Sur une machine à papier, l’état mécanique est directement lié à la capacité de fonctionnement, à la qualité de la feuille et à la stabilité globale de la production. Lorsqu’un rouleau de presse commence à vibrer ou qu’un ventilateur de séchoir excite la structure de la machine, les premiers effets se manifestent souvent par des ruptures de bande, une instabilité de tirage, une variation du profil d’humidité ou une augmentation des marques sur les feutres et les rouleaux. Ces symptômes apparaissent généralement bien avant qu’une défaillance mécanique ne se produise, mais à ce moment-là, ils ont déjà un impact sur la disponibilité et la qualité.
Les machines à papier fonctionnent en continu, avec une énergie stockée élevée et des temps de redémarrage longs. Même des dégradations relativement faibles de la fiabilité des équipements rotatifs peuvent donc se traduire rapidement par des pertes de production et le non-respect des délais de livraison. Du point de vue de la fiabilité des actifs, cela fait de la surveillance de l’état par les vibrations un outil pratique et précieux pour maintenir un fonctionnement stable de l’ensemble de la machine.
Une machine à papier moderne combine plusieurs sections telles que la formation, la presse, le séchoir, la calandre et l’enrouleur, toutes reliées par des systèmes d’entraînement et des équipements auxiliaires étroitement couplés. Les équipements typiques comprennent les entraînements de section, les systèmes d’entraînement principaux, les moteurs, les réducteurs, les circuits de rouleaux et de feutres, les pompes à vide, les soufflantes, ainsi que les grands ventilateurs de ventilation et de hotte. Bon nombre de ces machines fonctionnent sur une large gamme de qualités de papier et de vitesses, avec des démarrages fréquents, des opérations d’enfilage et des changements de charge. C’est précisément cette variabilité de fonctionnement qui justifie la valeur ajoutée apportée par la surveillance et le diagnostic continus des vibrations : ils permettent aux équipes de maintenance de distinguer un comportement normal lié au processus d’une dégradation mécanique précoce.
Le défi : les ensembles couplés, le fonctionnement variable et le transfert des vibrations
Les machines à papier regroupent un grand nombre d’équipements rotatifs sur un long châssis relié mécaniquement. Cela les rend sensibles aux mécanismes de dégradation courants tels que le déséquilibre des rouleaux, le déséquilibre des ventilateurs, le désalignement après le remplacement des rouleaux, le jeu dans les paliers, les problèmes de lubrification des roulements, l’usure des accouplements et l’endommagement des dents des réducteurs dans les entraînements sectionnels.
Une complication pratique réside dans le fait que les vibrations ne restent pas localisées. L’excitation provenant d’une source peut se propager à travers les carters, les châssis, les fondations et les canalisations connectées, influençant ainsi les mesures dans les sections voisines. Sans suivi continu des tendances ni contexte diagnostique, les équipes de maintenance peuvent facilement se retrouver à réagir aux symptômes plutôt qu’à s’attaquer à la véritable cause profonde.
Les conditions de fonctionnement évoluent également en permanence. Les rampes de vitesse au démarrage, les charges dépendantes de la pente, le conditionnement des feutres, les réglages de la vapeur et du capot, ainsi que les variations du niveau de vide influencent tous les niveaux de vibrations et le contenu spectral. La question clé pour les équipes chargées de la fiabilité n’est donc pas de savoir si les vibrations changent, mais si un changement reflète une variabilité normale de fonctionnement ou indique l’apparition précoce d’un défaut. Pour y répondre, il ne suffit pas d’une seule valeur globale ; il faut des indicateurs stables et des données suffisantes pour étayer les diagnostics.
Les systèmes auxiliaires déterminent souvent si la machine fonctionne de manière stable. Les soufflantes, les ventilateurs de régulation et de ventilation, les pompes à vide, les pompes à condensats, les pompes d’alimentation et les moteurs auxiliaires peuvent être classés individuellement comme « de criticité moyenne », mais les défaillances de ces systèmes peuvent entraîner des ruptures de bande, une instabilité due à l’humidité, une réduction de la capacité de séchage ou une réduction forcée de la vitesse. Compte tenu du nombre élevé d’actifs et des nombreux points de mesure, les papeteries ont besoin d’une approche évolutive de surveillance de l’état qui puisse couvrir à la fois les principaux systèmes d’entraînement et les équipements auxiliaires environnants, sans la complexité d’un système traditionnel de surveillance des vibrations à l’échelle de l’entreprise.
Pourquoi la surveillance des vibrations est-elle importante sur les machines à papier ?
La surveillance des vibrations est particulièrement efficace sur les machines à papier, car de nombreux mécanismes de défaillance pertinents se développent mécaniquement bien avant qu’ils n’apparaissent dans les données de qualité ou les alarmes de processus. L’usure des roulements, le désalignement, le déséquilibre, le jeu et les défauts d’engrenage produisent tous des changements caractéristiques dans le comportement vibratoire qui peuvent être détectés précocement dans des conditions réelles d’exploitation.
Pour les systèmes d’entraînement tels que les entraînements d’enducteurs, de sections de séchage, de presses, de bobineuses et les systèmes d’entraînement principaux, la surveillance des vibrations permet de détecter précocement la dégradation des roulements et des réducteurs avant qu’elle n’affecte la stabilité de la vitesse ou la répartition de la charge. Dans les chaînes cinématiques, y compris les moteurs et les réducteurs, les tendances des vibrations fournissent des informations sur l’état d’alignement, l’usure des accouplements et les dommages naissants au niveau des engrenages. Pour les systèmes à air et à vide, notamment les ventilateurs, les soufflantes et les pompes à vide, l’analyse des vibrations détecte les déséquilibres, l’usure des roulements, l’encrassement et les problèmes structurels qui influencent le débit d’air, la stabilité du vide et l’efficacité énergétique.
En surveillant en continu les vibrations sur l’ensemble de ces groupes d’actifs, les usines obtiennent des informations objectives sur l’état des machines qui complètent les mesures de processus et facilitent la maintenance conditionnelle et la maintenance prédictive.
Approche de surveillance de l’état avec VibSys®
VibSys® est un système compact destiné à la surveillance continue de l’état des vibrations et au diagnostic des équipements rotatifs. Sur les machines à papier, il est généralement appliqué aux entraînements sectionnels et principaux, aux réducteurs, aux paliers liés aux cylindres, ainsi qu’aux équipements auxiliaires critiques tels que les ventilateurs, les soufflantes, les pompes à vide et les pompes de process. L’objectif est de fournir des indicateurs d’état des machines et des données de diagnostic stables et comparables que les équipes chargées de la fiabilité peuvent utiliser pour l’analyse des tendances, la détection précoce des défauts et la planification de la maintenance.
VibSys® acquiert des données de vibrations de haute qualité et traite les indicateurs clés localement, au niveau de la machine. Ceci est particulièrement important sur les machines à papier, où la vitesse et la charge ne sont pas constantes et où des tendances fiables sont nécessaires malgré les changements de qualité de papier et les conditions de démarrage. En extrayant les caractéristiques pertinentes à proximité de la source, VibSys® permet une surveillance cohérente de l’état des roulements, du jeu, du désalignement et des défauts naissants au niveau des engrenages, tout en permettant des diagnostics plus approfondis lorsque des tendances anormales apparaissent.
Pour les grandes machines comportant de nombreux points de mesure, l’évolutivité est essentielle. VibSys® est conçu pour une installation au niveau de la machine, ce qui permet de maintenir un câblage et une infrastructure pratiques autour des sections de presse et de séchage. Des interfaces de données ouvertes permettent d’intégrer les indicateurs de vibrations et, si nécessaire, les données complètes des signaux temporels aux systèmes de maintenance, aux historiens ou aux plateformes d’analyse existants. VibSys® est utilisé strictement à des fins de surveillance de l’état et de diagnostic afin d’étayer la prise de décision en matière de maintenance ; il n’est pas destiné à des fonctions de protection ou d’arrêt.
- Surveillance continue de l’état des vibrations sur les rouleaux, les roulements et les systèmes d’entraînement
- Détection précoce des défauts liés à l’usure des roulements, au désalignement, au déséquilibre et au desserrage
- Indicateurs d’état stable dans des conditions de production et d’exploitation variables
- Installation décentralisée côté machine avec un câblage minimal
- Convient aux environnements exigeants de la fabrication du papier et aux applications à haute température
- Intégration ouverte avec les automates programmables (PLC), les systèmes de gestion de l’usine (MES), les systèmes d’historisation et les plateformes de maintenance prédictive
- Architecture de surveillance évolutive pour les lignes de production longues et complexes de machines à papier
Impact sur la disponibilité, la qualité et la planification de la maintenance
La mise en œuvre de la surveillance de l’état des vibrations avec VibSys® sur une machine à papier favorise le passage d’une maintenance réactive à une maintenance conditionnelle et prédictive. Au lieu de découvrir les problèmes lors de pannes ou à la suite de réclamations liées à la qualité, les équipes chargées de la fiabilité bénéficient d’une visibilité précoce sur les schémas de dégradation et peuvent planifier leurs interventions en fonction des contraintes de production.
Une connaissance continue de l’état des machines permet de hiérarchiser les actions, telles que le remplacement des roulements avant que les paliers ne soient endommagés, la correction d’un désalignement après un changement de rouleaux avant que les vibrations ne deviennent récurrentes, ou la correction du déséquilibre des ventilateurs et des pompes avant que des charges excessives ne soient transmises à la structure de la machine. Cela réduit les arrêts imprévus, évite les dommages secondaires et facilite une planification plus prévisible des arrêts de production et des pièces de rechange.
En analysant les tendances du comportement vibratoire tant au niveau des systèmes d’entraînement critiques que de l’ensemble plus large des équipements auxiliaires, les papeteries renforcent la fiabilité des équipements rotatifs et le contrôle à long terme de l’état des machines. Il en résulte une diminution des ruptures de bande causées par l’instabilité mécanique, des plages de fonctionnement plus stables, ainsi qu’une meilleure homogénéité de la qualité et un fonctionnement plus économe en énergie sur l’ensemble de la machine à papier.
Formation en ligne gratuite sur les vibrations
Si votre équipe est chargée de la maintenance et de la fiabilité des équipements rotatifs dans le secteur de la pâte à papier et du papier, des connaissances de base en matière de vibrations facilitent la mise en œuvre des mesures à prendre en fonction des résultats de la surveillance de l’état des machines. Istec propose une formation en ligne gratuite de catégorie 1 sur les vibrations via l’Istec Academy, destinée aux professionnels souhaitant une introduction pratique aux principes fondamentaux des vibrations et aux schémas typiques de défaillance des machines.
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