Surveillance des vibrations sur les ventilateurs industriels avec VibSys®

Les ventilateurs industriels sont utilisés dans la production d’électricité, les industries de transformation, la fabrication, les services du bâtiment et d’autres applications où un flux d’air ou un mouvement de gaz fiable est essentiel. Selon l’application, les ventilateurs peuvent assurer la ventilation, le refroidissement, l’apport d’air de combustion, le flux d’air de process, l’évacuation des gaz ou l’extraction des poussières.

Bien que les conceptions des ventilateurs et les conditions de fonctionnement varient considérablement, ils partagent un défi commun en matière de fiabilité : l’ensemble rotatif doit rester mécaniquement stable alors que la demande en débit d’air, la vitesse, la charge et les conditions de processus peuvent évoluer au fil du temps. La dégradation mécanique peut affecter la disponibilité du ventilateur et, à terme, perturber le processus ou le système que le ventilateur soutient.

Le niveau de criticité des ventilateurs varie selon l’application. Certains ventilateurs fonctionnent comme des équipements auxiliaires disposant d’une redondance, tandis que d’autres remplissent des fonctions dont l’indisponibilité peut directement limiter la production. La surveillance continue des vibrations offre aux équipes de maintenance une meilleure visibilité sur l’évolution des changements mécaniques et aide à déterminer où une analyse ou une maintenance plus approfondie est nécessaire.

Le défi : des conceptions de ventilateurs différentes et des conditions de fonctionnement variables

Les ventilateurs industriels sont disponibles dans de nombreuses configurations mécaniques. Les ventilateurs centrifuges et axiaux déplacent l’air différemment, tandis que leurs systèmes d’entraînement peuvent être à courroie, à couplage direct ou à entraînement direct. Ces différences affectent à la fois le comportement mécanique et les positions de mesure des vibrations les plus pertinentes.

Les conditions de fonctionnement ajoutent une couche supplémentaire de complexité. La vitesse du ventilateur, le débit d’air, la résistance du système, la position du registre, la température et les conditions de processus peuvent tous influencer le comportement vibratoire. Dans les applications de processus, la contamination ou l’accumulation de matière sur la roue peuvent modifier progressivement l’équilibrage du rotor, tandis que l’érosion ou l’usure peuvent avoir un effet similaire.

Une variation des vibrations n’indique donc pas automatiquement une dégradation mécanique. Les mesures doivent être interprétées dans le contexte de la configuration du ventilateur et de ses conditions de fonctionnement.

Pour les installations comportant de nombreux ventilateurs répartis dans différentes zones de processus, la couverture de la surveillance pose un défi supplémentaire. Les circuits de mesure périodiques des vibrations fournissent des instantanés utiles, mais des changements mécaniques peuvent survenir entre deux inspections. Augmenter manuellement la fréquence des mesures nécessite également du temps supplémentaire et une expertise en matière de vibrations.

Pourquoi la surveillance des vibrations est-elle importante pour les ventilateurs industriels ?

De nombreux problèmes mécaniques pertinents dans les ventilateurs industriels se développent progressivement et influencent le comportement vibratoire avant que la défaillance fonctionnelle ne se produise. La dégradation des roulements, le déséquilibre du rotor, le jeu mécanique, les problèmes liés à l’alignement et la résonance structurelle peuvent tous entraîner des changements mesurables.

L’origine et la signification de ces changements dépendent de la configuration du ventilateur. L’accumulation de matière ou l’érosion sur une roue centrifuge peut entraîner un déséquilibre, tandis que les modifications de l’état des pales ou du rotor peuvent influencer le comportement vibratoire d’un ventilateur axial. Les systèmes à entraînement par courroie introduisent des composants mécaniques supplémentaires tels que des courroies et des poulies, tandis que les systèmes à couplage direct accordent une plus grande importance à l’état de l’accouplement et de l’alignement.

Les carters de ventilateurs, les supports et les structures connectées peuvent également influencer les vibrations mesurées. Dans certaines applications, l’excitation aérodynamique ou les fréquences de passage des pales peuvent interagir avec les fréquences propres de la structure et amplifier la réponse vibratoire.

L’analyse continue des tendances fournit le contexte historique nécessaire pour distinguer les influences opérationnelles temporaires des changements persistants dans le comportement mécanique. Les informations complémentaires sur la vitesse peuvent apporter un contexte supplémentaire, en particulier pour les ventilateurs fonctionnant à vitesse variable.

Cela permet aux équipes de maintenance d’identifier les changements nécessitant une analyse diagnostique plus approfondie, plutôt que de considérer chaque augmentation des vibrations comme un défaut en cours de développement.

Application de VibSys® aux ventilateurs industriels

VibSys® est conçu pour la surveillance continue de l’état vibratoire des équipements rotatifs et peut être appliqué à différentes configurations de ventilateurs industriels et de chaînes cinématiques.

VibSys® acquiert en continu des données de haute qualité sur les vibrations et les paramètres connexes des machines à proximité des équipements surveillés, puis traite ces informations localement. Les vibrations peuvent être mesurées à des emplacements pertinents sur le moteur, la chaîne cinématique, les roulements et l’ensemble ventilateur, en fonction de la configuration mécanique.

Le cas échéant, les mesures de vitesse fournissent un contexte opérationnel supplémentaire pour interpréter le comportement des vibrations et effectuer des analyses diagnostiques plus approfondies. Des données détaillées sur les vibrations restent disponibles lorsque les tendances observées indiquent qu’une investigation plus approfondie est nécessaire.

Pour les installations comptant un grand nombre de ventilateurs, la surveillance continue offre également la possibilité d’améliorer la visibilité sur l’état des équipements sans augmenter proportionnellement le travail manuel lié à la mesure des vibrations. La surveillance peut débuter avec une sélection de ventilateurs, puis s’étendre à d’autres équipements ou zones de processus à mesure que les besoins évoluent.

La connectivité ouverte permet d’intégrer les informations d’état et les données de vibrations dans les environnements d’usine et d’analyse existants.

VibSys® est destiné à la surveillance de l’état et au diagnostic afin de faciliter la prise de décision en matière de maintenance. Il ne remplace pas les dispositifs dédiés de protection des machines, les systèmes d’arrêt liés à la sécurité ou d’autres fonctions de protection.

Installations VibSys® typiques sur des ventilateurs industriels

Les configurations des ventilateurs industriels varient en fonction des exigences en matière de débit d’air, de la conception du ventilateur, de la transmission, de la vitesse, de la puissance et des conditions de processus. Les exemples suivants illustrent trois configurations différentes et montrent comment les mesures de vibrations et de vitesse peuvent être appliquées à des emplacements pertinents sur l’ensemble rotatif.

Ventilateurs centrifuges à entraînement par courroie

Les ventilateurs centrifuges à entraînement par courroie utilisent une transmission par courroie et poulie pour transférer la puissance du moteur à l’arbre du ventilateur. Cette configuration introduit des composants mécaniques supplémentaires dont l’état peut influencer le comportement vibratoire, notamment les courroies, les poulies, les roulements et l’ensemble rotatif du ventilateur.

La surveillance des vibrations au niveau des emplacements de roulements concernés fournit des informations sur les changements mécaniques en cours, tandis qu’une mesure facultative de la vitesse ajoute un contexte de fonctionnement permettant une analyse diagnostique plus approfondie. L’analyse continue des tendances permet d’identifier la dégradation des roulements, le déséquilibre du rotor, le jeu mécanique et les vibrations associées à l’état de la courroie, à sa tension ou au désalignement des poulies. En surveillant ces changements au fil du temps, les équipes de maintenance peuvent identifier les problèmes naissants et planifier la maintenance avant qu’ils n’entraînent une détérioration plus importante de l’équipement ou des temps d’arrêt imprévus.

 

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Ventilateurs centrifuges à couplage direct
Un ventilateur centrifuge à couplage direct relie le moteur à l’arbre du ventilateur par l’intermédiaire d’un accouplement plutôt que par une transmission par courroie. La chaîne cinématique se compose donc principalement du moteur, de l’accouplement, de l’arbre, des roulements et de la roue du ventilateur.

Les mesures de vibrations aux niveaux du moteur et des paliers du ventilateur fournissent des informations sur le comportement mécanique de l’ensemble de cet ensemble interconnecté. Une mesure complémentaire de la vitesse peut apporter un contexte supplémentaire pour l’interprétation des variations de vibrations.

En l’absence de transmission par courroie, l’attention diagnostique se porte sur l’état des roulements, le comportement de l’accouplement et de l’alignement, le déséquilibre du rotor et le jeu mécanique. Le suivi continu des tendances permet d’identifier les changements persistants et de déterminer quand une investigation plus approfondie est nécessaire.

 

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Ventilateurs axiaux à entraînement direct
Dans un ventilateur axial à entraînement direct, le rotor du ventilateur est entraîné directement par le moteur, ce qui crée un ensemble rotatif relativement compact. L’air circule principalement parallèlement à l’axe de rotation, ce qui rend cette configuration fondamentalement différente de celle d’un ventilateur centrifuge.

La surveillance des vibrations peut être appliquée à l’ensemble moteur et ventilateur, les informations de vitesse servant de contexte de fonctionnement supplémentaire. Les changements d’état des roulements, d’équilibrage du rotor ou des pales, de condition de montage et de comportement structurel peuvent tous influencer les vibrations mesurées.

Étant donné que le moteur, le rotor et le ventilateur forment un ensemble étroitement lié, les données de vibrations doivent être interprétées à l’échelle de la machine dans son ensemble, plutôt que de supposer qu’un changement mesuré à un endroit précis identifie un défaut local spécifique.

 

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Principaux avantages pour les ventilateurs industriels

• Surveillance continue de l’état des vibrations sur différentes configurations de ventilateurs et de chaînes cinématiques
• Visibilité précoce sur les modifications mécaniques en cours de développement
• Données de vibrations de haute qualité pour l’analyse des tendances et le diagnostic
• Plusieurs positions de mesure sur l’ensemble rotatif, si nécessaire
• Informations sur la vitesse fournissant un contexte opérationnel supplémentaire
• Traitement local à proximité des équipements surveillés
• Déploiement évolutif auprès d’une population de fans plus large et dispersée
• Dépendance réduite vis-à-vis des mesures manuelles périodiques des vibrations
• Connectivité ouverte avec les environnements d’usine et d’analyse existants
• Une utilisation plus efficace de l’expertise en matière de vibrations et de fiabilité

Impact sur la maintenance et la fiabilité des ventilateurs

La surveillance continue de l’état des vibrations offre aux équipes de maintenance une meilleure visibilité sur l’évolution de l’état des ventilateurs au fil du temps.

Les changements persistants au niveau des roulements, de l’équilibrage du rotor, de l’alignement de la chaîne cinématique, du montage mécanique ou d’autres composants rotatifs peuvent être identifiés plus tôt, ce qui laisse davantage de temps pour analyser la situation et planifier les mesures de maintenance appropriées.

Cela s’avère particulièrement utile lorsque de nombreux ventilateurs sont répartis dans l’ensemble d’une installation. Au lieu de mesurer manuellement chaque ventilateur à la même fréquence, les équipes de maintenance et de fiabilité peuvent utiliser des informations continues sur l’état des équipements pour identifier ceux qui nécessitent une attention particulière.

Il en résulte une approche de maintenance conditionnelle plus ciblée, où l’expertise spécialisée est orientée vers les ventilateurs présentant des changements significatifs, plutôt que de s’appuyer principalement sur des intervalles d’inspection fixes.

Des mesures périodiques à la surveillance évolutive de l’état des équipements
Les installations industrielles peuvent comporter un grand nombre de ventilateurs dans les systèmes de ventilation, de refroidissement, d’évacuation, d’air de process et autres. Couvrir fréquemment l’ensemble de ce parc par des tournées de mesure manuelles des vibrations nécessite un temps considérable et des compétences spécialisées.

La surveillance continue offre une approche plus évolutive. Les données de vibrations et les données machines associées peuvent être acquises de manière cohérente sans qu’il soit nécessaire qu’une personne soit présente à chaque mesure.

Les équipes de maintenance peuvent ainsi consacrer davantage de temps à l’interprétation des changements pertinents, à la réalisation de diagnostics et à la planification de la maintenance plutôt qu’à la collecte répétitive de mesures de routine.

La surveillance n’a pas besoin de couvrir l’ensemble du parc de ventilateurs dès le départ. Elle peut commencer par des ventilateurs sélectionnés pour lesquels une veille continue apporte le plus de valeur, puis s’étendre à d’autres équipements ou domaines de processus à mesure que la stratégie de surveillance se développe.

Élargissez la couverture de la surveillance avec VibSys®
Une surveillance efficace de l’état des ventilateurs ne se résume pas à la simple collecte d’un plus grand nombre de données de vibrations. Il s’agit de créer une visibilité suffisante sur l’ensemble du parc de ventilateurs afin d’identifier les équipements nécessitant une attention particulière.

VibSys® offre une base évolutive pour étendre cette visibilité. L’acquisition continue des vibrations, prenant en charge les mesures de vitesse lorsque cela est pertinent, le traitement local, les données de diagnostic de haute qualité et la connectivité ouverte permettent de surveiller davantage d’équipements de ventilation sans entraîner d’augmentation équivalente du travail de mesure manuelle.

L’approche de surveillance peut être adaptée à la configuration mécanique du ventilateur, que les données d’état soient requises pour une transmission par courroie, un ventilateur centrifuge à couplage direct ou un ventilateur axial compact à entraînement direct.

Cela permet aux équipes de maintenance et de fiabilité d’étendre la surveillance continue de l’état de fonctionnement à différentes configurations de ventilateurs centrifuges et axiaux, d’identifier plus tôt les changements pertinents et de concentrer l’expertise des spécialistes sur les machines et les points de mesure qui nécessitent une attention particulière.