BADJI-MOKHTAR-ANNABA UNIVERCITY ةبانع - راتخم …biblio.univ-annaba.dz/ingeniorat/wp-content/uploads/2018/03/... · Analyse FMD de la pompe centrifuge ... CHAPITRE I : présentation

وزارة التعليم العالي والبحث العلمي

Année: 2009

Faculté des Sciences de l’Ingéniorat

Département de Génie Mécanique

Mémoire

Présenté en vue de l’obtention du diplôme de Master

DOMAINE : SCIENCES ET TECHNIQUE

FILIERE :GENIE MECANIQUE

SPECIALITE :MAINTENANCE INDUSTRIELLE ET FIABILITEMECANIQUE

PRESENTE PAR :BERREHAIL ILYES

DIRECTEUR DU MEMOIRE : Prof. BOULANOUAR LAKHDAR

DEVANT LE JURY

PRÉSIDENT : Prof. ZEGHIB Nasreddine

EXAMINATEURS : Prof. CHAOUI Kamel

Prof. AMIRAT Abdelaziz

Mr. LAISSAOUI Rachid

Année : 2016/2017

عنابة- جامعة باجي مختار BADJI-MOKHTAR-ANNABA UNIVERCITY

UNIVERSITE BADJI-MOKHTAR-ANNABA

Analyse FMD de la pompe centrifuge

"FLOWSERVE ME300/450 «T07»"

Remerciements

Avant tout, je remercie Dieu de m’avoir donné la force pour accomplir

ce travail. Ensuite, je remercie mon encadreur

Prof.BOULANOUAR LAKHDAR pour ses conseils et ses directives.

Ainsi tous les enseignants et enseignantes du Département de

Génie Mécanique.

Je remercie également toute l’équipe de service maintenance de l’unité

Laminoir àChaud du Complexe Sidérurgique d’El-Hadjar.

Enfin un grand remerciement à mes parents pour leur participation à

la réalisation de ce Mémoire de Fin d'Etudes, et sans oublier toutes les

personnes, qui ont contribué de près ou de loin à l'accomplissement de

ce travail.

Dédicaces

Je dédie ce modeste travail avant tout auxpersonnes les plus chères au

monde: ma chère mère et mon père

A tous mes amis pour leur soutien

A tous mes enseignants et mes collègues de ma promotion.

B.ILYES

Sommaire

Résumé ....................................................................................................................................... 1

Introduction générale .................................................................................................................. 2

CHAPITRE I : présentation de l’entreprise et choix de sujet ......................................... 3

I.1.Introduction ........................................................................................................................... 3

I.2.Description de l’entreprise .................................................................................................... 3

I.2.1.Situation géographique ...................................................................................................... 3

I.2.2.Historique de l’entreprise (IMITAL SIDER D’El-Hadjar)................................................ 4

I.2.3.Unités de l’entreprise ......................................................................................................... 5

I.2.4.Produits du complexe......................................................................................................... 6

I.2.5.Marché de Production.........................................................................................................7

I.2.6.Organisme de l’entreprise...................................................................................................8

I.2.7.Nouvelle organisation de l’entreprise ................................................................................ 9

I.2.8.REPRESENTATION DE L’UNITE LAMINOIR A CHOUD (LAC) ............................ 10

I.3.Choix de sujet ..................................................................................................................... 15

CHAPITRE II : état de l’art [Maintenance, FMD] ............................................................. 16

II.1.Introduction........................................................................................................................16

II.2.Maintenance ....................................................................................................................... 16

II.3.Types et organisation de la maintenance ........................................................................... 16

II.3.1.Maintenance préventive .................................................................................................. 16

II.3.2.Maintenance corrective ................................................................................................... 17

II.3.3.Organigramme de différentes formes de la Maintenance ............................................... 17

II.4.Différents niveaux de la maintenance ............................................................................... 18

II.5.Opérations de la maintenance ............................................................................................ 19

II.5.1.Opérations de la maintenance préventive ....................................................................... 19

II.5.2.Opérations de maintenance corrective ............................................................................ 19

II.5.3.Activités connexes .......................................................................................................... 19

II.6.Objectifs de la maintenance ............................................................................................... 21

II.7.Choix de type de maintenance ........................................................................................... 21

II.7.1.Maintenance corrective ................................................................................................... 21

II.7.2.Maintenance systématique .............................................................................................. 21

II.7.3.Maintenance conditionnelle ............................................................................................ 21

II.7.4.Algorithme du choix de type de maintenance ................................................................ 22

II.8.Maintenance préventive conditionnelle ............................................................................. 23

II.8.1.Pratique de la maintenance conditionnelle ..................................................................... 23

II.8.2.Surveillance des équipements ......................................................................................... 24

II.8.3.Outils de la maintenance préventive conditionnelle ....................................................... 27

II.8.4.Objectifs visés par la maintenance conditionnelle.......................................................... 30

II.8.5.Points forts de la maintenance conditionnelle (Avantages) ............................................ 30

II.8.6.Inconvénient de la maintenance conditionnelle .............................................................. 31

II.9.Loi de Pareto et la courbe ABC ......................................................................................... 32

II.9.1.Diagramme de Pareto ..................................................................................................... 32

II.9.2.Définition de la méthode ABC ....................................................................................... 32

II.9.3.But de la méthode ABC .................................................................................................. 32

II.10.Etude de la FMD (Fiabilité, Maintenabilité, Disponibilité) ............................................ 32

II.10.1.Fiabilité ......................................................................................................................... 32

II.10.2.Maintenabilité ............................................................................................................... 37

II.10.3.Disponibilité ................................................................................................................. 38

II.10.4.Indicateurs opérationnels de la FMD ............................................................................ 39

II.10.5.Relation entre les notions FMD .................................................................................... 40

II.11.Conclusion ....................................................................................................................... 40

CHAPITRE III : analyse FMD de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » .................... 41

III.1.Introduction ...................................................................................................................... 41

III.2.Généralités sur les pompes ............................................................................................... 41

III.2.1.Définition ...................................................................................................................... 41

III.2.2.Différents types de pompes ........................................................................................... 41

III.2.3.Moteurs asynchrones ..................................................................................................... 43

III.2.4.Accouplement ................................................................................................................ 44

III.3.Etude technique de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » ................................ 44

III.3.1.Introduction ................................................................................................................... 44

III.3.2.Caractéristiques de la pompe ......................................................................................... 45

III.3.3.Principaux défauts possibles: (causes et remèdes) ........................................................ 46

III.3.4.Caractéristiques techniques du moteur .......................................................................... 47

III.3.5.Principe de fonctionnement ........................................................................................... 48

III.4.Historique de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » ......................................... 48

III.5.Exploitation de l'historique ............................................................................................... 50

III.6.Application Pratique des méthodes d'analyse .................................................................. 51

III.6.1.Méthodes d’analyse prévisionnelle « ABC (Pareto)» ................................................... 51

III.7.Calculs les paramètres de WEIBULL .............................................................................. 53

III.7.1.Test (KOLOMOGROV-SMIRNOV) ............................................................................ 57

III.7.2.Exploitation les paramètres de WEIBULL ................................................................... 58

III.8.Étude et analyse du modèle de WEIBULL ...................................................................... 60

III.9.Calcul la maintenabilité de la pompe ............................................................................... 63

III.10.Calcul la disponibilité de la pompe ................................................................................ 64

III.11.Conclusion ...................................................................................................................... 67

CHAPITRE IV : analyse vibratoire de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » .......... 68

IV.1.Introduction ...................................................................................................................... 68

IV.2.Qu’est-ce qu’une vibration ............................................................................................... 68

IV.3.Caractéristique d’une vibration ........................................................................................ 69

IV.3.1.La fréquence .................................................................................................................. 69

IV.3.2.Amplitudes .................................................................................................................... 70

IV.3.3.Grandeurs de mesure ..................................................................................................... 72

IV.3.4.Nature d’une vibration .................................................................................................. 73

IV.4.Modes de mesure ............................................................................................................. 74

IV.4.1.Mesure en mode déplacement ....................................................................................... 74

IV.4.2.Mesure en mode vitesse ................................................................................................ 74

IV.4.3.Mesure en mode accélération ........................................................................................ 74

IV.5.Seuil d’un indicateur ........................................................................................................ 74

IV.5.1.Méthode du relevé global .............................................................................................. 75

IV.6.Diagnostic ........................................................................................................................ 77

IV.6.1.Principal outil de diagnostic .......................................................................................... 77

IV.7.Principaux défauts probables ........................................................................................... 78

IV.7.1.Défaut de balourd .......................................................................................................... 78

IV.7.2.Desserrage ..................................................................................................................... 81

IV.7.3.Défauts de roulement .................................................................................................... 81

IV.7.4.Désalignement ............................................................................................................... 88

IV.8.Conclusion ....................................................................................................................... 89

IV.9.Analyse vibratoire de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » ............................ 90

IV.9.1.Mesure vibratoire en niveau global ............................................................................... 91

IV.9.2.Classement catégorique ................................................................................................. 93

IV.9.3.Mesure des niveaux globaux de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » ......... 93

IV.9.4.Etude de cas .................................................................................................................. 95

IV.10.Conclusion ................................................................................................................... 101

Conclusion générale ............................................................................................................... 102

Liste des figures


Figure I.1 : Situation géographique du Complexe ..................................................................... 3

Figure I.2 : Train de laminage .................................................................................................. 12

Figure I.3 : Système de refroidissement ................................................................................... 13

Figure I.4 :Pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07 » .......................................................... 15

CHAPITRE II :état de l’art [Maintenance, FMD] .............................................................. 16

Figure II.1 :Organigramme de différentes formes demaintenance .......................................... 17

Figure II.2 : Algorithme du choix de type de maintenance ...................................................... 22

Figure II.3:Installation "On-line" ............................................................................................. 25

Figure II.4:Installation "Off-line" ............................................................................................. 26

Figure II.5 : Analyse vibratoire ................................................................................................ 27

Figure II.6 : Analyse d’huile .................................................................................................... 28

Figure II.7 : Thermographie infrarouge ................................................................................... 29

Figure II.8 : Analyse ultrasonique ............................................................................................ 29

Figure II.9 : Courbe en baignoire. ............................................................................................ 35

Figure II.10 : Vie d’un système, évolution dans le temps ........................................................ 39

Figure II.11 : Relation entre les notions FMD ......................................................................... 40


Figure III.1 : Domaine d’utilisation des pompes ...................................................................... 41

Figure III.2 : Eléments de constitution d'une machine asynchrone.......................................... 43

Figure III.3 : Pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» et moteur ...................................... 48

Figure III.4 : Courbe ABC ....................................................................................................... 52

Figure III.5 : WEIBULL .......................................................................................................... 54

Figure III.6 : Courbe du paramètre de forme β ........................................................................ 56

Figure III.7 : Evolution de la fiabilité en fonction du temps d'intervention systématique ....... 59

Figure III.8 : Evolution de la densité de probabilité en fonction du TBF ................................ 60

Figure III.9 : Evolution de la fonction de répartition F(t) en fonction du TBF ........................ 61

Figure III.10 : Evolution de la fiabilité R(t) en fonction du TBF ............................................. 61

Figure III.11 : Evolution du taux de défaillance en fonction du TBF ...................................... 62

Figure III.12 : Evolution de la maintenabilité en fonction du TTR ......................................... 63

Figure III.13 : Evolution de la disponibilité en fonction du TBF............................................. 64


Figure IV.1 : Mouvement d’une masselotte suspendue à un ressort ........................................ 68

Figure IV.2 : Représentation d’amplitude ................................................................................ 71

Figure IV.3 :Méthode du relevé global .................................................................................... 75

Figure IV.4 : Ensemble des défauts ......................................................................................... 76

Figure IV.5 : Analyse spectrale ................................................................................................ 77

Figure IV.6 : Force centrifuge d’un balourd ............................................................................ 78

Figure IV.7 : Défaut de balourd ............................................................................................... 79

Figure IV.8 : Balourd statique .................................................................................................. 80

Figure IV.9 : Couple de Balourd .............................................................................................. 80

Figure IV.10 : Balourd dynamique .......................................................................................... 80

Figure IV.11 : Spectre d’un défaut de balourd ......................................................................... 81

Figure IV.12 : Desserrage au niveau du bati ............................................................................ 81

Figure IV.13 : Spectre d’un desserrage .................................................................................... 81

Figure IV.14 : Constitution d’un roulement ............................................................................. 82

Figure IV.15 :Dimensions d’une Roulement ........................................................................... 85

Figure IV.16 : Spectre théorique d’un défaut de type écaillage sur bague extérieure ............. 86

Figure IV.17 : Spectre théorique d’un défaut de type écaillage sur bague intérieure .............. 86

Figure IV.18 : Spectre théorique d’un défaut de type écaillage sur un élément roulant .......... 87

Figure IV.19 : Défauts de type déversement de bague............................................................. 87

Figure IV.20 : Désalignement angulaire .................................................................................. 88

Figure IV.21 : Désalignement axial ......................................................................................... 88

Figure IV.22 : Spectre d’un désalignement .............................................................................. 89

Figure IV.23 :Pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » .................................................. 90

Figure IV.24 :VIBROTEST 60 ................................................................................................ 91

Figure IV.25 : Classement catégorique de la norme ISO 2372 ................................................ 93

Figure IV.26 : Courbe de tendancedu palier n°3 horizontal-vitesse ........................................ 94

Figure IV.27 : Illustration de la courbe de tendance ................................................................ 94

Figure IV.28 : Spectre du palier n°3 horizontal-vitesse ........................................................... 98

Figure IV.29 : Composants de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» ....................... 99

Figure IV.30 : Spectre du palier n°3 horizontal-vitesse après intervention ........................... 100

Liste des tableaux


Tableau I.1 :Unités de l’entreprise ............................................................................................. 5

Tableau I.2 : Produits du complexe ............................................................................................ 6

Tableau I.3 :Dimension des produits fabriqués ........................................................................ 11

CHAPITRE II :état de l’art [Maintenance, FMD] .............................................................. 16

Tableau II.1 :Les cinq niveaux de la maintenance (Nome AFNOR X 60-015) ....................... 18


Tableau III.1: Roulements de lapompe .................................................................................... 45

Tableau III.2 : Principaux défauts (causes et remèdes) ............................................................ 46

Tableau III.3 :Roulements moteur ........................................................................................... 47

Tableau III.4 : Historique de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » ......................... 49

Tableau III.5 : Temps de Bon Fonctionnement (TBF) et Temps d'Arrêt (TA) ........................ 50

Tableau III.6 : Analyse ABC (Pareto) ...................................................................................... 51

Tableau III.7 : TBF etF(ti) théorique ....................................................................................... 53

Tableau III.8 : Xβ et Yβ ........................................................................................................... 55

Tableau III.9:Test deKOLOMOGROV-SMIRNOV ................................................................ 57

Tableau III.10 : Intervention systématique .............................................................................. 59

Tableau III.11:Fiabilité R(t) et Disponibilité D(t) en fonction du TBF ................................... 65

Tableau III.12 :Maintenabilité M(t) en fonction du TTR ......................................................... 66


Tableau IV.1 : Nature d’une vibration ..................................................................................... 73

Tableau IV.2 : Coefficient des roulements ............................................................................... 97

Tableau IV.3 : Fréquences caractéristiques des roulements d’moteur ..................................... 97

Tableau IV.4 : Fréquences caractéristiques des roulements d’pompe ..................................... 98

Nomenclature

FMD: Fiabilité, Maintenabilité, Disponibilité.

TBF: Temps de bon fonctionnement.

MTBF: Temps moyen jusqu’à défaillance (ou moyenne des temps de bon fonctionnement).

β : Paramètre de forme.

η : Paramètre d’échelle.

γ : Paramètre de localisation.

: Seuil de confiance.

N :Valeurs de durées de bon fonctionnement TBF.

TA : Temps d’arrêt.

TTR: (TIME TO REPAIR), ou temps technique de réparation.

MTTR : Moyenne des temps techniques de réparation (MEAN TIME TO REPAIR).

λ(t):Taux de défaillance.

μ : Taux de réparation.

f :Fréquenceexprimée en hertz (Hz).

T :Période (s).

X(t) :Déplacement.

V(t) :Vitesse.

γ (t) : Accélération.

𝛚 : Pulsation.

A : Amplitude.

NG : Niveau global.

F : Force centrifuge.

G : Centre de gravité.

∆ : Axe principal d’inertie.

Lh :Durée de vie d’un roulement.

Page 1

Résumé

La maintenance est une nécessité évidente pour l’exploitation totale des machines, afin deles

rendre plus fiables et plus rentables. Danscette présente étude, la maintenance conditionnelle,

s'est avérée la plus appropriée pourl’exploitation de la pompe FLOWSERVE ME 300/450

«T07».Cette maintenance est plus efficace du point de vue économique et détection de toute

anomalie avant sa manifestation et permet de suivreson évolution avec le temps.

Par conséquent, le but de mon travail est d'étudier et analyserla FMD de cet équipement

stratégique, afin de donner des solutions précoces et éviter l'endommagement et l'arrêt

fréquent de la pompe qui a des répercussions néfastes sur la production de l'entreprise.

Mots clés : Motopompe, maintenance, fiabilité, maintenabilité, disponibilité.

ممخص

.الصيانة وبكل وضوح ىي حاجة ضرورية في استعمال اآلالت حيث تجعميا أكثر فاعمية وأكثر ربحا .300/450فالوسارففي ىذه الدراسة المقَدمة، الصيانة الشرطية وبكل تأكيد ىي األكثر تناسباالستعمال المضخة

ىذه الصيانة ىي األكثرفعالية من الناحية االقتصادية ومن ناحية الكشف عن أي خمل قبل حدوثو وتسمح بمتابعة .تطورىخالل الزمن

ىو دراسة وتحميل فاعمية وقابمية صيانة ووفرة و جاىزية (المتواضع)من جية أخرى اليدف من ىذا العمل ىذاالجياز االستراتيجي حتى يتسنى لنا تقديم الحمول المناسبة لتجنب األضراروالتوقفالمتكرر ليذه المضخة التي

.تعود بالضررعمى انتاج المؤسسة

. محرك مضخة، صيانة، الفاعمية، قابمية الصيانة، الوفرة:الكمماتالداللية

Abstract

Maintenance is an obvious necessity for the total operation of the machines, in order to make

them more reliable and more profitable. In this study, conditional maintenance proved to be

the most appropriate for the operation of the FLOWSERVE ME 300/450 "T07" pump. This

maintenance is more economically efficient and detects any anomaly before its manifestation

and allows to follow its evolution over time.

Therefore, the purpose of this work is to study and analyzethe (Reliability, Maintainability,

Availability) of this strategic equipment, in order to give early solutions and avoid the damage

and frequent shutdown of the pump which has negative repercussions on the production of the

company.

Key words:Motor pump, maintenance, reliability, maintainability, availability.

Page 2

Introduction générale

Dans le but d’augmenter la disponibilité des équipements de production d’une façon générale,

il est tout à fait claire de suivre et analyser les indicateurs FMD pour connaitre plus leursétats

durant leur cycle de vie. Ces analyses ont pour objectif de déterminer les pannes qui sont les

plus influençantes sur l’état d’un équipement, et mettre en œuvre une politique de

maintenance qui suit avec le temps ces pannes en réduisant les heures d’arrêt afin d’organiser

les interventions et augmenter bien entendu les heures de marche. Dans ce cas en protège et

en améliore notre installation de production.

La pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07», comme elle est plus stratégique au niveau de

l’unité laminoir à chaud du complexe sidérurgique d’El-Hadjar et exactement dans la salle des

pompes, elle nécessite une attention et des analyses particulières.

Les mainteniciens de cette unité utilisent beaucoup plus l’analyse vibratoire (VIBROTEST60)

comme outil de surveillance et de détection des pannes de la pompe, car cette dernière dans le

cas d’une anomalie, elle génère généralement des vibrations proportionnelles à celle-ci.

Ce travail a été ventilé en quatre chapitres ;

Premier chapitre est consacré à la description générale du complexe sidérurgiqued’El-Hadjar

et particulièrement à la description de l’unité laminoir à chaud (LAC).

Deuxième chapitre est consacré à l’identification des indicateurs FMD afin de voir les

déférents types de maintenances industrielles et en particulier les outils de surveillance

indispensables, et les avantages de la maintenance conditionnelle.

Troisième chapitre présente une étude et une analyse FMD de la pompe FLOWSERVE

ME300/450 «T07» en utilisant la méthode de WEIBULL.

Chapitre quatre est consacré à la théorie de l’analyse vibratoire ainsi que l'étude de cas,de la

pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07».

CHAPITRE I : présentation de l’entreprise et choix de sujet

Page 3

I.1.Introduction :

Dans ce chapitre on expose la description du complexe d’El-Hadjar. A cet effet, une

présentation générale du complexe met en exergue la lumière sur les grandes unités de

production et les grandes structures de soutien. Enfin, un aperçu plus précis sur le laminoir à

chaud (LAC) et la chaine de production des bobines est développé.

I.2.Description de l’entreprise :

D’après la référence [1] :

I.2.1.Situation géographique :

Le complexe sidérurgique IMITAL SIDER d’El-Hadjar est situé à 15km au sud de la ville

d’Annaba en ALGERIE, Il occupe une superficie de 800 hectares dont :

300H pour les ateliers de production ;

300H pour le stockage ;

200H de service.

A l’intérieur il y a près de 60 KM de voie ferrée permettant la libre circulation des matières

premières et près de 60 KM de voie permettant la circulation des engins (auto bus, camions,

véhicules légers…etc.).

Figure I.1 :Situation géographique du Complexe.


Page 4

I.2.2.Historique de l’entreprise : (IMITAL SIDER D’El-Hadjar)

I.2.2.1.Période coloniale :

Le projet de construction d’une usine sidérurgique Annaba a été inscrit

en 1958 dans le plan de Constantine. Ce projet a vu la Création de la

Société Bônoise de Sidérurgie (SBS) qui a été chargée de réaliser un

haut fourneau et ses annexes.

I.2.2.2.1964, création de SNS :

Après l’indépendance, l’état algérien a créé, Le 03 Septembre 1964, le complexe sidérurgique

d’El-Hadjar : Société Nationale de Sidérurgie(SNS).

Première coulée: le complexe est entré en production (mise en service du haut fourneau N°1

et des installations annexes) après son inauguration le 19 juin1969 par le Président d’état

Houari Boumediene.

Le complexe sidérurgique d’El-Hadjar a vu la création des :

1972 : Aciérie à oxygène 1 et le laminoir à chaud ;

1974 : Laminoir à froid ;

1975 : Aciérie électrique ;

1977 à 1980 : Extension du complexe, pour augmenter ses

capacités de production et création d’autres unités :

Aciérie à oxygène 2 ;

Haut fourneau 2 ;

Secteur d’agglomération ;

Centrale thermique.

I.2.2.3.Différentes étapes après SNS :

En 1983, après restructuration l’entreprise SNS est devenue SIDER (nouvelle nomination) ;

En 1999, après le plan de redressement interne (PRI) de l’ensemble de SIDER un recentrage

a donné 24 filiales dont 14 qui existaient déjà dont ALFASID(ALGERIENNE DE

FABRICATION SIDERURGIOQUES).

Le 18/10/2001 le groupe SIDER représenté par holding DIDMINE a signé un contrat avec

ISPAT, quidonne naissance à ISPAT ANNABA ;

Décembre 2004, ISPAT, après fusion avec le groupe LNM donneMITTAL STEELANNABA,

qui est une entreprise mondiale ;

Juin 2007, après fusion entre MITTAL STEEL et ARCELOR (entreprise française)

ARCELOR MITTAL ANNABA est créé ;

Décembre 2016, ARCELOR MITTAL ANNABA est enfin devenu IMITTAL SIDER D’EL-HADJAR.


Page 5

I.2.3.Unités de l’entreprise :

N0

Libellé complet Libellé réduit

1 Laminoir à chaud LAC

2 Laminoir à froid LAF

3 Haut fourneau N02 HF1

4 Préparation matière AC 01

5 Haut fourneau N01 COK

6 Aciérie à oxygène N01 AOK

7 Cokerie COK

8 Agglomération AGL

9 Revêtement parachèvement RPA

10 Aciérie à oxygène N02 AC02

11 Laminoir à fil et ronds LFR

12 Laminoir à rond à béton LRB

13 Aciéries électrique ACE

14 Laminage tubes sans soudures LAT

15 Parachèvement TSS PAT

16 Maintenance centrale mécanique MCM

17 Climatisation, électrique et bâtiments CEB

18 Maintenance et régulation électrique MRE

19 Entretien matériel roulant EMR

20 Maintenance AMM / ATCX MAINT

21 Production et distribution électrique PDE

22 Production et distribution oxygène PDO

23 Fluides FLUID

24 Usine à chaux USAC

25 Centrale ferraille FERSID

26 Unité logistique LOG

27 IMAPORT PORT

Tableau I.1 :Unités de l’entreprise.


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I.2.4.Produits du complexe :

Installation Produit Principaux utilisateurs

Cokerie Coke Métallurgie

HF01 et HF02 Fonte Métallurgie

AC01 Brames Industrie de transformation

AC02 Billettes Industrie de transformation

LAC Tôles fortes, tôles Construction métallique chantiers navals

tube bouteilles à gaz

LAF Tôles fines Electroménager mobilier métallique

industrie de transformation

Etamage Fer blanc Emballage métallique divers pour les

industries alimentaires et chimiques

Galvanisation Tôles galvanisées Bâtiment pour l’agronomie industrie et

levage

ACE Lingots Recherche et production pétrolière transport

des hydrocarbures

LFR Fil rond à béton Bâtiment et travaux publics hydraulique

LRB Rond à béton Bâtiment et travaux publics hydraulique

Tableau I.2 : Produits du complexe.


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I.2.5.Marché de Production :

IMITTAL SIDER D’El-Hadjar reçoit la matière première de la mine D’El-Ouenza par voie

ferroviaire sur une distance de 150 KM.

Le minerai arrivant au complexe est déchargé, stocké ; ensuite il est concassé, criblé et

mélangé avec des fines de coke. Ce mélange subit un traitement thermique pour devenir une

pâte que nous appelons aggloméré directement acheminé vers les hauts fourneaux (HF),

mélangé avec le coke en roche, pour fusion et donc obtention d’une fonte liquide. Cette fonte

liquide produite est soit solidifiée en gueuses de fonte brute, soit transformée en acier au

niveau des aciéries à oxygène à l’aide des convertisseurs (Système LD).

L’acier obtenu est coulé sous forme de brames d’une longueur allant jusqu’à 6000 mm Les

brames sont destinées à l’atelier de laminage à chaud (LAC) pour l’obtention des bobines de

tôles fortes.

Les bobines de tôle ainsi produites sont destinées soit à l’atelier Tuberie (TUS) pour

l’élaboration des tubes nécessaires aux hydrocarbures (pipe-line et gazoduc) ou encore

élaborée au niveau du laminoir à froid (LAF) pour la production des tôles galvanisées, étamées

et autres.

Enfin, une aciérie électrique (ACE) équipée d’un four à arc, produit des lingots coulés en

source et des billettes à partir d’une coulée continue d’acier. L’aciérie électrique utilise une

charge constituée de ferraille de récupération et de fonte en gueuse. Le lingot d’acier ainsi

produit est transformé en tubes sans soudure à la (TSS).

Il existe encore une deuxième aciérie à oxygène (ACOII) identique à la première (ACOI) mais

produisant des billettes (et non des brames) qui sont destinées aux laminoirs à fil et rond

(LFR) et laminoir de rond a béton (LRB).

Les billettes de longueurs 12000 mm destinées soit à l’atelier LFR ou LRB pour l’élaboration

du rond a béton de plusieurs diamètres de 6 mm à 50mm.

La capacité de production nominale depuis 2007 est de 1,8 million de tonnes /an de produit

sidérurgique.


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I.2.6.Organisme de l’entreprise :

L’effectif de cette société est plus de 5000 employés, qui sont répartis sur différentes sous

directions (il est à noter qu’une direction comprend plusieurs unités de production et de

gestion).

Direction opérationnelle de production :

D matière première et fonte (MPF) ;

D produits longs (PLG) ;

D produits plats (PPL) ;

D tuberie sans soudure (TSS).

Direction opérationnelle prestation de services :

D service technique (STC) ;

D moyens généraux (MGX).

Direction fonctionnement centrale :

D Finance (FIN) ;

D relations professionnelles du personnel (PRO/PER) ;

D planification et organisation (PLO).


Page 9

I.2.7.Nouvelle organisation de l’entreprise :


Page 10

I.2.8.REPRESENTATION DE L’UNITE LAMINOIR A CHOUD (LAC)

Laminoir à chaud est situé à l’aval de l’aciérie à oxygène ACO (1)et a l’amont du laminoir

à froid (LAF).

LAC présente l’une des plus importantes unités de production au sein du complexe.

ORGANIGRAMME LAC

SCE PROGRAMMATION

SCE MAINTENANCE

SCE EXPLOITATION

SCE PAREX

SECRETAIRE

DIRECTION UNITE

SCE GESTION

PERSONNEL

SCE CONTROLE

QUALITE

SCE SECURITE


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I.2.8.1.Rôle du laminoir à chaud (LAC) :

Laminoir à chaud de IMITTAL SIDER d’El-Hadjar, est un train de laminage du type semi

continu capable de réduire l’épaisseur des brames d’acier provenant de l’aciérie à oxygène

AC0 (1) et de les transformer en tôles fortes et en bobines.

Laminoir à chaud fonctionne (3×8) continu avec un périodique de quinze jours, et arrêt

systématique annuel, sauf des imprévisibles.

I.2.8.2.Description de l’installation :

Un ensemble de plusieurs installations forment la chaine du laminage.

Le Réchauffage des brames se fait à la température de 1260 C0 – 1300 C

0, donc le LAC est un

atelier qui transforme à chaud des brames d’acier en bandes et tôles fortes. Les bandes sont

présentées comme produit fini dans des bobines.

Les caractéristiques principales des produits sont les suivantes :

Produits

Dimensions

Epaisseur Largeur Poids

Plaques 8 : 80 mm 1250 : 1650mm 4T

Bobines 1.5 : 15mm 600 : 1350mm 21T

Tableau I.3 :Dimension des produits fabriqués.

Bobines

Tôles fortes

Brames (matière première)


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I.2.8.3.Train de laminage :

Le train de laminage comprend les installations suivantes :

Figure I.2 : Train de laminage.


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I.2.8.3.1.Fonctionnement de laminage d’une bande :

Le laminoir à chaud (LAC) est destiné à la production des bobines et tôles fortes en acier.

La brame est chauffée au Four (Four 2 ou Four 3 qui travaillent en permutation) à une

température de 1300°C, pour permettre d`appliquer sur elle des traitements qui sont les

suivants :

Après son enfournement, elle passe à la laveuse via la voie à rouleaux pour éliminer la

calamine qui existe sur elle (Brame), par une pression d’eau de 140 bars.

En suite elle (brame) passe au niveau de la brise oxyde pour éliminer encore la couche de

calamine (oxyde de fer) qui s’est formée sur sa surface et entre-temps pour effectuer une

réduction sur son épaisseur(faible réduction), après cette opération la brame doit subir une

diminution d´épaisseur par quarto à plusieurs passes, [de 5 à 7], pour obtenir une bande. Cette

dernière doit être cisaillée au niveau de la tête et la queue. Une décalaminisation générale est

effectuée pour éliminer toute calamine, ensuite la transférer au train finisseur pour avoir une

épaisseur et une largeur demandées.

La bande passe dans une unité de mesure appelée « jauge de mesure » pour vérifier son

épaisseur, son profil, sa largeur et sa planéité, en suite elle passe dans une douche pour

diminuer sa température, enfin elle est embobinée par une des 3 bobineuses pour obtenir une

bobine selon les besoins.

I.2.8.3.2.Système de refroidissement :

Figure I.3 : Système de refroidissement.


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Pendant la production, les pompes (18 bars), font l’opération de refroidissement des cylindres

de travail avec une pression de 4 à 18 bars pour éviter tout risque d’abimer les surfaces des

cylindres.

Les pompes (18 bars), absorbent l’eau (voir schéma d’installation (1) [circuit semi fermé

d’eau]) et la refoule aux cylindres, ensuite cette eau fait le retour pour être filtrée et répéter la

même opération.

Les pompes (5bars), absorbent l’eau voir schéma d’installation (1) [circuit semi fermé d’eau])

et la refoule aux SKIDS (2) du Four 2 et du Four 3 par une pression de 5 bars.

Dans l’opération d’échauffement des brames à 1300°c, l’eau passe à l’intérieur des SKIDS qui

portent ces brames pour leur refroidissements afin d’éviter leurs déformations, chaque SKID

est protégé par une couche de béton spécial qui résiste à la haute température.

La pompe (140 bars) pour décalaminisation de la bande.

Remarque

Dans le cas de panne électrique ces pompes sont alimentées par un groupe électrogène

diesel.

Dans le cas où ce groupe électrogène est en panne, le circuit de refroidissement est effectué

directement du château d’eau qui peut dépanner pendant trois heures au maximum.

Tout cela est pour protéger contre l’usure et la déformation des SKIDS.

Dans le cas où une défaillance est survenue dans l’une des motopompes on doit fermer les

deux vannes clapet (5) avant d’effectuer une éventuelle intervention de réparation.

I.2.8.4.Conclusion :

Le stage effectué au sein d’IMITTAL SIDER d’El-Hadjar"Unité du laminoir"à chaud m’a

permis de mettre en pratique mes connaissances théoriques que j’ai appris pendant la durée

des études dans le domaine de la maintenance industrielle au niveau de l’université Badji

Mokhtar d’Annaba. Ainsi ce stage m’a facilité l’intégration dans le monde professionnel, et

m’a permis d’accomplir le rôle d’exécution.

Ce stage m’a été bénéfique du point de vue expérience, au courslequelj’ai pu avoir une vision

réelle sur l’environnement du travail.

Après avoir achevé la période du stage, on a eu une bonne vision sur la production des

bobines dans la zone de LAC.


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I.3.Choix de sujet :

Après avoir bien assimilé le déroulement du processus de production et ses équipements qui

participent à cette production c’est-à-dire de l’état brut de la brame jusqu’au produit fini qui

est la bobine.

Mon rôle à moi est de veiller au bon fonctionnement de la pompe FLOWSERVE ME 300/450

« T07 » qui fait partie des trois pompes stratégiquesFLOWSERVE ME 300/450 « T05, T06, T07 »

qui assurent le refroidissement des SKIDSdes four1, et 2. A cet effet une analyse FMD est

nécessaire pour connaitre son état et détecter les défauts probables et leurs impactssur sa

fiabilité et par la suiteproposer des solutions adéquates.

Avant de donner des solutions, on doit tout d’abord diagnostiquer et détecter par analyse

vibratoireles défautsprobables. Parmi les défauts proposés, on peut citer comme exemple celui

qui a été détecté le 14/10/2012 à cause d’un désalignement. Il est à noter également qu’il est

nécessaire de définir le type de maintenance à utiliser pour rendre à la machine sa bonne

fiabilité.

Figure I.4 :Pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07 ».

CHAPITRE II : état de l’art [Maintenance, FMD]

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II.1.Introduction :

Aujourd’hui notre but est de ne pas réparer seulement, mais de prévenir et empêcher toutes

éventuelles pannes.

Plus qu’une simple technique d’intervention efficace sur le fonctionnement, la maintenance

est devenue une technique d’anticipation, d’organisation et de gestion.

II.2.Maintenance :

Selon la norme FD X 60-000 :

Ensemble de toutes les actions techniques, administratives et de management durant le cycle

de vie d’un bien, destinées à le maintenir ou à le rétablir dans un état dans lequel il peut

accomplir la fonction requise [2].

II.3.Types et organisation de la maintenance :

II.3.1.Maintenance préventive :

Maintenance exécutée à des intervalles prédéterminés ou selon des critères prescrits et destinés

à réduire la probabilité de défaillance ou la dégradation du fonctionnement d’un bien.

Objectifs visés par la maintenance préventive [3] :

Améliorer la fiabilité du matériel ;

Garantir la qualité des produits ;

Améliorer l’ordonnancement des travaux ;

Assurer la sécurité humaine ;

Améliorer la gestion des stocks ;

Amélioré le climat de relation humaine.

II.3.1.1.Différents types de maintenance préventive :

II.3.1.1.1.Maintenance systématique :

Maintenance préventive exécutée à des intervalles de temps préétablis ou selon un nombre

défini d'unités d'usage mais sans contrôle préalable de l'état du bien [2].

II.3.1.1.2.Maintenance conditionnelle :

Maintenance préventive basée sur une surveillance du fonctionnement du bien et/ou des

paramètres significatifs de ce fonctionnement et intégrant les actions qui en découlent.

II.3.1.1.3.Maintenance prévisionnelle :

Maintenance conditionnelle exécutée en suivant les prévisions extrapolées de l’analyse et de

l’évaluation de paramètres significatifs de la dégradation du bien.


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II.3.2.Maintenance corrective :

Maintenance exécutée après détection d’une panne et destinée à remettre un bien dans un état

dans lequel il peut accomplir une fonction requise.

II.3.2.1.Maintenance corrective «palliative» :

Action de maintenance corrective destinée à permettre à un bien d’accomplir provisoirement

tout ou partie d’une fonction requise.

II.3.2.2.Maintenance corrective «curative» :

Action de maintenance corrective ayant pour objet de rétablir un bien dans un état spécifié

pour lui permettre d’accomplir une fonction requise.

Le résultat des actions réalisées doit présenter un caractère permanent.

II.3.3.Organigramme de différentes formes de la Maintenance :

Figure II.1 :Organigramme de différentes formes demaintenance[2].

Exécutée à des

intervalles de

temps préétablis

ou selon un

nombre défini

d'unités d'usage.

Basée sur une

surveillancedu

fonctionnement

du bien et/ou des

paramètres

significatifs de ce

fonctionnement.

MPCExécutée

en suivant les

prévisions

extrapolées de

l’analyse et de

l’évaluation de

paramètres

significatifs de

la dégradation

du bien.

Action de

maintenance

corrective

destinée à

permettre à un

bien

d’accomplir

provisoiremen

t tout ou partie

d’une fonction

requise.

C’est une action

de réparer un

bien et qui pour

objet de le

rétablir afin de

permettre

d’accomplir une

fonction requise.


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II.4.Différents niveaux de la maintenance :

TableauII.1 :Les cinq niveaux de la maintenance (Nome AFNOR X 60-015) [4].

Niveau Personnel

d’intervention

Nature de

l’intervention

Moyens requis

1 Exploitant, sur place

Réglage simple

d’organes accessibles

sans aucun

démontage, ou

échanges d’éléments

accessibles dans les

consignes de toute

sécurité conduite.

Outillage léger

défini dans les

consignes de

conduite

2 Technicien habilité

(dépanneur) sur place

Dépannage par

échange standard

d’éléments prévu à

cet effet, ou

opérations mineures

de maintenance

préventive

Outillage

standard et

rechanges situés

à proximité

3

Technicien

spécialisé, sur place

ou en atelier de

maintenance

Identification et

diagnostic de pannes,

réparations par

échange de

composants

fonctionnels,

réparations

mécaniques mineures

Outillage prévu

plus appareils de

mesure, banc

d’essai, de

contrôle

4

Equipe encadrée par

un technicien

spécialisé, en atelier

central

Travaux importants

de maintenance

corrective ou

préventive. Révisions

Outillage général

et spécialisé

5

Equipe complète

polyvalente, en

atelier central

Travaux de

rénovation, de

reconstruction,

réparations

importantes confiées

à un atelier central

souvent externalisés

Moyens proches

de ceux

de la fabrication

par le

constructeur


Page 19

II.5.Opérations de la maintenance :

Selon la norme NF X 60-010 :

II.5.1.Opérations de la maintenance préventive :

a-Inspection :

Activités de surveillance consistant à relever périodiquement des anomalies et exécuter des

réglages simples ne nécessitant pas d’outillage spécifique, ni d’arrêt de l’outil de production

ou des équipements [5].

b-Contrôle :

Vérifications de conformité par rapport à des données préétablies suivies d’un jugement.

c-Visite:

Opérations de surveillance qui, dans le cadre de la maintenance préventive systématique,

s’opèrent selon une périodicité déterminée. Ces interventions correspondent à une liste

d’opérations définies préalablement qui peuvent entraîner des démontages d’organes et une

immobilisation du matériel.

II.5.2.Opérations de maintenance corrective :

a-Dépannage :

Action sur un bien en panne, en vue de le remettre en état de fonctionnement. Compte tenu de

l’objectif, une action de dépannage peut s’accommoder de résultats provisoires (maintenance

palliative) avec des conditions de réalisation hors règles de procédures, de coûts et de qualité,

et dans ce cas sera suivie de la réparation.

b-Réparation :

Intervention définitive et limitée de maintenance corrective après panne ou défaillance.

L’application de la réparation peut être décidée soit immédiatement à la suite d’un incident ou

d’une défaillance, soit après un dépannage, soit après une visite de maintenance préventive

conditionnelle ou systématique.

Remarque :

La réparation correspond à une action définitive. L’équipement réparé doit assurer les

performances pour lesquelles il a été conçu.Tous les équipements sont concernés.

II.5.3.Activités connexes :

Ces activités complètent les actions de maintenance citées précédemment et participent pour

une part non négligeable à l’optimisation des coûts d’exploitation.


Page 20

a-Maintenance d’amélioration :

L’amélioration des biens d’équipements consiste à procéder à des modifications, des

changements, des transformations sur un matériel. Dans ce domaine, beaucoup de choses

restent à faire. Il suffit de se référer à l’adage suivant : « on peut toujours améliorer ».

C'est un état d'esprit qui nécessite une attitude créative. Cependant, pour toute maintenance

d'amélioration une étude économique sérieuse s'impose pour s'assurer de la rentabilité du

projet.

Les améliorations à apporter peuvent avoir comme objectifs:

Augmentation des performances de production du matériel ;

Augmentation de la fiabilité (diminuer les fréquences d'interventions) ;

Amélioration de la maintenabilité (amélioration de l'accessibilité des sous-systèmes et des

éléments à haut risque de défaillance) ;

Augmentation de la sécurité du personnel et des conditions de travail ;

Augmentation de la qualité des prestations ou produits finis.

b-Rénovation :

Inspection complète de tous les organes, reprise dimensionnelle complète ou remplacement

des pièces déformées, vérification des caractéristiques et éventuellement réparation des pièces

et sous-ensembles défaillants, conservation des pièces bonnes.

La rénovation apparaît donc comme l'une des suites possibles d'une révision générale au sens

strict de sa définition.

c-Reconstruction :

Remise en l'état défini par le cahier des charges initial, qui impose le remplacement de pièces

vitales par des pièces d'origine ou des pièces neuves équivalentes.

d-Modernisation :

Remplacement d'équipements, accessoires et appareils ou éventuellement de logiciel

apportant, grâce à des perfectionnements techniques n'existant pas sur le bien d'origine, une

amélioration de l'aptitude à l'emploi du bien.

e-Sécurité :

La sécurité est l'ensemble des méthodes ayant pour objet, sinon de supprimer, du moins de

minimiser les conséquences des défaillances ou des incidents dont un dispositif ou une

installation peuvent être l'objet, conséquences qui ont un effet destructif sur le personnel, le

matériel ou l'environnement de l'un et de l'autre.


Page 21

II.6.Objectifs de la maintenance :

Ses différentes actions doivent assurer la rentabilité des investissements sur les matériels

del'unité de production ou de l'entreprise en maintenant le potentiel d'activité ;

C'est un moyen de consolider la compétitivité de l'entreprise. C'est ainsi que le responsable

de la maintenance doit aussi être un bon gestionnaire, afin qu'il puisse minimiser les coûts

de maintenance et planifier ces opérations dans le temps [6];

La maintenance est aussi concernée par la maitrise de qualité symbolisée par l'objectif des

Cinq zéros[6]:

a-Zéro pannes :objectifs naturels de la maintenance ;

b-Zéro défaut : outil de production en parfait état (tout défaut entraine un arrêt de production

d'où augmentation des coûts et des délais) ;

c-Zéro stocks,zéro délai : un outil de fabrication fiable permet une fabrication sans stock

(flux tendu) et une livraison sans délai ;

d-Zéro papier :il faut comprendre « zéro papier inutile », c'est à dire les papiers engendrés

par les erreurs, les défauts, les défaillances, les retards qui viennent alourdir le travail et

l'organisation.

II.7.Choix de type de maintenance :

II.7.1.Maintenance corrective :

Sera généralement réservée aux appareils dont l’indisponibilité a peu d’incidence sur la

production et dont le cout annuel supposé des réparations reste acceptable, ainsi évidemment

qu’aux pannes brutales ou imprévisibles [7].

II.7.2.Maintenance systématique :

Sera généralement employée :

- Pour les opérations de graissage ;

- Pour les vérifications obligatoires périodiques ;

- Pour le remplacement des pièces d’usure de faible cout (joints, garnitures, fusibles….)[7].

II.7.3.Maintenance conditionnelle :

Sera généralement employée :

- Aux machines vitales pour la production ;

- Aux appareils dont la panne compromettrait la sécurité ;

- Aux machines critiques dont les pannes sont fréquentes et onéreuses[7].


Page 22

II.7.4.Algorithme du choix de type de maintenance :

Non Oui

Non

Oui

Non

Oui

Non

Oui

Figure II.2 : Algorithme du choix de type de maintenance[7].

La panne sur

cette machine

A-t-elle une

incidence

importante sur la

production, sur

la sécurité ou

sur la qualité du

produit fini ?

Le cout de la

panne est-il

acceptable ?

Est-il possible

d’utiliser des

techniques de

surveillance ?

L’utilisation

de ces

techniques

est-elle

rentable ?

Maintenance

CONDITIONNELLE

Maintenance

SYSTEMATIQUE

Maintenance

CORRECTIVE


Page 23

II.8.Maintenance préventive conditionnelle :

Selon la norme FD X 60-000 :

Maintenance préventive basée sur une surveillance du fonctionnement du bien et/ou des

paramètres significatifs de ce fonctionnement et intégrant les actions qui en découlent [2].

D’après la définition AFNOR, La maintenance conditionnelle permet d’assurer le suivi du

matériel en service, et la décision d’intervention est prise lorsqu’il y a une évidence

expérimentale de défaut imminent ou d’un seuil de dégradation prédéterminé.

Le suivi de l’évolution des paramètres à l’aide (information d’un capteur, autodiagnostic,

mesure) permet de préciser la nature et la date des interventions, le paramètre suivi peut être :

Electrique (tension, intensité….) ;

Température ;

Un pourcentage de particules dans l’huile ;

Un niveau de vibration……

On choisit comme paramètre à suivre celui qui caractérise le mieux la dégradation des

composants ou la cause de la perturbation de fonctionnement [3].

II.8.1.Pratique de la maintenance conditionnelle :

II.8.1.1.Suivre l’évolution de « l’anomalie » :

Ce type de maintenance qui a pour objectif de ne changer un élément que lorsqu’il présente

des signes de vieillissement ou d’usure, le développement extraordinaire de l’électronique et

de l’informatique a permis l’utilisation à des couts raisonnables de capteurs de mesures et

techniques de traitement performants.La maintenance conditionnelle donne au responsable de

maintenance des outils et des moyens sans cesse croissant pour suivre son matériel (études

vibrations, analyse des huiles, analyse ultrasonique, thermographie…..), en diagnostiquer

l’état de fonctionnement, en dépister les pannes, prolonger la vie…

Dans la pratique, la maintenance conditionnelle se décompose en 4 phases distinctes qui

devront faire chacune l’objet d’une étude, d’une réflexion et d’un rapport. Il s’agit de

ladétection du défaut qui se développe, de l’établissement d’un diagnostic, de l’analyse de la

tendance et expertise des pièces après démontage [7].

a-Détection du défaut qui se développe :

A la mise en route de chaque équipement, les principales caractéristiques de base des

appareils sont enregistrées, notamment la signature vibratoire (si le paramètre


Page 24

vibratoires’avère être un paramètre intéressant de surveillance) et les divers paramètres de

fonctionnement (température, performances….).

Ces caractéristiques ou signature, serviront de référence pour suivre, par comparaison,

l’évolution d’éventuelles dégradations ultérieures.

b-Etablissement d’un diagnostic :

Dès qu’une anomalie est détectée par les outils de surveillance, le responsable d’entretien aura

la charge d’établir, dans la mesure du possible, un diagnostic concernant l’origine et la gravité

du défaut constaté.

c-Analyse de la tendance :

L’établissement du diagnostic permet à l’ingénieur de préjuger du temps dont il dispose, avant

la panne, pour laisser l’appareil fonctionner sous surveillance renforcée et prévoir la

réparation.

d-Expertise des pièces démontées :

Les résultats obtenus après chacune de ces trois phases qui constituent le fondement de la

maintenance conditionnelle, devront être confrontés à la réalité après chaque démontage par

une expertise approfondie des pièces défectueuses. Cette expertise, trop souvent négligée

permettra de vérifier la pertinence des paramètres de détection sélectionnés, d’affiner le

prochain diagnostic, d’ajuster les seuils de détections et de mieux estimer la courbe de

tendance.

II.8.2.Surveillance des équipements :

La surveillance des équipements permet d’assurer la sécurité de l’installation et

laContinuation de la production sans arrêt et avec efficacité.

L’évolution technologique a créé des méthodes et des outils de surveillance plus performants

dont les suivants font partie[8]:

II.8.2.1.Méthodes de surveillance :

II.8.2.1.1.Surveillance permanente"On-line":

Pour ce mode de surveillance, appelé aussi monitoring ou surveillance on line, les capteurs

sont installés à demeure sur la machine. Initialement destiné à assurer la sécurité d’un

équipement par son arrêt immédiat en cas de dépassement du seuil de danger par la valeur

d’un indicateur. Ce mode de surveillance évolue de plus en plus, en parallèle avec les

évolutions techniques des systèmes d’acquisition multivoies, de la micro-informatique et la

réduction des coûts des capteurs et de transmission de données, vers une forme desurveillance


Page 25

adaptée aux concepts de maintenance conditionnelle. Du fait de la multiplicité du nombre de

capteurs utilisés, ce mode de surveillance, qui nécessite un investissement initial important,

était historiquement réservé aux machines stratégiques ou dangereuses :

Dont on connaît bien le processus de dégradation et pour lequel on a pu définir un

indicateur parfaitement représentatif du défaut et un seuil bien connu. Le meilleur exemple

étant le suivi du balourd dû à l’encrassement du panier d’une centrifugeuse ou de la turbine

d’un ventilateur ;

Dont la vitesse de dégradation peut être très rapide et incompatible avec une surveillance

périodique [8].

Figure II.3:Installation"On-line".

a-Avantages de la surveillance permanente :

Un suivi permanent des valeurs des indicateurs choisis ;

Une détection possible des défauts à évolution rapide ;

Une association possible et facile avec d’autres paramètres procédés : température, vitesse,

charge, intensité absorbée, pression… ;

Un arrêt automatique de l’installation, envisageable sur alarme ;

La possibilité de centraliser les données visualisées en salle de contrôle.

b-Inconvénients de la surveillance permanente :

La génération fréquente de fausses alarmes qui décrédibilisent rapidement le système de

surveillance auprès de l’exploitant, qui le met souvent hors service ou élève sensiblement

les seuils ;

Par fois ne détectant pas l’origine de la panne ;

Et pour tout système quel que soit son degré de sophistication : le coût de sa maintenance

et surtout celui du remplacement des capteurs, câbles et connecteurs, qui supportent

souvent très mal le manque de soin de la part des équipes qui assurent la maintenance et les

réparations, souvent sous la contrainte de l’urgence.


Page 26

II.8.2.1.2.Surveillance périodique"Off-line":

Les mesures sont effectuées par un opérateur à échéance programmée, à l’aide d’un appareil

portable le plus souvent informatisé appelé « collecteur de données ».

Ce type d’appareil permet de mettre sous surveillance un grand nombre de machines pour un

coût initial faible, puisque l’investissement en capteurs, câbles et connecteurs est réduit (un

seul capteur et un seul câble suffisent).

Les valeurs des indicateurs mesurées ou calculées sont stockées automatiquement dans la

mémoire du collecteur, puis transférées à l’issue de chaque collecte dans celle d’un micro-

ordinateur, afin d’être analysées [8].

La périodicité des collectes est déterminée pour chaque machine surveillée en fonction des

critères suivants:

Sa criticité dans le procédé ;

Sa vitesse de fonctionnement ;

L’historique des pannes qui l’ont affectée ;

Son état de vétusté ;

L’expérience acquise sur des machines de même type ;

La durée de vie statistique des pièces d’usure.

Figure II.4:Installation "Off-line".

a-Avantages de la surveillance périodique :

Le principal avantage de la surveillance périodique sur la surveillance continue est le faible

coût de l’investissement de base au regard du nombre de machines qui peut être surveillées

avec un seul appareil et un ou deux capteurs.

b-Inconvénients de la surveillance périodique :

Le risque d’apparition entre deux collectes d’un défaut engageant un processus de

dégradation rapide et qui risque d’entraîner une panne avant la collecte suivante.


Page 27

c-Domaine d’application de la surveillance périodique :

La surveillance périodique est, en général, réservée aux machines pour lesquelles :

Le risque d’apparition d’un processus de dégradation brutal est très faible ;

La sécurité des personnes ou de l’environnement ne représentent pas un facteur de risque

déterminant et permanent [8].

II.8.3.Outils de la maintenance préventive conditionnelle :

Outils utilisés dans les analyses périodiques, et qui sont les suivants :

II.8.3.1.Analyse vibratoire :

Outil périodique sous forme d’appareil portable avec un seul capteur branché à un câble

(Off-line).

Les vibrations d’une machines peuvent être considérées comme une manifestation extérieure

des forces intérieures. En effet l’analyse de leurs signaux donne des informations sur les

processus de dégradations internes

Il existe deux niveaux d’investigation :

La mesure de niveau global permet de qualifier un état général par comparaison à des

normes ou à des mesures précédentes ;

L’analyse spectrale permet de diagnostiquer l’origine des défauts et de suivre l’évolution

en fonction du temps [3].

Figure II.5 : Analyse vibratoire.

II.8.3.2.Analyse d’huile :

Pour une machine, le lubrifiant est comparable au sang chez l’être humain. Il reflète le

comportement et l’état du système dans lequel il circule.

Le suivi de ses caractéristiques physico-chimiques permet d’apprécier l’état de dégradation de

l’huile et de connaitre son aptitude à remplir totalement ses fonctions initiales de lubrification.


Page 28

L’évolution de cette dégradation peut être un indicateur des conditions d’exploitation de

l’équipement.

Le suivi de leur contamination permet :

De situer l’organe défectueux, d’apprécier l’évolution et le type d’usure dans le cas d’une

pollution par des particules internes ;

D’apprécier la nature et l’origine des agents extérieurs ;

On prend comme référence les caractéristiques de l’huile neuve et on compare les résultats

obtenus à chaque analyse. Si l’on constate une évolution brutale des caractéristiques ou si

l’on atteint des valeurs trop éloignées des valeurs initiales, il faut soit intervenir au niveau

de matériel, soit remplacer l’huile [3].

Figure II.6 : Analyse d’huile.

II.8.3.3.Thermographie infrarouge :

Tout corps dont la température et supérieure à zéro degré absolu émet un rayonnement

électromagnétique. Par conséquent, on peut détecter ce rayonnement sous forme de sensation

de chaleur.

La thermographie infrarouge est la technique permettant de mesurer, par l’intermédiaire d’un

détecteur, la puissance du rayonnement électromagnétique dans le spectre des infrarouges,

émis par chaque point d’une scène ou d’un objet observé. Le détecteur ou caméra infrarouge

reçoit ce rayonnement, le convertit en signal électrique et reconstitue sur un écran une image

thermique visible de l’objet émetteur. Cette image est le thermogramme.

Le thermogramme est constitué par l’ensemble des points de valeurs de mesures thermiques.

Ces valeurs thermiques (en °c) sont obtenues par transcription des valeurs radiométriques

données par la caméra infrarouge [3].


Page 29

Figure II.7 : Thermographie infrarouge.

II.8.3.4.Analyse ultrasonique :

Les signaux ultrasoniques sont envoyés par un palpeur placé sur la surface de la pièce. En

traversant les différentes couches, les ondes ultrasoniques sont réverbérées aux couches

limites et renvoyées au palpeur. Connaissant la vitesse de propagation des ultrasons dans le

matériau, l’intervalle de temps qui s’écoule entre l’émission et la réception des signaux est

exploité par un microprocesseur pour définir l’épaisseur totale et celle des couches

individuelles. La fréquence des ondes ultrasoniques est choisie en fonction des

caractéristiques du matériau à contrôler. En généralpour le contrôle d’épaisseur, cette

technique est aussi employer pour déterminer la profondeur des défauts internes d’un

matériau [3].

Figure II.8 : Analyse ultrasonique.

Remarque :

Etant donné que le[On-line] qui parfois ne détectant pas l’origine de la panne on fait recours

aux outils de l’analyse périodique qui la détecte.


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II.8.4.Objectifs visés par la maintenance conditionnelle :

Elimination de fait des pannes inattendues (fiabilité et productivité supérieures) ;

Elimination des dommages dérivés (ex : un simple défaut de roulement finit par détruire

une boite de transmission) ;

Elimination du gaspillage des pièces de rechange (pas de remplacement des composants en

bon état) ;

Réduction du stock de pièces de rechange (la technique permet de prévoir les besoins) ;

Réduction des arrêts de production ;

Durée de réparation réduite (l’action nécessaire est planifiée) [7].

II.8.5.Points forts de la maintenance conditionnelle (Avantages)[7]:

Une amélioration de la productivité de l’entreprise :

La réduction du nombre d’arrêts intempestifs de la production et la planification des heures de

réparation pendant les heures creuses de production, permettent une optimisation de la

productivité de l’entreprise, avec une fiabilité au moins égale à une maintenance

systématique.

Une augmentation de la longévité du matériel :

Le matériel étant suivi selon son état de fonctionnement n’est plus remplacé

systématiquement, et la surveillance permet d’éliminer, au fur et à mesure de leur apparition,

des défauts mineurs qui pourraient l’endommager.

Un contrôle du matériel mieux géré :

Après les premières visites effectuées à intervalles fixés arbitrairement, la périodicité des

contrôles sera définie en fonction des besoins et de l’état réels du matériel contrôlé. La

fréquence des visites sera donc optimisée en offrant un maximum de sécurité pour un

minimum de temps consacré aux contrôles.

Un cout des réparations moins élevé :

Une machine qui casse, occasionne des dégâts et des couts de réparation supérieurs à ceux

d’une réparation effectuée avant la rupture. Une réparation »catastrophe », effectuée en

urgence, se paie beaucoup plus cher qu’une intervention programmée.

La diminution des stocks de production :

La probabilité du nombre de pannes « catastrophe » étant limitée, la nécessité de la création

de stocks tampon importants pour « faire face » s’en trouve d’autant diminuée (flux tendu).


Page 31

La limitation des pièces de rechange :

Le risque de panne étant détecté à l’avance, la remise en état étant planifiée, la liste des pièces

de rechange peut être allégée. De plus, celles-ci seront commandées dans de meilleures

conditions de prix et de délais.

Une amélioration de la sécurité :

Le contrôle de l’évolution de paramètres définis permet de détecter l’anomalie avant

l’accident, de l’éviter ou d’en diminuer les conséquences.

Une meilleure crédibilité du service entretien :

La nécessité des réparations est moins « subjective » du fait de la trace écrite de l’état de

« santé » de l’appareil. Cette méthodologie plus rationnelle permet d’augmenter la crédibilité

du service entretien auprès de l’ingénieur production et de la direction générale de

l’entreprise.

Une plus grande motivation du personnel demaintenance :

Grace à un matériel de haute technologie et avec des résultats prouvés, le service maintenance

devient vite un service reconnu, estimé et consulté.

Une image de marque de la société rehaussée :

La maintenance fait partie intégrante de la qualité. La maintenance conditionnelle assure un

meilleur entretien de l’appareil de production, permettant l’élaboration d’un produit de qualité

avec le respect des délais.

La maintenance conditionnelle permet aussi un meilleur service après-vente, assurant le

renom du fournisseur.

II.8.6.Inconvénient de la maintenance conditionnelle[7]:

Nécessite une équipe de maintenance formée en essais non-destructifs. Niveau technologique

plus élevé.

NB :

Pour faciliterle choix dela politique de maintenance nécessaire pour protéger et augmenter la

durée de vie des machines telle que la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07», une loi de

Pareto et la courbe ABC sontnécessaires.


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II.9.Loi de Pareto et la courbe ABC :

II.9.1.Diagramme de Pareto :

Le diagramme de Pareto est un outil statistique qui permet d'identifier l'importance relative de

chaque catégorie dans une liste d'enregistrements, en comparant leur fréquence d'apparition.

Un diagramme de Pareto est mis en évidence lorsque 20 % des catégories produisent 80 % du

nombre total d'effets. Cette méthode permet donc de déterminer rapidement quelles sont les

priorités d'actions. Si on considère que 20 %des causes représentent 80% des occurrences,

agir sur ces 20 % aide à solutionner un problème avec un maximum d’efficacité [9].

II.9.2.Définition de la méthode ABC :

La méthode ABC est un moyen objectif d’analyse.Elle permet de classer les éléments qui

représentent la fraction la plus importante du caractère étudié, en indiquant les pourcentages

pour un caractère déterminé [9].

II.9.3.But de la méthode ABC :

L’exploitation de cette loi permet de déterminer les éléments les plus pénalisants afin d’en

diminuer leurs effets.

Diminuer les couts de maintenance ;

Améliorer la fiabilité des systèmes. Justifier la mise en place d’une politique de

maintenance [9].

II.10.Etude de la FMD (Fiabilité, Maintenabilité, Disponibilité) :

II.10.1.Fiabilité :

II.10.1.1.Définition AFNOR :

« La fiabilité est la caractéristique d’un dispositif exprimée par la probabilité que ce dispositif

accomplisse une fonction requise dans des conditions d’utilisation données et pour une

période de temps déterminée ».

La fiabilité est l’aptitude d’une entité à accomplir une fonction requise, dans des conditions

données, pendant un intervalle de temps donné [4].

II.10.1.2.Différents types defiabilités :

a-Fiabilité intrinsèque :

Elle est propre à un matériel et à un environnement donné et ne dépend que de ce matériel [9].

b-Fiabilité extrinsèque :

Elle résulte des conditions d'exploitation, de la qualité de la maintenance, d'une manière

générale d'événement relatif à l'intervention humaine.


Page 33

c-Fiabilité implicite :

Basée sur l'expérience et dont le but est de réduire la fréquence et la durée des arrêts.

d-Fiabilité explicite :

Dont le concept est formé mathématiquement, elle permet de déterminer rigoureusement le

degré de confiance dans le matériel.

II.10.1.3.Principales lois de probabilité utilisées en fiabilité :

Dans les études de fiabilité des différents équipements, une variable aléatoire continue ou

discrète peut être distribuée suivant diverses lois,

Variable aléatoire continue : intervalle de temps entre défaillance consécutive d’un

matériel.

Variable discrète : nombre de défaillance d'un matériel sur une période donnée ou pour une

quantité fabriquée [9].

II.10.1.3.1.Loi exponentielle :

Elle est la plus couramment utilisée en fiabilité électronique pour décrire la période durant

laquelle le taux de défaillance des équipements est considéré comme constant. Elle décrit le

temps écoulé jusqu’à une défaillance, ou l’intervalle de temps entre deux défaillances

successives [10].

II.10.1.3.2.Loi normale :

C’est une loi continue à deux paramètres; la valeur moyenne et l’écart type caractérise la

dispersion autour de la valeur moyenne. Elle est la plus ancienne, utilisée pour décrire les

phénomènes d’incertitudes sur les mesures, et ceux de fatigue des pièces mécaniques.

II.10.1.3.3.Loi binomiale :

La loi binomiale est une loi discrète. On l’applique pour décrire un phénomène ayant deux

occurrences s’excluant mutuellement (succès ou échec, état défaillant ou en fonctionnement

par exemple). En fiabilité cette loi représente la probabilité de voir k défaillances de matériels

lors de l’exécution de n essais, sachant que la probabilité élémentaire de défaillance d’un

matériel est P.

Sa variance : 𝐕 = 𝐧𝐏(𝟏 − 𝐏)(II.1)

Son écart type :𝛔 = 𝐧𝐏(𝟏 − 𝐏)(II.2)


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II.10.1.3.4.Loi log-normale (ou loi de GALTON):

Soit une VA continue positive, si la variable y = Log(x)est distribuée selon une loi normale, la

variable x suit une loi log-normale.De nombreux phénomènes de mortalité ou de durée de

répartition sont distribués selon des lois log-normale.

II.10.1.3.5.Loi de POISSON ou loi de faibles probabilités :

La réalisation d’évènements aléatoires dans le temps se nomme « processus de POISSON »et

caractérise une suite de défaillances indépendantes entre elles et indépendantes du temps. La

loi de POISSON est une loi discrète, elle exprime la probabilité d’apparition d’un évènement

lorsque celui-ci peut se manifester de nombreuses manières mais avec une faible probabilité.

II.10.1.3.6.Loi de WEIBULL :

C’est une loi continue à trois paramètres, donc un emploi très souple. Elle peut s’ajuster à

toutes sortes de résultats expérimentaux. Cette loi a été retenue pour représenter la durée de

vie des pièces.

II.10.1.4.Paramètres nécessaires à la mesure de fiabilité :

a-Densité de probabilité f(t) :

Probabilité d’avarie au temps (t) ; (probabilité d’avoir une seule avarie au temps (t)) [11].

b-Fonction de répartition F(t) :

Probabilité d’avarie cumulée au temps de 0 à t.

c-Fonction de fiabilité R(t) :

Probabilité de non-défaillance dans l’intervalle de temps [0, t] c’est-à-dire la probabilité

dedéfaillance au-delà du temps (t). C’est la fonction complémentaire de la fonction de

répartition.

d-Taux de défaillance λ(t) :

Probabilité d’avarie au temps (t + ∆t) d’un dispositif qui était en bon fonctionnement au début

de l’unité de temps (t) [11].

En pratique, le taux d’avarie λ peut être constant, mais aussi croissant ou décroissant au cours

du temps, avec changement graduel, sans discontinuité.

Pour la majorité des produits industriels, la variation de λ(t) au cours du temps est présentée

comme suit (Figure II.9) [12] :


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Figure II.9 : Courbe en baignoire.

Zone1 : Période de jeunesse : c’est le début de la vie du produit et les défaillances sont

dites de jeunesse. Le taux de défaillance λ décroît rapidement au cours du temps.

Préventions possibles : rodage, contrôles et testes renforcés avant livraison, etc.

La loi de WEIBULL (avec β<1) est utilisable pour décrire ce type de défaillance.

Zone2 : Période de bon fonctionnement : c’est la zone de maturité ou de pleine activité du

produit pour laquelle le taux de défaillance λ est sensiblement constant. C’est également le

domaine des défaillances imprévisibles se produisant de façon aléatoire.

La loi de WEIBULL (avec β=1) est utilisable pour décrire ce type de défaillance.

Zone3 : Période de vieillissement : c’est la période de fin de vie du produit caractérisée par

des défaillances dues à l’âge ou à l’usure des composants. λ croit rapidement avec le

temps, du fait de la dégradation du matériel (usures mécaniques, phénomène de fatigue et

dérive des composants électriques……).

La loi de WEIBULL (avec β>1) est utilisable pour décrire ce type de défaillance [12].

e-MTBF :

Le temps moyen jusqu’à défaillance (ou moyenne des temps de bon fonctionnement) est[10]:

𝐌𝐓𝐁𝐅 = 𝐭𝐞𝐦𝐩𝐬 𝐝𝐞 𝐛𝐨𝐧 𝐟𝐨𝐧𝐜𝐭𝐢𝐨𝐧𝐧𝐞𝐦𝐞𝐧𝐭

𝐍𝐨𝐦𝐛𝐫𝐞 𝐝′ 𝐢𝐧𝐭𝐞𝐫𝐯𝐚𝐥𝐥𝐞𝐬 𝐝𝐞 𝐭𝐞𝐦𝐩𝐬 𝐝𝐞 𝐛𝐨𝐧 𝐟𝐨𝐧𝐜𝐭𝐢𝐨𝐧𝐧𝐞𝐦𝐞𝐧𝐭= 𝐀𝛈 + 𝛄(II.3)


Page 36

II.10.1.5.Utilisation de WEIBULL :

La loi de WEIBULL est utilisée en fiabilité, en particulier dans le domaine de la mécanique.

Cette loi a l’avantage d’être très souple et de pouvoir s’ajuster à différents résultats

d’expérimentations. La loi de WEIBULL est une loi continue à trois paramètres[10]:

a-Paramètre de forme β :

C’est un paramètre sans dimension. Il détermine la forme de la distribution f(t) des

défaillances d’un système et que sa valeur caractérise chacune des trois phases du cycle de vie

d’un système :

β < 1 phase de jeunesse avec défaillances de défauts de fabrication ou de montage ;

β = 1 phase de maturité avec défaillances aléatoires. Ce cas particulier correspond au taux de

défaillance constant ;

β > 1 phase de vieillesse avec apparition d’un mode de défaillance prédominant caractérisé

par β [4].

b-Paramètre d’échelle η :

Caractérisant le choix d’une échelle. Il s’exprime dans la même unité de temps (heures ou

cycles) que les TBFi[4].

c-Paramètre de localisation γ :

Également nommé paramètre de décalage ou de position, il s’exprime en unité de temps. Il

indique la date de l’apparition du mode de défaillance caractérisé par β.

Si γ > 0, il y a survie totale entre t = 0 et t = γ ;

Si γ = 0, les défaillances débutent à l’origine des temps ;

Si γ < 0, les défaillances ont débuté avant l’origine des temps relevés, ce qui montre que la

mise en service de l’équipement étudié a précédé la mise en historique des TBF[4].

Donc[4] :

Densité de probabilité :𝐟 𝐭 =𝛃

𝛈 𝐭−𝛄

𝛈 𝛃−𝟏

𝐞𝐱𝐩 − 𝐭−𝛄

𝛈 𝛃

avect ≥ γ (II.4)

Fonction de répartition:𝐅 𝐭 = 𝟏 − 𝐞𝐱𝐩 − 𝐭−𝛄

𝛈 𝛃

(II.5)

Fiabilité : 𝐑 𝐭 = 𝐞𝐱𝐩 − 𝐭−𝛄

𝛈 𝛃

= 𝟏 − 𝐅(𝐭) (II.6)

Taux de défaillance : 𝛌 𝐭 =𝛃

𝛈 𝐭−𝛄

𝛈 𝛃−𝟏

(II.7)

Si γ = 0 𝛌 =𝟏

𝐌𝐓𝐁𝐅


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β = 1

II.10.1.6.Préparation des données :

1-Calcul des Temps de bon fonctionnement TBF ;

2-Classement des temps de bon fonctionnement en ordre croissant ;

3-N = nombre de Temps de bon fonctionnement ;

4-Recherche des données F(i) ;

Les N valeurs de durées de bon fonctionnement TBF obtenues en exploitation seront classés

par valeurs croissantes selon un ordre i allant de, i = 1 ài = N. L’ordre i = n(t) représente la

ième défaillance de l’échantillon. F(i) est la probabilité cumulative de défaillance sur (0, t).

Suivant la taille N de l’échantillon, il est recommandé d’estimer la fiabilité R(i) par les

approximations suivantes :

Si N>50[4]:

𝐅 𝐢 =𝐍𝐢

𝐍 (II.8)

Pourcentage de dispositifs n’ayant pas subi de défaillance entre 0 et t;

Si 50>N>20, formule des rangs moyens[4]:

𝐅(𝐢) =𝐍𝐢

𝐍+𝟏(II.9)

Si 20>N, formule des rangs médians[4]:

𝐅(𝐢) =𝐍𝐢−𝟎,𝟑

𝐍+𝟎,𝟒 (II.10)

5-déterminer le paramètre d’échelle η ;

6-déterminer le paramètre de forme β.

II.10.2.Maintenabilité:

II.10.2.1.Définition du projet CEN :

Dans des conditions données, la maintenabilité est l’aptitude d’un bien à être maintenu ou

rétabli dans un état ou il peut accomplir une fonction requise, lorsque la maintenance est

accomplie dans des conditions données, en utilisant des procédures et des moyens prescrits

[4].

II.10.2.2.Définition probabiliste :

« Probabilité de rétablir un système dans des conditions de fonctionnement spécifiées, en des

limites de temps désirées, lorsque la maintenance est accomplie dans des conditions et avec

des moyens prescrits»[4].

𝐌 𝐭 = 𝟏 − 𝐞−𝛍𝐭(II.11)


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La maintenabilité est caractérisée par la moyenne des temps techniques de réparation MTTR

(MEAN TIME TO REPAIR)[4]:

MTTR= 𝐓𝐓𝐑

𝐍(II.12)

TTR : (TIME TO REPAIR), ou temps technique de réparation.

II.10.2.3.Taux de réparation μ:

La probabilité de réparation d'un composant est principalement depuis l'instant de défaillance.

Il existe un certain délai t avant que le composant puisse être réparé. Ce délai t comprend le

temps de détection et le temps d’attente de l’équipe de réparation. Il s'y ajoute le temps de

réparation proprement [9].

𝛍 =𝟏

𝐌𝐓𝐓𝐑(II.13)

II.10.2.4.Amélioration de la maintenabilité:

Le maintenancien doit améliorer la maintenabilité par les actions suivantes :

Disponibilité de la documentation tenue à jour du matériel ;

Utilisation des systèmes d'aide au diagnostic ;

Utilisation des capteurs intégrés pour la localisation de la panne ;

Disponibilité des accessoires outillages[9].

II.10.3.Disponibilité :

II.10.3.1.Rappel de la définition du projet CEN WI 319-003 :

« Aptitude d’un bien à être en état d’accomplir une fonction requise dans des conditions

données, à un instant donné ou durant un intervalle de temps donné, en supposant que la

fourniture des moyens extérieurs est assurée »[4].

II.10.3.2.Types de disponibilité :

a-Disponibilité intrinsèque:

Cette disponibilité est évaluée en prenant en compte les moyennes de bon fonctionnement et

les moyennes de réparation, ce qui donne[4] :

𝐃𝐢 =𝐌𝐓𝐁𝐅

𝐌𝐓𝐁𝐅+𝐌𝐓𝐓𝐑(II.14)

b-Disponibilité instantanée :

Pour un système avec l'hypothèse d'un taux de défaillance λ constante et d'un taux de

réparation μ constant, la disponibilité instantanée est[4]:

𝐃 𝐭 =𝛍

𝛌+𝛍+

𝛌

𝛌+𝛍𝐞−(𝛍+𝛌)𝐭(II.15)


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II.10.3.3.Amélioration de la disponibilité :

L’allongement de la MTBF(action sur la fiabilité) ;

La réduction de la MTTR(action sur la maintenabilité) [9].

II.10.4.Indicateurs opérationnels de la FMD :

La Figure suivante shématise les états successifs que peut prendre un système réparable [4]:

Figure II.10 : Vie d’un système, évolution dans le temps.

MTTF (mean time to [first] failure) : Temps moyen avant première défaillance ;

MTBF (mean time between failure) : Temps moyen entre deux défaillances successives ;

MDTou MTI (mean down time) : Temps moyen d’indisponibilité ou temps moyen d’arrêt

propre ;

MUT (mean up time) : Temps moyen de disponibilité ;

MTTR (mean time to repair) : Temps moyen de réparation [4].


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II.10.5.Relation entre les notions FMD :

Figure II.11 : Relation entre les notions FMD.

Pour qu’un matériel soit disponible il faut s'assurer que sa fiabilité est optimum et qu'il est

aussi maintenable [9].

II.11.Conclusion :

Pour augmenter la durée de vie d’une machine et pour obtenir un équipement fiable telle que

la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» il faut donc appliquer la maintenance

conditionnelle qui consiste à suivre notre machine d’une façon préventive afin de réduire

toute probabilité de défaillance et qui consiste aussi à profiter au maximum des pièces

utiliséessuite aux prévisions (maintenance prévisionnelle), par contre la maintenance

systématique, elle consiste à changer les pièces systématiquement selon des intervalles

prédéterminer ou selon le nombre d’unité d’usage même si la pièce est dans un bon état, donc

cette maintenance est couteuse par rapport à celle conditionnelle. Il est à noter également que

parfois dans la maintenance systématique les précisions ne sont pas exactes puisque la pièce

est usée avant même le temps prévu ce qui influence sur d’autre pièces. Par conséquent la

fiabilité de l’équipement se trouve réduite. En fin, la maintenance conditionnelle et ses outils

sont le choix exact pour assurerune meilleure fiabilité des équipements.


Page 41

CHAPITRE III : analyse FMD de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 »

Page 41

III.1.Introduction :

Dans ce chapitre, nousallons faire une investigationexpérimentale sur les indicateurs FMD de

la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 », afin de connaitre son état et son comportement.

Ceci en se référant à son historique. Avant d'aborder cette partie, nous allons tout d'abord

présenter quelquesnotions générales sur les pompes.

III.2.Généralités sur lespompes[9] :

III.2.1.Définition:

Les pompes sont des appareils qui génèrent une différence de pression entre les tubulures

d’entrée et de sortie.

Du point de vue physique, la pompe transforme l’énergie mécanique de son moteur

d’entraînement en énergie hydraulique.

III.2.2.Différents types depompes :

Il existe différentes pompes qui peuvent se classer en deux grandes familles :

Pompes volumétriques ;

Pompes centrifuges.

L’utilisation d’un type de pompes ou d’un autre dépend des conditions d’écoulement du

fluide. De manière générale, si on veut augmenter la pression d’un fluide on utilisera plutôt

les pompes volumétriques, tandis que si on veut augmenter le débit on utilisera plutôt les

pompes centrifuges.

Figure III.1 : Domaine d’utilisation des pompes.

III.2.2.1.Pompes volumétriques :

Les pompes volumétriques sont constituées d'un volume hermétiquement clos (corps de

pompe) à l'intérieur duquel se déplace un élément mobile engendrant soit une dépression à

l'aspiration, soit l'impulsion nécessaire au refoulement afin de vaincre la contre pression

régnant à l'aval de la pompe, soit enfin l'une et l'autre de ces fonctions et permettant ainsi le

transfert d'un volume de liquide, de viscosité plus ou moins importante, depuis l'aspiration


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vers le refoulement. Le fluide véhiculé étant incompressible, ces pompes sont toujours

équipées d'un dispositif de sécurité d'excès de pression associé. Les pompes volumétriques

caractérisées par une grande diversité d'emploi et une grande variété de réalisations

technologiques.

III.2.2.2.Pompes centrifuges :

III.2.2.2.1.Description :

Les pompes centrifuges sont destinées à véhiculer les liquides à un débit de refoulement

important avec une faible pression comparativement aux pompes volumétriques.

a-Principe de fonctionnement d'une pompe centrifuge :

On peut décomposer le fonctionnement en deux étapes :

a-1.Aspiration :

Le liquide est aspiré au centre de la roue par une ouverture appelée distributeur dont le rôle est

de conduire le fluide depuis la conduite d’aspiration jusqu’à la section d’entrée de la roue.

La pompe étant amorcée, c’est à dire pleine de liquide, la vitesse du fluide qui entre dans la

roue augmente et par conséquent la pression dans l’ouïe diminue et engendre ainsi une

aspiration et maintient l’amorçage.

a-2.Refoulement :

La roue transforme l’énergie mécanique appliquée à l’arbre de la machine en énergie

cinétique.

A la sortie de la roue, le fluide se trouve projeté dans la volute dont le but est de collecter le

fluide et de le ramener dans la section de sortie.

b-Critères de choix d’une pompe centrifuge :

Une pompe centrifuge doit être choisie selon les caractéristiques réelles de l’installation.

Les données nécessaires pour un dimensionnement correctsont:

Le débit désiré ;

La hauteur géométrique à l’aspiration ;

La hauteur géométrique au refoulement ;

Le diamètre de la conduite.

III.2.2.2.2.Avantages et inconvénients des pompes centrifuges :

a-Avantages:

Faible encombrement ;

Bruit négligeable ;


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Simplicité de construction ;

Régularité dans le fonctionnement ;

Aptitude au fonctionnement à grande vitesse, donc l’accouplement peut se faire

directement avec des moteurs électriques ou des moteurs diesels.

b-Inconvénients:

A faible débit et aux grandes hauteurs de refoulement, le rendement diminue ;

Phénomène de cavitation en cas de fuite d’air dans la conduite d’aspiration ;

Diminution de la hauteur de refoulement en cas de fuite d’air dans la conduite d’aspiration

III.2.3.Moteurs asynchrones :

La machine asynchrone, souvent appelée moteur à induction comprend un stator et un rotor,

le stator est formé d’une carcasse ferromagnétique qui contient trois enroulements (trois

bobines) électrique. C’est la partie fixe du moteur. Le passage d’un courant dans les

enroulements crée un champ magnétique à l’intérieur du stator, dans ce moteur le stator est

l’inducteur (celui qui « induit », qui crée le champ magnétique).

Au centre de stator se trouve le rotor. Le rotor c’est l’élément en rotation qui transmet la

puissance mécanique. Il est soumis au champ magnétique créé par le stator. Pour le moteur

asynchrone, le rotor est l’induit (celui qui subit les courants « induits »).

Figure III.2 : Eléments de constitution d'une machine asynchrone.


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III.2.4.Accouplement:

III.2.4.1.Définition:

Les accouplements sont des dispositifs qui assurent une liaison entre l’arbre moteur et l’arbre

d’une machine, ce qui permet de transmettre la puissance du moteur à la machine concernée.

Dans cette fonction :

Ils offrent la possibilité de dissocier deux arbre lorsqu’il est nécessaire ;

Ils tolèrent les petits défauts d’alignement dû au déplacement des matériels en service.

III.2.4.2.Critères de choix d’un accouplement :

Le choix d’un accouplement tient compte des critères suivants :

La durée de vie ;

Le facteur d’amortissement ;

L’encombrement ;

Les erreurs admissibles de centrage ;

L’inertie des masses ;

La facilité de montage.

III.3.Etude technique de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» :

III.3.1.Introduction :

La pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» est une pompe centrifugeuse à aspiration axiale et

refoulement verticale.Elle est classée dans la catégorie « A » au niveau de l'usine LAC

(laminage à chaud), salle des pompes, car elle fait partie des machines les plus

stratégiques.Ainsi la norme ISO 2372, la classe parmi le type de machines moyenne puisque

la puissance de son moteur est de 185 kW.


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III.3.2.Caractéristiques de la pompe :

Débit : 1080 m3/h ;

Pression : 5 Bar ;

Roulements :

POMPE

Type roulement NU314EG15 6412

Elément roulant Roulement à rouleaux Roulement à une rangée de billes à

contact radial ouvert

Coté Coté libre Coté accouplement

Dimensions

Caractéristiques - d =70 mm ;

- D =150mm ;

- B =35 mm ;

- F=89mm ;

- E =133 mm.

- Diamètre alésage (d) = 60 mm ;

- Diamètre extérieur (D)= 150 mm ;

- Largeur de bague intérieure et extérieure

(B, C)= 35 mm ;

- Vitesse limite graisse 4200 Tr/min ;

- Vitesse limite huile 5100 Tr/min ;

- Cage en acier ;

- Poids : 2,87 Kg.

Tableau III.1: Roulements de lapompe [13].


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III.3.3.Principaux défauts possibles: (causes et remèdes) :

Tableau III.2 : Principaux défauts (causes et remèdes) [14].

Causes et remèdes

Principaux défauts

Causes Remèdes

Débit trop faible

- Corps de pompe ou

tuyauterie d’aspiration

insuffisamment remplis.

- Vérifier et compléter le

remplissage

- Mauvais sens de rotation du

moteur

- Permuter 2 phases sur les

bornes d’alimentation

électrique du moteur

Vibration du groupe

- Poches d’aire dans la

tuyauterie

- Vérifier et dégazer les

tuyauteries

- Débit trop faible - Vérifier les tuyauteries

d’aspiration et de

refoulement (vannes, clapet,

et la contre pression)

Pression insuffisante

- Présence d’air - Vérifier et dégazer

- Défaut mécanique - Consulter FLOWSERVE

Température du corps de

pompe trop élevée

- Tuyauterie (vannes, clapet,

filtre...)

- Vérifier, démonter et

nettoyer

- Mauvais sens de rotation du

moteur

- Permuter 2 phases sur les

bornes d’alimentation

électrique du moteur


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III.3.4.Caractéristiques techniquesdu moteur :

Cette pompe est accouplée (accouplement élastique) avec un moteur asynchronequi présente

les caractéristiques techniquessuivantes :

Vitesse : 1479 Tr/min ;

Roulements :

MOTEUR

Type roulement 6318C3 NU 322MC3

Elément roulant Roulement à bille Roulement à rouleaux

Coté Coté libre Coté accouplement

Dimensions

Caractéristiques

- Diamètre alésage (d) = 90 mm ;

- Diamètre extérieur (D)= 190 mm ;

- Largeur dela bague intérieure et

extérieure (B, C)= 43 mm ;

- Vitesse limite graisse 3300 Tr/min ;

- Vitesse limite huile 4000 Tr/min ;

- Poids : 5,05 Kg ;

- Cage en acier.

- d3 max = 139 mm ;

- D1 min = 227mm ;

- r1 max= 3 mm ;

- r2 max= 3 mm.

Tableau III.3 :Roulements moteur [13].


Page 48

Figure III.3 : Pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» et moteur.

1 : Coté libre moteur ;

2 : Coté accouplement moteur ;

3 : Coté accouplement pompe ;

4 : Coté libre pompe.

III.3.5.Principe de fonctionnement :

La pompe FLOWSERVE est installée dans un circuit semi fermé, elle absorbe l’eau par

aspiration axiale et la refoule verticalement. Cette eau refoulée va refroidir les SKIDES et

retourne vers la pompe pour être aspirée et refoulée de nouveau(Opération en continu).

NB :

Cette opération de pompage sert à refroidir les SKIDS qui supportent les brames à l’intérieur

du four afin d’éviter leur usure suite à la forte température (usure qui fait cesser le

fonctionnement du four).

III.4.Historique de la pompeFLOWSERVE ME 300/450 «T07» :

Durant notre stage au niveau de l'entreprise nous avons rassemblé les informations suivantes

concernant l'historique de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» (Tableau III.4). Il est à

noter également que durant mon séjour au LAC, l'entreprise était en arrêt pour des opérations

de rénovation.


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N° Date et heure début d'arrêt

Date et heure fin d'arrêt

Durée d’arrêt

Cause d’arrêt

1 04/05/2014 09:00:00 04/05/2014 09:40:00 00:40:00 - Graissage palier pompe (Bruit

anormal, échauffement).

2 27/05/2014 09:00:00 27/05/2014 11:00:00 02:00:00 - Changement de tresse

(Pression insuffisante).



4 02/07/2014 09:00:00 02/07/2014 10:00:00 01:00:00 - Contrôle clapet anti-retour.

5 03/07/2014 09:00:00 03/07/2014 11:30:00 02:30:00 - Contrôle alignement

(vibration, bruit).



7 20/11/2014 09:00:00 20/11/2014 13:00:00 04:00:00 - Soudure fissure sur le corps

de la pompe.

8 21/11/2014 09:00:00 22/11/2014 16:00:00 31:00:00 - Permutation de la pompe.

9 23/11/2014 09:00:00 23/11/2014 16:00:00 07:00:00 - Changement de la bride.

10 30/11/2014 09:00:00 30/11/2014 10:00:00 01:00:00 - Nettoyage flexible

d’amorçage et clapet à boule.

11 21/12/2014 09:00:00 21/12/2014 16:00:00 07:00:00 - Changement carter.

12 24/12/2014 09:00:00 24/12/2014 16:00:00 07:00:00 - Fixation pompe.

13 08/01/2015 09:00:00 09/01/2015 16:00:00 31:00:00 - Révision et montage pompe.

14 02/02/2015 09:00:00 02/02/2015 16:00:00 07:00:00 - Changement carter.

15 03/02/2015 09:00:00 03/02/2015 09:45:00 00:45:00 - Graissage palier pompe(Bruit







19 28/03/2015 09:00:00 28/03/2015 16:00:00 07:00:00 - Changement carter






Tableau III.4 : Historique de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 ».


Page 50

III.5.Exploitation de l'historique :

Calcul des heures d'arrêt suite à des pannes (Temps d’arrêt, TA) qui résultent des différences

entre les dates d'arrêt et de démarrage.

TA= ([Date et heure de fin d'arrêt]-[Date et heure de début d'arrêt])*24(III.1)

Calcul des heures de bon fonctionnement (Temps de bon fonctionnement, TBF), qui résultent

des différences entre deux pannes successives.

TBF= ([Date et heure de début d’arrêt +1]-[Date et heure de fin d'arrêt])*24(III.2)

Date et heure de

début d'arrêt

Date et heure de fin

d'arrêt

Date et heure de début

d'arrêt +1 TBF TA

04/05/2014 09:00 04/05/2014 09:40 27/05/2014 09:00 551,33 0,67

27/05/2014 09:00 27/05/2014 11:00 16/06/2014 09:00 478,00 2,00

16/06/2014 09:00 16/06/2014 09:40 02/07/2014 09:00 383,33 0,67

02/07/2014 09:00 02/07/2014 10:00 03/07/2014 09:00 23,00 1,00

03/07/2014 09:00 03/07/2014 11:30 17/09/2014 09:00 1 821,50 2,50

17/09/2014 09:00 17/09/2014 11:00 20/11/2014 09:00 1 534,00 2,00

20/11/2014 09:00 20/11/2014 13:00 21/11/2014 09:00 20,00 4,00

21/11/2014 09:00 22/11/2014 16:00 23/11/2014 09:00 17,00 31,00

23/11/2014 09:00 23/11/2014 16:00 30/11/2014 09:00 161,00 7,00

30/11/2014 09:00 30/11/2014 10:00 21/12/2014 09:00 503,00 1,00

21/12/2014 09:00 21/12/2014 16:00 24/12/2014 09:00 65,00 7,00

24/12/2014 09:00 24/12/2014 16:00 08/01/2015 09:00 353,00 7,00

08/01/2015 09:00 09/01/2015 16:00 02/02/2015 09:00 569,00 31,00

02/02/2015 09:00 02/02/2015 16:00 03/02/2015 09:00 17,00 7,00

03/02/2015 09:00 03/02/2015 09:45 17/02/2015 09:00 335,25 0,75

17/02/2015 09:00 18/02/2015 16:00 08/03/2015 09:00 425,00 31,00

08/03/2015 09:00 08/03/2015 09:45 26/03/2015 09:00 431,25 0,75

26/03/2015 09:00 26/03/2015 09:45 28/03/2015 09:00 47,25 0,75

28/03/2015 09:00 28/03/2015 16:00 18/05/2015 09:00 1 217,00 7,00

18/05/2015 09:00 18/05/2015 09:45 21/06/2015 09:00 815,25 0,75

21/06/2015 09:00 22/06/2015 16:00 13/08/2015 09:00 1 241,00 31,00

13/08/2015 09:00 13/08/2015 09:45 0,75

Tableau III.5 : Temps de Bon Fonctionnement (TBF) et Temps d'Arrêt(TA).


Page 51

III.6.Application Pratique des méthodes d'analyse:

III.6.1.Méthodes d’analyse prévisionnelle « ABC (Pareto)»:

III.6.1.1.Définition :

Pour l’application de la méthode ABC, il faut en premier lieu faire un classement des pannes

par ordre décroissant des heures des pannes puis procéder à l’établissement dugraphe de

Pareto.

N° Cause d’arrêt Classement

en heure décroissant

Cumule [TA]

Cumule [TA]%

Nombre des

pannes

Cumule des

pannes

Cumule des

pannes %

1 - Révision et montage pompe 93 93 52,66 3 3 13,64

2 - Permutation de la pompe 31 124 70,22 1 4 18,18

3 - Changement carter 21 145 82,11 3 7 31,82

4 - Graissage palier pompe (Bruit anormal, échauffement).

7,09 152,09 86,13 8 15 68,18

5 - Fixation pompe 7 159,09 90,09 1 16 72,73

6 - Changement de la bride 7 166,09 94,05 1 17 77,27

7 - Soudure fissure sur le corps de la pompe

4 170,09 96,32 1 18 81,82

8 - Contrôle alignement (vibration, bruit) 2,5 172,59 97,73 1 19 86,36

9 - Changement de tresse (Pression insuffisante)

2 174,59 98,87 1 20 90,91

10 - Contrôle clapet anti-retour 1 175,59 99,43 1 21 95,45

11 - Nettoyage flexible d’amorçage et clapet à boule

1 176,59 100 1 22 100

Tableau III.6 : Analyse ABC (Pareto).


Page 52

III.6.1.2.Courbe d’analyse ABC :

Figure III.4 : Courbe ABC.

III.6.1.3.Interprétation des résultats :

Zone A :

En constate que le cumul du nombre de pannescorrespondant à18,18% représente 70,22% des

heures d’arrêt. C’est la zone de révision et montage de la pompe,de permutation, de

changement de carter et d’unéchauffement ou d’un bruit. On fait appel à la deuxième cause,

quand la pompe est complètement bousillée. Ceci pour ne pas perdre du temps pendant sa

révision afin de ne pas arrêter la production.

En se référant au nombre important d'heures d'arrêt, cette zone devient très importante.Par

conséquent, pour réduire lesheures d’arrêt, une maintenance conditionnelle devientnécessaire

voir même obligatoire.Cette maintenance doit être effectuée dans un intervalle de temps très

rapproché, elle consiste à suivre les paramètres détectables tels que les vibrations,

latempérature, ledébit et lapression.

En outre, la maintenance conditionnelle nous permet égalementde prévoir et préparer les

pièces pouvant être endommagées.


Page 53

Zone B :

Cette zone est moins importante que la zone A, son nombre de pannes est de 50%

représentant 15,91% des heures d’arrêt. Dans cette zone onprocède au changement de carteret

au graissage du palier de la pompe. A cet effet, on recommandeune maintenance

systématique.

Zone C :

Dans cette zone les 31,82% des pannes ne représentent que 13,87% des heures d’arrêt. Dans

ce cas une maintenance corrective est adéquate, car les pannes manifestées ne nécessitent pas

un temps de réparation important.

III.7.Calculs les paramètres deWEIBULL :

Le tableau suivant comporte les TBFclassés par ordre croissant, et les F(i) calculés par

laméthode des ranges moyens 𝐅 𝐢 =𝐍𝐢

𝐍+𝟏(dans notre cas N =21, 50>N>20) et on trace la

courbede WEIBULL :

TBF ni ∑ni F(ti) théorique F(ti) théorique %

17,00 2 2 0,091 9,091

20,00 1 3 0,136 13,636

23,00 1 4 0,182 18,182

47,25 1 5 0,227 22,727

65,00 1 6 0,273 27,273

161,00 1 7 0,318 31,818

335,25 1 8 0,364 36,364

353,00 1 9 0,409 40,909

383,33 1 10 0,455 45,455

425,00 1 11 0,500 50,000

431,25 1 12 0,545 54,545

478,00 1 13 0,591 59,091

503,00 1 14 0,636 63,636

551,33 1 15 0,682 68,182

569,00 1 16 0,727 72,727

815,25 1 17 0,773 77,273

1 217,00 1 18 0,818 81,818

1 241,00 1 19 0,864 86,364

1 534,00 1 20 0,909 90,909

1 821,50 1 21 0,955 95,455

Tableau III.7 : TBF et F(ti) théorique.


Page 54

Après avoir trouvé les résultats des valeurs (TBFetF(ti) théorique) on utilise le logiciel

« Excel » pour tracer la courbe de WEIBULL, afin dedéterminer les paramètres suivants :

Paramètre de forme β ;

Paramètre d’échelle η ;

Paramètre de localisation γ.

a-Tracé dela courbe de WEIBULL :

L’axe X : les temps de bon fonctionnement ;

L’axe Y : la fiabilité théorique F(ti)%.

Figure III.5 : WEIBULL.

b-Détermination du paramètre d’échelle η :

Y= 3,5922x0, 4446

Ln(y) = Ln[3,5922x0,4446

]

Ln(y) = Ln(3,5922) + Ln(x0,4446

)

Ln(y) = Ln(3,5922) + 0,4446 Ln(x)

Ln(x) =Ln y − Ln(3,5922)

0,4446

Y = 3,5922x0,4446

R² = 0,9509

1

10

100

1000

1 10 100 1000 10000 100000

F(ti)théorique %

Maintenabilité

Puissance (F(ti)théorique %)


Page 55

Paramètre d’échelle η :

C’est l’intersection de la maintenabilité avec la courbe de WEIBULL (fonction de distribution)

La maintenabilité M(t) = 63.2%

Donc :

La valeur y du Paramètre d’échelle η : 63,2%

Ln(x) =Ln 63,2 − Ln(3,5922)

0,4446

x = Exp Ln 63,2 − Ln 3,5922

0,4446 = 632,517

Paramètre d’échelle η = 632,517 h

c-Détermination du paramètre de forme β :

Pour déterminer le paramètre de forme β, en va calculer tout d’abord (X béta et Y béta)

𝐗 𝐛é𝐭𝐚 = 𝐋𝐧(𝐓𝐁𝐅−𝛄

𝛈)(III.3)

𝐘 𝐛é𝐭𝐚 = 𝐋𝐧 −𝐋𝐧 𝟏 − 𝐅 𝐭 (III.4)

TBF F(ti)théorique η ϒ Xβ Yβ

17,00 0,091 632,517 0 - 3,616 - 2,351

20,00 0,136 632,517 0 - 3,454 - 1,920

23,00 0,182 632,517 0 - 3,314 - 1,606

47,25 0,227 632,517 0 - 2,594 - 1,355

65,00 0,273 632,517 0 - 2,275 - 1,144

161,00 0,318 632,517 0 - 1,368 - 0,960

335,25 0,364 632,517 0 - 0,635 - 0,794

353,00 0,409 632,517 0 - 0,583 - 0,642

383,33 0,455 632,517 0 - 0,501 - 0,501

425,00 0,500 632,517 0 - 0,398 - 0,367

431,25 0,545 632,517 0 - 0,383 - 0,238

478,00 0,591 632,517 0 - 0,280 - 0,112

503,00 0,636 632,517 0 - 0,229 0,012

551,33 0,682 632,517 0 - 0,137 0,136

569,00 0,727 632,517 0 - 0,106 0,262

815,25 0,773 632,517 0 0,254 0,393

1 217,00 0,818 632,517 0 0,654 0,533

1 241,00 0,864 632,517 0 0,674 0,689

1 534,00 0,909 632,517 0 0,886 0,875

1 821,50 0,955 632,517 0 1,058 1,129

Tableau III.8 : Xβ et Yβ.


Page 56

Aprèsavoirdéterminé les ordonnées de l’axe (X) est les ordonnées de l’axe (Y), on trace la

courbe du paramètre de forme β.

Figure III.6 : Courbe du paramètre de forme β.

Y=0,63x +0,12 ;

La valeur de forme βest le produit du coefficient multiplié par (X).

Donc d’après la courbe de WEIBULLon a obtenu :

Paramètre de forme β = 0.63

Paramètre d’échelle η = 632,517 h

Paramètre de localisation γ = 0

Dans notre calculona prisle Paramètre de localisation [γ = 0] car les défaillances débutent à

l’origine du temps, c’est-à-dire depuis la mise en service de l’équipement et l’historique des

TBF (Temps de bon fonctionnement).

d-Coefficients A et B :

D’après le tableau de distribution de WEIBULL(voir annexe 1), la valeur de β la plus

approchante à 0,63 est : 0,65.

Donc les valeurs des coefficients A et B en fonction du paramètre de forme β est :

A = 1,3663

B = 2,18

Ces coefficientsA et B sont destinés pour calculer la MTBF (moyenne des temps de bon

fonctionnement).

y = 0,63x + 0,12R² = 0,94

-3,000

-2,500

-2,000

-1,500

-1,000

-0,500

0,000

0,500

1,000

1,500

-4,000 -3,000 -2,000 -1,000 0,000 1,000 2,000

yβ

yβ

Linéaire (yβ)


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III.7.1.Test (KOLOMOGROV-SMIRNOV):

Avant la validation de toutes les lois de fiabilité, il est nécessaire de tester l'hypothèsepour

savoir si nous devrons accepter ou rejeter le modèle proposé par le test de K-S avec un seuil

de confiance de = 5%. Ce test consiste à calculer l'écart entre la fonction théorique F(ti)et la

fonction réelle F(t)et prendre le maximum de leur différence en valeur absolue :

DN, max=|F(ti)-F (t)|

Cette valeur est comparée avec DN, Qui est donnée par la table de K-S(voir annexe 2).

Si [DN,max>DN,], On refuse l’hypothèse.

F(t) F(ti)théorique Dn,Dmax |F(ti)-F(t)|

0,097375774 0,090909091 -0,006466683

0,107290609 0,136363636 0,029073027

0,116567594 0,181818182 0,065250587

0,177225657 0,227272727 0,050047070

0,212179081 0,272727273 0,060548191

0,344465150 0,318181818 -0,026283331

0,488474769 0,363636364 -0,124838405

0,499678687 0,409090909 -0,090587778

0,517811649 0,454545455 -0,063266194

0,540865628 0,5 -0,040865628

0,544156001 0,545454545 0,001298545

0,567525568 0,590909091 0,023383523

0,579197045 0,636363636 0,057166591

0,600322718 0,681818182 0,081495464

0,607611760 0,727272727 0,119660967

0,690679681 0,772727273 0,082047592

0,779152092 0,818181818 0,039029726

0,783242679 0,863636364 0,080393684

0,825775300 0,909090909 0,083315610

0,857317099 0,954545455 0,097228355

Tableau III.9: Test deKOLOMOGROV-SMIRNOV.

D'après la table de K-S :

Nous avons pris la valeur maximale DN, max=|F(ti)-F (t)|

DN, max = 0,124838405tandis que DN; = D21;0,05 = 0,294

0,124838405˂ 0,294

[DN, max˂ DN,]. Ce qui veut dire que le modèle de WEIBULLest accepté.


Page 58

III.7.2.Exploitation les paramètres de WEIBULL :

1- MTBF :

Le MTBFest souvent traduit comme étant la moyenne des temps de bon fonctionnement entre

deux défaillances successives d’un même composant, elle est donnée par la fonction

suivante :

𝐌𝐓𝐁𝐅 = 𝐀. 𝛈 + 𝛄(III.5)

MTBF = 1,3663*632,517+0 = 864,207h

MTBF = 864,207 h

2- Densité de probabilité en fonction de MTBF :

Voir la formule(II.4) :

𝐟 𝐭 =𝛃

𝛈 𝐭 − 𝛄

𝛈 𝛃−𝟏

𝐞𝐱𝐩 − 𝐭 − 𝛄

𝛈 𝛃

= 𝛌 𝐭 . 𝐑(𝐭)

f(t=MTBF)=0,63

632,517

864,207−0

632,517

(0,63−1)

∗ e− 864,207−0

632,517

0,63

= 0,00026270

f(t = MTBF) = 0,00026270 = 0,03%

3- Fonction de répartition en fonction de MTBF :

Voir la formule (II.5) :

𝐅 𝐭 = 𝟏 − 𝐞𝐱𝐩 − 𝐭 − 𝛄

𝛈 𝛃

F t = MTBF = 1 − e− 864,207 − 0

632,517

0,63

= 0,70396865

F(t = MTBF) = 0,70396865 = 70,40%

4- Fiabilité en fonction de MTBF :


𝐑 𝐭 = 𝐞𝐱𝐩 − 𝐭 − 𝛄

𝛈 𝛃

= 𝟏 − 𝐅(𝐭)

R t = MTBF = exp − MTBF −γ

η β

= 1- F(t = MTBF) = 1- 0,70396865 = 0,29603135

R(t = MTBF) = 0,29603135 = 29,60%

On remarque que la fiabilité de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» est très faible.

5- Taux de défaillance en fonction de MTBF : Voir laformule(II.7) :


Page 59

𝛌 𝐭 =𝛃

𝛈 𝐭 − 𝛄

𝛈 𝛃−𝟏

λ t = MTBF =0.63

632,517 864,207 − 0

632,517

(0,63−1)

= 0,00088739 panne/heures.

6- Calcul du temps souhaitable pour une intervention systématique:

R (t)=80 %, 85%, 90%, 95%, tsys= ? (γ = 0)

Voir la formule (II.6) :

𝐑 𝐭 = 𝐞− 𝐭

𝛈 𝛃

Ln (R t ) = − t

η β

−Ln (R t ) = t

η β

[Ln (1

R t )]

1

β =t

η

t = η[Ln (1

R t )]

1

β

tsys=632,517*[Ln(1/0,8)](1/0,63)

=58,49h.

Pour garder la fiabilité de la pompe à 80% il faut intervenir systématiquement chaque 52,92h.

Et pour la garder à 85%, 90%, 95% l’interventiondoit être systématiquement chaque (voir

Tableau III.10) :

Tableau III.10 : Intervention systématique.

Courbe du temps souhaitable pour une intervention systématique :

R(t) 80% 85% 90% 95%

TSYS (h) 58,49 35,36 17,77 5,67


Page 60

Figure III.7 : Evolution de la fiabilité en fonction du temps d'intervention systématique.

Analyse de la courbe :

D’après cette courbeon remarque que la fiabilité est inversement proportionnel au temps.

Achaque fois le temps d'intervention diminue, la fiabilité augmente.

III.8.Étude et analyse du modèle de WEIBULL:

a-Fonction de densité de probabilité :

f t =β

η t − γ

η β−1

exp − t − γ

η β

= λ t . R(t)

La densité de probabilité en fonction de MTBF :

f(t=MTBF) = 0,03%

On vatracer la courbede la densité de probabilitéf(t) en fonctionduTBF :

Figure III.8 : Evolution de la densité de probabilité en fonction du TBF.

75%

80%

85%

90%

95%

100%

0 20 40 60 80

R(t

)

Tsys

Tsys (h)

Tsys (h)

0,00000000

0,00050000

0,00100000

0,00150000

0,00200000

0,00250000

0,00300000

0,00350000

0,00400000

0 500 1000 1500 2000

f(t)

TBF

f(t)

f(t)


Page 61

a-1.Analyse de la courbe :

D'après cette courbe on remarque que la fonction f(t) (densité de probabilité) diminue avec

l'augmentationdu TBF, ce qui implique que la probabilité de la seule avarie au temps (t)

diminue successivement.

b-Fonction de répartition :

F t = 1 − exp − t − γ

η β

La fonction de réparation en fonction de MTBF :

F(t = MTBF) = 70,40%

La courbe exprimant la relation fonctionnelle entre la fonction de répartition F(t) et le TBFest

illustrée par la (Figure III.9).

Figure III.9 : Evolution de la fonction de répartition F(t) en fonction du TBF.

b-1.Analyse de la courbe :

La fonction de répartition augmente au fur et à mesure que leTBF augmente, donc la

probabilité d’avarie cumulée au temps de 0 à t, est importante.

c-Fiabilité :

R t = exp − t − γ

η β

= 1 − F(t)

La fiabilité en fonction de MTBF :

R(t = MTBF) = 29,60%

La courbe de la fiabilité R(t) en fonction de TBF, elle est comme suit :

0,00000000

0,20000000

0,40000000

0,60000000

0,80000000

1,00000000

0 500 1000 1500 2000

F(t)

TBF

F(t)

F(t)


Page 62

Figure III.10 : Evolution de la fiabilité R(t) en fonction du TBF.

c-1.Analyse de la courbe :

L'analyse de la (Figure III.10), montre qu'avec l'augmentation du temps de bon

fonctionnement, la fiabilité diminue, ce qui explique qu'il existe un mécanisme de dégradation

continu.Pour une amélioration de la fiabilité de la pompe, il estnécessairede faire une analyse

approfondiedes défaillances, tout en mettant un accent particulier sur lescauses,lesmodes et

lesconséquences.

d-Taux de défaillance :

λ t =β

η t − γ

η β−1

Le taux de défaillance en fonction delaMTBF :

λ t = MTBF = 0,00088739 panne/heures.

La représentation de la courbe du taux de défaillanceʎ(t)en fonction de TBF, est comme suit :

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 500 1000 1500 2000

R(t

)

TBF

R(t)

R(t)


Page 63

Figure III.11 : Evolution du taux de défaillance en fonction du TBF.

d-1.Analyse de la courbe :

Le taux de défaillance est décroissant en fonction du temps, ce qui implique que notre pompe

FLOWSERVE ME 300/450 «T07» est en zone de jeunesse avec,

λ t = MTBF = 0,00088739 panne/heures. Ceci peut être expliqué également par

leparamètre de forme β.

En effet, sur la courbede WEIBULL, il a été trouvéβ ˂ 1, donc c’est une phase de jeunesse

avec défaillances du type de défauts de fabrication ou de montage.

III.9.Calcul la maintenabilité de la pompe :


𝐌 𝐭 = 𝟏 − 𝐞−𝛍𝐭

La maintenabilité peut se caractériser par saMTTR (MEAN TIME TO REPAIR).

MTTR= 𝐓𝐓𝐑

𝐍, Voir la formule (II.12)

Dans notre cas et à partir de l’historique de la pompeet comme nous n’avons pas letemps

technique de réparation TTR, donc en prend le temps d’arrêt TA (temps d’arrêt) pour le

remplacer.

D'après l'historique des pannes de la pompe:

TTR = TA = 176,58 h

N : nombre de temps d’arrêt.

0,00000000

0,00050000

0,00100000

0,00150000

0,00200000

0,00250000

0,00300000

0,00350000

0,00400000

0 500 1000 1500 2000

ʎ(t)

TBF

ʎ(t)

ʎ(t)


Page 64

𝐌𝐓𝐓𝐑 = TTR

N=

176,58

22= 8,0265 h

𝛍 =𝟏

𝐌𝐓𝐓𝐑=

1

8,0265= 0,12459 intervention/heure.

M t = MTTR = 1 − e− 0,12459∗8,0265 = 0,6321

M t = MTTR = 63,21%

La courbe de la maintenabilitéM(t) en fonction de TTR,est comme suit :

Figure III.12 : Evolution de la maintenabilité en fonction du TTR.

a-Analyse de la courbe :

Vu que la maintenabilité augmente rapidement et que le temps augment mais faiblement, au

moment où T=31 heures, la maintenabilité est à98%, cela veut dire que notre maintenabilité

est acceptable et que notre pompe peut accomplir sa fonction requise.

III.10.Calcul la disponibilité de la pompe:

a-Disponibilité intrinsèque au asymptotique :

D’après la formule(II.14) :

𝐃𝐢 =𝐌𝐓𝐁𝐅

𝐌𝐓𝐁𝐅+𝐌𝐓𝐓𝐑=

864,207

864,207+8,0265=0,9908

Di = 99,08%

b-Disponibilité instantané :

Pour un système avec l'hypothèse d'un taux de défaillance λ constantet d'un taux de réparation

μ constant, la disponibilité instantanée est :

D’après la formule (II.15) :

𝐃 𝐭 =𝛍

𝛌 + 𝛍+

𝛌

𝛌 + 𝛍𝐞−(𝛍+𝛌)𝐭

0,00000000

0,20000000

0,40000000

0,60000000

0,80000000

1,00000000

1,20000000

0 10 20 30 40

M(t

)

TTR

M(t)

M(t)


Page 65

λ =1

MTBF=

1

864,207= 0,00116

μ =1

MTTR=

1

8,0265= 0,12459

D t = MTBF = 0,9908

D t = MTBF = 99,08%

La courbe de la disponibilité D(t) en fonction de TBF, est comme suit :

Figure III.13 : Evolution de la disponibilité en fonction du TBF.

b-1.Analyse de la courbe :

La disponibilité est décroissante en fonction du temps.Pour augmenter la disponibilité de la

pompe, il faut diminuer le nombre de ses arrêts (augmenter sa fiabilité) et réduire le temps au

minimum pour résoudre les causes de ceux-ci (augmenter sa maintenabilité).

NB :

Pour les graphes en fonction de TBF(Temps de bon fonctionnement), voir calculs (Tableau

III.11).

Pour le graphe de la maintenabilité en fonction de TTR(Temps technique de réparation), voir

(Tableau III.12).

TBF f(t) F(t) ʎ(t) R(t) D(t)

17,00 0,00342694 0,09737577 0,00379664 0,90 0,99188298

20,00 0,00319150 0,10729061 0,00357507 0,89 0,99154196

23,00 0,00299916 0,11656759 0,00339489 0,88 0,99130809

0,99060000

0,99080000

0,99100000

0,99120000

0,99140000

0,99160000

0,99180000

0,99200000

0 500 1000 1500 2000

D(t

)

TBF

D(t)

D(t)


Page 66

47,25 0,00214002 0,17722566 0,00260098 0,82 0,99082194

65,00 0,00182102 0,21217908 0,00231146 0,79 0,99080034

161,00 0,00108327 0,34446515 0,00165249 0,66 0,99079775

335,25 0,00064439 0,48847477 0,00125973 0,51 0,99079775

353,00 0,00061835 0,49967869 0,00123592 0,50 0,99079775

383,33 0,00057804 0,51781165 0,00119879 0,48 0,99079775

425,00 0,00052979 0,54086563 0,00115388 0,46 0,99079775

431,25 0,00052316 0,54415600 0,00114767 0,46 0,99079775

478,00 0,00047779 0,56752557 0,00110478 0,43 0,99079775

503,00 0,00045621 0,57919705 0,00108414 0,42 0,99079775

551,33 0,00041884 0,60032272 0,00104795 0,40 0,99079775

569,00 0,00040643 0,60761176 0,00103579 0,39 0,99079775

815,25 0,00028048 0,69067968 0,00090675 0,31 0,99079775

1 217,00 0,00017266 0,77915209 0,00078182 0,22 0,99079775

1 241,00 0,00016825 0,78324268 0,00077619 0,22 0,99079775

1 534,00 0,00012503 0,82577530 0,00071765 0,17 0,99079775

1 821,50 0,00009609 0,85731710 0,00067345 0,14 0,99079775

Tableau III.11:Fiabilité R(t) et DisponibilitéD(t) en fonction du TBF.

TTR M(t)

0,67 0,07970227

0,67 0,07970227

0,75 0,08920761

0,75 0,08920761

0,75 0,08920761

0,75 0,08920761

0,75 0,08920761


Page 67

1,00 0,11713861

1,00 0,11713861

2,00 0,22055577

2,00 0,22055577

2,50 0,26762871

4,00 0,39246669

7,00 0,58193129

7,00 0,58193129

7,00 0,58193129

7,00 0,58193129

7,00 0,58193129

31,00 0,97897828

31,00 0,97897828

31,00 0,97897828

31,00 0,97897828

Tableau III.12:Maintenabilité M(t) en fonction du TTR.

III.11.Conclusion :

L’analyse de la FMD de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» a démontré que la fiabilité

est très faible car le résultat obtenu est de 29,60%. Ce résultat est dûàplusieurs phénomènes

(causes) qui ont influencé le comportementde la pompe. La loi Pareto ou 20/80 a donnéla

politique exacte pour réduire le temps d’arrêt de notre pompe. Ainsi la maintenance

conditionnelle représente la politique optimale qui assurera:

- La surveillance des paramètres significatifs de la pompe (vibrations, température, débit...) ;

- L'identification despannes ;

- La préparation despièces de rechange;


Page 68

- La planification desdates d’interventions.

Pour cela les outils de diagnostic tels quel'analyse vibratoire, l'infrarouge...etc. sont

nécessaires.

Pour augmenter la fiabilité de notre pompe (durée de bon fonctionnement) une intervention

systématique doit être exécutée selon la fiabilité espérée :

Plus la maintenabilité accroit plus la fiabilité augmente. Dans ce cas la disponibilité de la

pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07» est acceptable.

NB :

Les phénomènes qui causent des dommages de la pompe apparaissent généralement sous

forme de vibrations. A cet effet, le recours à l'analyse vibratoire devient indispensable.

R(t) 80% 85% 90% 95%

TSYS (h) 58,49 35,36 17,77 5,67

CHAPITRE IV : analyse vibratoire de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 »

Page 68

IV.1.Introduction :

Si l’Analyse vibratoire était la boule de cristal de la maintenance dans laquelle un « initié »

pourrait identifier tous les futurs dysfonctionnements d’une machine. Alors aujourd’hui, elle

est devenue un outil indispensable à tout service Maintenance pour assurer la surveillance

efficace de machines qui présentent un risque majeur pour la sécurité du personnel, la

production ou la qualité du produit fini.

L’analyse vibratoire occupe uneplace privilégiée parmi les techniques de surveillance.

Cependant, en contrepartie, elle exige un personnel bien formé et qualifier [8].

IV.2.Qu’est-ce qu’une vibration :

Un système mécanique est dit en vibration lorsqu’il est animé d’un mouvement de va-et-vient

rapide autour d’une position moyenne appelée « position d’équilibre ».

Une machine se compose d’un ensemble de mécanismes et d’organes combinés destinés à

transformer une énergie ou à transmettre un mouvement. Ces mécanismes, mobiles entre eux,

ne peuvent fonctionner sans jeux, contraintes, efforts dynamiques et chocs dont les effets se

manifestent principalement sous forme de vibrations et de bruits. Tout changement dans

l’importance de ces jeux, de ces contraintes, efforts ou chocs, se traduit immanquablement par

une modification de l’intensité ou des fréquences de ces vibrations.

L’exemple le plus simple d’un système en vibration est sans doute donné par le mouvement

d’une masselotte suspendue à un ressort et relâchée après traction [8].

FigureIV.1 : Mouvement d’une masselotte suspendue à un ressort.

La masselotte oscille entre des limites supérieures et inférieures, et l’écart entre chacune de

ces limites et la position d’équilibre est appelé « amplitude ».

La masselotte oscille autour de sa position d’équilibre un certain nombre de fois par seconde

ou par minute. Ce nombre de cycles répétés à l’identique pendant une unité de temps

s’appelle la « fréquence » et, à l’inverse, la durée du cycle s’appelle la « période ».


Page 69

IV.3.Caractéristique d’une vibration :

IV.3.1.La fréquence :

IV.3.1.1.Définition :

La fréquence représente la cadence de répétition d’un phénomène ou lenombre de fois qu’il se

reproduit en un temps donné. Lorsque l’unité detemps choisi est la seconde, la fréquence

s’exprime en Hertz (Hz) [8]. Selon [8], nous pouvons coter l’exemple suivant :

Une vibration qui se produira 50 fois/seconde aura donc une fréquencede 50 Hz.

Le nombre de fois c’est le nombre de cycle.

1 Hertz = 1 cycle par seconde.

IV.3.1.2.Relation entre fréquence et période :

Si la fréquence (f) d’un phénomène est de 50 Hertz, c’est-à-dire 50 cycles par seconde, « T »

c’est la durée d’un cycle en seconde. Elle s’appelle « période ».

Donc :

f = 50 cycle par seconde ;

Pour connaitre la durée « T » d’un cycle, en divise une seconde sure le nombre de cycles.

T= 1/50 = 0,02 de seconde soit 20 ms

20 ms : C’est la durée « T » d’un cycle si la fréquence 50 Hertz

C’est-à-dire :

T = 1 second par 50 cycles.

La fréquence f est donc l’inverse de la période T:

𝐟 =𝟏

𝐓(IV. 1)

IV.3.1.3.Unités[8] :

Si l’unité normalisée (unité SI) de la fréquence est le Hertz (Hz), beaucoup d’utilisateurs,

notamment parmi les mécaniciens, préfèrent exprimer les valeurs en CPM (nombre de cycles

par minute) ou encore en RPM (nombre de rotations ou révolutions par minute).

CPM : c’est le nombre de cycle par minute c’est-à-dire le nombre de cycle dans une minute ;

RPM : c’est le nombre de rotation par minute c’est-à-dire le nombre de rotation dans une

minute ;

Tr/min : c’est le nombre de tour par minute c’est-à-dire le nombre de tour dans une minute ;

Donc :

Le CPM c’est le même que le tr/min et le RPM ;

La fréquence : c’est le nombre de cycle dans une seconde Hertz ;


Page 70

En conclusion nous pouvons dire :

Hertz = (tr/min)/60 = CPM/60 = RPM/60

Dans [8], il est donné l’exemple suivant :

Soit un ventilateur tournant à 1 488 tr/min. Le déséquilibre résiduel de la turbine (balourd)

génère une vibration dont la fréquence de la composante d’amplitude prépondérante

correspond à sa fréquence de rotation. La fréquence de ce phénomène exprimée en CPM ou

RPM sera donc de 1488 CPM ou RPM ou encore, en Hertz :

f = 1 488/60 = 24,8 Hz

IV.3.2.Amplitudes :

IV.3.2.1.Définition :

On appelle amplitude d’un mouvement vibratoire la valeur de ses écarts par rapport à sa

position d’équilibre [8].

On peut définir :

a-Amplitude « crête (Ac) » :Elle représente l’amplitude maximale du signal par rapport à sa

valeur d’équilibre.

b-Amplitude « crête à crête (Ac-c) » :Appelée « peak to peak » (Ap-p) en anglais. Elle

représente l’écart entre les amplitudes extrêmes du signal pour un temps d’observation donné.

c-Amplitude « efficace (Aeff) » ou RMS en anglais (Root Mean Square) :Comme en

électricité, elle représente l’amplitude corrigée « statique » du signal redressé, indiquant ainsi

l’énergie donnée par le mouvement vibratoire [8].


Page 71

La figure suivante illustre lareprésentation des différentes amplitudes caractéristiques dans le

cas d’un signal sinusoïdal, complexe, impulsionnel périodique :

Nature de vibration Amplitude

Sinusoïdal

Complexe

Impulsionnel périodique

Figure IV.2 : Représentation d’amplitude [8].


Page 72

IV.3.3.Grandeurs de mesure :

Si nous reprenons l’exemple du système mécanique précédent (Figure IV.1), on constate que

le mouvement de la masselotte se traduit par [8] :

IV.3.3.1.Déplacement :

La position de la masselotte varie de part et d’autre dela position d’équilibre, allant de la

limite supérieure à la limite inférieure du mouvement.

IV.3.3.2.Vitesse :

Une vitesse de déplacement. Cette vitesse sera nulle au point haut et au point bas du

mouvement de la masselotte et sera maximale autour du point d’équilibre.

IV.3.3.3.Accélération :

Celle-ci permet à la masselotte de passer de sa vitesse minimale en début de course à sa

vitesse maximale au point d’équilibre avant de décélérer en fin de course.

On peut déduire, par analogie avec ce qui précède, qu’une vibration est caractérisée par trois

grandeurs physiques ou cinématiques fondamentales qui sont :Le déplacement (x), la vitesse

(v) et l’accélération γ .

IV.3.3.4.Relations entre déplacement, vitesse et accélération :

La vitesse n’étant que l’expression d’une distance parcourue en un temps donné et

l’accélération n’étant que l’expression d’une variation de vitesse par unité de temps, il

s’ensuit que la vitesse est définie comme étant la dérivée du déplacement et l’accélération

comme la dérivée de la vitesse (ou la dérivée seconde du déplacement).

Donc, si pour un mouvement tournant, le déplacement X est représenté par[8] :

𝐗 𝐭 = 𝐀𝐬𝐢𝐧 𝟐𝛑𝐟 𝐭 = 𝐀𝐬𝐢𝐧 𝛚𝐭 (IV. 2)

En dérivant cette équation, on obtient la vitesse v du mouvement vibratoire[8] :

𝐕 𝐭 =𝐝𝐗 𝐭

𝐝𝐭= 𝟐𝛑𝐟 𝐀𝐜𝐨𝐬 𝟐𝛑𝐟 𝐭 = 𝛚 𝐀𝐜𝐨𝐬 𝛚𝐭 (IV. 3)

Et en dérivant à nouveau, on obtient son accélération[8] :

𝛄 =𝐝𝐕 𝐭

𝐝𝐭= − 𝟐𝛑𝐟 𝟐𝐀 𝐬𝐢𝐧 𝟐𝛑𝐟 𝐭 = −𝛚𝟐𝐀 𝐬𝐢𝐧 𝛚𝐭 (IV. 4)

NB :

ω : Pulsation (rad/s)=2πf ; f= 1

T ;ω =

2πT

;


Page 73

A : L’amplitude appelée parfois le module ;

T : Période (s) ;

f : Fréquence exprimée en hertz (Hz).

IV.3.4.Nature d’une vibration :

Nature de vibration

Forme temporelle

Sinusoïdale

Sinusoïdale complexe

Transitoire

Transitoire périodique

Aléatoire

Tableau IV.1 : Nature d’une vibration[3].


Page 74

IV.4.Modes de mesure :

IV.4.1.Mesure en mode déplacement :

Plage de fréquence [2 Hz à 100 Hz] :

Un phénomène vibratoire induit par un phénomène donné se traduira par un déplacement

physique de la machine dont le signal ne sera significatif que lorsque la fréquence du

mouvement sera faible. C’est la raison pour laquelle la mesure du déplacement n’est

généralement utilisée que pour mettre en évidence des phénomènes basse fréquence ou dont

les composantes prépondérantes se situent en dessous de la fréquence de rotation

(déséquilibre, déformation, désalignement, desserrage…), voire en dessous de cette fréquence

(instabilité, frottement…).

IV.4.2.Mesure en mode vitesse :

Plage de fréquence [2 Hz à 3000 Hz] :

La mesure de la vitesse, représentative de l’énergie dispensée par la vibration (énergie

cinétique) et donc de la fatigue subie par la machine, permet d’observer correctement des

phénomènes dont la fréquence n’est pas trop élevée (fréquence de passage des pales d’un

ventilateur ou des aubes d’une pompe, engrènement sur un réducteur, défauts de roulements

dans le cas d’écaillages localisés…), et bien évidemment les défauts traditionnels des lignes

d’arbres (déséquilibre, désalignement, déformation, instabilité, frottement…).

IV.4.3.Mesure en mode accélération :

Plage de fréquence [2 Hz à 20000Hz] :

La mesure de l’accélération directement représentative des forces dynamiques induisant le

mouvement permet de mettre en évidence des phénomènes dont les fréquences sont élevées

(engrènement sur un multiplicateur, passage d’encoches sur un moteur…) ou qui génèrent des

signaux impulsionnels de courte durée, riches en composantes hautes fréquences (écaillage de

roulements, jeu, cavitation…) [8].

NB :

Les grandeurs (déplacement, vitesse, accélération) se sont donc des indicateurs de

surveillance.

IV.5.Seuil d’un indicateur :

Le seuil, associé à chaque indicateur, sera déterminé par l’expérience, par référence à une

norme ou à la spécification d’un constructeur ou bien, plus généralement, par comparaison

avec le niveau qu’avait l’indicateur lorsque la machine était jugée en bon état


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defonctionnement. Il faut donc définir des méthodes qui permettront de déterminer des seuils

"d’avertissement" et "d’arrêt", avec une bonne probabilité de réussite.

Les systèmes de surveillance définissent au moins deux seuils hiérarchisés :

Le premier seuil dit seuil d'avertissement est également appelé niveau d'alarme. Le

dépassement du seuil d'alarme doit systématiquement déclencher une procédure de

diagnostic afin de localiser, l'origine exacte de l'anomalie qui a déclenché cette alarme ;

Le second seuil dit seuil de danger. Le dépassement du seuil de danger nécessite de

procéder à un diagnostic immédiat de l'état de l'installation pour statuer sur l'urgence d'un

arrêt et d'une action corrective [12].

IV.5.1.Méthode du relevé global :

Les différents niveaux globaux doivent être représentés sur des courbes. Les amplitudes sont

reportées sur l’axe vertical, le temps (jours des mesures, voire heures) sur l’axe horizontal

(Figure IV.3). Cette méthode consiste à relever les mesures globales sur une machine

lorsqu’elle est réputée fonctionner de manière satisfaisante (rendement, consommations,

disponibilité,...). Cet état est dit "de référence".

Dans la pratique, le seuil d'alarme est généralement fixé à 8 dB (décibel) au-dessus du

niveau de référence ;

De même, le seuil d'arrêt est généralement fixé à 8 dB (décibel) au-dessus du niveau

d’alarme [12].

Figure IV.3 :Méthode du relevé global.


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IV.5.1.1.Niveau global :

L’amplitude efficace totale NG induite par l’ensemble des défauts affectant cette dernière est

alors égale à :

NG = (𝐝𝟏)𝟐 + 𝐝𝟐 𝟐 + ⋯+ 𝐝𝐢 𝟐 + ⋯ 𝐝𝐧 𝟐(IV.5)

d1, d2, di, dn : ensemble des défauts.

EX :

La valeur de l’indicateur du niveau global en mode vitesse NGV d’un des paliers d’une moto-

soufflante (Figure IV.4) est de 3,24 mm/s. Ce niveau global est en réalité composé de la façon

suivante :

NGV = (3,0)2 + 0,5 2 + 1,0 2 + 0,5 2 = 3,24 mm/s

(3,0 mm/s) représentant un déséquilibre ;

(0,5 mm/s) représentant un désalignement ;

(1,0 mm/s) représentant un effort d’engrènement ;

(0,5 mm/s) représentant un écaillage affectant la bague interne du roulement du palier turbine.

Figure IV.4 : Ensemble des défauts.

Une augmentation de 30 % du niveau d’un des défauts par exemple le déséquilibre, donc elle

donnerait :

NGV = (3,9)2 + 0,5 2 + 1,0 2 + 0,5 2 = 4,08 mm/s


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(3,0 mm/s) représentant un déséquilibre ;

Une augmentation de 30% c’est-à-dire :

3.30

100= 0,9 mm/s

3 + 0,9 = 3,9 mm/s

Et se traduirait par une augmentation de 26 % de la valeur de l’indicateur NGV

Une augmentation de 26% de la valeur globale en mode vitesse c’est-à-dire :

3,24.26

100= 0,84 mm/s

3,24 + 0,84 = 4,08mm/s

Donc l’augmentation d’un des défauts résulte l’augmentation de niveau globale [8].

IV.6.Diagnostic :

La surveillance systématique a pour objectif de révéler l’existence d’une anomalie le plus tôt

possible et de suivre son évolution. Le diagnostic doit permettre d’identifier avec précision la

nature de cette dernière et si possible d’en préciser la gravité [3].

IV.6.1.Principal outil de diagnostic :

IV.6.1.1.Analyse spectrale :

Le diagnostic vibratoire est basé sur l’identification de la fréquence de la vibration générée

par un phénomène mécanique.

La méthode mathématique permet de représenter, en effectuant la transformée de Fourier, le

signalcomplexe de la vibration par un spectre fréquentiel.Selon la nature de signalvibratoire,

on obtient un spectre de raies discrètes ou un spectre continu.

Le spectre se représente sous forme d’un graphique montrant l’amplitude à chaque fréquence

[3].

Figure IV.5 : Analyse spectrale.


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IV.7.Principaux défauts probables :

IV.7.1.Défaut de balourd :

Un balourd est par définition, une répartition irrégulière de la masse d’un rotor lors de sa

rotation autour d’un axe. L’équilibrage est le procédé qui vise à compenser cette mauvaise

répartition par ajout ou enlèvement de masses connues en des endroits déterminés du rotor

[15].

IV.7.1.1.Causes du balourd :

Défauts de conception : Tolérance trop large sur la cotation des pièces (excentricité,

jeu,...etc.) ;

Défauts de montage : Asymétrie du montage des pièces (montage par clavette,

goupilles,...etc.), Pièces mal fixées ou montées avec jeu ;

Défauts de service : Usure due à un enlèvement de matière (meule), Modification de la

masse par dépôt (encrassement, corrosion, ...etc.) ;

Altération thermique : déformation suite à des dilatations différentes des matériaux.

IV.7.1.2.Effets du balourd :

Le balourd crée dans les pièces des forces centrifuges générant des vibrations au niveau des

paliers susceptibles d’accélérer leur dégradation. Sous l’action permanente de ces

vibrations, les éléments d’assemblage peuvent se rompre.

Les forces centrifuges (proportionnelles au carré de la vitesse de rotation) nécessitent un

équilibrage très précis d’autant plus nécessaire que la pièce est utilisée à une vitesse de

rotation élevée.

Figure IV.6 : Force centrifuge d’un balourd.

La force centrifuge :

𝐅 = 𝐦 𝐫 𝛚𝟐(IV.6)

F : force centrifuge ;

m : la masse de déséquilibre ;

r : la distance entre la masse de déséquilibre et le centre de gravité ;

ω: vitesse de rotation de l′arbre.


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IV.7.1.3.Différents types de balourd :

Considérons un disque (rotor plan) de centre de gravité « G » tournant autour d’un axe (O, z).

Si le centre Gcoïncide avec l’axe de rotation on dit que le disque est équilibré (Figure IV.7) ;

Si une masse m est ajoutée en périphérie du disque, on crée une irrégularité qui a pour effet de

modifier la position du centre de gravité (G). On dit dans ce cas, que le disque présente un

balourd [15].

Figure IV.7 : Défaut de balourd.

La représentation de la (Figure IV.7)est une simplification. En pratique, plusieurs défauts

peuvent apparaitre sur un même rotor mais ils ont pour effet de déplacer le centre de gravité G

et, dans le cas du disque, il suffit d’ajouter une seule masse pour ramener le centre de gravité

en coïncidence avec l’axe de rotation.

Donc :

L’ajout d’une seule masse permet d’équilibrer un rotor plan (exemple : disque, ventilateur..).

Dans le cas où le rotor a une longueur non négligeable, plusieurs types de balourds peuvent

se produire.

Avant tout, il est nécessaire d’introduire une nouvelle notion : tout solide a tendance à tourner

plus facilement autour d’un axe qui ne dépend que de la répartition de ces masses. Cet axe est

appelé axe principal d’inertie. Il passe par le centre de gravité.

Un rotor est en équilibre lorsque l’axe de rotation coïncide avec l’axe principal d’inertie. Tout

ajout de balourd va changer la répartition des masses et donc modifier la position de l’axe

principal d’inertie. Selon sa position relative par rapport à l’axe de rotation on distingue les

différents types de balourd:

a-Balourd statique :

C’est l’état tel que le balourd est situé au milieu du rotor. L’axe principal d’inertie (∆) est

uniquement déplacé parallèlement par rapport à l’axe de rotation de l’arbre (Figure IV.8).

Dans ce cas, une seule masse disposée diamétralement opposée au balourd permet

d’équilibrer le rotor (équilibrage en un seul plan).


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Figure IV.8 : Balourd statique.

b-Couple de Balourd :

Le centre de gravité est bien sur l’axe de rotation : l’équilibre statique est réalisé, mais les

deux axes ne coïncident pas. L’axe central d’inertie (∆) coupe l’axe de rotation de l’arbre au

centre de gravité (Figure IV.9). Il est nécessaire d’installer au minimum deux masses pour

équilibrer ce rotor : par exemple deux masses diamétralement opposées à m1 et am2

(équilibrage en deux plans).

Figure IV.9 : Couple de Balourd.

c-Balourd dynamique :

C’est une combinaison des deux balourds ci-dessus. Le centre de gravité n’est pas sur l’axe de

rotation et cet axe n’est pas parallèle à l’axe principal d’inertie (Figure IV.10). Il faut en

général deux masses pour rattraper ce type de déséquilibre (équilibrage en deux plans).

Figure IV.10 : Balourd dynamique.


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Lors d’un défaut de balourd en obtient un spectre comme suit (Figure IV.11)

Spectre théorique.Spectre mesuré.

Figure IV.11 : Spectre d’un défaut de balourd[16].

IV.7.2.Desserrage :

Le jeu ou le desserrage se traduit, en général, par un signal temporel à onde écrêtée. La force

excitatrice qui provoque la vibration peut être d’une source de balourd sur la partie tournante,

mais la réponse non linéaire de la structure donne un signal temporel irrégulier, donc le

spectre présent des pics multiples de la vitesse de rotation [12].

Figure IV.12 : Desserrage au niveau du bati.Figure IV.13 : Spectre d’un desserrage.

IV.7.3.Défauts de roulement :

IV.7.3.1.Définition générale :

Le roulement est unorgane qui assure à lui seul plusieurs fonctions principales, il permet le

positionnement d’un arbre par rapport à son logement tout en assurant une rotation précise

avec le minimum de frottement, et il transmet des efforts radiaux et/ou axiaux [17].


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IV.7.3.2.Constitution d’un roulement :

Le roulement est constitué :

Deux bagues : une bague intérieure et une bague extérieure ;

Des corps roulants : permettant la rotation relative de ces deux bagues en les positionnant

l’une par rapport à l’autre ;

Et, généralement, d’une cage séparant les corps roulants.

Figure IV.14 : Constitution d’un roulement.

IV.7.3.3.Détérioration prématurée (cause) :

Les charges appliquées aux roulements entrainent l’apparition de phénomènes de fatigue de la

matière qui limitent sa durée de vie. Dans des conditions normales d’exploitation, le

roulement ne se détruit donc pas par usure, mais par fatigue.

Nous savons que théoriquement le roulement dans des conditions normales de travail a une

durée de vie bien déterminée.

IV.7.3.3.1.Durée de vie d’un roulement :

Lh= 𝐂

𝐏 𝟑

.𝟏𝟎𝟔

𝟔𝟎.𝐍(IV.7)

P : charge dynamique équivalente (N) ;

C : charge dynamique de base en (N) ;

N : vitesse de rotation en tr/min.

Seulement des facteurs intervenants réduisent cette durée de vie et parfois sévèrement. Ces

facteurs sont :

a-Montage :

Manque de soin, coups, défauts logements ou portées, jeu insuffisant, ajustement trop libre,

désalignement.


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b-Fonctionnement :

Surcharge, vibrations, vitesse excessive.

c-Environnement :

Température trop basse, température trop élevée, passage de courant électrique, pollution eau,

pollution poussière, humidité.

d-Lubrification :

Lubrification inadaptée, manque de lubrifiant, excès de lubrifiant.

Ces facteurs après fatigue du roulement laissent des aspects sur cette dernière qui sont les

suivants :

Ecaillage de fatigue : fissuration et arrachement de fragments de matière ;

Ecaillage superficiel : taches en surface provenant d’arrachements superficiels de métal ;

Grippage : zones mates avec enlèvement de matière, traces brunes d’échauffement,

déformation de corps roulants, microfusions et laminage du métal ;

Empreintes de corps roulants par déformation : empreintes des billes ou des rouleaux

(génératrices) correspondant à leur écartement. Le fond de l’empreinte est brillant, on y

retrouve les traces de la rectification. La matière a été repoussée, sans usure ;

Empreintes de corps roulants par abrasion : empreintes correspondant ou non à

l’écartement des corps roulants. Il y a eu enlèvement de matière par usure due à la

vibration sans rotation du roulement « faux effet brinell » ;

Usure généralisée des corps roulants, des pistes et des cages (teinte grise) due à l’effet

d’une pollution abrasive (poussière par exemple) ;

Coups, fissures, cassures : traces d’outils, ruptures des bagues ;

Corrosion de contact : tache d’oxydation sur alésage, diamètre extérieur et faces d’appui du

roulement ;

Corrosion : oxydation localisée ou généralisée, à l’intérieur et à l’extérieur du roulement ;

Coloration des chemins de roulement et des corps roulants ;

Détérioration des cages : déformation, usure, rupture.

IV.7.3.4.Maintenance du roulement :

IV.7.3.4.1.Surveillance :

Le roulement en fonctionnement ne demande en général ni surveillance ni intervention autres

qu’un apport de lubrifiant si nécessaire. Quand, pour des raisons de sécurité ou d’ordre

économique, toute défaillance doit absolument être évitée, on procède alors à une surveillance

et à un entretien préventif.


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IV.7.3.4.2.Lubrification des roulements :

La lubrification est un élément essentiel pour le bon fonctionnement du roulement. Elle a pour

objectif d’interposer un film de lubrifiant (dit film d’huile) entre les corps roulants et le

chemin de roulement, afin d’éviter l’usure des éléments en contact.

De plus, le lubrifiant assure une protection contre l’oxydation et la pollution extérieure ainsi

que, dans le cas de l’huile, un refroidissement et une évacuation des corps étrangers.

La durée de vie du roulement est ainsi directement liée à l’efficacité du film d’huile qui

dépend :

De la nature du lubrifiant et donc de ses capacités à tenir en température, en vitesse, etc. ;

De la charge et de la vitesse du roulement.

IV.7.3.4.2.1.Choix du lubrifiant :

a-Lubrification à huile :

Elle est généralement employée lorsque le roulement est intégré dans un mécanisme déjà

lubrifié à huile (réducteur, boite de vitesse) ou lorsqu’il est apparent dans ce cas elle est

éjectée afin de le refroidir.

a-1 Avantages :

Bonne pénétration dans le roulement ;

Bonne stabilité physico-chimique ;

Meilleur pouvoir réfrigérant que la graisse ;

Evacuation des corps étrangers (filtration possible) ;

Contrôle aisé de niveau et de l’état.

b-Lubrification à la graisse :

b-1.Avantages :

Etanchéité plus facile à réaliser ;

Possibilités d’utiliser des roulements prégraissés à vie.

b-2.Inconvénients :

Coefficient de frottement plus élevé que celui de l’huile ;

Evacuation thermique plus faible ;

Contrôle de quantité et d’état de la graisse plus difficile.

La durée du roulement, son comportement dans des environnements divers, sont largement

conditionnés par les propriétés de la graisse utilisée.


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IV.7.3.5.Fréquences caractéristiques pour les défauts d’un roulement :

Dans la plupart des cas, la dégradation se traduit par un écaillage d'une des pistes ou d'un

élément roulant du roulement, produisant un choc à chaque passage. Les roulements

défectueux génèrent des vibrations de fréquences égales aux vitesses de rotation de chaque

pièce du roulement. Ils correspondent notamment à la rotation des billes, des rouleaux ou de

la cage et au passage des billes sur les bagues [16].

Pour chaque type de roulement et en fonction de ses cotes de fabrication(Figure IV.15), on

peut considérer les fréquences caractéristiques données par les formules ci-dessous [16].

n : le nombre d’éléments roulants (billes, rouleaux ou

aiguilles)

Figure IV.15 :Dimensions

d’uneRoulement

D : le diamètre primitif

d : le diamètre des éléments roulants

α : angle de contact

Fr :la fréquence de rotation de la bague interne

c’est-à-dire aussi la fréquence de rotation de moteur

(la bague externe étant supposée fixe).

Ainsi, nous avons :

Défaut sur la bague extérieure :

La fréquence de passage d’un élément roulant sur un défaut de bague extérieure, « fbext » est

donnée par l’équation suivante:

fbext = 𝟎,𝟓.𝐅𝐫.𝐧. [𝟏 − 𝐝

𝐃. 𝐜𝐨𝐬𝛂 ](IV.8)

Défaut sur la bague intérieure :

La fréquence de passage d’un élément roulant sur un défaut de bague intérieure, supposée

montée sur l’arbre tournant, « fbint »est donnée par l’équation suivante :

fbint =𝟎,𝟓.𝐅𝐫.𝐧. [𝟏 + 𝐝

𝐃. 𝐜𝐨𝐬𝛂 ](IV.9)

Défaut sur la cage :

La fréquence de passage d’un défaut de cage « fcage », est donnée par l’équation suivante :

fcage =𝟎,𝟓.𝐅𝐫. [𝟏 − 𝐝

𝐃. 𝐜𝐨𝐬𝛂 ] , donc fcage =fbint /n(IV.10)

Défaut sur l’élément roulant :


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Un défaut situe sur une bille entre en contact avec la bague intérieure ainsi qu’avec la bague

extérieure à chaque révolution de la bille. La fréquence du défaut sera donc :

fbille = 𝟎,𝟓.𝐅𝐫.𝐃

𝐝. [𝟏 −

𝐝.𝐜𝐨𝐬𝛂

𝐃 𝟐

](IV.11)

IV.7.3.6.Signatures vibratoires des principaux défauts :

a-Défaut de type écaillage affectant la bague externe :

Un défaut de type écaillage affectant la bague externe d'un roulement a pour image vibratoire

un peigne de raies dont le pas correspond à la fréquence du défaut. A chaque composante de

ce peigne, est associée une paire de bandes latérales espacées de la fréquence de rotation, en

cas de charge dynamique importante (Figure IV.16)[16].

Figure IV.16 : Spectre théorique d’un défaut de type écaillage sur bague extérieure.

b-Défaut de type écaillage affectant la bague interne :

Un défaut de type écaillage affectant la bague interne de roulement a pour image vibratoire un

peigne de raies. A chaque composante de ce peigne, sont associées plusieurs paires de bandes

latérales espacées de la fréquence de rotation (Figure IV.17) [16].

Figure IV.17 : Spectre théorique d’un défaut de type écaillage sur bague intérieure.

c-Défaut de type écaillage sur un élément roulant :


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Un défaut de type écaillage sur un élément roulant (bille, rouleau ou aiguille) a pour image

vibratoire un peigne de raies. A chaque composante de ce peigne, sont associées plusieurs

paires de bandes latérales espacées de la fréquence de la cage (Figure IV.18) [16].

Figure IV.18 : Spectre théorique d’un défaut de type écaillage sur un élément roulant.

d-Défauts de type déversement de bague :

Le défaut de type déversement de bague s’exprime par une composante fondamentale

d’amplitude élevée dont la fréquence correspond à la fréquence du défaut de la bague

déversée, et par des composantes d’ordre supérieur d’amplitude très faible (Figure IV.19)[16].

Figure IV.19 : Défauts de type déversement de bague.

IV.7.4.Désalignement :


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Le défaut d'alignement est l'une des principales causes de réduction de la durée de vie des

équipements. Il concerne soit deux arbres lies par un accouplement, soit deux paliers

soutenant le même axe.

Le désalignement est un défaut commun dans les machines tournantes. En pratique, la

puissance mécanique est généralement transmise par des arbres couplés qui sont

nominalement alignés.Mais, l'alignement parfait ne peut être réalisé et ceci pour différentes

raisons.Le désalignement est dû au fait que l'arbre menant et l'arbre mené ne soient pas

axialement alignés. Alors on distinguer deux types de désalignements [12] :

a-Désalignement angulaire :

Il est observé lorsque les axes des arbres sont dans le même plan mais pas parallèles voir

(Figure IV.20).

Figure IV.20 : Désalignement angulaire.

b-Désalignement axial :

Il se produit lorsque les axes des arbres sont parallèles mais ne coïncident pas voir

(Figure IV.21).

Figure IV.21 : Désalignement axial.


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Généralement, on est en présence des deux types de délignage à la fois, à cause de certaines

contraintes de type thermique ou élastique. Il peut être dû également aux diverses distorsions

des fondations de la machine.

Un désalignement sévère produit une grande contrainte sur le rotor et des charges importantes

sur les paliers et l’accouplement ; ce qui peut causer des défauts prématurés sur les roulements

et une dégradation prématurée d’accouplement [12].

Le spectredu défaut de désalignement se présente comme suit (Figure IV.22) :

Figure IV.22 : Spectre d’un désalignement.

IV.8.Conclusion :

Les défauts probables cités ci-dessuspouvantinfluencéle comportement de la machines

« pompe FLOWSERVE ME 300/450, T07 ». Ilssont généralement les suivants :

Carter de la pompe (échauffement, fissuration) ;

Composants de la pompe (tresse, bride) ;

Qualité de lubrification ;

Roulements.

NB :

Le désalignement est à son tour la cause des tous les défauts probables, ce dernier est lorsque

les arbres du moteur et de la pompe ne se coïncident pasavec l’axe de rotation,et en même

temps formant un angle dans l’accouplement provoquant ainsi le balourd, le desserrage, et

l’influence sur les paliersqui détruit les roulements.

- Avant de donner des solutions, tout d’abord on va étudier un cas pour expliquer comment

détecter par analyse vibratoire un défaut parmi les défauts proposés.On prend comme exemple

un défaut grave qui a été relevé le 14/10/2012 à cause d’un désalignement.

- Pour détecter un défaut il faut passer par les déférentesétapes suivantes.


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IV.9.Analyse vibratoire de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » :

Cette analyse est effectuée afin de protéger notre pompe pour augmenter sa durée de vie.

En pratique l’analyse vibratoire se fait principalement par la pose d’un capteur sur les

déférentes positions suivantes :

Horizontale (H) ;

Verticale (V) ;

Axiale (A).

Les points ou le capteur sera posé pour mesurer la vibration de la pompe et du moteur sont les

suivants :

Figure IV.23 :Pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 ».

Moteur :

- Point (1) coté libre moteur : H+V ;

- Point (2) coté accouplement moteur : H+V ;

- Point (6) axiale moteur : A.

Pompe :

- Point (3) coté accouplement pompe : H+V ;

- Point (4) coté libre pompe : H+V ;

- Point (5) axiale pompe : A.


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IV.9.1.Mesure vibratoire en niveau global :

Cette stratégie de surveillance consiste à mesurer à l’aide des capteurs accéléromètres le

niveau global d’un ou de plusieurs indicateurs (vitesse, accélération ou déplacement), afin de

suivre son évolution dans le temps et à le comparer à des normes ou des mesures précédentes,

certes, toute évolution est due à une dégradation de la machine, cela permet de mettre en

évidence l’existence d’une anomalie à un stade précoce et de faire une première idée des types

de défauts qui affecte la machine, mais ne permet pas d’établir un diagnostic précis [12].

NB :

Les mesures des niveaux globaux de la vibration de notre pompe en mode vitesse c’est-à-dire

on suit avec le temps l’indicateur vitesse (vitesse de vibration) toute évolution anormale de la

vitesse indique une dégradation de la pompe donc il y-a une défaillance à déterminer.

Les mesures se font à l’aide d’un appareil VIBROTEST 60 lié par un capteur accéléromètre.

IV.9.1.1.VIBROTEST 60 :

Le VIBROTEST 60 est un appareil pratique de mesure de vibrations pour apprécier l’état des

machines, faire le diagnostic des défauts et pour réaliser la maintenance conditionnelle.

Il est destiné à faire des mesures globales de vibrations, de paramètres de procédé, de filtre

suiveur et des spectres en fréquence. Le VIBROTEST 60 est ainsi très flexible et polyvalent.

Figure IV.24 :VIBROTEST 60.

a-Points forts du VIBROTEST 60 :

- Véritable appareil bi-voie avec mesure de la vitesse de rotation ;

- Appareil portable petit et léger (masse : 900 g) ;

- Nouvelle technologie de collecteur de données grâce aux propriétés suivantes :

Traitement très rapide et simultané des mesures (jusqu’à 5 données à la fois) ;


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Routes de mesure multiples et possibilité de traiter n’importe quel point de la

route de mesure ;

Possibilité de basculer entre les modes analyseur, équilibreur et collecteur de données.

- Technologie de pointe du traitement des mesures grâce à un Processeur Numérique (DSP) ;

- Très bonne résolution pour les spectres en fréquence FFT (au maximum : 12800 lignes) ;

- Possibilité de raccorder des capteurs d’accélération accéléromètres, de vitesse et de

déplacement de vibrations ;

- Ecran rétro-éclairé (très bon contraste) ;

- Capacité de stockage illimitée et grande sécurité de sauvegarde des données grâce aux

cartes PC [18].

b-Exécution mécanique :


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IV.9.2.Classement catégorique :

Notre pompe à une puissance de 185 KW, donc elle est classée en groupe M « moyenne »

selon la norme ISO 2372.

Groupe K : petites machines jusqu’à 15 KW ;

Groupe M : machines moyennes de 15 à 75 KW ou jusqu’à 300 KW sur fondation

spéciales ;

Groupe G : machines lourdes sur fondations rigides et lourdes dont la fréquence naturelle

dépasse la vitesse de la machine ;

Groupe T : machines lourdes fonctionnant à des vitesses supérieures à la fréquence

naturelle de leurs fondations (cas des turbos machines) [3].

IV.9.2.1.Seuils :

ISO 2372 :

Le seuil de pré-alarme en mode vitesse est de : 2,8 mm/s eff ;

Le seuil d’alarme (danger) en mode vitesse est : 7,1 mm/s eff [3].

Figure IV.25 : Classement catégorique de la norme ISO 2372[3].

IV.9.3.Mesure des niveaux globaux de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 « T07 » :

Les mesures des niveaux globaux de l’indicateur vitesse des 6 points avec leurs directions que

nous avons schématisées auparavant voire (Figure IV.23), ont été effectuées durant la période

du06/10/2011 au 24/12/2012.


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Les points des mesures 1, 2, 4, 5, 6 n’indiquent aucun dépassement du seuil d’alarme

danger selon ISO 2372 ;

Le troisième point (palier n°3) dont la direction est horizontale a indiqué pendant cette

même période plusieurs évolutions anormales, sa courbe de tendance des déférents niveaux

globaux du troisième point horizontal est comme suit :

Figure IV.26 : Courbe de tendancedu palier n°3 horizontal-vitesse.

IV.9.3.1.Illustration de la courbe de tendance :

Figure IV.27 :Illustration de la courbe de tendance.


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MPNG : Mesure Périodique Niveau Global

MPNG 1 :

Dépassement du seuil d’alarme principale.

MPNG 2 :

Après intervention conditionnelle sur l’anomalie précédemment la pompe fonctionnée

normalement suivant MPGN 2.

MPNG 3 :

Dépassement du seuil toléré donc il y-a danger qui nous oblige à faire une intervention

conditionnelle.

MPNG 4 :

Zone presque non tolérée donc manifestation d’une vibration ce qui nous oblige à faire une

vérification sur la fixation, béton et scellement, graissage, huilage..., c’est la maintenance

conditionnelle pour exploiter le plus possible des pièces constituants la pompe.

MPNG 5 :

Après une certaine période, l’évolution de l’anomalie a connu une grande croissance allant à

une amplitude de [20,76 mm/s efficace] (évolution périodique), donc elle est plus supérieure

que la valeur d’alarme principale (danger) [7,1 mm/s eff] de la norme ISO 2372.

IV.9.4.Etude de cas :

Dans cette partie on a étudié l’évolution grave de la mesure de niveau global 5 [MPNG 5]

Qui nous a obligés de stopper la pompe.

Donc après cette mesure de niveau globalet qui nous a laisser mettre en évidence qu’il y-a une

anomalie, une intervention conditionnelle est nécessaire seulement il faut d’abord connaitre la

nature de cette anomalie et pour cela une analyse spectrale est obligatoire.

NB :

L’analyse du niveau global 5 est faite le 14/10/2012, elle a démontré qu’il y-a une défaillance.

IV.9.4.1.Analyse spectrale :

Dans cette partie nous allons faire une analyse spectrale pour déterminer la nature et le lieu du

défaut détecté par la mesure globale, Ensuite nous procédons à une intervention

conditionnelle (Figure IV.30):spectre du palier n°3 horizontal-vitesse, après intervention.

a-Calculs :

Pour faire une analyse spectrale, il faut connaitre toutes les fréquences des composants de

notre pompe, pour enfin les comparer avec les résultats obtenus de cette analyse.

Le type de roulement palier n°3 est 6412 « Roulement à bille ».


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Donc :

Comme on a dit déjà Pour chaque type de roulement et en fonction de ses cotes de fabrication,

on peut considérer les fréquences caractéristiques données par les formules ci-dessous.

Défaut sur la bague extérieure :

La fréquence de passage d’un élément roulant sur un défaut de bague extérieure, « fbext » est

donnée par l’équation suivante :

𝑓bext = 0,5. Fr. n. [1 − d

D. cosα ] = A1.Fr(IV.12)

A1 : coefficient de fbext.

A1 = 0,5. n. [1 − d

D. cosα ]

Défaut sur la bague intérieure :

La fréquence de passage d’un élément roulant sur un défaut de bague intérieure, supposée

montée sur l’arbre tournant, « fbint »est donnée par l’équation suivante :

fbint =0,5. Fr. n. [1 + d

D. cosα ]= A2.Fr(IV.13)

A2 : coefficient de fbint.

A2= 0,5. n. [1 + d

D. cosα ]

Défaut sur la cage :

La fréquence de passage d’un défaut de cage « fcage », est donnée par l’équation suivante :

fcage =0,5. Fr. [1 − d

D. cosα ] , donc fcage =fbint /n = A3.Fr(IV.14)

A3 : coefficient de fcage.

A3= 0,5. [1 − d

D. cosα ]

Défaut sur l’élément roulant :

Un défaut situe sur une bille entre en contact avec la bague intérieure ainsi qu’avec la bague

extérieure à chaque révolution de la bille. La fréquence du défaut sera donc :

fbille = 0,5. Fr.D

d. [1 −

d.cos α

D

2

] = A4.Fr(IV.15)

A4 : coefficient de fbille.

A4 = 0,5. (D

d. [1 −

d.cos α

D

2

])


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Aujourd’hui, la plupart des fabricants de roulements fournissent des tables de références qui

permettent de s’affranchir de ces calculs.

Donc :

Suivant la société nouvelle de roulements « SNR » (société française de fabrication de

roulements mécaniques) qui est le fournisseur de l’entreprise, le coefficient « A » de chaque

composant de ces roulements est donnée comme suite :

Type de roulement

Place du roulement

FBE

FBI

FDB

FC

MOTEUR 6318 C3 Coté libre

3,09 4,91 4,18 0,38

NU322 MC3 Coté accouplement 5,66 8,34 5,01 0,40

POMPE 6412 Coté accouplement 2,55 4,45 3,04 0,36

NU 314 EJ15 Coté libre 5,21 7,79 4,85 0,40

Tableau IV.2 : Coefficient des roulements.

Solution :

Type de moteur : moteur asynchrone ;

Vitesse du moteur =1479 Tr/min ;

Fr : la fréquence de rotation de la bague interne c’est-à-dire aussi la fréquence de rotation

de moteur.

1479

60= 24,65 Hz (IV. 16)

a-1.Calcul de la fréquence de chaque composant du roulement :

MOTEUR

Coté COTE ACCOUPLEMENT COTE LIBRE

Roulements NU322MC3 6318C3

fbext =5,66 . 24,65 = 139,5 Hz

fbint =8,34 . 24,65 = 205,58 Hz

fcage =0,40 . 24,65 = 9,96 Hz

fbille = 5,01 . 24,65 = 123,49 Hz

fbext =3,09 . 24,65 = 76,17 Hz

fbint =4,91 . 24,65 = 121,03 Hz

fcage =0,38 . 24,65 = 9,45 Hz

fbille = 4,18 . 24,65 = 103,03 Hz

Tableau IV.3 : Fréquences caractéristiques des roulements d’moteur.


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POMPE

Coté COTE LIBRE COTE ACCOUPLEMENT

Roulements NU314EG15 6412

fbext =5,21 . 24,65 = 128,42 Hz

fbint =7,79 . 24,65 = 192,02Hz

fcage =0,40 . 24,65 = 9,88 Hz

fbille = 4,85 . 24,65 = 119,55 Hz

fbext =2,55 . 24,65 = 62,86 Hz

fbint =4,45 . 24,65 = 109,69 Hz

fcage =0,36 . 24,65 = 8,97 Hz

fbille = 3,04 . 24,65 = 74,94 Hz

Tableau IV.4 : Fréquences caractéristiques des roulements d’pompe.

b-Analyse spectrale :

Figure IV.28 : Spectre du palier n°3 horizontal-vitesse.


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b-1.Résultat de l’analyse spectrale :

Le résultat de l’analyse spectrale indique un pic grave d’une amplitude de 15,95 mm/s crête

ce qui dépasse le seuil d’alarme, donc il y-a danger, la fréquence de ce pic est égale à

109,37 Hz, cette fréquence correspond à celle calculée théoriquement qui est de 109,06 Hz sur

la bague intérieure, donc on résume que la bague intérieure est en défaut.

IV.9.4.2.Intervention et démontage de la pompe :

Corps pompe Roue à aube

Bride Roulement défectueux 6412


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Figure IV.29 : Composants de la pompe FLOWSERVE ME 300/450 «T07».

a-Après l’intervention :

Après intervention conditionnelle et changement du roulement, une autre analyse spectrale a

été réalisée le 24/12/2012 pour voir l’état de notre pompe, les résultats obtenus ont indiqué la

disparition du pic, ce qui veut dire que nous avons éliminé l’anomalie et que notre pompe est

en bon équilibre, le résultat du spectre obtenu est comme suit :

Arbre


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Figure IV.30 : Spectre du palier n°3 horizontal-vitesse après intervention.

IV.10.Conclusion :

Notre pompeFLOWSERVE ME 300/450 « T07 » est exposée à plusieurs phénomènes pouvant

lui causer des dommages.

Ces phénomènes sont :

Echauffement des roulements provoquant le desserrage du palier ;


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Déséquilibre de poids (balourd) ;

Desserrage du carter ;

Désalignement.

Le désalignement est à son tour la cause des phénomènes cités ci-dessus.

Chacun de ces phénomènes influence sur les composants de la pompe ce qui oblige une

équipe d’intervention de procéder à une révision pour réparer ce phénomène et changer les

composants uses tel que bride, étanchéité, tresse, carter, ce qui implique alors un temps d’arrêt

très important.

Pour éviter toute manifestation d’un de ces phénomènes une politique de maintenance doit

être mise en évidence ainsi tout temps d’arrêt sera écarté le plus possible.

Donc la loi Pareto ou 20/80 est une solution très importante qui nécessite à appliquer la

maintenance conditionnelle pour déterminer toute anomalie avant la panne, et qui permet de

réduire le temps d’arrêt. Cette politique de maintenance est suivie d’une maintenance

systématique qui assure la fiabilité voulue.

Enfin la surveillance du désalignement écarte une grande majorité des phénomènes dérivables

(desserrage, balourd, roulements).

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Conclusion générale

Au terme de notre étude, nous pouvant constater et conclure qu'il est très important de définir

les causes de la panne et comprendre les phénomènes de défaillances et de dégradation des

matériels.Ceci va permettre avec exactitude la connaissance et la compréhension du

comportementde la fiabilité et de la disponibilité de l'équipement étudié, ce qui va nous

permettre de choisir la meilleure politique de maintenance, qui donne la possibilité de réduire

les temps d'arrêts, l'indisponibilité et les coûts de maintenance, tout ça pour concrétiser une

meilleure organisation de maintenance.

L’étude et l'analyse FMD d’un équipement sont utiles pour connaitre l’état de ce dernier.

L’exploitation des données d’une machine (Historique) permet aux techniciens d’analyser et

d’organiser des méthodes de réduction de la probabilité de défaillance et prendre de décisions

strictes.

L’analyse des résultats FMD indique une fiabilité basse, ce qui nous exige de connaitre

l’origine des phénomènes qui sont la cause, pour enfin trouver des solutions et des méthodes

pour l’augmenter.

La maintenance conditionnelle prévoit la panne avant même sa manifestation, elle est

économique, ses outils sont fiables et efficaces, elle a pour but la surveillance des

équipements et surtout les plus stratégiques.

La technique de surveillance par analyse vibratoire est l’un des meilleurs outils dans la

maintenance conditionnelle pour les machines tournantes telles que notre pompe. Elle est

impérative et indispensable pour l’exploitation et la production.

Enfin l’analyse FMD d’une façon générale est très importante dans l’amélioration des

équipements qui participent à la production de produits de bonne qualité qui assurent

l’évolution et la compétitivité de l’entreprise.

Références bibliographiques

[1] Documentation de l’unité Laminoir à Chaud, IMITTAL SIDER d’El-Hadjar.

[2] FD X 60-000 Fonction maintenance-FHPAD Neuilly sur seine, (normalisation française-

publié par AFNOR, Mai 2002),Site Google:

http://www.ehpadneuilly.com/cariboost_files/FDX_60-000.pdf

[3] Jean Héng,Pratique de la maintenance préventive, DUNOD, Paris, 2002, ISBN210 006561 0.

[4] François Monchy, Jean-Pierre Vernier, Maintenance méthodes et organisations,3eme

édition,

DUNOD, Paris, 2000, ISBN 2 10 003997 0.

[5] Les forme de maintenance –TPM attitude (Totale productive maintenance), Site Google:

http://tpmattitude.fr/methodes.html

[6] SOUALEM MOHAMED, Diagnostic des défaillances basé sur l’analyse vibratoire d’un

turbocompresseur 103J, Mémoire de Master,Université Badji Mokhtar-Annaba, Département de

Génie Mécanique, 2012.

[7] Alain Boulenger, Aide-mémoire, Maintenance conditionnelle, DUNOD, Paris, 2008, ISBN

978-2-10-051781-7.

[8] Alain Boulenger, Christian Pachaud, Aide-mémoire, Surveillance des machines par analyse

des vibrations, DUNOD, Paris, 2009, ISBN 978-2-10-054190-4.

[9] KADI Mohammed / GANA Djamal Eddine, Etudeetamélioration FMD d’unemotopompe

centrifuge, Mémoire de MasterProfessionnel, Université KasdiMerbah - Ouargla,

Départementde Génie Mécanique, 2014.

[10] HATHATAbdelkader et DEBLAOUI Hicham, Etude analytique FMD d’une turbine DR990,

Mémoire de Master Professionnel, Université KasdiMerbah - Ouargla, Département de Génie

Mécanique,2015.

[11]KALLOUCHE A.KADER, Cours, CHAPITRE VI « ANALYSE DE LA DISPONIBILITE (CAS

DE LA CHARGEUSE) », Départementde Génie Mécanique, UniversitéBadji Mokhtar-Annaba,

2015.

[12] BensalemMohamed Walid, Détection des défauts par l’analyse vibratoire d’une cage de

laminoir au niveau de LRB Arcelor MITTALAnnaba, Mémoire de Master, Université Badji

Mokhtar-Annaba, Département de Génie Mécanique,2015.

[13] Roulements à rouleaux cylindriques, SNRR 6412, SNRR6318C3, Site Google:

SNRR6412:http://documentation.mb-expansion.fr/maeva/pdf/SNRR/ft_SNRR_6412.pdf

SNRR6318C3:http://documentation.mb-expansion.fr/maeva/pdf/SNRR/ft_SNRR_6318C3.pdf

Roulements à rouleaux cylindriques: file:///C:/Users/PC2/Downloads/11-

Roulements_a_rouleaux_cylindriques%20(1).pdf

[14] Catalogue FLOWSERVE, Pompe centrifuge MEFrançais, 71576387-02/07,

(documentation de l’unité Laminoir à Chaud, IMITTAL SIDER d’El-Hadjar.

[15] Equilibrage des machines tournantes-technologue pro (cours de technique de

surveillance) «LandolsiFoued » Site Google:

http://www.technologuepro.com/Mecanique/Maintenance/Technique-de

surveillance/Equilibrage-des-machines-tournantes.pdf

[16] Etude des principaux défauts-technologue pro (cours de technique de surveillance)

«LandolsiFoued » Site Google:

http://www.technologuepro.com/Mecanique/Maintenance/Technique-de-surveillance/Etude-

des-principaux-defauts.pdf

[17] RenéBoudet,Techniques de l’Ingénieur, Génie mécanique (Fonctions et composants

mécaniques), N°BD2, janvier 2000.

[18] Vibration absolue de paliers-Locadif, Site

Google:http://www.locadif.fr/lib/files/produits/vibrotest_60.pdf

http://documentation.mb-expansion.fr/maeva/pdf/SNRR/ft_SNRR_6412.pdf

Annexe 01 :

Distribution de WEIBULL : valeurs des coefficients A et B en fonction du paramètre de

forme [9].

Annexe 02 :

Tableau de loi KOLOMOGROV-SMIRNOV[9].

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