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シャフトアライメントの熱膨張補正
駆動機械と従動機械の熱膨張による垂直方向の中心線の増加を計算します。動作温度でのアライメントを達成するために、冷間アライメントのプリオフセット目標を決定します。
結果
熱成長の公式
機械が熱くなると、フレームが垂直方向に膨張し、シャフトの中心線が上昇します。
- H — 足から中心線までの高さ（mm）
- α — 熱膨張係数（×10⁻⁶ /°C）
- Top — 動作温度（°C）
- T周囲 — 周囲温度（°C）
材料のCTE値
| 材料 | α (×10-⁶ /°C) |
|---|---|
| 炭素鋼 | 12.0 |
| 鋳鉄 | 10.5 |
| ステンレス鋼（304/316） | 16.0 |
| アルミニウム | 23.0 |
標準動作温度
| マシンタイプ | 標準ケーシング温度（°C） |
|---|---|
| 電気モーター | 60～90 |
| 遠心ポンプ（冷水） | 40～70 |
| 蒸気タービン | 80～200 |
| ギアボックス | 50～80 |
| コンプレッサー | 60～120 |
計算例
条件： 周囲温度 = 20°C
モーター: H = 200 mm、スチール (α = 12×10⁻⁶)、Top = 80°C
ポンプ: H = 250 mm、スチール (α = 12×10⁻⁶)、Top = 60°C
ΔHモーター = 200 × 12×10⁻⁶ × (80 − 20) = 0.144ミリメートル
ΔHポンプ = 250 × 12×10⁻⁶ × (60 − 20) = 0.120ミリメートル
差 = 0.144 − 0.120 = 0.024ミリメートル
モーターが大きくなる→モーターを設定する 0.024 mm 低 冷間アライメント中。
💡ヒント: より多く成長する機械は、冷間時に低く調整する必要があります。両方の機械が温まると、成長の差によって調整されます。
⚠️ 注意： この計算では、機械フレームの熱膨張が均一であると仮定しています。実際には、温度勾配、配管のひずみ、基礎の影響などにより、追加の変位が発生する可能性があります。可能な場合は、必ず高温アライメントチェックで検証してください。
Thermal growth is the vertical expansion of a machine's shaft centerline height as the machine heats up from ambient to operating temperature. All materials expand when heated, and for rotating machinery this means the shaft centerline rises.
The growth is calculated as: ΔH = H × α × (Top − Tamb), where H is the foot-to-centerline height, α is the coefficient of thermal expansion, and the temperatures are in °C.
Machines are aligned when cold (not running) but operate when hot. If the driver and driven machines grow by different amounts vertically, perfect cold alignment will result in misalignment at operating temperature.
By intentionally offsetting the cold alignment by the expected differential growth, the machines come into proper alignment when they reach operating temperature. The machine that grows more is set low during cold alignment.
Operating temperatures can be measured on running equipment using:
- Infrared thermometer — quick non-contact measurement at machine feet or bearing housings
- Contact thermocouple probes — more accurate surface temperature
- RTDs/thermocouples — permanently installed sensors
Measure at the machine feet or base, not at the top of the casing, as this best represents the temperature affecting vertical growth. Allow the machine to reach thermal steady state (typically 2–4 hours).
Typical casing/foot temperatures for common machines:
- Electric motors: 60–90°C (depending on frame size and load)
- Centrifugal pumps: 40–70°C (cold water), up to 200°C+ (hot process)
- Steam turbines: 80–200°C
- Gearboxes: 50–80°C
- Compressors: 60–120°C
These are approximate values. Always measure on the actual equipment when possible.
A hot alignment check is performed immediately after shutting down equipment that has been running at normal operating temperature. The alignment is measured before significant cooling occurs (typically within 15–30 minutes of shutdown).
This check verifies whether:
- The calculated thermal growth predictions were accurate
- The cold pre-offset was correct
- Other factors (piping strain, foundation movement) are affecting alignment
A hot check is the gold standard for validating alignment and should be performed whenever practical, especially on critical machinery.
このページで説明されている手順は、Vibromeraチームが、現場でのロータバランシング用ポータブル2チャンネルバランサー兼振動アナライザーであるBalanset-1Aを使用して開発し、実地試験を行ったものです。
プロフェッショナル向けレーザーアライメントおよび振動解析装置。現場での熱変位補正により、高精度なアライメントを実現します。50カ国以上で使用されています。
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenkoは、振動解析エンジニアであり、Vibromeraの創業者兼CEOです。 15年以上にわたり、彼は試験台上ではなく現場で回転機械のバランシングを行ってきました——マルチャー、産業用ファン、クラッシャー、遠心分離機、シャフト、スピンドルなど。この経験から生まれたのがBalanset計測器であり、専門家が機械のもとへ持ち運び、現場で単独で使用できる道具として設計されています。実験室用の機器ではありません。 Vibromeraは2017年に設立され、2023年以降はポルトガル・ポルトを拠点としています。Balansetシリーズの開発、組み立て、サポートはすべてここで行われています。フラッグシップ機器はBalanset-1Aであり、単一平面および二平面バランシングと振動診断のための可搬式アナライザーです。 Nikolaiは、カスタマーサポート、困難なバランシング案件への対応、そしてソフトウェアの開発に自ら携わっています。世界中の顧客と、どの言語でも対応しています。
