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Compensation de la dilatation thermique pour l'alignement des arbres
Calculer la dilatation verticale de l'axe central due à la dilatation thermique des machines motrice et entraînée. Déterminer le décalage de pré-alignement à froid pour obtenir l'alignement à température de fonctionnement.
Résultats
Formule de dilatation thermique
Lorsqu'une machine chauffe, son châssis se dilate verticalement, relevant ainsi l'axe de l'arbre :
- H — Hauteur du pied à l'axe (mm)
- α — coefficient de dilatation thermique (×10⁻⁶ /°C)
- Top — température de fonctionnement (°C)
- Tamb — température ambiante (°C)
Valeurs du CTE du matériau
| Matériau | α (×10⁻⁶ /°C) |
|---|---|
| Acier au carbone | 12.0 |
| Fonte | 10.5 |
| Acier inoxydable (304/316) | 16.0 |
| Aluminium | 23.0 |
Températures de fonctionnement typiques
| Type de machine | Température typique du boîtier (°C) |
|---|---|
| Moteur électrique | 60 – 90 |
| Pompe centrifuge (eau froide) | 40 – 70 |
| Turbine à vapeur | 80 – 200 |
| Boîte de vitesses | 50 – 80 |
| Compresseur | 60 – 120 |
Exemple pratique
Compte tenu de ce qui précède : Température ambiante = 20°C
Moteur : H = 200 mm, Acier (α = 12×10⁻⁶), Top = 80 °C
Pompe : H = 250 mm, Acier (α = 12×10⁻⁶), Top = 60 °C
ΔHmoteur = 200 × 12 × 10⁻⁶ × (80 − 20) = 0,144 mm
ΔHpompe = 250 × 12 × 10⁻⁶ × (60 − 20) = 0,120 mm
Différence = 0,144 − 0,120 = 0,024 mm
Le moteur s'allonge davantage → régler le moteur 0,024 mm BAS pendant l'alignement à froid.
💡 Conseil : La machine qui se dilate le plus doit être réglée en position BASSE à l'alignement à froid. Lorsque les deux machines chauffent, la différence de dilatation les ramène en alignement.
⚠️ Remarque : Ce calcul suppose une dilatation thermique uniforme du bâti de la machine. En pratique, les gradients thermiques, les contraintes dans la tuyauterie et les effets de fondation peuvent engendrer des mouvements supplémentaires. Il est toujours recommandé de procéder à un contrôle d'alignement à chaud lorsque cela est possible.
La dilatation thermique est l'expansion verticale de la hauteur d'axe d'une machine lorsque celle-ci s'échauffe de la température ambiante à sa température de fonctionnement. Tous les matériaux se dilatent lorsqu'ils sont chauffés et, pour les machines tournantes, cela signifie que la ligne d'arbre s'élève.
La dilatation est calculée par : ΔH = H × α × (Top − Tamb), où H est la hauteur entre le plan de pose des pattes et l'axe de l'arbre, α est le coefficient de dilatation thermique et les températures sont exprimées en °C.
Les machines sont alignées à froid (à l'arrêt) mais fonctionnent à chaud. Si la machine menante et la machine menée se dilatent verticalement de valeurs différentes, un lignage d'arbres parfait à froid entraînera un défaut d'alignement à la température de service.
En décalant volontairement le lignage à froid de la valeur de dilatation différentielle prévue, les machines viennent s'aligner correctement lorsqu'elles atteignent leur température de fonctionnement. La machine qui se dilate le plus est réglée plus bas lors du lignage à froid.
Les températures de fonctionnement peuvent être mesurées sur l'équipement en marche à l'aide de :
- Thermomètre infrarouge — mesure rapide sans contact au niveau des pattes de la machine ou des corps de paliers
- Sondes thermocouples de contact — température de surface plus précise
- Sondes Pt100 (RTD) / thermocouples — capteurs installés à demeure
Mesurez au niveau des pattes ou du bâti de la machine, et non au sommet du carter, car cela représente le mieux la température gouvernant la dilatation verticale. Laissez la machine atteindre son équilibre thermique (généralement 2–4 heures).
Températures typiques de carter/pattes pour les machines courantes :
- Moteurs électriques : 60–90°C (selon la hauteur d'axe et la charge)
- Pompes centrifuges : 40–70°C (eau froide), jusqu'à 200°C+ (fluide caloporteur/procédé chaud)
- Turbines à vapeur : 80–200°C
- Réducteurs à engrenages : 50–80°C
- Compresseurs : 60–120°C
Ces valeurs sont approximatives. Mesurez toujours sur l'équipement réel lorsque c'est possible.
Un contrôle de lignage à chaud est effectué immédiatement après l'arrêt d'un équipement ayant fonctionné à sa température normale de service. Le lignage est mesuré avant qu'un refroidissement significatif ne se produise (généralement dans les 15–30 minutes suivant l'arrêt).
Ce contrôle permet de vérifier si :
- Les prévisions de dilatation thermique calculées étaient exactes
- La pré-compensation à froid (consigne de lignage) était correcte
- D'autres facteurs (efforts de tuyauterie, déformation de la fondation) affectent le lignage
Le contrôle à chaud constitue la référence absolue pour valider le lignage d'arbres et doit être réalisé chaque fois que possible, en particulier sur les machines critiques.
Les procédures décrites sur cette page ont été développées et testées sur le terrain par l'équipe Vibromera à l'aide du Balanset-1A, un équilibreur portable à deux canaux et analyseur de vibrations pour l'équilibrage des rotors sur site.
Instruments professionnels d'alignement laser et d'analyse vibratoire. Alignement de précision avec compensation de la dilatation thermique sur site. Utilisés dans plus de 50 pays.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko est ingénieur en analyse vibratoire, ainsi que fondateur et PDG de Vibromera. Depuis plus de 15 ans, il équilibre des équipements rotatifs sur le terrain plutôt que sur banc d'essai : broyeurs, ventilateurs industriels, concasseurs, centrifugeuses, arbres et broches. C'est de ce travail que sont nés les instruments Balanset — conçus comme un outil qu'un spécialiste peut emporter jusqu'à la machine et utiliser seul, sur site, et non comme un équipement de laboratoire. Vibromera a été fondée en 2017 et est basée à Porto, au Portugal, depuis 2023. Le développement, l'assemblage et le support de la gamme Balanset se font ici. L'instrument phare est le Balanset-1A, un analyseur portable pour l'équilibrage à un et deux plans et pour le diagnostic vibratoire. Nikolai est personnellement impliqué dans le support client, dans le traitement des cas d'équilibrage difficiles et dans le développement du logiciel. Il travaille avec des clients du monde entier, dans toutes les langues.
