, plus grandes que la base du capteur, exemptes de graisse et d'huile, aussi près que possible de la source de vibration et perpendiculairement à l'axe de rotation.
Méthodes de montage et sens de mesure
Une installation correcte des capteurs est essentielle pour détecter le déséquilibre, le désalignement, les défauts de roulement, le jeu mécanique, les forces hydrauliques et les frottements.
Pour la mesure horizontale, les capteurs doivent être montés sur les paliers du moteur ou de la pompe pour détecter le déséquilibre et les problèmes de fondation.
Pour la mesure verticale, les capteurs doivent être montés sur les paliers côté entraînement afin de détecter le jeu et les problèmes structurels.
Pour la mesure axiale, les capteurs doivent être montés sur les paliers du côté entraînement pour détecter le désalignement.
Selon la criticité et le budget, des capteurs supplémentaires peuvent être installés, bien que les moteurs et les réducteurs restent les composants les plus importants à surveiller.
Exemples typiques de placement des capteurs
Sur un moteur de concasseur typique, des accéléromètres sont montés radialement sur l'extrémité motrice et l'extrémité non motrice pour surveiller l'état des roulements.
Sur les boîtes de vitesses, des capteurs sont montés radialement sur les arbres d'entrée et de sortie pour surveiller les roulements et le déséquilibre du ventilateur, avec des capteurs axiaux optionnels pour surveiller la poussée.
Les cimenteries utilisent généralement des accéléromètres de 4 à 20 milliampères connectés à des systèmes PLC via des boîtes de jonction locales et des câbles multiconducteurs à paires torsadées blindées pour l'analyse des tendances de données et les alarmes.
Collecte et analyse de données
La surveillance des vibrations hors ligne est effectuée à l'aide de collecteurs de données portables, soit avec des capteurs temporaires, soit avec des appareils portatifs connectés à des capteurs installés à demeure.
Les équipes de maintenance élaborent des tournées de collecte de données en fonction de la criticité des équipements afin de maximiser l'efficacité.
De plus en plus, les capteurs sont reliés par fil à des systèmes de contrôle centralisés pour un suivi en temps réel, ce qui est plus efficace et plus sûr, bien que plus coûteux.
Quelle que soit la méthode de capture des données, il est essentiel d'analyser les plages de fréquences appropriées en fonction des composants tournant le plus rapidement afin d'éviter toute mauvaise interprétation.
Utiliser les données de vibration pour améliorer la fiabilité
Une analyse minutieuse des données peut révéler des problèmes tels que des paliers mal alignés, des composants desserrés, des accouplements secs ou une accumulation de poussière provoquant un déséquilibre.
La surveillance des vibrations avertit les ingénieurs des problèmes avant que d'autres dommages ne surviennent, même lorsque la cause profonde est imprévue.
Résumé : Meilleurs conseils
Identifier le niveau de vibration et la plage de fréquences
C'est la première étape avant de sélectionner un système de surveillance des vibrations. La température et l'humidité doivent également être prises en compte.
Considérer l'environnement de travail
La fabrication du ciment est très exigeante. Les capteurs doivent être étanches à un niveau élevé et résister à des températures élevées et à des produits chimiques corrosifs.
Surveillance en ligne ou hors ligne
Les systèmes en ligne s'interfacent directement avec les API. Les systèmes hors ligne reposent sur des collecteurs de données portables.
Installer près de la source de vibration
Les accéléromètres doivent être montés aussi près que possible de la source de vibration.
Établir un réseau de surveillance
Un réseau de capteurs dédié améliore l'efficacité et prévient les pannes.
Maximiser la stabilité
Un montage stable est essentiel. Considérez attentivement les méthodes de perçage, de taraudage ou de collage.
Conducteurs de train
La formation réduit l'erreur humaine. Des organisations telles que le British Institute of Non Destructive Testing dispensent une formation appropriée.
Utiliser efficacement les données de vibration
Ignorer les avertissements risque d'entraîner des pannes coûteuses. Une maintenance précoce est toujours préférable.
Consultez un expert
Des conseils professionnels sont essentiels. Travailler avec un fournisseur expérimenté tel que Hansford Sensors garantit la meilleure spécification.
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