Diagnostic d’un motoventilateur – Engie Axima

La société Engie Axima a installé 4 moto-ventilateurs sur le site nucléaire de l’EPR de Flamanville. Un des 4 moto-ventilateurs a un comportement vibratoire anormal.

C’est dans ce contexte que Engie Axima a sollicité Vibratec pour mieux comprendre et mesurer le phénomène et étudier les solutions possibles.

Instrumentation accélérométrique

L’instrumentation d’un moto-ventilateur implique la mesure de plusieurs paramètres clés, tels que la vitesse de rotation, la pression d’air, la température et les vibrations. Voici les étapes générales pour instrumenter un moto-ventilateur :

• Planification : avant d’instrumenter le moto-ventilateur, il est important de planifier les points de mesure en fonction des paramètres que vous souhaitez surveiller. En général, les points de mesure doivent être situés à des endroits stratégiques pour assurer une mesure précise des paramètres souhaités. Par exemple, les capteurs de température peuvent être placés à l’entrée et à la sortie du ventilateur, et les capteurs de vibrations peuvent être placés sur le boîtier du moteur et le support du ventilateur.
• Installation des capteurs : une fois que les points de mesure ont été déterminés, les capteurs peuvent être installés. Les capteurs de vitesse de rotation peuvent être installés à l’aide d’un capteur de proximité ou d’un capteur à effet Hall, tandis que les capteurs de pression d’air peuvent être installés à l’aide de capteurs de pression différentielle. Les capteurs de température peuvent être installés à l’aide de thermocouples ou de capteurs de température à résistance. Les capteurs de vibrations peuvent être installés à l’aide d’accéléromètres.
• Configuration de l’interface de mesure : une fois que les capteurs ont été installés, une interface de mesure peut être configurée pour collecter et afficher les données collectées par les capteurs. Les interfaces de mesure modernes peuvent être programmées pour afficher les données en temps réel et enregistrer les données collectées pour une analyse ultérieure.
• Vérification et étalonnage : avant de commencer à collecter des données, il est important de vérifier que les capteurs sont correctement installés et étalonnés pour assurer une mesure précise des paramètres souhaités.

Mesures en fonctionnement (stable et montée en régime)

Effectuer des mesures en fonctionnement est important pour obtenir des données précises et représentatives du fonctionnement réel du moto-ventilateur. Cela permet de détecter les variations dans les conditions de fonctionnement et les fluctuations des paramètres de performance, qui peuvent être différentes de celles obtenues lors de la mesure à l’arrêt.

Voici quelques considérations importantes à prendre en compte lors de la réalisation de mesures en fonctionnement :

• Sécurité : avant de réaliser des mesures en fonctionnement, il est important de prendre des mesures de sécurité pour protéger les opérateurs et l’équipement. Cela peut inclure la désactivation des systèmes de sécurité, l’utilisation de protections pour les capteurs, et la formation des opérateurs.
• Préparation : avant de commencer les mesures, il est important de s’assurer que le moto-ventilateur est en bon état de fonctionnement et que tous les composants sont correctement installés et fonctionnent correctement. Il est également important de s’assurer que tous les capteurs sont correctement installés et étalonnés.
• Acquisition des données : lors de l’acquisition des données, il est important de prendre en compte les variations de température, de pression et de vitesse qui peuvent survenir pendant le fonctionnement. Il est également important de s’assurer que les données sont collectées en temps réel et que la fréquence d’échantillonnage est suffisamment élevée pour capturer les variations rapides de la performance.
• Analyse des données : une fois les données collectées, il est important d’effectuer une analyse approfondie pour identifier les variations dans les conditions de fonctionnement et les fluctuations des paramètres de performance. Cela peut inclure l’analyse spectrale pour détecter les fréquences de vibration, l’analyse de tendance pour suivre les variations dans le temps, et l’analyse de corrélation pour identifier les relations entre les différents paramètres.

Mesures à l’arrêt (analyse modale)

Les mesures sont effectuées en excitant le système avec une force et en mesurant les réponses vibratoires à l’aide de capteurs, tels que des accéléromètres. Les données collectées sont ensuite utilisées pour déterminer les fréquences naturelles, les formes modales et les amortissements du système.

Voici quelques considérations importantes à prendre en compte lors de la réalisation d’une analyse modale à l’arrêt :

• Préparation : avant de commencer les mesures, il est important de s’assurer que le moto-ventilateur est en bon état de fonctionnement et que tous les composants sont correctement installés et fonctionnent correctement. Il est également important de s’assurer que tous les capteurs sont correctement installés et étalonnés.
• Excitation : pour effectuer une analyse modale, il est nécessaire d’exciter le système avec une force. Cette force peut être appliquée à l’aide d’un marteau ou d’un vibreur électromécanique. Il est important de s’assurer que l’excitation est suffisante pour générer une réponse vibratoire significative, mais pas trop élevée pour endommager le système.
• Acquisition des données : lors de l’acquisition des données, il est important de s’assurer que les capteurs sont correctement positionnés pour mesurer les vibrations du système. Il est également important de s’assurer que les données sont collectées en temps réel et que la fréquence d’échantillonnage est suffisamment élevée pour capturer les variations rapides de la performance.
• Analyse des données : une fois les données collectées, il est important d’effectuer une analyse approfondie pour identifier les modes de vibration du système. Cela peut inclure l’analyse spectrale pour détecter les fréquences de vibration, l’analyse de forme modale pour déterminer les formes de vibration du système, et l’analyse d’amortissement pour déterminer les caractéristiques d’amortissement du système.

Identification du problème : appropriation  modale à 24 Hz

L’analyse modale à l’arrêt a révélé une appropriation modale à 24 Hz, cela signifie qu’il y a un mode de vibration à cette fréquence qui est particulièrement important pour le système du moto-ventilateur. Cela peut indiquer un problème structurel ou mécanique qui doit être pris en compte et résolu.

Pour déterminer la cause exacte du mode de vibration à 24 Hz, une analyse plus approfondie peut être nécessaire. Cela peut inclure l’examen des éléments structurels du moto-ventilateur, tels que les pales du ventilateur, le boîtier du moteur ou le châssis, pour identifier toute déformation, usure ou dommage. Des analyses supplémentaires, telles que l’analyse modale opérationnelle (OMA) ou l’analyse de la réponse en fréquence (FRF), peuvent également être effectuées pour aider à identifier la source du mode de vibration.

Une fois la cause du mode de vibration à 24 Hz identifiée, des mesures correctives peuvent être prises pour résoudre le problème. Cela peut inclure le remplacement des composants défectueux, l’ajustement des tolérances, l’application de revêtements ou de matériaux d’amortissement pour réduire les vibrations, ou toute autre mesure nécessaire pour réduire l’effet de ce mode de vibration sur le fonctionnement global du moto-ventilateur.

Proposition d’une solution : rigidification du châssis à l’aide de tirants

Si l’analyse modale à l’arrêt a révélé une appropriation modale à 24 Hz et que la cause a été identifiée comme étant liée à la flexion excessive du châssis, une solution possible pourrait être la rigidification du châssis à l’aide de tirants.

Les tirants sont des éléments structurels qui sont utilisés pour renforcer les structures en traction. Dans le cas du châssis du moto-ventilateur, des tirants pourraient être ajoutés pour augmenter la rigidité du châssis et réduire sa flexion à la fréquence de 24 Hz.

Pour concevoir une solution appropriée, il sera nécessaire de déterminer la taille, le nombre et l’emplacement des tirants nécessaires en fonction des caractéristiques de la structure existante. Une analyse par éléments finis peut être utilisée pour évaluer l’effet des tirants sur le comportement dynamique du système et déterminer la conception la plus efficace.

Une fois la conception de la solution finalisée, il sera nécessaire de fabriquer les tirants et les installer sur le châssis. Des mesures de vérification doivent être effectuées pour s’assurer que la modification a produit l’effet souhaité et que la performance du moto-ventilateur est maintenant conforme aux spécifications requises.