Le moniteur Proximitor 3500/40M est un module de protection et de surveillance de l'état des machines à quatre canaux haute performance développé par Baker Hughes sous la marque Bently Nevada, spécialement conçu pour le système de surveillance des machines de la série 3500. Sa fonction principale est d'accepter les signaux bruts des transducteurs de proximité Bently Nevada (tels que les capteurs à courants de Foucault), d'effectuer un conditionnement, un calcul et une analyse précis des signaux, et finalement de les convertir en paramètres clés reflétant l'état de la machine, qui sont continuellement comparés aux points de consigne d'alarme programmables par l'utilisateur pour assurer une protection continue et un diagnostic précoce des pannes pour les machines critiques.
Le moniteur est réputé pour sa flexibilité, sa haute précision et sa grande fiabilité. Les utilisateurs peuvent configurer chaque canal indépendamment via le logiciel de configuration du rack 3500 pour exécuter différentes fonctions de surveillance, notamment les vibrations radiales, l'excentricité, le REBAM (surveillance de l'activité des roulements des éléments roulants), la position de poussée et l'expansion différentielle. Le module est configuré et géré par paires de canaux ; Les canaux 1 et 2 forment une paire et les canaux 3 et 4 forment une autre paire. Chaque paire de canaux peut exécuter une fonction de surveillance, permettant à un seul module 3500/40M de prendre en charge simultanément deux applications de surveillance différentes.
2. Caractéristiques principales et principes fonctionnels détaillés
2.1 Fonction principale : conditionnement du signal et génération de paramètres
Le 3500/40M n'est pas simplement un répéteur de signal ; c'est un centre de traitement du signal sophistiqué. Son flux de travail principal est le suivant :
Entrée de signal et alimentation : le module accepte les signaux de tension analogiques bruts provenant d'un maximum de quatre transducteurs de proximité. Simultanément, le panneau avant fournit un connecteur coaxial de sortie de transducteur tamponné pour chaque canal, qui est protégé contre les courts-circuits et peut fournir une alimentation de transducteur d'environ ~ 24 V CA pour alimenter directement les proximiteurs, simplifiant ainsi le câblage du système.
Conditionnement et filtrage du signal : le signal brut d'entrée contient de riches informations dynamiques sur la machine, mais est également mélangé à divers bruits. Le 3500/40M intègre un puissant processeur de signal numérique et des banques de filtres programmables par l'utilisateur pour conditionner avec précision le signal.
Calcul des valeurs statiques : les signaux conditionnés sont utilisés pour calculer divers paramètres appelés valeurs statiques. Ces valeurs sont les mesures reflétant l'état de la machine et constituent la base des décisions d'alarme. Selon la configuration du canal, différentes valeurs statiques sont générées. Par exemple, un canal configuré pour la vibration radiale peut générer plusieurs valeurs statiques, notamment Direct (Gap), Amplitude 1X, Phase 1X, Amplitude 2X, Phase 2X, Amplitude non 1X et Amplitude Smax, décrivant l'état de vibration du rotor sous différentes dimensions.
Décision et sortie d'alarme : les utilisateurs peuvent définir des points de consigne d'alerte pour chaque valeur statique active et peuvent sélectionner deux des valeurs statiques les plus critiques pour définir les points de consigne de danger. Le moniteur compare en permanence les valeurs statiques calculées en temps réel à ces points de consigne. En cas de dépassement, le module, basé sur la logique de retard d'alarme configurée, déclenche les sorties d'alarme correspondantes, pilotant des systèmes d'alarme ou d'arrêt externes via des modules de relais, assurant ainsi la protection des machines.
2.2 Principes de fonctionnement détaillés pour chaque fonction de surveillance
a) Vibration radiale
b) Position de poussée
Principe : utilise un ou plusieurs transducteurs de proximité pour mesurer la position de la bague de poussée, en surveillant le mouvement axial du rotor dans les machines tournantes (par exemple, turbines à vapeur, compresseurs centrifuges) pour éviter tout contact entre les roues et les composants fixes.
Traitement du signal : utilise principalement le filtre direct (~ 3 dB à 1,2 Hz) et le filtre d'espacement (~ 3 dB à 0,41 Hz), en se concentrant sur le déplacement axial qui change lentement et la tension d'espacement moyenne.
c) Expansion différentielle
Principe : Mesure la différence de dilatation thermique entre le rotor de la machine et le carter (partie fixe). Critique pour les grandes turbines et autres équipements avec des processus de démarrage/arrêt lents afin d'éviter les collisions internes dues à l'expansion différentielle.
Traitement du signal : similaire à Thrust Position, utilise des filtres directs et Gap basse fréquence pour suivre le lent processus d'expansion. Sa sensibilité d'entrée est généralement inférieure (0,394 mV/μm) pour permettre la mesure de déplacement sur une large plage.
d) Excentricité
Principe : Mesure la courbure de l'arbre (excentricité mécanique) ou la flexion temporaire due à un échauffement irrégulier (excentricité thermique) à basse vitesse, notamment lors du fonctionnement du vireur.
Traitement du signal : utilise le filtre direct (~ 3 dB à 15,6 Hz) et le filtre Gap (~ 3 dB à 0,41 Hz) pour capturer l'arc d'arbre statique ou dynamique lent à basse vitesse.
e) REBAM (Surveillance de l'activité des roulements des éléments roulants)
Principe : Spécialement conçu pour surveiller les dommages précoces dans les roulements. Il détecte les défauts des roulements en analysant l'énergie vibratoire autour des fréquences de défaut caractéristiques (par exemple, fréquence de passage des billes, bague extérieure (BPFO), fréquence de passage des billes, bague intérieure (BPFI), fréquence de rotation des billes (BSF)).
Traitement du signal : Il s'agit de l'un des modes de traitement les plus complexes, impliquant un ensemble dédié de filtres :
Spike Filter : Un filtre passe-haut programmable (0,152 à 8678 Hz) utilisé pour extraire les signaux d'impact haute fréquence.
Filtre d'élément : un filtre passe-bande programmable dont la fréquence centrale est calculée en fonction des paramètres de roulement saisis par l'utilisateur (par exemple, BPFO), utilisé pour surveiller directement la fréquence de défaut de composants spécifiques du roulement.
Filtre rotor : Un filtre passe-bas programmable (0,108 à 2221 Hz).
L'utilisation combinée de ces filtres isole efficacement les informations caractéristiques sur les défauts des roulements des signaux de vibration complexes, générant diverses valeurs statiques, notamment Spike, Element, Rotor, Direct, Gap, 1X Amplitude et 1X Phase, pour une évaluation complète de l'état des roulements.
2.3 Suivi du filtre et fonction pas à pas
Pour les filtres qui dépendent de la vitesse de fonctionnement (par exemple, filtres vectoriels 1X, 2X), le 3500/40M dispose d'une fonction avancée de suivi/pas à pas de filtre. Lorsque le module reçoit un signal de vitesse Keyphasor valide, les filtres peuvent automatiquement basculer entre des ensembles de filtres prédéfinis en fonction des changements dans la vitesse réelle de l'arbre. Par exemple:
Condition initiale : utilise le jeu de filtres nominaux configuré pour la vitesse nominale.
Diminution de la vitesse : passe au jeu de filtres inférieur optimisé pour les basses vitesses lorsque la vitesse de l'arbre actuelle ≤ 0,9 x (vitesse nominale de l'arbre).
Augmentation de la vitesse (à partir de faible) : revient au filtre nominal lorsque la vitesse de l'arbre actuelle est ≥ 0,95 x (vitesse nominale de l'arbre).
Augmentation de la vitesse (à partir de la valeur nominale) : passe au jeu de filtres supérieur optimisé pour les vitesses élevées lorsque la vitesse de l'arbre actuelle ≥ 1,1 x (vitesse nominale de l'arbre).
Diminution de la vitesse (à partir de la vitesse élevée) : revient au jeu de filtres nominal lorsque la vitesse de l'arbre actuelle ≤ 1,05 x (vitesse nominale de l'arbre).
Erreur de signal de vitesse : en cas de perte d'un signal de vitesse valide, le module utilise automatiquement le jeu de filtres nominaux, garantissant la continuité de la surveillance.
Cette fonction garantit que pendant le démarrage de la machine, la décélération ou les fluctuations de vitesse, les filtres fonctionnent toujours dans leur plage de réponse en fréquence optimale, garantissant ainsi une mesure précise des composants vibratoires.
2.4 Précision et performances
Le 3500/40M offre une précision de mesure exceptionnelle. À +25 °C, pour la plupart des mesures Direct, Gap, 1X et 2X, la précision typique se situe à ±0,33 % de la pleine échelle, avec un maximum de ±1 % de la pleine échelle. La précision de phase du filtre vectoriel 1X atteint une erreur maximale de 3 degrés. Ce haut niveau de précision fournit une base de données fiable pour un diagnostic précis des pannes et des décisions de protection fiables.
2.5 Alarmes et retards
Points de consigne d'alarme : les points de consigne d'alerte et de danger pour chaque valeur statique peuvent être ajustés via un logiciel de 0 à 100 % de la pleine échelle. La précision des points de consigne d'alarme eux-mêmes se situe à ±0,13 % de la valeur souhaitée.
Délais d'alarme : pour éviter les fausses alarmes, les utilisateurs peuvent programmer des délais d'alarme.
Pour des paramètres tels que la vibration radiale et la poussée, les délais d'alerte peuvent être définis de 1 à 60 secondes (par intervalles de 1 seconde) et les délais de danger peuvent être de 0,1 seconde ou de 1 à 60 secondes (par intervalles de 0,5 seconde).
Pour REBAM, la plage de retard est plus large, d'une valeur minimale calculée jusqu'à 400 secondes, s'adaptant à la nature potentiellement intermittente des signaux de défaut de roulement.
3. Caractéristiques matérielles et options de configuration
Structure du module : suit l'architecture de module standard 3500, composée d'un module de moniteur principal pleine hauteur (installé à l'avant du rack) et d'un module d'E/S correspondant (installé à l'arrière du rack).
Types de modules d'E/S : Trois options clés de modules d'E/S sont disponibles pour répondre aux différents besoins d'installation et d'environnement :
Module d'E/S avec terminaison interne : tout le câblage est effectué via les borniers intégrés du module, offrant une structure compacte.
Module d'E/S avec terminaisons externes : se connecte via des câbles à des blocs de terminaison externes séparés, facilitant la maintenance et l'isolation dans les environnements difficiles.
Module d'E/S avec barrières internes : intègre des barrières de sécurité intrinsèques, permettant au moniteur d'être utilisé dans des zones dangereuses (par exemple, Classe I, Division 2 / Zone 2) sans barrières discrètes externes. Ceci est essentiel pour obtenir des certifications pour zones dangereuses telles que ATEX, IECEx et cNRTLus.
Indication d'état : le panneau avant fournit plusieurs indicateurs LED, notamment OK (fonctionnement normal), TX/RX (communication inter-module) et Bypass (mode Bypass actif), permettant un diagnostic rapide sur le terrain de l'état du module.
4. Adéquation environnementale, certifications et applications
Limites environnementales : Large plage de températures de fonctionnement, de -30°C à +65°C lorsqu'il est utilisé avec des modules d'E/S de terminaison interne/externe, et de 0°C à +65°C lorsqu'il est utilisé avec le module d'E/S à barrière interne.
Certifications de conformité : le module est conforme à de nombreuses normes internationales, notamment FCC, directive EMC, directive basse tension, directive RoHS, et détient les certifications marines de DNV GL et ABS, ainsi que les certifications pour zones dangereuses comme ATEX, IECEx et cNRTLus.
Scénarios d'application : Le 3500/40M est la pierre angulaire de la protection des équipements rotatifs critiques dans toutes les industries, largement utilisé dans :
Production d'électricité : turbines à vapeur, turbines à gaz, générateurs, turbines hydroélectriques.
Pétrole et gaz : compresseurs de pipelines, turbines à gaz, groupes motopompes.
Industries chimiques et de transformation : Divers gros compresseurs, turbomachines.
Systèmes de propulsion marins.
