Le moniteur sismique Proximitor 3500/42M est un module de surveillance à quatre canaux hautement intégré et puissant au sein du système de surveillance de l'état des machines Bently Nevada™ série 3500. Il représente un niveau avancé de technologie de protection des machines, capable de traiter simultanément les signaux des transducteurs de proximité et des transducteurs sismiques, permettant une surveillance et une protection synchrones et complètes des vibrations relatives de l'arbre et des vibrations absolues du boîtier de roulement dans les machines tournantes.
Ce moniteur perpétue la philosophie de conception de haute fiabilité du système 3500. Sa mission principale est de fournir une protection ininterrompue des actifs mécaniques critiques en comparant en permanence les paramètres surveillés aux points de consigne d'alarme programmables par l'utilisateur pour déclencher les alarmes ; simultanément, il communique en temps réel des informations essentielles sur la machine au personnel d'exploitation et de maintenance, fournissant ainsi un support de données pour la maintenance conditionnelle et le diagnostic des pannes.
La grande flexibilité du 3500/42M est une caractéristique remarquable. Les utilisateurs peuvent configurer chaque canal via le logiciel de configuration du rack 3500 pour exécuter l'une des nombreuses fonctions de surveillance, notamment : vibration radiale, position de poussée, expansion différentielle, excentricité, REBAM, accélération, vitesse, vibration absolue de l'arbre et région d'acceptation circulaire. Semblable aux autres moniteurs de la série, ses quatre canaux sont gérés et configurés en « paires de canaux », permettant à un seul module d'exécuter simultanément deux fonctions de surveillance différentes (par exemple, canaux 1 et 2 pour les vibrations radiales, canaux 3 et 4 pour la vitesse du boîtier de roulement).
2. Caractéristiques principales et principes fonctionnels détaillés
2.1 Fonction principale : fusion de signaux multicapteurs et diagnostics intégrés
La valeur fondamentale du 3500/42M réside dans sa capacité à briser les limites des moniteurs traditionnels qui ne gèrent que des types de capteurs uniques, agissant comme un centre de fusion de données intégré. Son workflow est le suivant :
Entrée de signal multi-type et alimentation : le module peut accepter des signaux provenant d'un maximum de quatre capteurs, qui peuvent être :
Transducteurs de proximité : pour mesurer les vibrations de l'arbre et sa position par rapport au boîtier de roulement.
Accéléromètres : pour mesurer l'accélération des vibrations à haute fréquence du boîtier de roulement.
Transducteurs de vitesse : pour mesurer la vitesse de vibration de moyenne à basse fréquence du boîtier de roulement.
Le panneau avant du module fournit un connecteur coaxial de sortie de transducteur tamponné pour chaque canal, fournit une puissance d'excitation de -24 V CC pour les transducteurs de proximité et fournit une source de courant constant ou une source de tension pour les accéléromètres, simplifiant ainsi l'intégration du système.
Chemins de conditionnement de signal dédiés : pour différents types de capteurs et objectifs de surveillance, le module établit des chemins de conditionnement de signal parallèles et indépendants. Chaque configuration correspond à un ensemble optimisé de banques de filtres et d'algorithmes, garantissant l'extraction des informations de caractéristiques les plus pertinentes et les plus précises à partir des signaux bruts.
Calcul et dérivation des valeurs statiques : les signaux conditionnés sont utilisés pour calculer les paramètres clés appelés valeurs statiques. Ces valeurs constituent la pierre angulaire des décisions d’alarme et de l’évaluation de l’état des équipements. Le 3500/42M peut générer une large gamme de valeurs statiques, par exemple :
Un canal de vibration radiale peut générer : Direct, Gap, 1X Amplitude/Phase, 2X Amplitude/Phase, Not 1X Amplitude, Smax Amplitude.
Un canal Velocity II peut générer : Direct (par exemple, RMS/Vitesse de crête), 1X Amplitude/Phase, 2X Amplitude/Phase, Tension de polarisation.
La fonction Shaft Absolute Vibration utilise des algorithmes internes pour synthétiser les données des transducteurs de proximité et sismiques, dérivant ainsi la vibration absolue de l'arbre.
Gestion et sortie des alarmes : les utilisateurs peuvent définir des alarmes d'alerte pour chaque valeur statique active et sélectionner deux des valeurs statiques les plus critiques pour les alarmes de danger. Le module effectue en permanence des comparaisons et déclenche des sorties d'alarme en cas de dépassement. Il comporte également des délais d'alarme programmables (par exemple, Alerte : 1 à 60 secondes, Danger : 0,1 seconde ou 1 à 60 secondes) pour éviter efficacement les fausses alarmes. De plus, le module fournit des sorties enregistreur 4-20 mA pour la connexion au DCS ou aux appareils d'enregistrement.
2.2 Fonctions clés de surveillance : principes de fonctionnement et innovations technologiques
a) Surveillance des vibrations absolues de l'arbre
Principe : C'est l'une des caractéristiques les plus distinctives du 3500/42M. Il utilise la sommation vectorielle pour combiner le signal du transducteur de proximité (mesure des vibrations relatives de l'arbre) avec le signal du transducteur sismique (mesure des vibrations absolues du boîtier de roulement), calculant ainsi la vibration absolue du rotor par rapport à l'espace inertiel. La formule peut être simplifiée comme suit : Vibration absolue de l'arbre = Vibration relative de l'arbre + Vibration absolue du boîtier de roulement.
Valeur : ce paramètre est crucial pour les unités dotées de fondations flexibles (par exemple, les moteurs marins), de structures légères ou de vibrations haute fréquence importantes. Il reflète plus précisément la gravité réelle des vibrations du rotor, évitant ainsi la distorsion des mesures causée par les vibrations du boîtier, et constitue une méthode de surveillance avancée conforme aux normes API.
b) Traitement du signal sismique
Traitement du signal d'accélération : le module propose deux modes de traitement d'accélération.
Mode d'accélération standard : utilise des filtres passe-haut et passe-bas à 4 pôles avec une large plage de réponse en fréquence (par exemple, 10 Hz à 30 000 Hz pour la sortie RMS), adaptés à la capture de signaux d'impact à haute fréquence, souvent utilisés pour le diagnostic précoce des défauts dans les boîtes de vitesses ou les roulements.
Mode Accélération II : au-delà du traitement de base, il peut également fournir des composants vectoriels 1X et 2X et une tension de polarisation, et prend en charge la fonction de suivi/pas à pas de filtre, ce qui le rend adapté aux scénarios nécessitant une analyse précise des composants de vibration liés à la vitesse de fonctionnement.
Traitement du signal Velocity : propose de la même manière les modes Standard et Velocity II. Le mode Velocity II possède des capacités plus puissantes, notamment la génération de vecteurs 1X et 2X, une tension de polarisation et la prise en charge d'une plage de vitesse de machine plus large (60 à 100 000 cpm). Le module utilise en interne des circuits d'intégration numériques pour intégrer l'accélération à la vitesse, ou différencier/intégrer la vitesse au déplacement, offrant ainsi aux utilisateurs plusieurs options d'unités de vibration (accélération, vitesse, déplacement) pour l'affichage et la sélection d'alarme.
c) Région d'acceptation circulaire
Principe : Il s’agit d’une aide avancée à l’équilibrage du rotor. Il définit une « zone de sécurité » circulaire sur un tracé polaire (avec 1X Amplitude comme coordonnée radiale et 1X Phase comme coordonnée angulaire). L'état de la machine est considéré comme acceptable lorsque le point final du vecteur de vibration 1X du rotor se situe à l'intérieur de ce cercle.
Valeur : Par rapport aux alarmes traditionnelles à amplitude unique, CAR prend en compte l'effet combiné de l'amplitude et de la phase, permettant une surveillance et un avertissement plus efficaces des changements dynamiques tels que le déséquilibre du rotor ou l'arc thermique, en particulier pendant le démarrage et la décélération de la machine, fournissant ainsi une évaluation plus précise de l'état.
d) REBAM et technologie de filtrage avancée
REBAM : Son principe est conforme au 3500/40M, utilisant un ensemble de filtres dédiés pour extraire les fréquences de défauts caractéristiques des roulements. La documentation du 3500/42M fournit en outre des graphiques de configuration détaillés illustrant la vitesse maximale de la machine prise en charge sous différents nombres de rouleaux de roulement et des configurations à canal simple/double, offrant une référence cruciale pour la configuration de l'utilisateur.
Suivi/pas à pas du filtre : pour les filtres dépendants de la vitesse, le module peut automatiquement basculer entre les ensembles de filtres prédéfinis « Nominal », « Inférieur » et « Supérieur » en fonction de la vitesse réelle de l'arbre. Par exemple, il passe au filtre basse vitesse lorsque la vitesse descend à 90 % de la valeur nominale, et au filtre haute vitesse lorsque la vitesse atteint 110 % de la valeur nominale. Cela garantit que la fréquence centrale du filtre suit avec précision les changements de vitesse sur toute la plage de fonctionnement de la machine, garantissant ainsi une mesure précise des composants synchrones tels que 1X et 2X.
2.3 Assurance de l'exactitude et de la fiabilité
Le 3500/42M offre une précision de mesure de pointe. À +25 °C, pour la plupart des valeurs directes, Gap, 1X et 2X Vector, la précision typique atteint ±0,33 % de la pleine échelle, avec une erreur maximale ne dépassant pas ±1 % de la pleine échelle. L'erreur de mesure de phase pour le 1X Vector est de 3 degrés maximum. La précision des points de consigne d'alarme se situe à ±0,13 % de la valeur souhaitée. Cette haute précision constitue une base solide pour des décisions de protection fiables et un diagnostic précis des pannes.
3. Architecture matérielle et fonctionnalités de sécurité
Structure modulaire : se compose d'un module de moniteur principal pleine hauteur et d'un module d'E/S correspondant. Une variété de types de modules d'E/S sont disponibles pour répondre aux différents besoins des applications :
Modules d'E/S prox/sismiques : prennent en charge la connexion mixte de transducteurs de proximité et sismiques.
Modules d'E/S absolues d'arbre : spécialement conçus pour la mesure des vibrations absolues d'arbre, fournissant des sorties tamponnées synthétisées.
Modules d'E/S Prox/Velom : dédiés aux transducteurs de proximité et de vitesse.
Modules d'E/S avec barrières internes : intègrent des barrières de sécurité intrinsèques, permettant une utilisation directe dans les zones dangereuses de classe I, division 2/zone 2, et sont certifiés selon des normes strictes telles que cNRTLus, ATEX et IECEx. La documentation détaille les paramètres de l'entité barrière (par exemple, Vmax, Imax) pour les calculs du système de sécurité intrinsèque.
Adéquation environnementale : Large plage de températures de fonctionnement : -30 °C à +65 °C avec les modules d'E/S standard et 0 °C à +65 °C avec les modules d'E/S à barrière interne, permettant une adaptation aux environnements industriels difficiles.
4. Scénarios d'application
Le 3500/42M est une solution idéale pour les exigences de surveillance complexes, largement utilisée dans :
Production d'électricité : turbines à vapeur, turbines à gaz, générateurs (surveillant simultanément les vibrations de l'arbre et du carter).
Pétrole et gaz : compresseurs de pipelines, équipements entraînés par des turbines à gaz.
Systèmes de propulsion marins : turbines principales, boîtes de vitesses et moteurs diesel, pour lesquels la flexibilité des fondations rend la surveillance des vibrations absolues de l'arbre particulièrement importante.
Industries chimiques et de transformation : divers gros compresseurs et turbomachines nécessitant une analyse complète des vibrations.
