Alignement des accouplements d'arbres consiste à positionner une machine motrice et une machine entraînée de façon que leurs lignes médianes d'arbre coïncident dans les tolérances à la température de fonctionnement. C'est une tâche à fort impact dans la maintenance des équipements tournants : le désalignement est une des principales causes de défaillance prématurée des roulements, de fuites d'étanchéité, d'usure des accouplements et d'augmentation des vibrations à la vitesse de rotation. Contrairement à l'équilibrage, qui corrige la répartition de la masse sur un seul rotor, l'alignement corrige la géométrie entre deux arbres reliés par un accouplement, un problème différent nécessitant des remèdes différents.
Un accouplement reliant deux arbres désalignés est contraint de fléchir ou de glisser à chaque révolution, transmettant des forces de réaction aux roulements des deux machines sous forme d'efforts radiaux et axiaux qu'ils n'ont pas été conçus pour supporter en continu. Avec le temps, cela se traduit par une élévation des températures des roulements, des fuites d'étanchéité, l'usure ou la fissuration de l'accouplement et le desserrage des boulons de fondation. Sur un spectre de vibration, le désalignement produit des composantes 1x et 2x de la vitesse de rotation fortement marquées avec une vibration axiale élevée, contrairement au déséquilibre qui est dominé par la composante radiale 1x avec peu de contenu axial. Voir notre guide sur les zones de gravité de vibration ISO 10816-3 pour les critères d'acceptation associés.
Dans la pratique, le désalignement est presque toujours un mélange de deux conditions :
Les deux doivent être corrigés dans les plans vertical et horizontal ; corriger uniquement une composante ou un plan laisse un désalignement résiduel qui génère toujours des vibrations et des charges sur les roulements.
Trois familles de méthodes sont utilisées sur le terrain, par ordre d'augmentation de la précision et de diminution de la main-d'œuvre :
Aucune méthode d'alignement ne donne un résultat valide si la machine présente un pied mou : un ou plusieurs pieds ne reposant pas à plat sur la plaque de base. Le pied mou déforme la structure de la machine chaque fois qu'un boulon de fixation est serré, décalant la ligne d'axe de l'arbre et invalidant les relevés qui viennent d'être pris. Il doit être vérifié et corrigé, pied par pied, avant toute mise en cales. Voir notre article compagnon sur le diagnostic et la correction du pied mou pour la séquence de vérification.
La plupart des machines tournantes voient la hauteur de la ligne d'axe de l'arbre, et parfois la position latérale, changer lorsqu'elles chauffent. Une pompe proche de la température ambiante peut présenter une dilatation négligeable, tandis qu'une pompe chaude, une turbine à vapeur ou un compresseur de gaz chauds peut se dilater de plusieurs dixièmes de millimètre. L'alignement à froid doit donc viser une valeur « à froid » délibérément décalée, et non zéro, afin que la machine atteigne un véritable alignement une fois chaude. Les cibles à froid proviennent de données mesurées de dilatation thermique, de tableaux du fabricant (OEM) ou de données historiques de contrôles à chaud. Aligner sur zéro à froid est une cause fréquente d'alignement qui échoue une fois la machine en fonctionnement.
Les tolérances acceptables de désalignement résiduel se resserrent avec l'augmentation de la vitesse, car le même décalage engendre des charges cycliques proportionnellement plus importantes à des régimes plus élevés. Les tableaux de tolérance gradués en fonction de la vitesse publiés par les fabricants d'accouplements et d'équipements d'alignement expriment la limite de décalage par 100 mm d'entraxe d'accouplement et la limite d'angularité sous forme de pente, comme indiqué ci-dessous. Considérez ces valeurs comme des indications typiques sur le terrain, pas comme une norme universelle.
| Vitesse de rotation (tr/min) | Tolérance de décalage (excellente), par 100 mm d'entraxe | Tolérance d'angularité (excellente), mm/100 mm |
|---|---|---|
| Jusqu'à 1000 | 0,09 mm | 0,09 |
| 1000 à 2000 | 0,07 mm | 0,07 |
| 2000 à 3000 | 0,05 mm | 0,05 |
| 3000 à 4000 | 0,03 mm | 0,03 |
| Au‑dessus de 4000 | 0,02 mm ou selon l'OEM | 0,02 ou selon l'OEM |
Ces plages illustrent l'alignement « excellent » tel qu'utilisé couramment dans les logiciels d'alignement laser ; les plages « acceptables » sont deux à trois fois plus larges. L'API 686 définit, en revanche, une tolérance fixe indépendamment de la vitesse : 0,02 mm de décalage au centre de l'accouplement et 0,03° d'angularité à chaque moyeu. Les machines critiques et à grande vitesse doivent suivre la tolérance du fabricant (OEM), pas un tableau générique.
Les contrôles d'alignement fonctionnent mieux en tant qu'étape planifiée et documentée, et non comme une réaction à une alarme de vibration : après toute déconnexion d'accouplement, travaux sur les pieds ou la plaque de base, remplacement de roulements ou de joints, et à intervalle fixe pour les machines critiques. L'enregistrement des relevés « trouvé » et « laissé » pour chaque actif permet à l'équipe fiabilité de détecter l'affaissement de la plaque de base avant qu'il ne provoque une panne. Dans un GMAO tel que Fabrico, les relevés peuvent être consignés dans le dossier de l'actif aux côtés de l'historique des vibrations. Réservez une démo Fabrico pour voir comment cela s'intègre à un flux de travail plus large.
Le décalage signifie que les lignes médianes des arbres sont parallèles mais décalées l'une par rapport à l'autre. L'angulaire signifie que les lignes médianes se rencontrent selon un angle. La plupart des machines présentent un mélange des deux, dans les deux plans, et toutes les composantes doivent être corrigées.
De nombreuses machines, en particulier les pompes chaudes, les turbines et les compresseurs, voient la ligne d'axe augmenter en hauteur lorsqu'elles chauffent. Aligner sur zéro à froid laisse la machine désalignée une fois chaude, d'où la nécessité de viser un objectif à froid délibérément décalé pour compenser.
Oui. L'équilibrage et l'alignement corrigent des problèmes différents : la répartition de la masse sur un rotor d'une part, et la concordance des lignes médianes entre deux arbres d'autre part. L'un peut être correct tandis que l'autre ne l'est pas. Le rapport entre les amplitudes 1x et 2x et le niveau de vibration axiale aident à distinguer lequel est présent.
Le pied mou déforme la carcasse de la machine chaque fois que les boulons de fixation sont serrés, décalant la ligne d'axe. Tout relevé d'alignement effectué avant correction sera invalidé une fois les pieds correctement serrés, d'où la nécessité de corriger le pied mou avant toute mise en cales d'alignement.
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