Comprendre le désalignement des arbres dans les machines tournantes

Définition : Qu'est-ce qu'un désalignement ?

Désalignement de l'arbre Il s'agit d'une situation où les axes de rotation de deux ou plusieurs arbres couplés ne sont pas colinéaires lorsque la machine fonctionne en conditions normales. Avec le déséquilibre, c'est l'une des causes les plus fréquentes de défaillance prématurée des machines, entraînant une augmentation des vibrations, des dommages aux roulements et aux joints, et une consommation d'énergie excessive. L'objectif d'un alignement de précision est d'aligner au mieux les axes des arbres, dans les limites de tolérances spécifiées.

Types de désalignement

Le désalignement est classé en deux types principaux, bien que dans la plupart des cas réels, une combinaison des deux soit présente.

1. Désalignement parallèle (ou décalage)

Un désalignement parallèle se produit lorsque les axes centraux de deux arbres sont parallèles, mais décalés d'une certaine distance. Ce désalignement peut être visualisé par un arbre situé plus haut, plus bas (décalage vertical) ou plus loin (décalage horizontal) que l'autre.

2. Désalignement angulaire

Un désalignement angulaire se produit lorsque les deux arbres forment un angle. Leurs axes se croisent au point d'accouplement, mais ne sont pas alignés. Il en résulte un espace au niveau de l'accouplement plus large d'un côté que de l'autre.

3. Désalignement combiné

Il s’agit du scénario le plus courant, dans lequel les arbres souffrent simultanément d’un désalignement parallèle et angulaire.

La signature vibratoire du désalignement

Le désalignement génère une signature vibratoire très distincte qui peut être identifiée dans un spectre FFT :

• Indicateur principal (2x) : Le signe le plus courant et le plus classique d'un désalignement est un pic de vibration de grande amplitude exactement à 2x la vitesse de rotation (2e ordre). Cela est dû au fait que les forces provoquées par le désalignement soumettent les arbres et l’accouplement à deux cycles de flexion par tour.
• Vibrations axiales élevées : Le désalignement produit souvent de fortes vibrations dans le axial Direction (parallèle à l'arbre). Un pic élevé (2x) dans la direction axiale est un indicateur très fort de désalignement.
• Autres harmoniques (1x, 3x, 4x) : Bien que 2x soit l'indicateur principal, un désalignement peut également exciter la fréquence de fonctionnement 1x. Un désalignement important, notamment un décalage parallèle, peut également générer des harmoniques plus élevées comme 3x et 4x.
• Fréquences spécifiques au couplage : Certains types d'accouplements, lorsqu'ils sont usés ou sollicités par un mauvais alignement, peuvent générer des vibrations à leurs propres fréquences caractéristiques.

Un spectre de vibrations montrant un pic 2x qui est 50% ou plus du pic 1x, en particulier lorsqu'il est accompagné de vibrations axiales élevées, est un cas d'école de désalignement.

Causes courantes de désalignement

Un désalignement peut être présent dès l’installation initiale ou se développer au fil du temps.

• Installation incorrecte : La cause la plus courante est un manque d’alignement précis lors de la configuration initiale de la machine.
• Croissance thermique : Lorsque les machines passent de la température ambiante à leur température de fonctionnement, leurs composants se dilatent. Un moteur peut devenir plus haut, ou le carter d'une pompe peut se dilater, entraînant un désalignement des arbres. Un alignement précis doit tenir compte de cette dilatation thermique.
• Déformation du tuyau : Les forces exercées par une tuyauterie d'entrée ou de sortie mal supportée peuvent désaligner une pompe ou un compresseur avec son moteur. Il s'agit d'un problème très courant dans les industries de transformation.
• Problèmes de fondation : Une fondation faible ou fissurée, ou des boulons d’ancrage desserrés, peuvent permettre à une machine de se déplacer au fil du temps.
• Pied mou : Une condition dans laquelle l'un des pieds de montage de la machine ne repose pas à plat sur la plaque de base, ce qui provoque la torsion ou la déformation du châssis de la machine lorsqu'il est boulonné.

Pourquoi la correction du désalignement est essentielle

Faire fonctionner une machine mal alignée a de graves conséquences :

• Défaillance du roulement et du joint : Les charges cycliques élevées imposées aux arbres sont transmises directement aux roulements et aux joints, provoquant leur défaillance prématurée.
• Défaillance de l'accouplement : Les accouplements sont conçus pour gérer un petit désalignement, mais un désalignement excessif entraînera leur usure et leur défaillance rapide.
• Fatigue de l'arbre : La flexion répétée des arbres peut entraîner des fissures de fatigue et une éventuelle défaillance de l'arbre.
• Augmentation de la consommation d'énergie : Une énergie importante est gaspillée sous forme de chaleur et de vibrations au lieu d’effectuer un travail utile.

L'alignement de précision, à l'aide d'outils tels que des indicateurs à cadran ou des systèmes d'alignement laser, est la pierre angulaire de tout programme efficace de fiabilité et de maintenance.

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