Diagnostic vibratoire d’un ventilateur

Au travers de ses prestations, le Laboratoire Essais et Mesures (LEM) est souvent amené à intervenir sur des problématiques vibratoires particulières. Pour ce faire, le LEM s’appuie sur ses moyens d’essais et un retour d’expérience conséquent dans le domaine vibratoire afin de diagnostiquer les défauts et ainsi d’aider à la résolution des problèmes rencontrés.

Par exemple, le LEM est intervenu pour un problème de niveaux vibratoires trop élevés, constatés par la maintenance, au niveau des paliers d’un ventilateur, laissant supposer une usure prématurée des roulements. Le LEM a proposé une démarche d’analyse complète et personnalisée, afin d’aider à la détermination et la compréhension des phénomènes vibratoires mis en évidence, pour résoudre la problématique multi échelle de son client. Les enjeux étaient importants car le ventilateur est un équipement de sécurité (désenfumage de tunnel) qui doit être opérationnel en permanence. La réponse apportée à la problématique devait donc être rapide et pérenne.

Analyse du contexte (historique, enjeux…)
Analyse de la problématique
Analyse de la structure et de son environnement
► Définition de la méthodologie d’essai pour répondre au besoin du client.

La démarche du LEM est basée sur une approche multi échelles en 3 temps

Contrôle non destructif par ressuage des 3 pales composant l’hélice du ventilateur afin de déceler d’éventuelles fissures pouvant potentiellement être liées aux niveaux vibratoires élevés relevés ;

Caractérisation des suspensions du ventilateur (amortissement, gamme fréquentielle de fonctionnement) ;

Caractérisation des raideurs d’encastrement au niveau des points d’ancrage des suspensions afin de vérifier que les conditions nécessaires au bon fonctionnement des plots de suspension sont requises ;

Analyse Modale Expérimentale (AME) de l’ensemble « ventilateur + châssis support » afin de déterminer ses fréquences propres et déformées modales. 

Diagnostic de l’état des roulements du moteur afin de contrôler l’état des roulements installés et connaître en détail les comportements vibratoires des éléments les constituant (bague intérieure ou extérieure, cage) :

• Analyse temporelle suivant la norme NF ISO 10816-3 :2009 et analyse temporelle statistique des accélérations (facteur de crête, Kurtosis) ;
• Analyse spectrale (calcul des autospectres, analyse d’enveloppe) afin d’identifier la présence ou non d’éléments fréquentiels caractéristiques des défauts de roulement et identification éventuelle de balourd.

Analyse des Déformées Opérationnelles (déformées en fonctionnement) de l’ensemble « ventilateur + châssis support » afin de corréler les résultats obtenus à l’arrêt avec l’AME.

Cette corrélation des résultats permet de vérifier la présence ou non de fréquences propres excitées lors du fonctionnement du ventilateur.

Note : L’excitation en fonctionnement des modes propres d’une structure induit des niveaux vibratoires plus élevés pouvant à terme provoquer une fatigue vibratoire importante et être à l’origine d’une détérioration de la structure.

L’analyse des déformées opérationnelles permet aussi d’étudier les mouvements relatifs des éléments entre eux et ainsi de compléter l’analyse effectuée à l’arrêt au niveau des suspensions et des raideurs d’encastrement.

Les mesures à l’arrêt ont permis de mettre en évidence plusieurs facteurs à l’origine des niveaux vibratoires élevés mesurés au niveau des paliers :

• Un découplage insuffisant opéré par les suspensions ;
• Une raideur du châssis support (support d’accueil des suspensions) trop faible et différente selon le lieu de positionnement des suspensions ;
• Des fréquences de suspension trop élevées par rapport à la fréquence de rotation du ventilateur.

Les analyses « corrélatives » menées suites aux essais en fonctionnement permettent de mettre en évidence que les niveaux vibratoires élevés mesurés au niveau des paliers moteur peuvent être indicateurs des points suivants :

• Présence d’un défaut de corps roulant du roulement du palier arrière ;
• Présence d’un défaut de la bague intérieure du roulement du palier avant ;
• Conception et dimensionnement inadapté de la structure d’accueil du ventilateur (aussi bien en termes de suspensions que de raideur ou d’encastrement de la structure).

Le LEM a préconisé une révision de la conception du support d’accueil du ventilateur afin de s’affranchir des niveaux vibratoires générés par l’excitation modale de la structure lors du fonctionnement du ventilateur. Il est important de noter que les niveaux vibratoires induits par la réponse modale de l’ensemble de la structure en fonctionnement peuvent être une cause de détérioration anticipée des roulements.