Présentation de la machine
La machine surveillée est un compresseur à vis utilisé dans un système de réfrigération au sein d’une usine de production d’ingrédients alimentaires. Dans l’industrie agroalimentaire, la réfrigération est une utilité critique. Toute défaillance imprévue du compresseur peut donc avoir un impact direct sur la continuité de la production et sur la qualité des produits.
Le compresseur est entraîné par un moteur électrique de 110 kW fonctionnant à vitesse variable, jusqu’à 2 960 tr/min. Cette configuration permet au système de s’adapter aux variations des besoins en refroidissement tout en optimisant l’efficacité énergétique. Toutefois, la présence d’un variateur de fréquence (VFD) peut générer des phénomènes électriques susceptibles d’affecter progressivement l’état des roulements.
Compte tenu du rôle critique du système de réfrigération, toute défaillance imprévue du moteur du compresseur pourrait perturber la production et compromettre la continuité des opérations. Garantir la fiabilité de cette machine est donc essentiel.
Dispositifs de surveillance et configuration logicielle
Les ingénieurs en fiabilité d’I-care ont installé des capteurs de vibrations sans fil Wi-care™ sur la machine. La configuration comprenait deux capteurs sur le moteur et deux sur le compresseur, assurant une surveillance continue du comportement vibratoire des composants entraînant et entraîné.
Ces capteurs collectaient en continu les données de vibrations et de température.
L’analyse vibratoire standard a été utilisée comme principale méthode de surveillance de l’état de la machine. En complément, la technologie de traitement I-DNA a été appliquée afin d’améliorer la détection de signatures de défaillance à haute fréquence, susceptibles de révéler une lubrification insuffisante ou les premiers signes d’une détérioration des roulements.
Toutes les données étaient automatiquement transmises à I-see™, le logiciel de maintenance prédictive alimenté par l’IA d’I-care, où les signaux étaient analysés et des alertes générées dès que des écarts par rapport aux conditions normales de fonctionnement étaient détectés.
Un analyste vibratoire d’I-care a ensuite examiné les données afin de valider l’alerte, de réaliser une analyse spectrale approfondie et de formuler des recommandations en fonction de l’évolution de la défaillance observée.
Analyse détaillée
Étape 1 | Détection du problème
Le premier signe d’un problème est apparu le 24 décembre, lorsque le tableau de bord I-see™ a détecté un comportement anormal sur plusieurs points de mesure du moteur.
Un examen plus approfondi des données a révélé une augmentation de l’énergie vibratoire liée aux impacts dans la plage des hautes fréquences, suggérant la présence de défauts localisés au sein du composant.
Cette évolution anormale a conduit un analyste vibratoire d’I-care à réaliser une analyse approfondie.
Étape 2 | Analyse
Les données vibratoires ont ensuite été analysées de manière approfondie afin d’identifier l’origine de l’anomalie.
L’analyse spectrale (FFT) du signal vibratoire a révélé une famille harmonique distincte à 3,08 fois la vitesse de rotation.
Cette fréquence correspondait à la fréquence théorique de passage des billes sur la bague extérieure (BPFO) du roulement moteur (SKF 6314). La présence d’une harmonique à cette fréquence, associée à l’augmentation des niveaux d’impact observée, est caractéristique d’un défaut de la bague extérieure. Ces éléments ont permis à l’analyste vibratoire d’I-care d’identifier avec précision l’origine de la défaillance.
L’évolution des tendances au cours des semaines suivantes a confirmé une augmentation continue des niveaux d’impact, indiquant une dégradation progressive du roulement.
La concordance entre la fréquence identifiée et l’évolution observée des tendances a permis d’établir le diagnostic avec un niveau de confiance élevé.
Étape 3 | Recommandation
Sur la base du défaut identifié sur la bague extérieure du roulement et de son évolution, l’analyste vibratoire d’I-care a recommandé un regraissage du roulement moteur ainsi qu’une surveillance étroite des niveaux de vibration. L’amélioration des conditions de lubrification permet en effet de réduire les frottements et de limiter la progression de la défaillance.
Dans ce cas, bien que la défaillance ait ensuite été identifiée comme étant due au fluting électrique, un regraissage complémentaire a été réalisé comme mesure d’atténuation afin de stabiliser l’état du roulement et de maîtriser l’évolution de la défaillance dans l’attente d’une intervention corrective.
Étape 4 | Surveillance
À la suite de l’intervention de lubrification, l’analyse vibratoire a montré une stabilisation des niveaux d’impact. Cette évolution a confirmé que la progression immédiate de la défaillance avait été temporairement maîtrisée.
La machine a ensuite fait l’objet d’une surveillance étroite afin de suivre l’évolution de la défaillance dans le temps. Bien que le roulement soit resté endommagé, la stabilisation des niveaux de vibration a confirmé que la dégradation ne progressait pas rapidement, permettant ainsi à la machine de poursuivre son fonctionnement dans des conditions maîtrisées.
Compte tenu de cette évolution stable, il a été décidé de reporter l’intervention et de planifier le remplacement du roulement lors de l’arrêt programmé de fin février.
Étape 5 | Remplacement et analyse de la cause racine
Les roulements du moteur ont été remplacés lors de l’arrêt programmé de fin février, conformément au plan établi.
Après le remplacement, le roulement côté entraînement déposé a été inspecté. L’examen a mis en évidence des dommages caractéristiques du fluting électrique, un mode de défaillance fréquemment observé sur les moteurs entraînés par un variateur de fréquence (VFD).
Ces systèmes peuvent générer des tensions d’arbre qui provoquent des décharges électriques à travers les roulements, entraînant l’apparition des dommages caractéristiques du fluting électrique.
Cette inspection a confirmé que la défaillance identifiée grâce à l’analyse vibratoire était causée par des décharges électriques au sein du roulement.
Afin d’éviter toute récurrence, une bague de mise à la terre de l’arbre a été installée sur le moteur. Cette mesure corrective permet de détourner les courants électriques parasites hors des roulements, réduisant ainsi le risque de futurs dommages liés aux décharges électriques.
Étape 6 | Résultats
Après le remplacement du roulement, l’analyse vibratoire a confirmé une réduction significative des niveaux d’impact, avec un retour des valeurs à leur niveau de référence.
La comparaison des spectres avant et après l’intervention a montré la disparition de la famille harmonique précédemment identifiée à 3,08 fois la vitesse de rotation, correspondant à la fréquence de passage des billes sur la bague extérieure (BPFO) du roulement moteur. Cette évolution a confirmé la disparition de la signature vibratoire associée à la défaillance.
Ces observations ont validé à la fois le diagnostic initial et l’efficacité des actions correctives mises en œuvre. Aucun comportement vibratoire anormal n’a été détecté après l’intervention, confirmant la disparition de la signature vibratoire associée à la défaillance et le retour de la machine à un fonctionnement vibratoire normal.
Résultats
Gestion d’une défaillance de roulement sur un compresseur entraîné par un variateur de fréquence grâce à une détection précoce
La défaillance du roulement a été détectée plusieurs semaines avant qu’elle ne présente un risque de défaillance critique, permettant aux équipes d’en suivre l’évolution et de gérer la situation dans des conditions maîtrisées.
Après la stabilisation observée à la suite du regraissage, le compresseur a continué à fonctionner sans interruption jusqu’à l’arrêt programmé, au cours duquel les roulements du moteur ont été remplacés comme prévu. Cette approche a permis d’éviter toute défaillance imprévue du moteur sur cet équipement critique du système de réfrigération.
L’inspection du roulement déposé a confirmé que le fluting électrique était à l’origine de la défaillance. Ce constat a permis de mettre en œuvre une mesure corrective, avec l’installation d’une bague de mise à la terre de l’arbre afin de réduire le risque de récurrence.
Ce cas illustre comment la surveillance vibratoire continue à l’aide des capteurs de vibrations sans fil Wi-care™ sur des équipements entraînés par un variateur de fréquence, associée à l’analyse réalisée dans I-see™, le logiciel de maintenance prédictive alimenté par l’IA d’I-care, permet non seulement de détecter les défaillances à un stade précoce, mais aussi de prendre des décisions éclairées afin de planifier et d’exécuter les interventions de maintenance dans des conditions optimales. Il met également en évidence l’importance de la maintenance prédictive dans l’industrie agroalimentaire.
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