Maintenance conditionnelle des équipements rotatifs

Les équipements rotatifs sont indispensables au bon fonctionnement de secteurs tels que l'industrie pétrolière et gazière ou la fabrication industrielle. Cette catégorie d'équipements critiques présente des défis spécifiques par rapport aux équipements statiques. Les pompes, les moteurs, les réducteurs et les compresseurs sont soumis en permanence à des mouvements et à des vibrations, ce qui complique la détection des défaillances potentielles. Ces défaillances peuvent notamment inclure l'usure des roulements, le désalignement et le déséquilibre.

Par ailleurs, l'huile de lubrification utilisée dans les équipements rotatifs peut se dégrader avec le temps, entraînant des défaillances des équipements. Pour relever ces défis, il est indispensable d'utiliser des capteurs adaptés afin de surveiller différents paramètres, tels que les vibrations, la température et l'état du lubrifiant. Le choix des capteurs appropriés peut toutefois s'avérer complexe.

Grâce aux avancées technologiques, le marché des capteurs destinés à la maintenance conditionnelle connaît une forte croissance depuis plusieurs années. Il est essentiel de comprendre les critères et les paramètres à prendre en compte pour sélectionner les capteurs les mieux adaptés afin de garantir une maintenance conditionnelle fiable et performante.

Le premier critère à prendre en compte lors du choix de capteurs destinés à la maintenance conditionnelle des équipements rotatifs est le paramètre à mesurer. Il existe plusieurs types de capteurs pour la maintenance conditionnelle des équipements rotatifs, chacun présentant des avantages et des limites spécifiques.

Pour les équipements critiques tels que les pompes, les moteurs, les réducteurs et les compresseurs, les capteurs suivants sont les plus couramment utilisés :

• Les capteurs de vibrations mesurent les vibrations et les oscillations produites par les équipements rotatifs et permettent de détecter précocement des problèmes mécaniques tels que l'usure des roulements, le désalignement ou le déséquilibre.

• Les capteurs de température mesurent la température des équipements rotatifs et permettent de détecter rapidement les surchauffes, qui peuvent révéler des anomalies électriques, mécaniques ou liées à la lubrification.

• Les capteurs de propriétés de l'huile évaluent l'état de l'huile de lubrification utilisée dans les équipements rotatifs et permettent de détecter précocement des phénomènes tels que la contamination, l'oxydation ou la dégradation du lubrifiant.

• Les capteurs de pression mesurent la pression à l'intérieur des pompes et des compresseurs et permettent de détecter rapidement des anomalies telles que des fuites ou une baisse des performances des pompes.

• Les capteurs de puissance (mesure de la tension et du courant) surveillent les performances électriques des équipements en fournissant des données sur la tension et le courant qui les alimentent. Ces informations permettent de détecter des anomalies telles que des fluctuations de tension ou une augmentation de la charge du moteur, pouvant révéler un dysfonctionnement du système électrique ou de l'équipement lui-même.

• Les capteurs de flux magnétique (champ B) surveillent le champ magnétique généré par les équipements et fournissent des données sur son intensité et sa direction. Cette technologie est moins répandue, mais elle permet de déterminer si un équipement est sous tension et d'apporter des informations complémentaires lorsqu'elle est utilisée avec d'autres capteurs.

• Les capteurs de bruit acoustique (ultrasons) surveillent les émissions sonores des équipements et fournissent des données sur la fréquence et l'intensité du bruit. Ces informations sont précieuses pour détecter des anomalies telles qu'une augmentation des vibrations, pouvant révéler un jeu mécanique excessif ou une usure des composants.

Outre les paramètres de mesure, le choix du capteur le mieux adapté à une application dépend en grande partie des exigences et des objectifs propres au programme de maintenance conditionnelle. Par exemple, dans les applications de fabrication industrielle, il peut être judicieux d'utiliser des capteurs de vibrations et de température. Lorsqu'ils sont fiables et précis, ces capteurs permettent de détecter précocement l'usure des roulements des moteurs, le désalignement des arbres, ainsi que les problèmes liés à une mauvaise installation des pompes. Associées à la surveillance de la température, ces mesures permettent d'anticiper les anomalies susceptibles d'affecter la production.

Pour les applications liées aux boîtes de vitesses, les capteurs de propriétés de l'huile constituent un choix évident, en complément des capteurs de vibrations. Les capteurs de propriétés de l'huile fournissent des informations essentielles sur l'état de l'huile de lubrification, tandis que les capteurs de vibrations haute fréquence permettent de détecter précocement l'usure des engrenages. Ils contribuent ainsi à prolonger la durée de vie des équipements et à réduire considérablement les temps d'immobilisation.

• Étalonnage
  Le maintien de l'étalonnage des capteurs est essentiel pour préserver leur précision dans le temps. Le capteur idéal est étalonné en usine et présente une excellente stabilité, ce qui réduit, voire élimine, le besoin d'un étalonnage périodique.

• Répétabilité et stabilité
  La répétabilité et la stabilité correspondent à la capacité des capteurs à fournir des mesures cohérentes et précises au fil du temps. La fiabilité et la précision des capteurs peuvent être affectées par des facteurs tels que la température, l'humidité et les vibrations. Il est donc important de choisir des capteurs robustes, conçus pour fonctionner de manière constante dans ces conditions.

• Précision
  La précision des capteurs est essentielle pour garantir la pertinence et l'utilité des données collectées. Elle doit être évaluée en fonction des exigences de l'application concernée et du type d'informations à surveiller.

• Bruit acoustique
  Les capteurs de bruit acoustique (ultrasons) surveillent les émissions sonores des équipements et fournissent des données sur la fréquence et l'intensité du bruit. Ces informations sont précieuses pour détecter des anomalies telles qu'une augmentation des vibrations, pouvant révéler un jeu mécanique excessif ou une usure des composants.

• Durabilité
  La durabilité des capteurs est essentielle pour garantir leur bon fonctionnement sur le long terme. Les capteurs résistants sont moins susceptibles de se détériorer ou de tomber en panne et conservent leur précision pendant une durée plus longue. Le choix de capteurs dotés d'un boîtier conforme à l'indice de protection IP6X est un moyen efficace d'améliorer cette durabilité tout en garantissant une précision à long terme.

• Sensibilité
  Les capteurs doivent être à la fois robustes pour conserver leur stabilité et suffisamment sensibles pour détecter les plus faibles variations. La sensibilité correspond à la capacité d'un capteur à détecter de faibles variations du paramètre surveillé. Pour une maintenance conditionnelle efficace, il est important de choisir des capteurs très sensibles, capables de détecter ces variations.
  
  Les capteurs de vibrations utilisant la technologie piézoélectrique, par exemple, sont réputés pour fonctionner sur des plages de fréquences plus élevées. Ils fournissent des informations plus détaillées sur les vibrations des équipements et permettent ainsi de détecter rapidement les premiers signes de défaillance. À l'inverse, la technologie des microsystèmes électromécaniques (MEMS) est largement utilisée dans les systèmes de maintenance conditionnelle en raison de son faible coût et de son encombrement réduit. Toutefois, ces capteurs offrent généralement une plage de fréquences plus limitée que les capteurs piézoélectriques et peuvent ne pas atteindre le même niveau de sensibilité et de précision pour détecter les premiers signes annonciateurs d'une défaillance des équipements. La détection précoce de l'usure des équipements est essentielle pour limiter les temps d'immobilisation non planifiés.

• Tenez compte des conditions environnementales
  Prenez en considération l'exposition fréquente et prolongée à des températures extrêmes, aux vibrations, à la corrosion, à la contamination, à l'humidité, aux pressions élevées et aux chocs. Les capteurs choisis doivent être suffisamment sensibles pour détecter les variations des paramètres surveillés, tout en étant suffisamment robustes pour résister à ces environnements contraignants. Privilégiez des conceptions encapsulées, des boîtiers conformes à l'indice de protection IP6X, ainsi que des produits certifiés ATEX ou à sécurité intrinsèque.

• Évaluez les solutions avec et sans fil
  Les capteurs filaires assurent une liaison directe entre l'équipement surveillé et le système de surveillance et de contrôle, garantissant ainsi un signal plus stable et plus fiable. En revanche, leur installation peut être plus complexe et plus coûteuse sur des installations industrielles existantes. Les capteurs sans fil, quant à eux, sont généralement plus faciles à installer et offrent davantage de flexibilité quant à leur emplacement. Toutefois, de nombreux capteurs sans fil fonctionnent sur batterie. Il est donc nécessaire de prendre en compte leur autonomie ainsi que les opérations de remplacement des batteries.
  
  Les capteurs intégrant une électronique à faible consommation et des capacités de traitement en périphérie (edge processing) permettent d'augmenter considérablement l'autonomie des batteries. Au moment de choisir entre des capteurs avec ou sans fil, il est également important de vérifier leur compatibilité avec vos systèmes existants. Si votre installation repose déjà sur une infrastructure filaire, il est souvent plus simple et plus économique d'utiliser des capteurs avec des fils à raccorder. En revanche, si vous souhaitez moderniser votre installation ou disposer d'une plus grande liberté dans le positionnement des capteurs, les capteurs sans fil constituent souvent la solution la plus adaptée.

• Tenez compte du protocole de communication
  Les capteurs destinés à la maintenance conditionnelle utilisent différents protocoles de communication pour transmettre les données. Veillez à ce que les capteurs et les systèmes de surveillance et de contrôle soient compatibles avec le protocole de communication utilisé. Les deux protocoles les plus courants sont le Bluetooth, adapté aux communications à courte portée, et le LoRaWAN, mieux adapté aux sites étendus où les capteurs sont éloignés les uns des autres. Lors de l'évaluation de la compatibilité, il est également indispensable de prendre en compte les exigences en matière d'alimentation.

• Choisissez des capteurs faciles à configurer, adaptés par leur taille et leur format
  Privilégiez des capteurs conçus pour être simples à installer, avec des procédures de mise en service claires et intuitives. Les capteurs dotés d'interfaces conviviales sont plus faciles à configurer et à mettre en service. La taille et le format des capteurs influencent également la facilité d'installation et de maintenance. Privilégiez des capteurs compacts et légers, pouvant être intégrés facilement aux équipements à surveiller.