Comment vérifier l'alignement des accouplements de la pompe
5 mars 2025
L´équipe de maintenance a tout fait correctement : elle a arrêté le moteur, pris des mesures précises d´alignement de l´arbre et effectué les réglages nécessaires. A température ambiante, les chiffres étaient parfaits. Mais quelques heures après le démarrage, un problème s´est produit.
Les vibrations de la machine étaient plus élevées que prévu. Les roulements chauffaient davantage que d´habitude. Les accouplements présentaient des signes d´usure prématurée. En quelques semaines, l´équipe procède à un nouveau dépannage et se demande ce qu´elle a négligé. La plupart des techniciens supposent que si une machine est alignée à l´arrêt, elle le restera en fonctionnement. Mais une fois le système opérationnel, la chaleur change tout.
La dilatation thermique est la force silencieuse qui modifie l´alignement de l´arbre lorsque les températures augmentent. Lorsque l´équipement rotatif chauffe, les composants métalliques se dilatent, parfois de quelques millièmes de pouce, parfois de millimètres. Les environnements à haute température, tels que les centrales électriques et les raffineries, sont particulièrement vulnérables à ce changement de dynamique thermique.
Anticiper la dilatation thermique peut faire toute la différence entre un fonctionnement fluide et des pannes répétées. Dans cet article, nous allons vous expliquer comment tenir compte de la dilatation thermique lors de l´alignement et des modifications qui se produisent lorsque les machines chauffent.
Le décalage invisible : l´effet de la chaleur sur l´alignement
Bien que la plupart des équipes comprennent que la chaleur provoque une dilatation, elles ne se rendent pas compte à quel point elle peut être imprévisible. Un chauffage inégal, des propriétés variables des matériaux et des poids de charge différents entraînent une dilatation thermique qui ne se produit pas toujours comme prévu. Et comme la dilatation thermique se produit dans toutes les directions, les changements d´alignement ne sont pas toujours linéaires ou uniformes. Une partie de la machine peut chauffer plus vite qu´une autre, ou un matériau peut se dilater plus que son homologue proche.
C´est pourquoi un alignement impeccable en atelier peut se transformer en désalignement en conditions réelles d´exploitation. Conséquences potentielles :
- Vibrations excessives
- Augmentation de la consommation d´énergie
- Défaillance prématurée du roulement et du joint
- Temps d´arrêt imprévus
Un désalignement de l´arbre ne constitue pas le seul problème. Si une machine fonctionne à une température plus élevée que prévu, cela peut indiquer une usure des roulements, des inefficacités électriques ou d´autres problèmes sous-jacents. Même avec une bonne lubrification, la friction génère toujours de la chaleur. Les moteurs et les composants électriques augmentent la charge à mesure que la résistance s´accumule dans leurs circuits.
Si elles ne sont pas corrigées, les erreurs d´alignement dues à la dilatation thermique peuvent évoluer vers un problème de fiabilité bien plus sérieux, coûtant des milliers d´euros en arrêts non planifiés, réparations et pertes de production.
Dilatation thermique dans différents types d´actifs
La dilatation thermique peut avoir un impact significatif sur l´alignement de l´arbre de la turbine, en particulier dans les grandes turbines à vapeur ou à gaz industrielles.
Comme les différentes parties d´une machine chauffent à des vitesses et quantités variables, elles peuvent se dilater de manière inégale. Lorsqu´une turbine chauffe, l´arbre et le carter se dilatent, ce qui peut déplacer l´axe du rotor verticalement et/ou horizontalement. Cette modification désaligne l´arbre par rapport à l´équipement entraîné (par exemple, générateur, compresseur), ce qui peut entraîner une contrainte sur les accouplements, des vibrations ou même des dommages aux roulements.
Mais la dilatation thermique affecte une large gamme d´équipements rotatifs, pas seulement les turbines, et chaque type d´actifs réagit différemment à la chaleur.
Les pompes, en particulier les pompes verticales, présentent une expansion axiale et radiale qui peut décaler la position de l´arbre de manière significative. Leur grande longueur d´arbre et leur orientation verticale les rendent particulièrement vulnérables à un désalignement dû aux gradients thermiques de bas en haut.
Les moteurs électriques chauffent de manière irrégulière en fonction de la ventilation, des surfaces de montage et des conditions de charge. Le désalignement dû à la dilatation thermique se manifeste souvent par des pics de vibrations au démarrage ou après de longues périodes de fonctionnement.
Les compresseurs fonctionnent sous des pressions élevées et des charges fluctuantes. Cela les rend susceptibles à un chauffage asymétrique, en particulier si des systèmes adjacents (comme des tuyaux ou des refroidisseurs) appliquent des contraintes inégales. Les axes des arbres peuvent se déplacer de manière inattendue à mesure que la température augmente.
Les boîtes de vitesses peuvent subir une dilatation thermique à la fois au niveau des carters et des arbres, d´où un désalignement interne. La température du lubrifiant joue également un rôle : lorsque l´huile chauffe, les changements de viscosité accélèrent l´usure des composants internes en cas de désalignement.
Comprendre les tendances thermiques propres à chaque type de machine permet de déterminer plus précisément les cibles d´alignement thermique et de détecter rapidement les défauts liés à un désalignement.
Comment les ingénieurs tiennent compte de la dilatation thermique
Les ingénieurs de conception et de maintenance utilisent depuis longtemps des notions telles que l´alignement à froid et l´alignement à chaud pour compenser les mouvements thermiques. Mais la clé réside dans le fait de savoir quand et comment les appliquer.
L´alignement à froid consiste à appliquer un décalage volontaire des composants à l´arrêt, de manière à obtenir l´alignement correct à la température d´exploitation. Cette stratégie dépend de la prévision précise de la croissance de chaque composant.
L´alignement à chaud, à l´inverse, consiste à effectuer des mesures lorsque les machines sont chaudes, soit en cours de fonctionnement, soit après un arrêt contrôlé. Cette fonction est utile lorsque vous souhaitez connaître la position de fonctionnement « réelle » d´un composant.
De nombreux fabricants d´équipements d´origine (OEM) fournissent désormais des cibles thermiques ou des valeurs de décalage pour faciliter l´installation. Ces valeurs indiquent aux techniciens dans quelle mesure ils doivent caler ou déplacer les composants lors de l´alignement initial afin de compenser la dilatation.
Pourquoi les méthodes traditionnelles rencontrent des difficultés avec la dilatation thermique
Les outils d´alignement manuels tels que les jauges d´épaisseur et les comparateurs à cadran fonctionnent bien dans des conditions statiques, mais la dilatation thermique introduit des variables dynamiques que ces outils ne peuvent tout simplement pas suivre.
La dilatation thermique est rarement uniforme. Par exemple, les moteurs refroidis par ventilateur peuvent refroidir de manière irrégulière dans leur logement, ce qui provoque un mouvement asymétrique de l´arbre. Les comparateurs à cadran ne peuvent pas facilement détecter ces changements, en particulier lorsqu´ils se produisent progressivement pendant la montée en température.
Le désalignement d´arbre dû à la dilatation thermique peut paraître minime à l´arrêt, mais une fois la machine chauffée, la dilatation verticale ou le décalage angulaire devient évident. Les méthodes traditionnelles ne tiennent pas compte de l´orientation ou de la vitesse du changement thermique. Et lorsqu´une personne remarque l´erreur, les dommages se sont parfois déjà produits.
Les outils laser numériques comblent cette lacune en suivant les mouvements thermiques en temps réel, en éliminant les conjectures et en s´assurant que les corrections sont basées sur le comportement réel de la machine, et non sur des hypothèses.
Le calcul qui change tout
Alors, comment se préparer au désalignement dû à la dilatation thermique, sachant qu´il est imprévisible et variable d´une machine à l´autre ?
La première étape consiste à identifier exactement l´ampleur du déplacement et l´endroit où il se produit. Cela signifie mesurer la dilatation thermique attendue pour chaque machine.
Pour prévoir la dilatation thermique, vous avez besoin de trois chiffres :
- Variation de température (T) : différence entre la température ambiante et la température de fonctionnement
- Longueur de l´arbre (L) : distance entre la base de la machine et l´axe de l´arbre
- Coefficient de dilatation (C) : la vitesse à laquelle le métal se dilate par degré de variation de température
Dilatation thermique = T x L x C
Par exemple, si un arbre en acier inoxydable commence à 70 degrés Fahrenheit, chauffe jusqu´à 130 degrés et mesure 10 pouces de long, il se dilatera de : 60 × 10 × 0,0000074 = 0,00444 pouce.
Cela représente un peu moins de cinq millièmes de pouce : une valeur faible en apparence, mais suffisante pour provoquer un désalignement dans une machine rotative.
Comment garder une longueur d´avance sur la dilatation thermique
Savoir de combien une machine va se dilater est la première étape. La seconde consiste à réellement compenser cette dilatation.
Voici la bonne nouvelle : la dilatation thermique n´a pas à être estimée approximativement. En l´intégrant au processus d´alignement, vous garantissez le maintien des arbres dans les spécifications en conditions de fonctionnement. Plutôt que de procéder à un réalignement après coup, il est possible d´anticiper les déplacements en présaisissant les valeurs de dilatation thermique dans RotAlign Touch, puis d´ajuster en conséquence pour obtenir un alignement correct dès la première intervention. Explications :
Identifiez les risques de dilatation thermique
Passez en revue les données de température passées de votre équipement et mesurez les températures de fonctionnement réelles au lieu de vous appuyer sur des estimations. Les spécifications du fabricant offrent un point de départ utile, mais la confirmation avec des données réelles garantit une plus grande précision et fiabilité.
Laissez le calculateur de dilatation thermique ROTALIGN Touch faire le travail
Avec RotAlign Touch, la compensation de la dilatation thermique est simple.
Il vous suffit de saisir trois valeurs :
- Température de démarrage (lorsque la machine est éteinte)
- Température de fonctionnement (en fonctionnement à pleine charge)
- Distance entre la base de la machine et l´axe de l´arbre
Le système calcule automatiquement la compensation exacte de la dilatation thermique nécessaire, sans aucun calcul complexe.
Observez les changements en temps réel
La fonction Live Trend de RotAlign Touch suit le mouvement des arbres lorsque la machine chauffe de manière dynamique, ce qui vous permet de voir si la dilatation thermique se produit de manière uniforme ou si un désalignement se développe dans une direction plus que dans l´autre.
Le système utilise des capteurs laser haute précision pour surveiller les changements de position lorsque la machine passe du démarrage à froid au fonctionnement complet. Une fois que la machine s´allume et commence à chauffer, l´appareil enregistre chaque changement de position, en suivant à la fois la dilatation thermique verticale et horizontale à mesure que les températures augmentent. Lorsque la machine atteint sa température de fonctionnement maximale, le système capture l´état d´alignement final. Les techniciens peuvent utiliser ces données pour définir des cibles d´alignement précises, garantissant qu´une fois la dilatation thermique survenue, les arbres se retrouvent exactement là où ils doivent être. Ainsi, en alignant sur la base du comportement réel de la machine, vous vous affranchissez des tâtonnements liés à la correction du désalignement après le démarrage.
Live Trend surveille également les contraintes de tuyauterie et les mouvements de la machine liés au procédé pendant les phases de montée et de descente en régime : vous disposez ainsi d´une vision complète des forces agissant sur votre équipement tout au long de son cycle de fonctionnement. Et comme l´alignement n´est qu´un des paramètres en jeu, Live Trend suit aussi les vibrations de la machine, ce qui permet de détecter précocement les signes avant-coureurs de déséquilibre, de contraintes excessives ou de défauts naissants avant qu´ils ne s´aggravent.
Alignement unique, fonctionnement en douceur
Avec RotAlign Touch, la prise en compte de la dilatation thermique est rapide, précise et simple : vous pouvez ainsi aligner en toute confiance et maintenir vos machines à leur niveau d´efficacité optimal.
Un fabricant mondial de turbines en a fait l´expérience. Les machines de l´entreprise étaient parfaitement alignées au moment de l´arrêt, mais après le démarrage, tout a changé. Les vitesses élevées et les températures extrêmes entraînaient des déplacements imprévisibles des arbres, générant des problèmes de vibration que les méthodes d´alignement traditionnelles ne permettaient pas de détecter.
Grâce à RotAlign Touch, le fabricant a surveillé la position des arbres tout au long de la phase de montée en température et en régime de fonctionnement complet. Les données ont révélé que les machines ne restaient pas alignées et ont permis d´identifier les ajustements nécessaires.
🔗 Voir l´étude de cas dans son intégralité.
Réalisez-vous un alignement à l´avance ?
Vous ne régleriez pas votre montre sur la mauvaise heure en espérant rester à l´heure. Alors, pourquoi aligner une machine à température ambiante et s´attendre à ce qu´elle reste alignée lorsqu´elle fonctionne à chaud ?
Avec RotAlign Touch, vous pouvez prendre en compte la dilatation thermique avant qu´elle ne perturbe l´alignement de la machine. Dans le monde réel, les machines ne se contentent pas de fonctionner : elles se déplacent, se dilatent et se stabilisent de manière dynamique. Et si votre alignement ne tient pas compte de cela, vous aurez toujours un temps de retard.
Avec RotAlign Touch, vous pouvez effectuer votre alignement selon le fonctionnement de votre machine et non sur son état à l´arrêt.
Prüftechnik propose également des services d´alignement par laser qui exploitent des outils de pointe tels que RotAlign et OptAlign pour mesurer et aligner vos actifs de manière experte. Nos spécialistes peuvent prendre en charge l´intervention pour vous, garantissant un alignement correct dès la première fois.
La dilatation thermique dans le cadre de la maintenance prédictive
Le suivi de la dilatation thermique est une mesure utile pour votre programme de maintenance prédictive. Les changements d´alignement provoqués par la chaleur apparaissent par :
- Profils de vibrations : si les niveaux de vibration changent en fonction de la charge ou de la température, cela indique souvent un désalignement thermique.
- Thermographie infrarouge : des points chauds sur les roulements ou les carters peuvent indiquer une dilatation des arbres, des zones de frottement ou un désalignement.
Les systèmes de maintenance conditionnelle en ligne, tels que VibGuard, peuvent détecter des signatures vibratoires liées à une dilatation thermique subtile grâce à des capteurs et alerter les équipes de maintenance avant qu´une défaillance ne survienne. Et pour obtenir une vision plus large de l´état des actifs, vous pouvez suivre les données des capteurs et des outils portables à l´aide d´une plate-forme centralisée telle que OmniTrend Center. En associant les tendances de température, de vibration et d´alignement, vous créez une approche proactive de la gestion des effets thermiques sur l´ensemble de votre parc d´actifs.
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