La surveillance attentive de l’état des équipements critiques est fondamentale dans toute installation industrielle. Lorsque des roulements critiques tombent en panne, cela entraîne presque toujours des arrêts imprévus et une interruption du processus de production, ce qui coûte aux entreprises des milliers en pertes de production. Dans cette étude de cas, nous verrons comment une solution de surveillance en ligne utilisant des capteurs à ultrasons a permis de détecter un problème sur un roulement critique avant qu’il ne se transforme en incident majeur.
Équipement essentiel : décanteur d’eau de Javel dans une usine de pâte à papier et de papier
En général, dans les usines de pâte à papier et de papier, on trouve une zone de lavage, où la pâte à papier est acheminée pour être soigneusement nettoyée et blanchie. Cette opération est effectuée par une machine appelée « bleach decker », considérée comme un équipement essentiel et fondamental pour les opérations de production.
Dans cette usine, qui a mis en place un programme de maintenance prédictive, il a été décidé d’investir dans un système de surveillance en ligne pour ces machines. L’équipe de maintenance souhaite être alertée dès qu’un événement inhabituel survient au niveau des équipements, afin de prévenir toute panne susceptible d’entraîner un arrêt de la production. Cette machine comporte 4 roulements, d’un diamètre d’environ 48 pouces / 120 cm, tournant à 3 tr/min.
Afin de permettre une surveillance en ligne et une détection précoce des défaillances, des capteurs à ultrasons sont utilisés sur les roulements des machines. Il s’agit de capteurs à accès à distance de la marque UE Systems, qui sont installés de manière permanente sur les roulements et collectent en continu des mesures en décibels ainsi que des enregistrements sonores. Toutes ces données sont ensuite transmises à une unité centrale de traitement appelée « 4Cast ». Cette unité est connectée à Internet et alerte l’équipe de maintenance (par e-mail et SMS) lorsque certains niveaux de décibels sont atteints.
Pourquoi recourir aux ultrasons pour la maintenance et la fiabilité ?
Le choix de la technologie ultrasonique pour surveiller ces roulements s’explique par ses avantages évidents : comme les capteurs à ultrasons surveillent les niveaux de frottement des roulements, toute augmentation de ce frottement sera détectée. Cela permet une alerte très précoce en cas de défaillance. De plus, comme les données fournies par les capteurs se présentent sous forme de valeurs en décibels, elles sont faciles à interpréter : plus le frottement est important, plus la valeur en dB est élevée. Lorsque cette valeur atteint une certaine limite au-dessus du seuil de référence, une alarme est déclenchée.
De plus, et cela vaut tout particulièrement pour ces roulements, les ultrasons constituent la technologie la plus efficace pour inspecter les roulements à faible vitesse. Les roulements de cette machine tournent à 3 tr/min. À des vitesses aussi faibles, il est généralement extrêmement difficile de détecter le moindre problème à l’aide de technologies telles que l’analyse des vibrations ou la thermographie. Mais les ultrasons s’avèrent particulièrement efficaces lorsqu’il s’agit de surveiller des roulements à faible vitesse, notamment lorsque vous pouvez enregistrer le bruit émis par le roulement, l’analyser à l’aide d’un logiciel d’analyse du spectre sonore et vérifier si l’amplitude présente des pics, ce qui indique généralement un défaut.
Ainsi, l’échographie est la technologie idéale lorsque l’on souhaite surveiller en temps réel les roulements critiques fonctionnant à faible vitesse.
Détection des défaillances grâce à une surveillance en temps réel à l’aide de capteurs à ultrasons
Tout semblait fonctionner correctement sur le « bleach decker » de cette usine de pâte à papier et de papier, la machine fonctionnant comme prévu. Cependant, le 4Cast, un système de surveillance en ligne par ultrasons, a détecté une valeur en décibels inhabituelle provenant de l’un des capteurs à ultrasons. Le roulement NDE (côté opposé à l’entraînement) de ce décateur de blanchiment affichait 17 dB alors que, normalement, un roulement tournant à une vitesse aussi faible que 3 tr/min devrait simplement afficher une valeur de 0 dB.
Cela a bien sûr déclenché une alerte immédiate du système à l’équipe de maintenance. Le 4Cast était configuré pour considérer toute mesure supérieure à 8 dB sur ce roulement comme une alerte de niveau élevé ; par conséquent, l’alerte suivante a été envoyée depuis DMS, le logiciel d’UE Systems où sont stockées toutes les données du 4Cast :
On comprend clairement pourquoi l’alerte s’est déclenchée : le 4Cast a enregistré une valeur de 17 dB au niveau d’un roulement pour lequel le seuil d’alerte haute était fixé à 8 dB. Le message d’alerte contient également des informations utiles concernant la machine (roulement à rotation lente de la ligne de production ; décodeur de blanchiment) et, bien entendu, l’horodatage de la mesure.
Lorsqu’un seuil d’alarme est atteint, le 4Cast effectue également un enregistrement sonore du roulement à des fins d’analyse approfondie. Cela s’avère particulièrement utile pour les roulements fonctionnant à faible vitesse, où le spectre sonore peut nous en apprendre beaucoup sur l’état de l’équipement. Dans ce cas précis, et bien que la machine semblait fonctionner comme prévu, le spectre du fichier audio révélait une tout autre réalité.
Les pics visibles dans cet extrait sonore indiquent clairement un problème au niveau du roulement. De plus, lors de la lecture du fichier audio, nous avons pu entendre très distinctement les bruits d’impact. La défaillance était encore plus évidente lorsque l’on a comparé ce fichier audio à un enregistrement provenant d’un autre roulement.
On constate clairement les différences. Dans ce cas précis, l’enregistrement produit un son régulier et présente un tracé uniforme ; on n’observe aucun pic d’amplitude. Il s’agit donc d’un exemple illustrant à quoi devrait ressembler le spectre sonore d’un roulement en bon état.
L’étape suivante pour l’équipe de maintenance consistait à planifier le remplacement de ce roulement, sans perturber la production. Une fois le roulement démonté, les dommages étaient clairement visibles.
Les traces d’impact sont évidentes. De plus, des fragments métalliques ont été retrouvés dans l’alésage ; on a également constaté des écaillures, ainsi que quelques piqûres et une légère abrasion sur la bague extérieure.
Conclusion
En détectant le problème à un stade précoce, l’équipe de maintenance a pu remplacer le roulement pendant un arrêt programmé, sans perturber le processus de production. On peut imaginer les conséquences si le problème n’avait pas été détecté à ce stade et si le roulement avait continué à fonctionner : les fragments métalliques auraient certainement endommagé l’arbre du moteur, qui aurait alors également dû être remplacé ; et l’usine aurait dû faire face à un arrêt imprévu. Dans une telle situation, les pertes auraient pu s’élever à environ 250 000 GBP. Grâce à l’utilisation d’une technologie adaptée et à la mise en place de procédures de maintenance adéquates, l’équipe a pu identifier et résoudre le problème avant qu’il ne devienne un incident majeur. Cette étude de cas montre à quel point la technologie des ultrasons peut être performante, en particulier lorsqu’elle est utilisée dans des capteurs connectés au réseau pour fournir des solutions de surveillance véritablement en ligne et permanentes.