Comprendre le désalignement des arbres dans les machines tournantes
Désalignement de l'arbre est un phénomène dans lequel les axes de rotation de deux ou plusieurs arbres couplés ne sont pas colinéaires lorsque la machine fonctionne dans des conditions normales d'exploitation. Parallèlement à déséquilibrer, c'est l'une des causes les plus fréquentes de défaillance prématurée des machines, ce qui entraîne une augmentation Vibrations, ce qui endommage les roulements et les joints et entraîne un gaspillage d'énergie. L'objectif de l'alignement de précision est de rapprocher autant que possible les axes des arbres afin qu'ils soient colinéaires, dans les limites d'une tolérance spécifiée, aux conditions réelles de température et de charge de la machine.
1. 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.
Désalignement parallèle (décalage)
On parle de désalignement parallèle lorsque les axes des deux arbres sont parallèles l'un à l'autre, mais décalés d'une certaine distance. Imaginez un arbre situé plus haut ou plus bas que l'autre (décalage vertical), ou décalé sur le côté (décalage horizontal). Les axes ne se rejoignent jamais ; ils sont simplement juxtaposés.
Désalignement angulaire
On parle de désalignement angulaire lorsque les deux arbres forment un angle l'un par rapport à l'autre. Leurs axes se croisent au niveau de l'accouplement, mais ne se trouvent pas sur la même ligne, ce qui crée un « jeu » au niveau de l'accouplement, plus large d'un côté que de l'autre.
Désalignement combiné
C'est le scénario le plus courant dans la pratique : les arbres présentent à la fois un décalage parallèle et un désalignement angulaire. Dans la réalité, les machines ne présentent presque jamais un seul de ces types de désalignement de manière isolée, c'est pourquoi l'alignement est corrigé simultanément dans les plans vertical et horizontal.
2. La signature vibratoire d'un désalignement
Un désalignement produit une signature très caractéristique qu'un analyste peut repérer dans un FFT spectrum:
- Indicateur principal (2×) : le signe caractéristique est un pic de forte amplitude situé exactement à 2 fois la vitesse de rotation (2e ordre). Les forces de désalignement s'exercent sur les arbres et couplage à deux cycles de flexion par tour, de sorte que l'énergie se concentre au double de vitesse de fonctionnement.
- Vibrations axiales importantes : un désalignement entraîne souvent de fortes vibrations axiales (parallèle à l'arbre). Un pic 2× élevé dans le sens axial est l'un des indicateurs les plus probants qui soient.
- Autres harmoniques (1×, 3×, 4×) : Bien que la composante 2× soit la principale, un désalignement peut également faire monter la composante 1×, et les cas graves — en particulier le décalage parallèle — génèrent des harmoniques comme 3× et 4×.
- Fréquences propres à l'accouplement : Certains accouplements, lorsqu'ils sont usés ou soumis à des contraintes dues à un désalignement, génèrent des vibrations à leurs fréquences propres.
Un spectre présentant un pic de 2× dont l'amplitude est égale ou supérieure à 50 % de celle du pic de 1×, en particulier lorsqu'il s'accompagne d'une forte vibration axiale, constitue un cas typique de désalignement. Étant donné que la composante de 1× peut elle aussi être élevée, il est facile de confondre le désalignement avec un balourd ; les indices déterminants sont l'amplitude relative du pic de 2× et l'intensité de la lecture axiale. Confirmer le diagnostic avec phase La prise de mesures de part et d'autre de l'accouplement permet de lever cette ambiguïté : les machines mal alignées présentent généralement un déphasage axial d'environ 180° d'un côté à l'autre de l'accouplement.
3. Causes courantes du désalignement
Un désalignement peut être présent dès le jour de l'installation ou apparaître progressivement au cours de l'utilisation.
- Installation incorrecte : La cause la plus fréquente est tout simplement un manque de précision dans l'alignement lors de la mise en service initiale de la machine.
- Dilatation thermique : Lorsque les machines passent de la température ambiante à leur température de fonctionnement, leurs composants se dilatent. Un moteur peut gagner en hauteur, ou le corps d'une pompe peut se dilater, ce qui désaligne les arbres. Un bon alignement à froid consiste à décaler délibérément les machines afin qu'elles into l'alignement une fois à chaud — c'est pour cette raison compensation de la dilatation thermique est pris en compte dans les chiffres cibles.
- Pipe strain: Les forces générées par des tuyauteries d'entrée ou de sortie mal soutenues peuvent désaligner une pompe ou un compresseur par rapport à son moteur — un problème très courant dans les industries de transformation.
- Problèmes liés aux fondations : Des fondations fragiles ou fissurées, ou des boulons d'ancrage desserrés, peuvent entraîner un déplacement de la machine au fil du temps. Une installation inadéquate rigidité des fondations permet également à l'alignement de se décaler sous l'effet de la charge.
- Pieds souples : une situation dans laquelle un pied de fixation ne repose pas à plat sur la plaque de base, ce qui provoque une torsion ou une déformation du châssis de la machine lors du serrage des boulons. Pied mou doit être corrigé pour que l'alignement puisse tenir.
4. Pourquoi il est essentiel de corriger les désalignements
L'utilisation d'une machine mal alignée peut avoir de graves conséquences :
- Défaillance des roulements et des joints : les fortes contraintes cycliques exercées sur les arbres se répercutent directement sur les roulements et les joints, provoquant leur défaillance prématurée — une cause fréquente à l'origine des problèmes récurrents défauts de roulement.
- Défaillance de l'accouplement : De par leur conception, les accouplements supportent un léger désalignement, mais un désalignement excessif entraîne leur usure et provoque leur défaillance rapide.
- Shaft fatigue: des flexions répétées des arbres peuvent provoquer fatigue provoquer des fissures et entraîner à terme une défaillance de l'arbre.
- Augmentation de la consommation d'énergie : une grande partie de l'énergie est gaspillée sous forme de chaleur et de vibrations au lieu d'être mise à profit pour effectuer un travail utile.
5. Correction et vérification de l'alignement
Alignement de précision — à l'aide de comparateurs à cadran ou alignement d'arbres au laser systèmes — constitue la pierre angulaire de tout programme efficace de fiabilité et de maintenance. La correction s'effectue généralement en ajoutant ou en retirant des cales calibrées sous les pieds et en déplaçant la machine horizontalement, les déplacements nécessaires étant calculés à partir du décalage et de l'angularité mesurés ; un Calculateur d'épaisseur de cale convertit les valeurs indiquées par les jauges en une pile de cales précise pour chaque pied, et un tolérance d'alignement La référence permet de vérifier si le résultat est acceptable compte tenu de la vitesse.
Le travail ne s'arrête pas à l'accouplement. Une fois l'alignement effectué, il convient de procéder à une nouvelle vérification de la machine à l'aide d'une analyse des vibrations afin de s'assurer que les niveaux de crête et les niveaux axiaux ont bien diminué. C'est là qu'un appareil portable à deux canaux analyseur de vibrations sophistiqué tels que le Balanset-1A est d'une valeur inestimable : il permet de saisir l'ensemble du spectre avant-après ainsi que la phase de couplage croisé, ce qui permet de vérifier que la correction a bel et bien réduit les forces de désalignement plutôt que de simplement les déplacer. Étant donné que le balourd et le désalignement coexistent si souvent, ce même instrument peut alors corriger tout balourd résiduel de 1× par équilibrage sur place une fois que l'accouplement est correct — la sévérité vibratoire globale étant évaluée à l'aune des normes actuelles ISO 20816-3 limites (la norme qui a remplacé la norme ISO 10816-3).
