Diagnostic de Turbogénérateur | PHANTOM® Gen 3

Dans cette étude de cas, une analyse des vibrations d’un turbogénérateur est présentée, dans le but d’identifier d’éventuels problèmes et de prendre des mesures préventives pour garantir son fonctionnement optimal. L’équipement d’analyse des vibrations Erbessd PHANTOM® a été utilisé, ce qui permet des mesures précises et fiables. Tout au long de l’étude, l’accent a été mis sur la détection des déséquilibres et des désalignements dans les rotors de la turbine et du générateur, ainsi que sur les jeux possibles dans les roulements.

Détails Observés sur l’Unité

De multiples rapports ont été reçus détaillant des augmentations significatives des vibrations du turbogénérateur pendant le fonctionnement sous charge. Ce phénomène préoccupant devenait plus évident à une période précise de la journée, principalement entre 5h et 9h. Les rapports d’augmentation des vibrations étaient persistants et la gravité de ces détails initiaux est devenue une source de grande préoccupation pour tous ceux impliqués dans l’exploitation et la maintenance du turbogénérateur.

Face à cette situation, une décision stratégique a été prise de réaliser une analyse des vibrations approfondie et méticuleuse. L’objectif principal de cette analyse était d’identifier les causes sous-jacentes des augmentations de vibrations, afin de comprendre en profondeur la nature du problème et de développer des solutions efficaces et durables pour y remédier.

L’analyse a été menée avec la plus grande attention aux détails, en utilisant des outils et des techniques avancés de mesure et de surveillance des vibrations.

Tâches Effectuées : Analyse Initiale des Vibrations

Pour mieux comprendre les conditions normales de fonctionnement et écarter les problèmes au moment de l’analyse, une analyse initiale des vibrations a été réalisée à l’aide d’un équipement portable. Les mesures ont révélé la présence d’un balourd résiduel dans les rotors de la turbine et du générateur, ainsi qu’un désalignement entre les deux composants et de possibles jeux dans les roulements. Les spectres de vibration des figures 1 à 4 illustrent le comportement du turbogénérateur fonctionnant sous charge à 17h54 le mardi 21 février.

Sur la base de ces résultats, il a été recommandé d’instrumenter le turbogénérateur avec des accéléromètres triaxiaux sans fil PHANTOM® Gen 3 et de mettre en place un programme de surveillance périodique.

FIG. 1. SPECTRE DE VIBRATION EN CONDITION INITIALE POS1H

FIG. 2. SPECTRE DE VIBRATION EN CONDITION INITIALE POS2H

FIG. 3. SPECTRE DE VIBRATION EN CONDITION INITIALE POS3H

FIG. 4. SPECTRE DE VIBRATION EN CONDITION INITIALE POS4V

Instrumentation pour les Mesures Programmées

Afin d’obtenir des mesures programmées et continues, une installation méticuleuse d’un ensemble de quatre accéléromètres triaxiaux sans fil PHANTOM® Gen 3 de faible plage a été réalisée. Chaque accéléromètre a été soigneusement placé sur un roulement différent, garantissant une répartition équilibrée et représentative des zones clés du turbogénérateur. Les relevés de vibration ont été programmés pour être enregistrés toutes les demi-heures, fournissant une surveillance constante et détaillée du comportement dynamique de l’équipement.

Le système de surveillance a été mis en service de manière précise et fiable à 19h18 le 21 février. À partir de ce moment, les accéléromètres ont commencé à capturer et à enregistrer des données vitales de vibration en temps réel. Ce processus s’est poursuivi sans interruption jusqu’au 10 mars, couvrant une période substantielle qui a permis une analyse complète des modèles et variations de vibration et de température au fil du temps.

Pendant la surveillance, les niveaux de vibration ont été enregistrés à chaque point de mesure dans les directions horizontale, verticale et axiale, ainsi que les relevés de température à chaque roulement. Un changement significatif a été observé au roulement 3 (côté accouplement du générateur) dans la direction verticale, avec une augmentation des vibrations lors des mesures nocturnes, lorsque la température ambiante était plus basse.

Pour analyser en détail les événements importants, les tracés de tendance de la vibration globale et leur relation avec la température du roulement sont présentés. Ces tracés fournissent des informations sur les trois événements les plus pertinents au cours des mesures.

Événements Critiques

ÉVÉNEMENT 1

Début : 22 février, 06h30

Fin : 22 février, 08h30

Grâce aux capteurs PHANTOM® 3G installés sur le turbogénérateur, des signaux de vibration ont été capturés aux quatre points surveillés dans toutes les directions (H, V, A). Une augmentation significative des vibrations a été observée aux positions 2 et 3 (roulement de turbine côté accouplement et roulement de générateur côté accouplement). En analysant les spectres de vibration, il a été déterminé que cette augmentation était due à des changements de température de l’huile de lubrification, générant la condition d’oil whirl dans les deux roulements.

ÉVÉNEMENT 2

Début : 23 février, 03h50

Fin : 23 février, 08h00

Conformément aux conditions de température ambiante, il a été constaté que l’événement 2 s’est produit avant l’événement 1. La deuxième mesure a réaffirmé la corrélation entre la variation de la température de l’huile et l’apparition du phénomène connu sous le nom d’oil whirl. Il est pertinent de souligner la présentation des spectres en cascade correspondant aux positions 2 et 3, qui montrent incontestablement les changements extrêmement importants.

ÉVÉNEMENT 3

Début : 23 février, 07h50

Fin : 23 février, 09h24

Pour confirmer l’effet de la température de l’huile sur la condition d’oil whirl, un essai (ÉVÉNEMENT 3) a été réalisé en modifiant manuellement la température de l’huile par la restriction du débit d’eau de refroidissement dans le refroidisseur d’huile. Il a été observé que l’oil whirl a complètement disparu lorsque la température a été modifiée, mettant en évidence son lien étroit avec ce phénomène. Cette modification de température a été effectuée à deux reprises, et il a été clairement observé que la condition d’oil whirl a complètement disparu.

Diagnostic

Les résultats obtenus mettent en évidence la relation étroite entre le phénomène d’oil whip et les variations de température. Grâce à deux modifications contrôlées de la température, la disparition complète de l’oil whirl a pu être observée de manière concluante.

Ces conclusions sont de la plus haute importance, car elles démontrent que l’oil whip est directement influencé par la température du système. En modifiant la température, ce phénomène indésirable est complètement supprimé.

Analyse Ultérieure et Résultats Après Corrections

Dans la nouvelle analyse réalisée le 25 février, un fonctionnement normal du turbogénérateur a été observé lors de son fonctionnement sous charge. Une analyse des vibrations a été réalisée à distance entre la turbine et le générateur pour évaluer ses performances.

Les résultats de l’analyse ont indiqué que les niveaux de vibration se situaient dans la plage d’acceptabilité tant dans la turbine à vapeur que dans le rotor du générateur, avec la présence de composantes d’ordre 1XT dues au balourd résiduel dans les rotors de la turbine et du générateur.

Dans le cadre des recommandations basées sur ces résultats, il est suggéré d’évaluer la possibilité d’installer un système de contrôle de la température de l’huile permettant de maintenir des variations ne dépassant pas 7°C. De plus, il est recommandé de revoir les géométries et les jeux des roulements lors de futures occasions, en tirant parti de l’expérience du personnel de l’usine, dans le but d’éliminer toute fuite d’huile du système de roulements à tourillon.

En cas d’augmentation de 30 % des vibrations due au balourd, il est recommandé de programmer un équilibrage des rotors de la turbine et du générateur. Cet équilibrage peut être effectué sur site avec une équilibreuse portable ou en envoyant les rotors à un atelier d’équilibrage spécialisé.

Le turbogénérateur continuera d’être surveillé jusqu’au vendredi 10 mars, afin de détecter tout changement significatif dans son comportement. Si une anomalie est constatée durant cette période, elle sera signalée en temps opportun.

En conclusion, l’analyse des vibrations réalisée à l’aide des capteurs PHANTOM® a permis de diagnostiquer et de comprendre les problèmes d’augmentation des vibrations dans le turbogénérateur. Grâce à la surveillance programmée et à l’enregistrement des signaux de vibration en différents points, le balourd résiduel, le désalignement et la présence d’oil whip ont été identifiés comme les principales causes des vibrations anormales.

De plus, grâce aux capteurs PHANTOM®, des relevés indirects de la température de l’huile de lubrification ont été obtenus pendant le fonctionnement, ce qui s’est avéré crucial pour relier les changements de température à l’apparition de l’oil whip. Ce diagnostic précis fournit une base solide pour mettre en œuvre les recommandations et prendre les mesures correctives nécessaires, garantissant un fonctionnement optimal et sûr du turbogénérateur.

L’analyse des vibrations à l’aide de technologies avancées, telles que les capteurs PHANTOM®, prouve sa valeur dans le domaine de la maintenance prédictive et de la surveillance des équipements rotatifs. En fournissant des données précises et en temps réel sur le comportement dynamique des équipements, des dommages majeurs et des arrêts imprévus coûteux peuvent être évités, garantissant ainsi l’efficacité et la fiabilité des installations industrielles.

Avec plus de 50 ans d’expérience dans l’analyse des vibrations, TAE Vibraciones s’est spécialisée dans le secteur des sucreries, ayant fourni des services dans plus de 30 sites à travers le pays.