Défaillances et entretien des pompes et des moteurs hydrauliques - Cours de Mécanique industrielle avec Maxicours

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Défaillances et entretien des pompes et des moteurs hydrauliques

Les défaillances sont la raison d'être de l'entretien :

Afin de diminuer les risques qu'une pompe ou qu'un moteur hydraulique ne subisse une défaillance, on doit effectuer un entretien régulier de ces équipements.

Au cours de cette étude, vous apprendrez :

           - à détecter les principales causes de défaillance des pompes et des moteurs hydrauliques;

           - les principaux points à vérifier lors de l'entretien de ces équipements.

1. Défaillances

Il arrive très rarement qu'une pompe ou qu'un moteur hydraulique subisse une défaillance partielle ou totale à cause d'un défaut de fabrication.

En effet, lorsqu'un de ces équipements fonctionne mal, cela résulte habituellement de la présence d'un problème ailleurs dans le système.

Dans la réalité, de 90 à 95 % des défaillances subies par ces équipements peuvent être attribuées à une ou à plusieurs des causes suivantes :

       - l'aération ;

      - la cavitation ;

      - la contamination ;

      - une surpression ;

      - une température excessive ;

      - une viscosité inadéquate.

Aération :

La présence de bulles d'air dans un fluide hydraulique s'appelle aération :

  • Elle donne au fluide hydraulique une apparence laiteuse ;
  • Elle entraîne un fonctionnement bruyant de la pompe et un fonctionnement saccadé des composants hydrauliques à cause de la compressibilité de l'air.

L'aération d'un fluide hydraulique est généralement due à l'état défectueux d'un joint d'étanchéité au niveau de l'arbre ou du carter de la pompe hydraulique.

Elle est néfaste pour une pompe hydraulique puisque les bulles d'air aspirées par la pompe subissent une implosion (irruption brutale d'un fluide à l'intérieur d'une enceinte de pression plus faible) lorsqu'elles sont soumises à la pression du système existant du côté du refoulement de la pompe.

  • L'implosion des bulles d'air peut provoquer l'arrachement de particules métalliques sur les pièces de la pompe hydraulique se trouvant à proximité du point d'implosion.
  • Ces implosions entraînent une température locale très élevée.
  • Les particules arrachées deviennent une source de contamination et provoquent l'usure des autres pièces de la pompe ou d'autres composants du circuit.

La figure suivante vous montre une plaque de poussée d'une pompe hydraulique volumétrique ayant subi une usure due à l'aération du fluide.

Plaque de poussée ayant subi une usure due à l'aération du fluide :

Source : Vickers

Cavitation :

La cavitation d'une pompe hydraulique se produit lorsque le fluide n'occupe pas entièrement l'espace disponible à l'intérieur de la pompe.

Le bruit généré par la cavitation d'une pompe est semblable à celui produit par l'aération du fluide.

La cavitation d'une pompe hydraulique est généralement due à :

  • une vitesse de rotation trop élevée,
  • une restriction dans le conduit d'admission de la pompe,
  • un conduit d'admission trop long;
  • un fluide ayant une viscosité trop élevée.

Contamination :

Tout corps étranger se trouvant dans un fluide hydraulique est défini comme étant de la contamination et a un effet important sur les performances des pompes et des moteurs hydrauliques.

Les contaminants peuvent être de :

  • nature liquide,
  • solide,
  • gazeuse.

La plupart des contaminants ont un effet abrasif sur les pièces mobiles internes des pompes et des moteurs hydrauliques, ce qui occasionne une usure prématurée de ces pièces.

La figure suivante vous montre un couvercle de pompe volumétrique à pistons axiaux ayant subi des dommages dus à la présence de contaminants solides.

Dommages causés par la présence de contaminants solides :

Source : Vickers

Surpression :

L'utilisation des pompes et des moteurs hydrauliques dans des conditions de pression dépassant celles prescrites par le fabricant entraîne :

  • des forces extrêmes sur les pièces mobiles internes de ces équipements.

Ces forces peuvent ainsi entraîner des défaillances prématurées sur les pompes et les moteurs hydrauliques.

Température excessive :

Une température de fonctionnement supérieure à celle prescrite par le fabricant affecte la viscosité du fluide hydraulique.

L'aération, la cavitation, la contamination et une surpression sont tous des facteurs qui contribuent à une augmentation de la température.

Une température excessive accélère l'oxydation de l'huile hydraulique, ce qui affecte la viscosité de cette dernière.

La figure suivante vous montre la couronne d'une pompe volumétrique à palettes ayant subi une température excessive.

Défaillance causée par une température excessive :

Vickers

Dans ce cas particulier, vous remarquerez :

  • que la couronne est noircie,
  • la température fut telle que les chanfreins de certaines palettes et la surface interne de la couronne ont fondu.

 

Viscosité inadéquate :

La viscosité d'un fluide est définie comme étant la résistance de ce fluide à l'écoulement.

Plus la viscosité d'un fluide est élevée, plus ce dernier s'écoule lentement.

Par exemple, de l'huile hydraulique a une viscosité plus élevée que l'eau.

L'utilisation d'un fluide ayant une viscosité supérieure à celle recommandée par le fabricant peut entraîner la cavitation d'une pompe hydraulique.

Une viscosité trop élevée peut survenir dans des conditions d'utilisation à basse température puisque la viscosité d'un fluide augmente en fonction de la diminution de la température.

L'utilisation d'un fluide ayant une viscosité inférieure à celle prescrite par le fabricant peut entraîner :

  • des fuites internes ou externes,
  • une augmentation de l'usure des pièces mobiles internes,
  • une augmentation de la température de fonctionnement.
2. Entretien des pompes et des moteurs hydrauliques

L'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques est une tâche très importante.

Cette tâche consiste à vérifier les conditions de fonctionnement afin de s'assurer que celles prévues pour ces équipements sont respectées.

Un entretien régulier peut prolonger la durée de vie de ces équipements et permet d'éviter l'apparition de certaines défaillances.

Vous verrez en quoi consistent les principales tâches à effectuer ainsi que les points à vérifier lors de l'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques.

Lubrification des pompes et des moteurs hydrauliques

La lubrification des pompes et des moteurs hydrauliques est une tâche primordiale. Cette tâche diffère selon le type d'équipement à lubrifier.

3. Pompes volumétriques et moteurs hydrauliques

Dans le cas des pompes volumétriques et des moteurs hydrauliques, la lubrification des roulements et des pièces mobiles internes est assurée par l'huile hydraulique qui circule à l'intérieur du circuit.

Ces équipements ne nécessitent donc aucune lubrification particulière, si ce n'est celle requise pour l'accouplement de l'arbre.

  • Dans ce cas, il faut se référer aux recommandations du fabricant.
  • Si ces recommandations ne sont pas disponibles, on conseille de recouvrir l'arbre d'accouplement d'une graisse de type Molycoat ou autre afin de prévenir l'usure.

Puisque l'huile hydraulique joue un double rôle:

  • soit celui d'actionner les composants hydrauliques,
  • et soit d'assurer la lubrification,

il faut porter une attention toute particulière à la quantité et à la qualité de l'huile dans un circuit.

On doit donc s'assurer régulièrement que le niveau d'huile est adéquat et que les filtres à huile sont remplacés régulièrement.


Lorsque vous ajoutez de l'huile afin de remplir adéquatement un système hydraulique, vous devriez toujours filtrer l'huile ajoutée à l'aide d'un filtre de 10 µm (microns) afin de prévenir la contamination du circuit.

Pour la qualité de l'huile, il faut se référer aux spécifications du fabricant, car elles indiquent le type de fluide à utiliser ainsi que le niveau de propreté à maintenir à l'intérieur du circuit.

Rappelez-vous qu'une huile hydraulique exempte de toute contamination représente la meilleure assurance d'une longue durée de vie de ces équipements.

Si le fluide devient contaminé, il faut drainer le système et nettoyer le réservoir, avant de le remplir avec de l'huile neuve.

4. Pompes non volumétriques

Les pompes non volumétriques sont utilisées comme pompes de transfert. 

Pour cette raison, le fluide ne peut être utilisé pour assurer la lubrification.

Dans le cas d'une pompe non volumétrique, la lubrification consiste donc à effectuer, selon la fréquence prescrite par le fabricant, l'ajout ou le changement d'huile ou de graisse du palier (roulement).

Il est à noter que les paliers lubrifiés à l'huile sont souvent équipés d'un voyant transparent servant à indiquer le niveau d'huile (figure suivante).

Paliers lubrifiés à l'huile :

Source : Goulds

Pour réaliser la lubrification des paliers lubrifiés à l'huile et à la graisse, on doit toujours se référer aux manuels du fabricant pour connaître :

  • la fréquence,
  • la procédure,
  • le type de lubrifiant à utiliser.
5. Étanchéité des pompes et de moteurs hydrauliques

Afin d'éviter certaines pannes, on doit porter une attention particulière aux fuites.

 On doit vérifier la présence de fuites aux niveaux :

        - de la pompe ;

         - du moteur ;

         - de la tuyauterie et des raccords ;

         - des garnitures, des joints mécaniques et du presse-étoupe.

La présence de fuites importantes nécessite un ajustement ou un remplacement éventuel.

Autrement, le niveau d'huile hydraulique peut, par exemple, diminuer et ainsi entraîner un manque de lubrification.

Par ailleurs, une mauvaise étanchéité au niveau de la tuyauterie d'admission d'une pompe peut entraîner l'aération du fluide.

Pression de fonctionnement des pompes et des moteurs hydrauliques

La pression de fonctionnement des pompes et des moteurs hydrauliques doit être vérifiée régulièrement pour s'assurer que les conditions de pression nominale sont respectées.

Dans le cas d'une pompe ou d'un moteur hydraulique, la pression nominale est la pression maximale permise en fonctionnement continu. Ceci assure une durée de vie acceptable à ces équipements.

L'utilisation de ces équipements à une pression supérieure à la pression nominale peut entraîner :

  • des défaillances,
  • et contribue à l'augmentation de la température de fonctionnement.

Rappel sur l'écoulement des fluides :

W

Température de fonctionnement des pompes et des moteurs hydrauliques

La température de l'huile hydraulique doit être vérifiée régulièrement afin d'éviter son oxydation .

Dans le cas des pompes non volumétriques, la température des paliers (roulements) doit être contrôlée régulièrement, selon les recommandations du fabricant.

Une augmentation de température peut être un signe :

        - d'aération du fluide ;

        - de cavitation ;

        - de contamination ;

        - de surpression.

Niveau sonore, vibrations et alignement des pompes et des moteurs hydrauliques

Lors de l'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques, on doit porter une attention particulière :

  • aux bruits ;
  • et aux vibrations.

Les vibrations et les bruits inhabituels indiquent que quelque chose s'use ou se dérègle sur ces équipements.

En présence de ces signes, la détermination de la cause devra être identifiée et des mesures correctives devront par la suite être prises.

Selon le fabricant et les conditions d'utilisation, on recommande dans certains cas de vérifier, tous les trois mois, l'alignement de l'arbre et de procéder à son réalignement si nécessaire.

Le désalignement est une source de bruit, de vibrations et de défaillance dans les pompes et les moteurs hydrauliques.

La figure suivante vous montre un arbre d'accouplement d'une pompe hydraulique ayant subi une rupture par fatigue à la suite d'un mauvais alignement.

Rupture par fatigue d'un arbre d'accouplement :

Source : Vickers

Vous remarquerez que l'arbre est sectionné à un angle de 90° par rapport à son axe de rotation. Cela est un signe certain d'une rupture due à un mauvais alignement.

En ce qui a trait à l'alignement des pompes et des moteurs hydrauliques, on doit se référer aux recommandations et aux procédures spécifiées par le fabricant.

  • On recommande de faire fonctionner l'appareillage dans les conditions d'exploitation normale pendant un laps de temps suffisant pour que la pompe et le système d'entraînement puissent atteindre leur température de fonctionnement.
  • Puis on doit vérifier l'alignement final pendant que l'appareillage est encore chaud.

Fréquence d'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques

La fréquence à laquelle l'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques est effectué dépend généralement des conditions d'utilisation de ces équipements.

Lorsque les conditions d'utilisation sont plus sévères, on recommande un entretien plus fréquent.

Les manuels d'entretien des fabricants renferment habituellement un programme d'entretien des équipements.

Ce programme contient les opérations de maintenance à effectuer ainsi que leur fréquence en jours, en mois ou en heures de fonctionnement.

  • Un entretien régulier peut prolonger la durée de vie des pompes et des moteurs hydrauliques.
  • Un équipement bien entretenu durera plus longtemps et nécessitera moins de réparations.

Il importe de tenir à jour lors de l'entretien d'un équipement un registre d'entretien qui facilitera l'identification des causes potentielles des défaillances qui pourraient survenir sur ces équipements.

Un registre d'entretien est un rapport écrit dans lequel on indique:

              - les informations apparaissant sur la plaque signalétique;

             - les éléments et les paramètres qui ont été vérifiés;

               - les mesures qui ont été prises;

En résumé sur les défaillances et l'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques :

A la suite de cette étude, vous devriez retenir plus particulièrement les points suivants :

• Afin de diminuer les risques qu'une pompe ou qu'un moteur hydraulique ne subisse une défaillance, on doit effectuer un entretien régulier sur ces équipements.

• Lorsqu'une pompe ou un moteur hydraulique fonctionne mal, cela résulte habituellement de la présence d'un problème situé ailleurs dans le système.

• De 90 à 95 % des défaillances subies par une pompe ou un moteur hydraulique sont attribuables à une ou à plusieurs des causes suivantes :

      - l'aération ;

       - la cavitation ;

       - la contamination ;

       - une surpression ;

       - une température excessive ;

       - une viscosité inadéquate.

• La présence de bulles d'air dans un fluide hydraulique s'appelle aération et elle entraîne un fonctionnement bruyant de la pompe ainsi qu'un fonctionnement saccadé des composants hydrauliques.

• La cavitation d'une pompe hydraulique se produit lorsque le fluide n'occupe pas entièrement l'espace disponible à l'intérieur de la pompe et elle entraîne un fonctionnement bruyant de la pompe.

• Tout corps étranger se trouvant dans un fluide hydraulique est défini comme étant de la contamination et a un effet important sur les performances d'un circuit hydraulique et de ses composants.

• L'utilisation des pompes et des moteurs hydrauliques dans des conditions de pression dépassant celles prescrites par le fabricant entraîne des forces extrêmes sur les pièces mobiles internes de ces équipements.

• Une température de fonctionnement supérieure à celle prescrite par le fabricant affecte la viscosité du fluide hydraulique.

• Les facteurs qui contribuent à l'augmentation de la température sont les suivants :

      - l'aération ;

       - la cavitation ;

       - la contamination ;

       - la surpression.

• L'utilisation d'un fluide ayant une viscosité supérieure à celle prescrite par le fabricant peut entraîner la cavitation d'une pompe hydraulique.

• L'utilisation d'un fluide ayant une viscosité inférieure à celle prescrite par le fabricant peut entraîner :

       - des fuites internes ou externes ;

       - une augmentation de l'usure des pièces mobiles internes ;

       - une augmentation de la température de fonctionnement.

• L'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques consiste à vérifier les conditions de fonctionnement afin de s'assurer que celles prévues pour ces équipements sont respectées.

 Les principaux points à vérifier lors de l'entretien des pompes et des moteurs hydrauliques concernent :

      - la lubrification ;

       - l'étanchéité ;

       - la pression de fonctionnement ;

       - la température de fonctionnement ;

      - le niveau sonore ;

       - les vibrations anormales.

 Les manuels d'entretien des fabricants renferment un programme d'entretien de leurs équipements. Ce programme contient les opérations de maintenance à effectuer ainsi que leur fréquence en jours, en mois ou en heures de fonctionnement.

• On conseille de tenir à jour un registre d'entretien qui facilitera l'identification des causes potentielles des défaillances qui pourraient survenir sur les pompes et les moteurs hydrauliques.

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