Le guide de l`alignement d`arbres

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Le guide de l’alignement d’arbres
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Par l’inventeur de l’alignement laser
Umschlag_Handbuch-Techniker-und-Ingenieure_ALI_2013_FF.indd 1
06.05.2013 14:48:00
1
Les auteurs, PRUFTECHNIK Alignment Systems GmbH ont apporté tout leur
soin à la préparation de cette publication. Elle ne doit pas être considérée
comme un guide complet pour l'alignement, l'analyse ou l'équilibrage de
machines industrielles, ni ne saurait se substituer aux fabricants des dites
machines pour chercher un conseil ou une référence professionnelle.
PRÜFTECHNIK AG ou ses filiales ne sauraient être tenues pour responsable
en cas d'actions effectuées sur la base des informations contenues dans
cette publication. PRÜFTECHNIK AG et/ou ses succursales se dégagent de
toute responsabilité directe ou indirecte en cas de plaintes déposées par
des tiers et résultant de l'utilisation ou de l'application des informations
contenues dans ce manuel.
1e édition ; 09.12
©Copyright 2012
PRÜFTECHNIK Alignment Systems GmbH
Tous droits réservés
Engineers Guide_ALI_9_600_fr.indd 1
06.05.2013 18:47:19
2
Introduction
Introduction
Ce manuel a pour objet de fournir des informations et des directives de
base quant à la mise en œuvre d'une bonne pratique d'alignement d'arbre,
d'analyse des vibrations et d'équilibrage dynamique pour des machines
tournantes standard.
L'alignement au laser, l'équilibrage dynamique et la surveillance de l'état
sont des composants essentiels d'une stratégie de maintenance viable pour
les machines tournantes. Prise isolément, chaque technique permet de
réduire les défaillances inattendues des machines mais combinées ensemble,
elles constituent le noyau d'une stratégie de maintenance proactive qui ne
va pas seulement identifier les problèmes naissants mais considérablement
prolonger la durée de vie de la machine.
Dans chaque section de ce manuel, nous avons utilisé un ou deux exemples
des méthodes disponibles pour mesurer les paramètres requis. Nous ne
suggérons pas que les méthodes illustrées soient les seules disponibles.
Pour quiconque souhaite approfondir plus avant les sujets couverts ici, vous
trouverez à la fin de ce manuel une bibliographie de certains des ouvrages
disponibles.
PRÜFTECHNIK est spécialisé en matière d'alignement et de surveillance des
machines tournantes, nous avons accumulé des connaissances pratiques
substantielles de ces sujets au cours de nos 40 ans d'existence et ce
faisant, nous avons publié de nombreux manuels couvrant ces sujets et nos
systèmes individuels. En plus d'un concentré des connaissances accumulées,
ce manuel présente, dans chaque section, un bref aperçu des tous derniers
systèmes de PRÜFTECHNIK et traite les applications spécifiques concernées.
Nous espérons que ces informations sont présentées de manière claire et
lisible et qu'elles fourniront au lecteur novice en la matière, une base lui permettant d'appliquer avec succès des pratiques de maintenance bénéfiques
pour ces installations.
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Sommaire
Contenu
Introduction .......................................................................................................................... 2
Qu'est-ce que l'alignement d'arbres ? ................................................................................... 4
Caténaire de machine (flexion naturelle)................................................................................ 5
Exploitation au-delà la vitesse critique ? ............................................................................... 6
Paramètres d'alignement ..................................................................................................... 7
Arbres de transmission (spacer ou allonges) ....................................................................... 11
Tolérances d'alignement pour les accouplements flexibles .................................................. 18
Tableau des tolérances d'alignement suggérées................................................................... 19
Remarque .......................................................................................................................... 20
Contrainte d'accouplement et flexion d'arbre .................................................................... 20
Les nouveaux relevés ne coïncident pas avec les corrections venant d'être effectués ? ........ 20
Les accouplements peuvent absorber le défaut d'alignement ? .......................................... 23
Paliers ................................................................................................................................ 24
Joints mécaniques .............................................................................................................. 24
Les avantages cumulés d’un alignement des arbres réalisé avec précision ........................... 25
Symptômes d'un défaut d'alignement ................................................................................ 26
Méthodes et pratique d'alignement ................................................................................... 27
La préparation est importante. ........................................................................................... 27
Directives d'installation de machines .................................................................................. 28
Mesure et correction du pied bancal. ................................................................................. 29
Mesure du pied bancal ....................................................................................................... 30
Méthodes d'alignement - À vue ......................................................................................... 33
La jauge d'épaisseur ........................................................................................................... 34
Alignement aux comparateurs ............................................................................................ 35
Alignement d'arbres au laser .............................................................................................. 46
Principes de fonctionnement de base des systèmes laser .................................................... 49
Explication de la fonction d'extension de mesure ............................................................... 50
L'alignement d'arbres au laser réduit les coûts énergétiques ............................................... 54
Effets sur la consommation énergétique .............................................................................. 55
Systèmes laser OPTALIGN smart RS de PRUFTECHNIK .......................................................... 64
ROTALIGN ULTRA iS : Système d’alignement haut de gamme de PRUFTECHNIK................... 67
Qu’est ce que la fonction ‘simulateur de corrections’ ? ........................................................ 70
Logiciel Alignment Center de PRUFTECHNIK ....................................................................... 71
Tension de la courroie ........................................................................................................ 74
Contrôle du pied bancal ..................................................................................................... 77
Alignement des poulies ...................................................................................................... 77
Procédure de correction ..................................................................................................... 80
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4
Qu'est-ce que l'alignement d'arbres ?
Une définition.
L'alignement d'arbre est l'opération par laquelle deux machines ou plus (par
exemple un moteur et une pompe) sont positionnées de telle sorte qu'au
niveau du point de transfert des forces d'un arbre à un autre, les axes de
rotation des deux arbres soient colinéaires quand la machine fonctionne
dans des conditions normales.
Comme pour toutes les définitions standard, il existe des exceptions. Certains
types d'accouplement, par exemple, les accouplements à engrenages ou les
arbres à cardans, nécessitent un défaut d'alignement défini pour assurer
une lubrification correcte en cours de fonctionnement.
Les points importants à noter dans la définition ci-dessus sont :
Au niveau du point de transfert des forces...
Tous les arbres présentent une flexion naturelle due à leur propre poids. Par
conséquent les arbres ne sont pas droits, c'est pourquoi l'alignement de
deux arbres doit être comparé uniquement au niveau du point de transfert
des forces d'un arbre à l’autre.
...les axes de rotation...
Ne pas confondre «alignement d'arbre» et «alignement d'accouplement».
Les surfaces d'accouplement ne devraient pas être utilisées pour mesurer
l'état de l'alignement puisqu'elles ne représentent pas l'axe de rotation des
arbres.
Pour économiser des coûts de production, les surfaces d'accouplement ne
sont souvent que grossièrement usinées, voire même dans certains cas pas
usinées du tout.
L'exactitude de l'ajustement de l'accouplement sur l'arbre est inconnue
Le fait de ne faire tourner qu'un seul arbre et d'utiliser des comparateurs
pour mesurer la surface d'accouplement opposée ne détermine pas l'alignement de deux arbres.
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5
... dans des conditions de fonctionnement normales
L'état d'alignement peut changer quand la machine fonctionne. Ceci peut
être dû à un certain nombre de raisons dont la croissance thermique, les
contraintes de la tuyauterie, le couple de la machine, le mouvement de la
fondation et le jeu des paliers. Comme l'alignement des arbres est généralement mesuré lorsque les machines sont froides, l'état d'alignement tel que
mesuré n'est pas nécessairement l'état d'alignement nominal des machines
(voir page 59 - 60). L'état d'alignement devrait être mesuré en tournant les
arbres dans le sens de rotation normal. La plupart des pompes, ventilateurs
et moteurs, etc. comportent des flèches sur le carter d'extrémité indiquant
le sens de rotation.
Caténaire de machine (flexion naturelle)
L'ampleur de la flexion d'arbre dans une machine dépend de plusieurs
facteurs tels que la rigidité, le poids entre les supports en porte-à-faux, la
conception des paliers et la distance entre les supports.
La flexion naturelle des arbres sous leur propre poids
Pour la grande majorité des machines tournantes à accouplement court,
cette courbure naturelle est négligeable et par conséquent, peut être
ignorée pour des raisons pratiques. Sur les trains de machine à commande
longue, p. ex. les turbines dans les centrales électriques ou les machines
avec de longs arbres de transmission, p. ex. les ventilateurs de tours de
refroidissement ou les turbines à gaz, la courbure naturelle doit être prise
en compte.
Flexion naturelle de machine
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6
Dans une turbine à vapeur, par exemple, les arbres sont généralement
alignés l'un par rapport à l'autre au 1/100e de mm prés, mais le centre de
l'arbre principal pourrait se situer jusqu'à 30 mm en dessous des deux arbres
d'extrémité.
Exploitation au-delà la vitesse critique ?
Quand un arbre flexible très long commence à tourner, il tend à redresser
sa flexion naturelle, mais ne sera pourtant jamais rectiligne. Il est important
de comprendre que la rotation d'un arbre pourrait fort bien s'effectuer sur
axe incurvé. Dans des situations où deux éléments de machine ou plus sont
accouplés avec un ou plusieurs arbres tournant autour d'un axe de rotation
fléchi, il est important d'aligner les arbres de sorte à préserver l'axe central
de rotation incurvé.
Fonctionnement de l'arbre de commande en dessous de la vitesse critique:
Aligner les accouplements des machines avec les accouplements de
l’entretoise
Fonctionnement de l'arbre de commande au-delà de la vitesse critique
: aligner les accouplements de machine l'un par rapport à l'autre sans
tenir compte de l'entretoise.
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7
Exprimer l'alignement
Paramètres d'alignement
Comme l'alignement d'un arbre doit être mesuré et ensuite corrigé, une
méthode de quantification et de description de l'état d'alignement s'avère
nécessaire.
?
Traditionnellement, l'alignement a été décrit grâce à des relevés de comparateur au niveau de la face de l'accouplement ou de valeurs de position
mesurées au niveau des pieds de la machine. Les valeurs mesurées selon
ces deux méthodes dépendent des dimensions des machines. Comme il
existe de nombreuses méthodes différentes de montage des comparateurs
(indicateurs inversés, bord et face, double bord p. ex.), la comparaison des
mesures et l'application de tolérances peuvent s'avérer problématiques. Il
faut également considérer le fait que les relevés des comparateurs placés sur
le bord indiquent deux fois le décalage réel et que des inversions de signe
sont parfois nécessaires selon que le comparateur mesure une face ou un
bord d'accouplement gauche ou droit, en interne ou en externe.
Une approche plus moderne et facilement compréhensible consiste à
décrire l'état d'alignement en termes d'angularité et de décalage (concentricité) à l'horizontale (vue en plan) et à la verticale (vue de côté). Avec cette
méthode, quatre valeurs peuvent alors être utilisées pour exprimer l'état
d'alignement tel qu’illustré sur les figures suivantes.
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Concentricité verticale
Ouverture verticale
Concentricité horizontale
Ouverture horizontale
Angularité, écartement et décalage (concentricité)
L'angularité décrit l'angle entre deux axes rotatifs.
L'angularité peut être exprimée directement sous la forme d'un angle en
degrés ou mrads ou en termes d’ouverture en mm/m ou millièmes/pouce.
Cette dernière méthode s'avère utile puisque l'angularité multipliée par le
diamètre de l'accouplement donne une ouverture équivalente au niveau
du bord de l'accouplement. Par conséquent l'angle est plus fréquemment
exprimé en termes d’ouverture selon le diamètre. La valeur d’ouverture
proprement dite n'est pas significative seule, elle doit être liée à un diamètre
pour avoir du sens. Pour être correct, le diamètre se réfère au « diamètre de
travail », mais on parle souvent de diamètre d'accouplement. Peu importe
la valeur du diamètre de travail. C'est la relation entre l’ouverture et le
diamètre qui compte.
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9
Ouverture
θ
Diamètre de travail ∅
Angle (θ)
Relation entre angle, ouverture et diamètre de travail
Un accouplement de 6 pouces (152,4 mm) présentant une ouverture de
0,005 pouces (0,127 mm) en haut donne un angle entre les axes des arbres
de 0,83 mrads.
Pour un diamètre de travail de 10 pouces (254 mm), cela correspond à une
ouverture de 0,0083 pouce (0.21 mm).
Pour un diamètre de travail de 100 mm, cela correspond à une ouverture
de 0,083 mm.
Remarque :
1 mrad = 1 millième de pouce par pouce
1 mrad = 1 mm par mètre
angle identique – ouverture différente
ouverture identique - angle différent
La concentricité décrit la distance entre les axes de rotation en un point
donné. On parle parfois par erreur de décalage parallèle ou de défaut d'alignement des bords. Toutefois, les axes de rotation des arbres sont rarement
parallèles et l'accouplement ou le « bord » de l'arbre n’ont pas forcément
de relation précise avec le positionnement réel des axes de rotations.
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10
+ 0.15 mm
+ 0.006"
+ 0.08 mm
+ 0.003"
- 0.09 mm
- 0.004"
Comme illustré ci-dessus, pour le même état d'alignement, la valeur de
concentricité varie en fonction de l'emplacement où la distance entre deux
axes de rotation d'arbre est mesurée. En l'absence de toute autre instruction, la concentricité se mesure en mm ou millièmes de pouce au niveau
du centre de l'accouplement. (Cette définition se réfère aux accouplements
flexibles courts, pour les accouplements à entretoise, la concentricité devrait
être mesurée au niveau des plans de transfert des forces de l'accouplement.)
Accouplements flexibles courts
Pour faciliter la compréhension, nous définissons les accouplements
flexibles courts quand la longueur axiale de l'élément flexible ou la longueur
axiale entre les éléments flexibles est inférieur ou égal au diamètre de
l'accouplement.
Les machines dotées d'accouplements flexibles courts et tournant à vitesse
modérée à élevée nécessitent un alignement très précis pour éviter toute
contrainte excessive des arbres, des paliers et des joints.
Comme l'état d'alignement est virtuellement toujours une combinaison
d'angularité et de concentricité et que la machine doit être corrigée dans
les deux plans horizontal et vertical, 4 valeurs sont requises pour décrire
intégralement l'état d'alignement.
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Angularité verticale (ou ouverture selon diamètre)
Concentricité verticale
Angularité horizontale (ou ouverture selon diamètre)
Concentricité horizontale
Sauf indication contraire, la concentricité se réfère à la distance entre les
axes de rotation d'arbre au niveau du centre de l'accouplement.
Le croquis ci-dessous présente la convention de notation et de signes.
Ouverture
Concentricité
Angle θ
+ Concentricité
- Concentricité
+ Angle / Ouverture
- Angle / Ouverture
Arbres de transmission (spacer ou allonges)
Les arbres de transmission sont généralement installés quand des changements d'alignement significatifs sont anticipés pendant le fonctionnement
de la machine, par exemple dus à la croissance thermique. La longueur
de l'arbre de transmission permet de maintenir le changement angulaire
au niveau des extrémités de l'arbre de transmission faible même en cas
de changements de position plus importants de la machine. La précision
d'alignement pour les machines équipées d'arbres de transmission dotés
d'éléments flexibles à chaque extrémité n'est pas aussi critique que pour les
machines équipées d'accouplements flexibles courts.
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12
Quatre valeurs sont requises pour décrire intégralement l'état d'alignement.
Angle vertical a
Angle vertical ß
Angle horizontal a
Angle horizontal ß
Les angles sont mesurés entre l'axe de rotation de l'arbre de transmission et
les axes de rotation de la machine concernée.
Le croquis ci-dessous présente la convention de notation et de signes.
Angle ß
Angle α
+α
-ß
-α
-ß
+ß
+α
+ß
-α
Concentricité B – Concentricité A
En guise d'alternative aux 2 angles a et ß, l'alignement peut être spécifié en
termes de concentricités.
Concentricité vertical B
Concentricité vertical A
Concentricité horizontal B
Concentricité horizontal A
Les concentricités sont mesurées entre les axes de rotation des machines
accouplées et les extrémités de l’arbre de transmission. Ceci est similaire à
l'alignement par indicateurs inversés.
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13
Le croquis présente la convention de notation et de signes.
Lorsque l’on considère une ‘allonge’ (spacer), on va donc exprimer deux
angles ou deux Concentricité, mais plus une concentricité et un angle
comme c’est le cas des accouplements flexibles courts.
Concentricité B
Concentricité A
+ Concentricité B
+ Concentricité A
+ Concentricité A
- Concentricité B
+ Concentricité B
- Concentricité B
- Concentricité A
- Concentricité A
Relations
Une étude du diagramme ci-dessous permet de mieux comprendre la
relation entre les différents décalages et les angles.
θ=α+β
Décalage B
=βxL
α
Décalage A = -(α x L)
β
Longueur spacer L
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14
Note concernant la mesure d’alignement d’arbres entrainés par ‘spacer’
(allonge) avec appareil laser.
L’alignement d’accouplement type ‘spacer’ est souvent source de discussions.
Quelques réponses aux questions essentielles :
1. Quelle différence entre un spacer et un flexible court dans l’expression
des résultats ?
Sur un flexible court, on exprimera une ouverture et une concentricité.
Sur une allonge, on exprimera 2 ouvertures ou 2 concentricités à
chaque plan d’accouplement.
2. Pourquoi cette différence ?
Le positionnement des têtes laser (émetteur sur arbre machine fixe,
récepteur sur arbre machine mobile) rend la mesure de l’ouverture et
de la concentricité entre les arbres et l’allonge impossible.
De plus si les concentricités à chaque plan sont nulles, les arbres sont
alignés. Si les ouvertures sont nulles, les arbres sont alignés.
L’expression de l’un ou de l’autre paramètre à chaque plan suffit pour
exprimer l’alignement des arbres.
3
Peut – on comparer les méthodes / résultats comparateurs et laser ?
Oui s’ils sont utilisés de la même façon :
Mesure de l’alignement d’arbre en 2 fois à chaque plan d’accouplement
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15
Mesure par comparateurs inversés sur les 2 arbres. Expression des concentricités au laser.
4. Vaut – il mieux exprimer ouvertures ou concentricités ?
Il est plus juste de travailler avec les ouvertures. Mécaniquement, c’est
plus concret.
Les concentricités sont calculées à partir du prolongement ‘virtuel’
des axes. Elles sont utilisées surtout pour la comparaison avec les
comparateurs.
5. Que se passe – t –il si des un des plans d’accouplement est rigide ?
On ne le considère pas : tout le défaut d’alignement se reporte sur le
plan souple.
6. Que se passe – t – il si les 2 accouplements sont rigides ?
Désaccouplez impérativement le spacer.
7. Est-il possible, malgré la présence d’une allonge, de travailler en
considèrant un accouplement flexible court ? Quel est l’intérêt majeur
de travailler en considérant l’allonge ?
Oui c’est possible. Il faut prendre soin de bien définir le plan où l’on souhaite
exprimer les résultats (influence directe sur la concentricité).
Mais la prise en compte de l’allonge lors de la définition des dimensions
dans l’appareil permet d’ajuster les tolérances en conséquence.
Ces tolérances sont toujours plus élevées que sur un accouplement flexible
court.
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16
Remarque !
L’expression des concentricités aboutit à des valeurs de défauts et / ou de
tolérances qui peuvent être élevées puisqu’elles dépendent directement de
la longueur de l’allonge. Exemple :
Accouplement de 250mm de diamètre. Vitesse 1500 tr/min, allonge
5000mm.
Défaut d’ouverture de 0.20mm (côté machine fixe)
Le défaut de concentricité est alors de 4mm côté machine mobile.
Ce qui est dans la tolérance.
Alors que la valeur exprimée en ouverture est raisonnable, elle paraît
élevée en concentricité.
Expression du défaut aux plans d’accouplement en ‘double ouverture’
Expression du même défaut en ‘double concentricité
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17
Tolérances exprimées en concentricités
Tolérances exprimées en ouvertures
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18
Quelle doit – être la précision de l’alignement?
Tolérances d'alignement pour les accouplements flexibles
Les tolérances suggérées présentées aux pages suivantes sont des valeurs
générales basées sur plus de 20 ans d'expérience d'alignement d'arbre
chez PRÜFTECHNIK et ne doivent pas être dépassées. Elles devraient n'être
utilisées que si les normes internes existantes ou le fabricant de machines ou
d'accouplements ne préconisent aucune autre tolérance.
Considérez toutes les valeurs comme étant l'écart maximal admissible par
rapport à la valeur cible d'alignement, qu’elle soit zéro ou une autre valeur
pour compenser la croissance thermique, par exemple. Dans la plupart des
cas, une brève consultation du tableau indiquera si un défaut d'alignement
de l'accouplement est autorisé ou non.
En guise d'exemple, considérons une machine dotée d'un accouplement
flexible court et tournant à 1 500 tr/min présentant des décalages d'accouplement de -0,04 mm à la verticale et de +0,02 mm à l'horizontale. La
machine est alignée, ces deux valeurs se trouvant à l'intérieur de la limite «
excellente » de 0,06 mm.
L'angularité se mesure généralement en termes de différence d'écartement.
Pour une angularité donnée, plus le diamètre est grand, plus l’ouverture
est grande au niveau du bord de l'accouplement (voir page 9). Le tableau
suivant répertorie les valeurs pour les diamètres d'accouplement de 100
mm ou de 10 pouces. Pour d'autres diamètres d'accouplement, multipliez
la valeur du tableau par le facteur approprié. Ainsi, une machine tournant
à 1 500r/min présentant un diamètre d'accouplement de 75 mm. À ce
diamètre, l’ouverture maximale autorisée serait de ; 0,07 mm x 75/100 =
0,0525 mm.
Pour les arbres de transmission (allonges), le tableau présente le décalage
maximal autorisé pour 100 mm ou 1 pouce de longueur. Ainsi, une machine
tournant à 6 000 tr/min avec une longueur d’allonge de 300 mm tolérerait
un décalage maximal de : 0,03 mm x 300/100 = 0,09 mm sur chaque
accouplement situé aux extrémités de cette allonge.
Les accouplements rigides n'ont pas de tolérance en matière de défaut
d'alignement, ils devraient être alignés le plus précisément possible.
Notez enfin que, quel que soit le type d’accouplement (long / court) ce sont
les résultats au(x) plan(s) d’accouplement qui comptent. Sur des accouplements longs, les corrections ‘résiduelles’ peuvent encore être relativement
importantes, simplement du fait de la longueur de l’allonge ou encore du
fait de la distance qui séparent les pieds avant et arrière. L’alignement est
considéré Ok quand les tolérances sont atteintes à l’accouplement, et ce
même s’il reste encore des corrections aux pieds.
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19
Tableau des tolérances d'alignement suggérées
Pied bancal
[RPM]
métrique [mm]
pouces [mils]
tous
0,06 mm
2,0 mils
Acceptable
Acceptable
Excellent
9,0
5,0
3,0
2,0
1,5
1,0
7200
1,0
0,5
600
15,0
10,0
5,0
3,0
3,0
2,0
7200
2,0
1,0
600
3,0
1,8
1,0
0,6
0,5
0,3
0,3
0,2
Accouplements
Excellent
"flexibles" courts
Concentricité
600
750
0,19
0,09
1500
0,09
0,06
1800
3000
0,06
0,03
3600
6000
Angularité
(ouverture pour diamètre
0,03
0,02
750
0,13
0,09
1500
0,07
0,05
de 100 mm ou 10”)
1800
3000
0,04
0,03
3600
6000
Accouplements d'arbres
de transmission et
0,03
0,02
750
0,25
0,15
1500
0,12
0,07
membrane (disque)
Concentricité (par
longueur d'espacement
de 100 mm ou par pouce
1800
3000
0,07
0,04
de longueur d'espacement)
3600
6000
7200
0,03
0,02
06.05.2013 18:47:23
20
Remarque
Pour l'équipement industriel, l'ampleur du défaut d'alignement susceptible
d'être toléré est une fonction de nombreuses variables englobant les tr/min,
la puissance nominale, le type d'accouplement, la longueur de l'entretoise,
la conception de l'équipement accouplé et les attentes de l'utilisateur eu
égard à la durée de vie. Comme il n'est pas pratique de considérer toutes
ces variables dans une spécification d'alignement, une certaine simplification des tolérances s'avère nécessaire.
Des tolérances basées sur les tr/min et la longueur de l'entretoise d'accouplement ont été publiées pour la première fois dans les années 70. Nombre
des tolérances se basaient principalement sur les expériences avec les types
d'accouplements à engrenages lubrifiés. Toutefois, l'expérience a montré
que ces tolérances sont applicables de manière égale à la grande majorité
de systèmes d'accouplement non lubrifiés utilisant des éléments flexibles.
Dans le tableau précédent, des limites « acceptables » sont calculées à
partir de la vitesse de glissement de l'acier lubrifié sur l'acier, en utilisant
une valeur de 12 mm/s pour la vitesse de glissement autorisée. Comme
ces valeurs coïncident aussi avec celles dérivées des taux de cisaillement de
l'élastomère, elles peuvent s'appliquer aux accouplements flexibles courts.
Les valeurs « excellentes » se fondent sur des observations faites sur une
grande variété de machines pour déterminer le défaut d'alignement critique
dû aux vibrations. La conformité avec ces tolérances ne garantit toutefois
pas un fonctionnement exempt de vibrations.
Lorsque l’on donne des tolérances il faut :
Indiquer le diamètre pour l’expression des tolérances d’angularité
(ouverture),
Indiquer l’endroit où s’expriment ces tolérances pour les défauts de
décalage (concentricité), notamment pour les allonges (aux plans
d’accouplement, au milieu de l’allonge…)
Contrainte d'accouplement et flexion d'arbre
Les nouveaux relevés ne coïncident pas avec les corrections venant
d'être effectués ?
Lors de l'exécution d'un alignement que ce soit avec des comparateurs ou
des systèmes optiques laser, parfois, les relevés faisant suite à un ajustage
de l'alignement ne coïncident pas avec les corrections effectuées. Une
possibilité est qu’une contrainte courbe l'arbre, les supports de la machine
ou la fondation. Ceci est fréquemment constaté, plus particulièrement sur
des groupes de pompes reliés à des tuyauteries ‘forcées’ ou possédant un
support frontal « permanent » comme le montre le croquis suivant.
06.05.2013 18:47:23
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Contraintes à l’accouplement
Dans cette application, le support avant de la pompe est plutôt rigide sur le
plan radial et peut influer sur la mesure d'alignement. Dans cette situation,
nous conseillons de désaccoupler ou de desserrer le support pour libérer
l'alignement mesuré des forces externes.
Pour les problèmes de tuyauteries, l’idéal et de s’assurer que celles – ci
ne provoquent pas de contraintes : mesure avec pompe bridée et pompe
débridée. Comparez. Si les mesures sont identiques alors les contraintes
sont absentes.
Si les procédures avant alignement ne sont pas adaptées, l'effet net des
influences semblables à celles notées ci-dessus est que l’alignement n'est
pas seulement faux mais qu'il est relativement souvent effectué dans le sens
contraire à la correction requise.
Dans des cas extrêmes, la contrainte d’accouplement imposée par les
machines nouvellement alignées peut courber les arbres pendant la production. Dans la plupart des cas, cette déformation sera minimale mais
peut être suffisante pour affecter les axes de rotation mesurés. Les croquis
suivants illustrent le problème potentiel.
Voici un état d'alignement avec les arbres désaccouplés
06.05.2013 18:47:23
22
Contraintes à l’accouplement
Voici l'alignement mesuré avec les arbres accouplés. Aperçu des axes
centraux de rotation projetés
Les mouvements sont effectués tel que mesuré. Il y a désormais moins de
contrainte sur l'accouplement et les arbres seront correctement alignés lors
de la tentative suivante
06.05.2013 18:47:23
23
Causes des arrêts de machines
Les accouplements peuvent absorber le défaut d'alignement ?
Un commentaire fréquemment cité est « ...pourquoi se soucier d'aligner
la machine quand elle est dotée d'un accouplement flexible conçu pour
absorber le défaut d'alignement ? »
L'expérience et les tolérances d'alignement des fabricants d'accouplements
disent le contraire. Une preuve anecdotique suggère que 50 % des arrêts
de machine peuvent être directement attribués à un alignement incorrect
des arbres.
TRE
AU S
EN
DE
SA
Usure d’accouplement
T
Vibration machine
LI G N E M
Usure des joints
Dommage sur paliers
Il est exact que les accouplements flexibles sont conçus pour absorber le
défaut d'alignement, généralement jusqu'à 10 mm ou plus de décalage
radial des arbres. Mais la charge imposée aux arbres, donc aux paliers et aux
joints augmente alors considérablement. C’est dû aux forces de réaction
générées au sein de l'accouplement en cas de défaut d'alignement. Par
exemple, un accouplement vulcan de 445 mm conçu pour un décalage
radial maximal de 6 mm à 600 tr/min produit une force de réaction de 1,2
kN par mm de décalage radial. (voir “L'alignement laser permet de réduire
les vibrations à bord - Magazine Diesel and Gas Turbine Worldwide Nov
1997)
En résumé, l’accouplement peut “digérer” le désalignement, mais les forces
de réactions créeront des vibrations qui vont malgré tout détériorer les
éléments mécaniques.
06.05.2013 18:47:23
24
Paliers
Les paliers sont des composants usinés avec précision conçus pour fonctionner avec une lubrification propre et constante mais à des températures
de service limitées. Les composants usinés en respectant une précision
inférieure à 0,005 mm ne sont pas :
capables de résister à un fonctionnement pendant de longues
périodes à des températures élevées dues à un défaut
d'alignement.
capables de résister à la contamination causée par la défaillance
d'un joint mécanique ayant permis la pénétration de terre, de
sable, d'éléments métalliques ou d'autres objets.
usinés pour fonctionner pendant de longues périodes avec un
défaut d'alignement imposant des charges de choc axial à leurs
différents composants.
En plus des dommages imposés aux paliers par le défaut d'alignement
proprement dit, quand un joint mécanique casse, ceux - ci doivent être
démontés, parfois remontés ou remplacés dans la plupart des cas. L'opération
de démontage / remontage elle-même peut causer des dommages aux
paliers. La plupart des fabricants et réparateurs de pompes recommandent
de remplacer systématiquement les paliers lors de la réparation de pompes
endommagées et ce, quel que soit leur état visible. C’est en effet très facile
de passer à côté d'un dommage minime sur un palier. Ce dommage est
alors susceptible de s'aggraver progressivement après le remontage.
Joints mécaniques
L'usure des joints augmente en raison des charges créées par le désalignement et auxquelles sont soumis les arbres. Les joints de pompe sont des
éléments très onéreux coûtant souvent jusqu'à un tiers du prix total de la
pompe. Une mauvaise installation et un défaut d'alignement d'arbre excessif
va réduire leur durée de vie de manière substantielle. Les fabricants ont
résolu le problème de mauvaise installation en introduisant sur le marché les
joints de type cartouche pouvant être installés avec peu d'assemblage sur
site, voire même aucun. Toutefois, ces garnitures possèdent des composants
précisément rectifiés et usinés avec une précision de 2 microns (0,002
mm), ils ne peuvent fonctionner correctement en cas de désalignement ;
le frottement des surfaces, les températures élevées et la pénétration de
contaminants endommagent rapidement ces composants onéreux.
06.05.2013 18:47:23
25
La casse d'un joint est souvent catastrophique, elle arrive quasiment sans
préavis. L'indisponibilité en résultant, les coûts de remplacement du joint,
les coûts de réparation de la pompe et les remplacements des paliers font de
ces défaillances, causées par un défaut d'alignement, un problème onéreux
et qui peut être évité.
Vibrations de la machine
Les vibrations de la machine augmentent avec le défaut d'alignement. Les
vibrations importantes entraînent la fatigue des composants de la machine
et par conséquent sa défaillance prématurée.
Les avantages cumulés d’un alignement des arbres réalisé avec
précision
Les avantages résultant de l'adoption d'une bonne pratique d'alignement
des arbres commencent par l'amélioration de la durée de vie de la machine
garantissant ainsi la disponibilité de l'installation quand la production la
sollicite. Des machines alignées correctement vont donner les résultats
suivants.
Améliorer la durée de vie et la fiabilité de l'installation
Réduire les coûts des pièces de rechange telles que les joints et les
paliers
Réduire les frais de main d'œuvre liés à la maintenance
Améliorer la disponibilité de l'installation
Réduire la perte de production due à la défaillance de l'installation
Réduire le besoin d'une installation de secours
Améliorer la sécurité d'exploitation de l'installation
Réduire les coûts de consommation énergétique au niveau de
l'installation « Repousser » les limites de l’usine par rapport aux
besoins de production
Obtenir de meilleurs taux d'assurance grâce à de meilleurs résultats et
pratiques d'exploitation
06.05.2013 18:47:23
26
Symptômes d'un défaut d'alignement
Ce n'est pas toujours facile de détecter un défaut d'alignement sur des
machines en cours de fonctionnement. Les forces radiales qui sont transmises d'arbre en arbre sont difficiles à mesurer de l'extérieur. En recourant
à l'analyse des vibrations ou à la thermographie infrarouge, il est possible
d'identifier les symptômes primaires d'un défaut d'alignement tels que les
valeurs élevées de vibrations dans les sens radial et axial ou des gradients
anormaux de température dans les carters des machines, mais sans une
telle instrumentation, il est également possible d'identifier des problèmes
machine secondaires susceptibles d'indiquer un alignement inexact des
arbres.
Boulons de fondation desserrés ou cassés
Cales de blocage ou goupilles cylindriques lâches
Fuite d'huile excessive au niveau des bagues de palier
Boulons d'accouplement desserrés ou cassés
Certains éléments d'accouplement flexibles s'échauffent en cas de
défaut d'alignement. Si l'accouplement présente des éléments en
élastomère, chercher des signes de poudre de caoutchouc à l'intérieur
de la coiffe d'accouplement
Des pièces d'équipement similaires vibrent moins ou ont une durée de
vie plus longue
Taux anormalement élevé de défaillances d'accouplement ou d'usure.
Quantité excessive de graisse ou d'huile à l'intérieur des protections
d'accouplement
Les arbres cassent ou se fissurent au niveau ou à proximité des paliers
ou des moyeux d'accouplement
Une bonne pratique d'alignement d'arbre devrait être une stratégie clé dans
la maintenance des machines tournantes. Une machine correctement alignée
sera un bien fiable pour l'usine, elle sera là quand on aura besoin d'elle et
nécessitera moins de maintenance programmée (et non programmée). Plus
loin, nous allons étudier des cas spécifiques destinés à montrer comment
l'alignement d'arbre va offrir des avantages importantes en termes de coûts
de production. Auparavant, la section suivante de ce manuel va examiner
les diverses méthodes d'alignement d'arbres susceptibles d'être utilisées
pour assurer un bon alignement des machines installées.
06.05.2013 18:47:23
27
Méthodes et pratique d'alignement
Il existe un certain nombre de méthodes différentes permettant d'obtenir un
alignement acceptable des machines tournantes. Elles vont de la règle peu
coûteuse (réglet) aux systèmes laser plus sophistiqués et inévitablement plus
onéreux. Nous pouvons résumer ces méthodes en trois catégories de base :
À vue – règle et jauges d'épaisseurs
Comparateurs – jauges de déplacement mécaniques
Systèmes d'alignement optiques laser
Au sein de chaque catégorie, il existe un certain nombre de variations et
d'options. Ce n'est pas notre intention ici d'évaluer chacune de ces options,
mais nous allons nous concentrer sur les méthodes les plus largement
utilisées.
La préparation est importante.
La première étape préparatoire pour un alignement réussi consiste à s'assurer
que la machine à aligner peut être déplacée si nécessaire : cela comprend
la mobilité verticale, vers le haut (bien entendu en utilisant l'équipement de
levage approprié) et vers le bas, s'il s'avère nécessaire d'abaisser la machine,
comme c'est fréquemment le cas. Ceci peut être prévu en insérant des cales
de 2 à 4 mm (0,08” - 0,16”) sous les pieds des deux machines lors de l'installation initiale (nous recommandons de caler les machines dès le départ
pour que les changements d'état de la fondation puissent être compensés,
si nécessaire). Le positionnement horizontal de machines s'effectue de
préférence avec des vis « poussoirs » ou un outil hydraulique ou mécanique
adapté. Tous ces accessoires permettent un contrôle précis du mouvement
de manière lente, douce et continue. L’utilisation de marteaux ne rend
pas seulement le positionnement exact plus difficile et mais peut aussi
endommager les machines (en causant des marques de broutement sur les
paliers), de plus les vibrations pourraient déplacer le système d'alignement
pendant la fonction DÉPLACER (temps réel) et, par conséquent, perturber le
processus de correction.
06.05.2013 18:47:23
28
Directives d'installation de machines
L'installation de machines telles qu'une pompe, un réducteur ou un compresseur, etc. requiert l'observation de certaines règles générales.
L'unité entraînée est généralement installée en premier et
l'organe d’entraînement ou le moteur principal est ensuite aligné
sur l'arbre de l'unité entraînée.
Si l'unité entraînée l’est par une boîte de vitesse (réducteur, multiplicateur), cette dernière devrait être alignée sur l'unité entraînée
et ensuite le moteur aligné sur le réducteur (multiplicateur).
Des contrôles de base devraient être effectués pour déterminer
l’état des accouplements de la machine, p. ex. des contrôles de
« faux-rond » (concentricité et perpendicularité par rapport aux
axes centraux des arbres) des demi-accouplements à l'aide d'un
comparateur, si possible (des demi-accouplements voilés peuvent
causer des problèmes de déséquilibre !).
La préparation des châssis de la machine, des pieds, des socles,
etc. est d'une importance primordiale ! Sinon, l'alignement est
difficilement réalisable !
Nettoyer, rectifier et limer toutes les bavures sur les surfaces de
montage et les alésages des boulons de serrage, etc.
Conservez des cales de qualité sous la main pour aligner avec
précision et rapidité.
Avant de monter le système d'alignement d'arbre/les instruments
sur les machines, prenez quelques minutes pour inspecter le
positionnement accouplement/arbre. N'oubliez pas que vos yeux
sont votre premier système de mesure !
Assurez-vous que la pompe/le moteur, etc. est bien perpendiculaire à la plaque de base. (contrôle du pied bancal) et corrigez si
nécessaire – voir pages suivantes.
Réduisez les cales au strict minimum, p. ex., si possible pas plus de
3 cales max. sous les pieds/supports de la machine.
Corrigez l'alignement selon les exigences pour vous assurer
que, quand la machine fonctionne, les arbres des machines sont
centrés dans leurs paliers et qu'ils sont alignés selon les tolérances
des fabricants.
06.05.2013 18:47:23
29
Contrôlez systématiquement les valeurs d'alignement des
fabricants avant de commencer à travailler ! – il se peut que la
croissance thermique nécessite des décalages d'alignement « à
froid » spécifiques.
Assurez-vous que la tuyauterie raccordée aux machines est
correctement soutenue mais suffisamment libre pour bouger avec
l'expansion thermique.
Mesure et correction du pied bancal.
Une composante essentielle de toute procédure d'alignement réussie est de
déterminer et de corriger le pied bancal. Au même titre qu'une chaise ou
une table bancale est une gêne, un support de machine instable entraîne
des difficultés lors de l'alignement. La position de la machine est différente à
chaque tentative d'alignement et chaque mesure de contrôle indique que la
machine est toujours mal alignée. De plus quand la machine est serrée, une
contrainte est imposée à son carter et aux corps de paliers. Pour l'essentiel,
il existe deux types de pied bancal tel qu'illustré sur le croquis ci-dessous.
Pied bancal parallèle
Pied bancal angulaire
Un pied bancal parallèle indique que la plaque de base et le pied de la
machine sont parallèles l'un par rapport à l'autre, permettant une correction
en ajoutant tout simplement des cales d'épaisseur correcte. Le pied bancal
angulaire est causé par les pieds de la machine formant un angle l'un par
rapport à l'autre ou par rapport au châssis.
06.05.2013 18:47:23
30
Cette situation est plus complexe à diagnostiquer et à corriger ; une solution
consiste à utiliser des cales coniques pour remplir l'espace angulaire entre la
plaque de base et le pied, une solution plus radicale mais de longue haleine
consiste à démonter la machine et à en rectifier les pieds.
Mesure du pied bancal
Toute une série de techniques permettent de déterminer le pied bancal
avant de commencer l'alignement.
À l'aide d'un comparateur monté sur un pied magnétique, positionnez le
comparateur au-dessus de l'un des pieds de la machine, mettez le comparateur à zéro et desserrez le pied de la machine. Consignez tout changement
du relevé du comparateur. Et resserrez le pied de la machine. Répétez cette
opération pour tous les pieds de la machine ; ou bien avec un jeu jauges
d'épaisseur, desserrez un pied à la fois, mesurez l'intervalle qui apparaît sous
le pied de machine desserré et consignez la valeur. Resserrez le pied de la
machine et passez au pied suivant ; ou avec un système d'alignement laser,
desserrez un pied à la fois, le système d'alignement enregistre la valeur de
soulèvement du pied pour chaque pied. Resserrez le pied de la machine
avant de passer au pied suivant.
Une fois que vous avez déterminé la quantité de pied bancal présente tel
qu'indiqué ci-dessous, il est possible de procéder à des ajustements sur la
machine en fonction de l'état diagnostiqué.
4
76
A
B
D
C
80
0
Cet exemple montre des problèmes de pied bancal classiques avec un
balancement entre les pieds B et D. Il est tentant de placer des cales sous
les deux pieds pour éliminer le balancement mais ce serait une erreur. La
meilleure solution consisterait à ne caler qu'un seul pied (80/100 mm) et
recontrôler les quatre pieds.
06.05.2013 18:47:24
31
De nombreux problèmes de pied bancal supplémentaires peuvent être
trouvés y compris une contrainte imposée par la tuyauterie ou un pied
instable causé par un trop grand nombre de cales sous le pied de la
machine. Les croquis suivants présentent certains exemples (on donne aussi
les valeurs mesurées à la jauge d’épaisseur).
0
0
B
A
Exemple de pied bancal : pied
tordu – placez une cale au
niveau du pied c, épaisseur
0,6 mm, et recontrôlez tous
55 60
0 0
D
4
24
0
0
C
les pieds
B
A
Exemple de pied bancal :
contrainte de la tuyauterie –
réduire les forces externes
D
24
36 40
44 40
C
28
0
0
B
A
Exemple de pied bancal :
Effet ‘ressort’. Les jauges
d’épaisseur ne passent pas.
Il peut y avoir des impuretés
0
0
D
4
0
0
24
C
sous les pieds. Nettoyez pour
supprimer les causes de
l’effet ‘ressort’
06.05.2013 18:47:24
32
Suivez les étapes suivantes pour éliminer les problèmes de pied bancal.
1
Contrôlez les quatre pieds de la machine, si un pied présente plus de
2
Examinez le pied bancal le plus important (ou les deux plus importants
0,08 mm, corrigez de manière appropriée.
si identiques) avec des jauges d'épaisseur pour déterminer le type de
pied bancal. Vous pouvez également contrôler les autres pieds, mais
concentrez-vous d'abord sur la détection et la résolution du problème
le plus important.
3
Corrigez l'état diagnostiqué en ne calant qu'un seul pied, le cas
échéant.
4. Si tous les pieds sont conformes aux tolérances, commencez
l'alignement.
L’appareil laser indiquera la présence et l’endroit du pied bancal. Mais le
moyen de corriger dépend du cas. L’expérience peut alors compter.
06.05.2013 18:47:24
33
Méthodes d'alignement – À vue
Méthodes d'alignement - À vue
La règle
Cette méthode d'alignement des arbres était une pratique répandue dans
de nombreuses usines, sous réserve de l'utilisation d'un accouplement
flexible, il était considéré comme suffisant d'évaluer l'alignement à l'œil nu
et de boulonner la machine. Le système est certainement peu coûteux et
l'équipement est toujours disponible. Les valeurs correctives pour les pieds
de la machine étaient généralement estimées en fonction de l'expérience
de l'ingénieur ou du technicien chargé de l'alignement. Le plus souvent, les
corrections au niveau des pieds de la machine nécessitaient d'être répétées
en procédant par tâtonnements avant que l'état d'alignement « à vue » ne
soit réalisé. Même dans ce cas, il n'y avait aucune certitude que l'alignement
effectué était correct. Comme la résolution de l'œil humain est limitée à 0,1
mm, la précision de l'alignement est limitée en conséquence. En outre, sans
avoir procédé à des contrôles approfondis quant à la précision d'installation
de l'accouplement sur l'arbre, aucune corrélation directe ne peut être faite
entre l'alignement effectué et l'alignement réel des arbres de la machine.
Dans le meilleur des cas, cette méthode d'alignement peut être décrite
comme un alignement d'accouplements et non comme un alignement
d'arbres comme défini plus haut.
06.05.2013 18:47:24
34
Méthodes d'alignement – À vue
La jauge d'épaisseur
Bien que classifiée ici comme méthode « à vue » d'alignement d'arbres, dans
certaines circonstances et pour certaines machines, la méthode des jauges
d'épaisseur peut s'avérer parfaitement acceptable. Lors de l'installation et
de l'alignement de groupes de turbines (par exemple) où le demi-accouplement fait partie intégrante de l'arbre du rotor et qu'il ne possède pas
d'éléments flexibles, un ingénieur en turbines expérimenté est en mesure
d'aligner les deux demi-accouplements de manière relativement précise.
(Comme noté à la section des tolérances d'alignement, aucun écart n'est
autorisé, ni en ouverture, ni en concentricité sur ces types d'accouplement
« rigides »).
En utilisant la jauge d'épaisseur ou un pied à coulisse à vernier, l'ingénieur,
le technicien mesure avec précision tout écartement entre les demi-accouplements. De l'huile de sustentation est ensuite utilisée pour faire tourner
les arbres à 180 degrés et l'« écartement » est de nouveau contrôlé (en
retirant l'huile de sustentation). Cette procédure est ensuite appliquée pour
les mesures d'alignement horizontal.
06.05.2013 18:47:24
35
Méthode d’alignement aux comparateurs
Les relevés sont généralement tracés de manière graphique pour établir
l'état d'alignement et toutes les corrections requises. Dans certains cas, les
ingénieurs vont faire tourner un arbre à 180 degrés et prendre des relevés
additionnels, ces relevés seront ensuite pondérés pour éliminer toute erreur
possible d'usinage d'arbre. C'est sur les relevés pondérés que se base le
graphique d'alignement.
Sur des machines dont la conception des accouplements recourt à des
éléments flexibles, l'utilisation de jauges d'épaisseur est entachée des
mêmes limitations que la méthode de la règle et peut uniquement être
décrite comme alignement d'accouplements.
Alignement aux comparateurs
L'utilisation de comparateurs pour la plus grande majorité des tâches
d'alignement d'arbres dotés d'accouplement flexible représente un pas en
avant significatif dans les méthodes d'alignement. Il existe un grand nombre
de configurations de cadran susceptibles d'être utilisées pour procéder à
l'alignement des machines, cette section va en examiner certaines, toutefois
il existe aussi un certain nombre de facteurs que l'ingénieur, le technicien
doit prendre en considération avant de s'embarquer dans une tâche d'alignement par comparateur.
Affaissement du support du comparateur : toujours à mesurer avant de
prendre les mesures d'alignement proprement dites - peu importe la solidité
apparente du support. Voir la section sur la mesure de l'affaissement.
Friction interne/hystérésis : parfois la jauge doit être tapotée afin que
l'aiguille du comparateur s'arrête sur sa valeur finale.
40 10
Résolution 1/100 mm : possibilité d'une erreur d'arrondissement max.
35
15
de 0,005 mm pour chaque relevé. Il peut donc y avoir des problèmes de
précision des calculs.
Erreurs de relevé : des erreurs simples surviennent quand les comparateurs
sont lus dans des conditions difficiles ou que l’utilisateur est pressé par le
temps.
Jeu des jonctions mécaniques : de légers jeux peuvent passer inaperçus
mais causeront de grosses erreurs de lecture.
Comparateurs à cadran inversés : il se peut que la jauge ne soit pas
montée perpendiculairement à la surface de mesure si bien qu'une partie
du relevé de déplacement sera perdu
Jeu axial de l'arbre : ceci affectera les relevés sur la face pris pour mesurer
l'angularité à moins d'utiliser deux comparateurs axiaux.
06.05.2013 18:47:25
36
Méthode Bord et Face - Par essai-erreur ou « tâtonnements »
L'interprétation des relevés d'alignement d'arbres à l'aide de comparateurs qui doit prendre en compte des facteurs tels que l'affaissement du
support, nécessite des connaissances élémentaires en mathématiques et
en géométrie. Dans certains cas, ces compétences sont limitées et une
procédure grossière par tâtonnements est appliquée tandis que l'affaissement du support et le flottement de l'arbre sont ignorés. En outre, seul un
arbre est tourné pendant la mesure, ce qui ajoute des erreurs à l'alignement.
Erreurs dues au faux-rond de l'accouplement et au fléchissement de l'arbre.
R
F
Le croquis ci-dessus illustre le scénario. Les comparateurs Bord&Face
mesurent l'accouplement de la machine fixée. Les comparateurs sont mis à
zéro à midi et l'arbre de machine à déplacer est tourné d'un demi-tour en
direction de la position 6 heures. Le pied le plus proche de l'accouplement
est relevé (ou abaissé) d'une valeur égale à la moitié du relevé du comparateur sur le bord. Des cales sont placées de manière répétée sous le pied le
plus éloigné de l'accouplement jusqu'à ce que les relevés du comparateur
sur la face ne changent plus lorsque l'arbre est tourné. De manière similaire,
les comparateurs sont mis à zéro à la position 3 heures et tournés en
position 9 heures pour la correction horizontale. Il est généralement facile
de repérer quand cette procédure est utilisée car il y a souvent un certain
nombre de cales fines sous le pied arrière de la machine. Généralement,
cette procédure par essai-erreur produit de substantielles erreurs de défaut
d'alignement au niveau des plans de transmission de l'accouplement. Si
possible cette méthode doit être évitée en faveur d'autres méthodes d'alignement par comparateur ou laser.
06.05.2013 18:47:25
37
Méthode Bord et Face - Par calcul
NOTE: Quand la tige est poussée dans le corps de l'appareil, l'aiguille du
cadran tourne dans le sens des aiguilles d'une montre. Le nombre de crans
dont l'aiguille se déplace équivaut à la distance d'enfoncement de la tige
dans le corps de l'instrument. Lorsque la tige se déplace en dehors du corps
de l'instrument, l'aiguille du cadran indique de manière similaire la distance
parcourue. La valeur du cadran est positive quand la tige se déplace vers
l'intérieur et négative quand elle se déplace vers l'extérieur.
R
F
sL
sR
L'alignement Bord et Face doit son nom aux positions des comparateurs
pendant les mesures. Une configuration traditionnelle de comparateur est
illustrée ci-dessus
Une fois les comparateurs montés, les deux arbres sont tournés ensemble et
les cadrans sont lus à midi, 3 heures, 6 heures et 9 heures.
06.05.2013 18:47:25
38
Formules de calcul des corrections d'alignement
Pour de telles configurations, l'alignement MàD (machine à déplacer) au
niveau du plan du comparateur est le suivant :
VO = (R6 - R0 - RS)/2
VA = (F6 - F0 - FS)/∅
HO = (R9 - R3)/2
HA = (F9 - F3)/∅
Sachant que :
R0 = Relevé sur le bord à midi
R3 = Relevé sur le bord à 3 heures
F0 = Relevé sur la face à midi
F3 = Relevé sur la face à 3 heures
∅ = Diamètre du cercle tracé par la tige du comparateur sur la face
RS = Affaissement du comparateur sur le bord
FS = Affaissement du comparateur sur la face*
s = Distance du pied du comparateur (sur le bord) au pied de la machine
(avant ou arrière). Cette valeur peut être positive ou négative. Le sens des
aiguilles d'une montre est déterminé en regardant le long de l'arbre de MàD
vers la STAT.
Cale= (VA) (s)-VO
Cale = (F6-F0+FS)(s)/∅ -(R0-R6+RS)/2
Déplacement = (HA)(s)-HO
Déplacement = (F9-F3)(s)/∅ - (R3-R9)/2
Si les comparateurs à cadran sont mis à zéro à midi, puis lus à 6 heures, le
calcul des cales devient :
Cale = (F6+FS)(s)/∅ + R6-RS/2
Un résultat positif signifie Ajouter des cales, un résultat négatif Retirer des
cales
Si les comparateurs sont mis à zéro à 3 heures, puis lus à 9 heures, le calcul
DÉPLACEMENT devient :
Déplacement = (F9)(s)/∅ + R9/2
Positif signifie déplacer en direction de 3 heures
Négatif signifie déplacer en direction de 9 heures
Les calculs Cale et Déplacement doivent être faits deux fois chacun, une fois
pour le pied avant et une fois pour le pied arrière.
06.05.2013 18:47:25
39
Règle de validité du relevé de comparateur
La somme des relevés à 3 heures et à 9 heures doit être égale à la somme
des relevés à 6 heures et à midi. ceci s'applique à la fois aux relevés radiaux
et sur la face.
Affaissement
Une source majeure d'erreur lors de la procédure ci-dessus est l'affaissement
du support. Cette erreur peut affecter à un tel point l’épaisseur de cales que
la machine sera totalement désalignée. Pour compenser cet affaissement,
mesurez-le, puis ajoutez la valeur d'affaissement (elle peut être positive ou
négative) aux relevés de 6 heures. Voir les formules ci-dessus.
Méthode des indicateurs inversés - Par calcul
La méthode d'alignement par indicateurs inversés est la méthode la plus
perfectionnée d'alignement par comparateur à cadran, à tel point qu'elle
est recommandée par l'American Petroleum Institute (API 686) en tant que
méthode préférentielle d'alignement par comparateur.
M
S
D
C
sL
sR
L'alignement par indicateurs inversés doit son nom aux positions des
comparateurs se faisant face sur les demi-accouplements opposés. Une
configuration traditionnelle de comparateur est illustrée ci-dessus Une fois
montés, les deux arbres sont tournés ensemble et les cadrans sont lus à
midi, 3 heures, 6 heures et 9 heures
06.05.2013 18:47:25
40
Formules de calcul de l'alignement par comparateur inversé
Pour de telles configurations, le défaut d'alignement au centre de l'accouplement est le suivant :
VO = (S6-S0+SS)/2 - (S6-S0+SS +M6-M0-MS)C/2D
VA = (S6-S0+SS +M6-M0-MS)/2D
HO = (S9-S3)/2 - (S9-S3+M9-M3)C/2D
HA = (S9-S3+M9-M3)/2D
Sachant que :
S0 = relevé sur le bord gauche à midi
S3 = relevé sur le bord gauche à 3 heures
S6 = Relevé sur le bord gauche à 6 heures
S9 = Relevé sur le bord gauche à 9 heures
M0 = Relevé sur le bord droit à midi
M3 = Relevé sur le bord droit à 3 heures
M6 = Relevé sur le bord droit à 6 heures
M9 = relevé sur le bord droit à 9 heures
D = Distance entre les comparateurs gauche et droit
C = Distance entre le comparateur gauche et le centre de l'accouplement
SS = affaissement du comparateur sur le bord gauche (1)
MS = affaissement du comparateur sur le bord droit (1)
(1) ces valeurs peuvent être positives ou négatives
Les corrections au niveau des pieds droits de la machine peuvent calculées
comme suit :
Cale pieds gauche = (VA - sL) - VO
Cales pieds droit = (VA - sR) - VO
Résultat positif signifie Ajouter cale, résultat négatif Retirer cale
Cale pieds gauche = (VA - sL) - VO
Cales pieds droit = (VA - sR) - VO
Résultat positif signifie déplacer vers 3 heures, négatif signifie vers 9 heures.
sL = Distance entre le centre de l'accouplement et les pieds avant de la
machine mobile
sR = Distance entre le centre de l'accouplement et les pieds arrière de la
machine mobile
Si les comparateurs à cadran sont mis à zéro à midi, puis lus à 6 heures, le
calcul des cales est le suivant :
HO = (S9-S3)/2 - (S9-S3+M9-M3)C/2D
HA = (S9-S3+M9-M3)/2D
06.05.2013 18:47:25
41
cale pieds de droite = (S6-S3+M6-M3)(c+sL)/2D -(S6-SS)/2
cale pieds de gauche = (S6-S3+M6-M3)(c+sR)/2D -(S6-SS)/2
Résultat positif signifie Ajouter cale, résultat négatif Retirer cale.
Si les comparateurs à cadran sont mis à zéro à 3 heures, puis lus à 9 heures,
le calcul de déplacement est le suivant :
déplacer pieds de gauche = (S9+M9)(c+sL)/2D -S9/2
déplacer pieds de droite = (S9+M9)(c+sR)/2D -S9/2
Résultat positif signifie déplacer vers 3 heures, négatif signifie déplacer vers
9 heures.
Pour les calculs d'affaissement, voir la section suivante.
06.05.2013 18:47:25
42
Méthode du comparateur inversé - Par graphique
Les calculs illustrés à la section précédente peuvent s'avérer décourageants
pour de nombreux ingénieurs ou techniciens. A la différence de la mesure sur
le bord et sur la face, les corrections par essai-erreur ne sont pas possibles.
Mais pour éviter les calculs mathématiques, une solution graphique peut
être utilisée pour résoudre le problème d'alignement et déterminer les
corrections verticales et horizontales nécessaires.
M
S
100
150
500
Le croquis ci-dessus présente une configuration type de comparateur
inversé. La machine de droite étant la machine à déplacer (MàD). Les deux
comparateurs sont mis à zéro quand ils se trouvent en position midi. Le
sens de la vue est de la MàD vers la machine stationnaire. L'arbre est tourné
à 180 degrés dans le sens de rotation normal de l'arbre. Les valeurs des
cadrans sont lues et consignées, en guise d'exemple, supposons que les
relevés suivants aient été pris.
0
0
12
12
9
3
6
0.60
9
3
6
- 1.50
Toutes les valeurs sont indiquées en mm
06.05.2013 18:47:26
43
L'affaissement du support du comparateur était de - 0,10 mm. Après correction due à l'affaissement du support, les relevés de comparateur totaux
(TIR) sont donc.
0
0
12
12
9
3
9
3
6
6
0.60
- 1.50
0.70
- 1.40
Les valeurs TIR doivent être divisées par 2 pour déterminer les véritables
valeurs de décalage d'arbre dans les plans des comparateurs à cadran.
décalage S = +0,70 / 2 = +0,35 mm
décalage M = -1,40 / 2 = - 0,70 mm.
29,60 mm
12,25 mm
0,70 mm
0,35 mm
Ces décalages sont ensuite tracés sur le graphique comme suit.
Note sign reversall
50 mm
Foot corrections
50 mm
Les deux comparateurs sont ensuite mis à zéro avec les comparateurs placés
à 3 heures. L'arbre est tourné à 180 degrés dans le sens de rotation normal.
Les relevés sont consignés. Après le retour à la position 3 heures, les relevés
du comparateur doivent revenir à zéro.
06.05.2013 18:47:26
44
Supposons que les relevés suivants ont été pris :
12
12
0.50 9
0
3
- 0.90 9
3 0
6
6
Les valeurs de correction d'affaissement ne sont pas applicables pour les
relevés horizontaux.
Les valeurs TIR doivent être divisées par 2 pour déterminer les véritables
valeurs de décalage d'arbre dans les plans des comparateurs à cadran.
décalage S = +0,50 / 2 = +0,25 mm - décalage M = -0,90 / 2 = -0,45 mm
17,50 mm
7,50 mm
0,45 mm
0,25 mm
Ces décalages sont ensuite tracés sur le graphique comme suit .
Note sign reversall
50 mm
Foot corrections
50 mm
Les corrections verticales et horizontales figurent sur chaque graphique,
les corrections supposent que l'alignement doit être de 0,0/0,0 dans les
plans vertical et horizontal. Ces corrections doivent être adaptées selon les
données du fabricant (ou calculs) pour respecter les croissances thermiques,
les contraintes lors de la rotation des machines.
06.05.2013 18:47:26
45
Mesure de l'affaissement du support du comparateur
Pour mesurer l'affaissement, monter le dispositif de mesure complet
(supports, barres et comparateurs) sur un tronçon de tube rectiligne. Ajustez
le dispositif jusqu'à ce que les supports soient écartés de la même distance
que lorsqu'ils seront montés sur la machine réelle. De manière similaire,
positionnez les comparateurs aussi près que possible de la manière dont ils
seront placés sur la machine. Avec les comparateurs placés à midi, mettez
les cadrans à zéro. Faites tourner le tube jusqu'à ce que les comparateurs
se trouvent à 6 heures. Lisez et enregistrez les comparateurs à cadran( le
comparateur sur le bord sera une valeur négative, le comparateur sur la face
peut être positif ou négatif mais devrait être proche de zéro)
06.05.2013 18:47:26
46
Alignement d'arbres au laser
L'alignement d'arbres au laser est devenu populaire au milieu des années
80 quand PRÜFTECHNIK a lancé OPTALIGN, le premier système au monde
disponible pour réaliser ce type d’opération assistée par ordinateur. En dépit
de son prix, alors relativement élevé, le système s'est rapidement imposé
sur le marché international auprès d'ingénieurs et d'entreprises opérant
dans des secteurs diversifiés de l'industrie. OPTALIGN offrait de nombreux
avantages en procédant rapidement et avec précision à l'alignement de
machines tournantes accouplées. Depuis le lancement du premier système,
les évolutions en matière de technologie du laser et des microprocesseurs
ont permis de mettre au point une nouvelle génération de systèmes laser
offrant à l'utilisateur des systèmes faciles à appréhender, guidés par menus
et pouvant être utilisés pour quasiment n'importe quelle tâche d'alignement, peu importe sa complexité.
Comme nous l'avons vu aux sections précédentes, les précautions à prendre
en compte sont nombreuses lors de l’utilisation de méthodes mécaniques
pour aligner des arbres. De plus, le calcul des corrections d'alignement peut
s'avérer compliqué et sujet aux erreurs. Ces précautions sont inutiles avec
la méthode d'alignement d'arbres au laser. Un alignement précis, avec tous
les avantages qu’il comporte (voir section suivante) est facilement réalisable
avec un bon système.
Veuillez trouver ci-après un récapitulatif des avantages offerts par les
systèmes laser :
Alignement de précision sans saisie manuelle de données et aucun
calcul graphique ou numérique à effectuer
Affichage graphique des résultats d'alignement au niveau des plans
de transmission des forces et des corrections au niveau des pieds de la
machine.
Aucune fixation mécanique - aucun affaissement de support.
Inutile de démonter l'accouplement pour procéder à un alignement.
Inutile d’effectuer des relevés à des emplacements prédéterminés tels
que midi, 3 heures, 6 heures et 9 heures. Les résultats peuvent être
obtenus avec moins de 90° de rotation de l'arbre.
Stockage des données et impression des résultats pour créer un
rapport de l'état d'alignement
06.05.2013 18:47:26
47
Précision étalonnée certifiée du système laser pour conformité avec les
exigences ISO9001
Systèmes de supports universels couvrant tous les types d'application
d'alignement. Pas besoin de supports spéciaux de type « usine à gaz »
pour la mesure d'arbres de transmission de grande longueur.
Le système d’exploitation, basé sur des menus déroulants permet
l’utilisation des systèmes par un grand nombre d’utilisateurs, même
avec des connaissance de bases.
Affichage dynamique en direct des corrections verticales et horizontales lors des corrections d'alignement
Normes intégrées d'alignement OK/NOK pour l'analyse de la précision
de l'alignement
Après avoir identifié certains des bénéfices et avantages obtenus en utilisant
un système d'alignement laser, il est important d'établir les fonctions du
système d'alignement répondant aux exigences de l’utilisateur. Il existe un
grand nombre de systèmes et un grand nombre de fabricants proposant des
appareils d'alignement au laser.
Le système que vous choisirez devra présenter les caractéristiques minimales
suivantes :
Étalonnage certifié par rapport à une norme reconnue –
Inutile d'acheter un système d'alignement précis si cette précision
ne peut pas être certifiée.
Grande précision et répétitivité – Une mauvaise précision
ne donne que des valeurs de correction erronées. Une bonne
répétitivité signifie un nombre moins importants de mesures pour
obtenir des résultats exacts.
Robuste, à l'épreuve de l'eau, des chocs et de la poussière
– Un boîtier robuste signifie que l'utilisation en extérieur et dans
des conditions humides ne pose aucun problème. Des instruments
robustes avec un agrément garanti tel que les normes IP (65 et
67) vous permettent de continuer à travailler même dans des
conditions difficiles.
06.05.2013 18:47:26
48
Fonction de reprise de la mesure – La reprise vous permet de
relancer aisément un alignement en cours après une interruption
ou le lendemain, l'utilisateur n'aura pas besoin de ressaisir
les dimensions ni les valeurs cibles éventuellement, même les
résultats de mesure seront mémorisés. Les données ne seront
jamais perdues.
Fonction d'extension de la mesure – L'aptitude à étendre la
plage dynamique du système de détection laser va faire en sorte
que peu importe le défaut d'alignement, le système laser sera
toujours capable de le mesurer. Les systèmes de mesure non
équipé de l’extension ne vont pas permettre la mesure de gros
défauts d'alignement initiaux sur des arbres de transmission longs
par exemple. Il faudra dégrossir, et ce quelle que soit la taille
indiquée du plan du détecteur. (voir remarques ultérieures).
Pieds statiques interchangeables – La possibilité de varier les
pieds statiques confère à l'ingénieur une flexibilité maximale et la
possibilité de traiter les pieds boulonnés sur la MàD sans avoir à
remesurer ni à faire des calculs complexes ; toutes les alternatives
possibles de déplacement de la machine peuvent être affichées.
Variétés de supports – Une large gamme de supports signifie
que l'équipement de mesure peut même être fixé sur la plus
compliquée des machines et ce, rapidement et sans problèmes.
Tolérances (TolCheck) – Vérification intégrée des tolérances
d'alignement = gain de temps et moins d'efforts. Plus de temps
perdu par des déplacements inutiles de la machine. La vérification
automatique des tolérances indique quand un alignement
excellent ou acceptable est atteint.
Création directe de rapports depuis le boîtier – L’impression
directe des rapports sur n'importe quelle imprimante, ou mieux
sur clé USB, avec le numéro de série, la date, l'heure, le nom de
l'opérateur, en totale conformité avec les exigences de traçabilité
ISO 9000 par exemple.
06.05.2013 18:47:26
49
Principes de fonctionnement de base des systèmes laser
Pour l'essentiel, il existe deux types de systèmes laser. Le premier utilise un
seul faisceau projeté soit sur un détecteur soit sur un réflecteur renvoyant
le faisceau vers le l’émetteur laser. Le second utilise deux lasers équipés de
détecteurs intégrés. Le système à un laser est un système breveté exclusivement utilisé par PRÜFTECHNIK, les systèmes à deux lasers sont utilisés par
tous les autres fournisseurs de matériels.
La technologie à un seul laser illustrée ci-dessus possède un grand nombre
d'avantages qui ont été intégrés pour améliorer la polyvalence et l’utilisation
du système.
Fonction d'extension de mesure – un seul repère laser signifie qu'il est
possible d'étendre de manière dynamique la plage de détection du système
pour intégrer le défaut d'alignement initial par exemple, s’il est important
- voir l'explication plus bas.
Fonction d'alignement désaccouplé – un seul laser permet l'alignement
de machines même si le spacer ou l’accouplement ne sont pas installés,
chaque machine peut être tournée séparément. C'est particulièrement utile
en cas d'utilisation de gros accouplements à entretoise ou d'accouplements
hydrauliques lors de l'alignement de grosses machines telles que les turbines
ou quand l'une des deux machines ne peut pas être tournée facilement.
Certains systèmes PRUFTECHNIK permettent même la mesure en désaccouplé sans avoir à stopper les arbres machines aux mêmes positions angulaires
pour prendre la mesure (mode ‘pass’)
06.05.2013 18:47:26
50
Technologie à un seul câble – seul un (ou aucun) câble est requis. C'est
particulièrement utile sur les longs arbres de transmission tels que les
commandes de tour de refroidissement où de longs câbles peuvent gêner la
mesure en s'emmêlant, ou diminuer la distance de mesure possible.
Un seul laser à ajuster – sur de longs arbres de transmission ou de grosses
machines, il est bien plus facile de n’avoir qu’un seul laser à ajuster.
Explication de la fonction d'extension de mesure
Pourquoi serait-il utile d'étendre la plage du plan de détection sur un
système d'alignement d'arbres, ce serait sûrement mieux de disposer d'une
zone de détection plus large ? Et bien, théoriquement, oui, ce serait utile
de disposer d'un plan de détection statique d’au moins 500 mm. Mais le
système serait inutilisable, tout simplement à cause de la taille et du poids.
Un compromis idéal consiste à étendre dynamiquement le plan de détection
en cas de besoin. Ce qui permet de maintenir la taille et le poids réduits
du système et par conséquent d'optimiser son utilisation dans des zones
difficiles d'accès.
Prenons comme exemple une commande de tour de refroidissement avec un
accouplement long de 3 000 mm. Le décalage entre l'arbre de commande
et les arbres entraînés peut s'avérer substantiel, même avec seulement un
petit décalage angulaire entre les arbres.
2000 mm
1000 mm
500 mm
100 mm
26.18 mm
Décalage
3000 mm
Ce précédent croquis illustre les limitations imposées par les grandes
longueurs d'accouplement avec entretoise. Prenons comme exemple simple
un défaut d'alignement angulaire de 0,5 degrés entre les accouplements,
sur une longueur d'accouplement court de 100 mm. Cela implique un
décalage de 0,87 mm entre les axes de rotation. Un décalage qui pourrait
être confortablement mesuré par n'importe quel système laser.
06.05.2013 18:47:26
51
Si la distance entre les faces d'accouplement augmente à 500 mm, le
décalage des axes de rotation passe à 4,36 mm, en dehors de la plage de la
plupart des systèmes de détection laser statiques. Maintenant, augmentez
la distance à 1 000 mm, le décalage = 8,72 mm ; au fur et à mesure que
l'entretoise s'allonge, le décalage augmente pour atteindre une valeur
conséquente de 26,18 mm à 3 000 mm. Et ce, avec seulement un angle de
0,5 degré entre les axes centraux des arbres ! Ce défaut important ne peut
être mesuré que par une plage de détection extensible puisqu'il faudrait une
zone de détection statique d'environ 60 mm pour s'adapter à ce décalage.
La raison en est la suivante :
la zone de travail du détecteur est inférieure à la surface du physique
détecteur. Par exemple, si la zone du détecteur est de 20 x 20 mm et que le
faisceau laser a un diamètre de 4,0 mm, la plage de mesure utile maximale
est de 16 mm comme illustré ci-dessous.
Plage de mesure
Taille récepteur L
disponible
Diamètre faisceau D
06.05.2013 18:47:27
52
Afin de pouvoir mesurer un décalage, la taille de la plage de détection du
système doit être de deux fois ce décalage. Comme avec un comparateur,
le récepteur laser mesure deux fois le décalage physique des deux arbres,
comme illustré ci-dessous.
Décalage physique
4
3
2
1
Déplacement détecteur
1
2
3
4
Pour mesurer un décalage physique de 2,0 mm, il nous faut une plage de
mesure de détection de 4,0 mm.
On pourrait penser qu'une fonction d'extension de la mesure ne s'avère
judicieuse que si vous mesurez des commandes de tour de refroidissement
ou d'autres entretoises de grande longueur. Mais quand la longueur
d'entretoise est inférieure à 1 mètre, pourquoi cette fonction d'extension
de la plage de détection serait-elle là encore importante ? Un exemple de
l'avantage de cette fonction est illustré ici par une application concrète.
Un entraînement de moteur/ventilateur a été mesuré, comme illustré
ci-dessous.
06.05.2013 18:47:27
53
La longueur de l'entretoise d'accouplement était de 800 mm. La concentricité et l’ouverture mesurées étaient les suivantes :
Verticalement = décalage 0,00 écartement 0,72 mm
Horizontalement = décalage 0,00 écartement 1,05 mm
Pour faciliter cette mesure, il faut que les détecteurs soient capables de
mesurer un décalage de 8,40 mm, pour ce faire, la plage de détection doit
être de 20,8 mm. Calcul dérivé de la formule suivante :
décalage mesuré x 2 + le diamètre du faisceau,
(8,4 mm x 2) + 4 mm = 20,8 mm.
Selon les exigences spécifiques rencontrées pendant les tâches d'alignement quotidiennes, la possibilité d'étendre la plage de détection pourrait
être parfois le facteur le plus influant lors du choix d'un système de mesure.
Toutefois, quel que soit le système d'alignement laser choisi, les usines
bénéficieront de substantiels avantages illustrés dans les études de cas
suivantes.
06.05.2013 18:47:27
54
Alignement d'arbres au laser – Étude de cas
L'alignement d'arbres au laser réduit les coûts énergétiques
Un projet visant à déterminer à quel point un défaut d'alignement d'arbre
influait sur la consommation d'électricité a été mis en place en tant que sujet
de thèse dans une grande usine de traitement chimique au Royaume-Uni.
L'étude a été conduite sur une période de six semaines dans un environnement contrôlé reflétant fidèlement les conditions d'exploitation normales
au sein de l'usine.
Un groupe de pompage de 7,5 kW sur une installation redondante a été
utilisé pour l'enquête. Avant que le projet ne commence, la pompe et le
moteur ont été révisés en atelier où des paliers neufs ont été installés et
les deux unités ont été rééquilibrées pour éliminer tout facteur externe
susceptible de fausser les résultats du projet. Des plaques et des vis de
réglage ont été fixées sur l'embase du moteur pour permettre des réglages
fins. Le groupe de pompage a été installé pour faire circuler de l'eau à
l'intérieur d'une boucle de tuyauterie fermée avec le moteur tournant à 3
000 tr/min (+/- 1 % dû aux variations de l'état de charge). La pompe et le
moteur ont été initialement installés avec l'alignement enregistré comme
suit 0,00 d'écartement et de décalage dans les sens vertical et horizontal.
Le système a fonctionné dans cet état pendant un certain nombre de jours
en mesurant le courant absorbé toutes les quatre heures sur le tableau de
distribution. Pendant la période d'essai, l'alignement des machines a été
modifié et à chaque plage de défaut d'alignement, le système a fonctionné
pendant une période définie avec mesure à intervalles réguliers du courant
absorbé. Sur le site, les deux principaux types d'accouplement installés était
des accouplements « à broche » (« à doigts ») et « à pneu ». Afin d'obtenir
une image raisonnable des économies potentielles susceptibles d'être faites
au niveau de l'usine, les deux types d'accouplement ont été installés avec
le même défaut d'alignement. Le courant est mesuré pour chaque type
d'accouplement. Les résultats de l'étude sont illustrés sur les graphiques
suivants. Le défaut d'alignement concentrique a plus influé sur la consommation électrique que l'angularité ; le défaut d'alignement angulaire a plus
affecté le courant absorbé par les types d'accouplement « à broche » que
les accouplements « à pneu ». Les conséquences du défaut d’alignement
sont indépendantes du fait qu’il soit vertical ou horizontal.
06.05.2013 18:47:27
55
Effets sur la consommation énergétique
Accouplement à doigts à 3000tr/min
Augmentation en %
7
Décalage
6
%
5
0,03 mm
0,0
4
0,25 mm
0,7
3
0,53 mm
1,0
2
0,73 mm
1,3
0.99 mm
2,0
1.24 mm
5,2
1.24 mm
6,6
1
0
0
0.25
0.53 0.74
Concentricité en mm
0.99
1.24
1.52
Accouplement à pneu à 3000 tr/min
Augmentation en %
9
8
7
Décalage
%
6
0,03 mm
0,0
0,25 mm
0,7
0,53 mm
1,0
5
4
3
2
1
0
0
0.25
0.53
Concentricité en mm
0.74
0.99
1.24
0,74 mm
1,3
0.99 mm
2,8
1.24 mm
8,5
Ouverture
%
Accouplement à doigts à 3000tr/min
8
Augmentation en %
7
6
5
4
0,004 mm
0,3
3
0,008 mm
3,1
4
0,010 mm
3,3
3
0,011 mm
5,7
0.016 mm
7,8
2
0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16
Ouverture par pouce (25.4mm) d’accouplement
06.05.2013 18:47:27
56
Accouplement à pneu à 3000 tr/min
5
Augmentation en %
4,5
4
Ouverture
3,5
%
3
0,008 mm
0,3
2,5
0,016 mm
1,2
0,024 mm
3,2
0,032 mm
4,8
2
1,5
1
0,5
0
0
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
Ouverture par pouce (25.4mm) d’accouplement
Le projet a permis de conclure qu'il fallait recommander au niveau du site
d'aligner les machines jusqu'à une tolérance de concentricité de 0,13 mm
et à une tolérance d'angularité de 0,05 mm par 100 mm de diamètre
d'accouplement.
Afin d'estimer les potentielles économies de coûts susceptibles d'être
obtenues grâce à cette nouvelle norme du site, un échantillon aléatoire de
machines a été mesuré pour estimer l'ampleur des défauts d'alignement
présents au niveau de l'installation. Le diagramme en camembert ci-dessous
illustre les résultats de cette étude.
machines tournant à 3 000 tr/min.
Concentricité au centième de
mm
31%
18%
0–5
6 – 10
11%
11 – 20
21 – 50
51 – 100
Seulement 7% des
> 100
machines dans les
23%
10%
tolérances
Concentricité au centième de mm pour un échantillon de machines tournant à 3000
rpm
06.05.2013 18:47:28
57
Moins de 10 % des machines mesurées étaient conformes à la norme d'alignement recommandée sur le site. À l'aide du diagramme en camembert,
un décalage moyen représentatif de 0,35 mm a été estimé comme un chiffre
raisonnable pour calculer l'économie d'électricité potentielle au niveau de
l'installation. Étant donné que la consommation électrique des machines
tournantes de l’usine était de l'ordre de 30 mégawatts, l'économie d'électricité susceptible d'être atteinte était la suivante :
En supposant des tarifs de l'électricité de 0,10 € par kWh et un pourcentage
de réduction modeste de la puissance de 0,75 %.
30 000 kW x 0,75 % x 0,10 Euro/kWh = 22 € par heure, soit 197.100 €
par an !
L'alignement d'arbres au laser améliore la fiabilité de la pompe
Des améliorations d'exploitation ont été obtenues suite à l'introduction
d'un programme complet d'alignement et de surveillance de pompe dans
une importante usine d'acétate chimique du Derbyshire.
Le processus de production nécessite des matières à déplacer par voie
mécanique à l'intérieur de l'usine, d'étape en étape. Plus de 260 pompes
sont à l'œuvre dans cette usine, il est par conséquent vital que le matériel en
service et en veille soit fiable et disponible. Jusqu'en 1996, la maintenance
s'apparentait plutôt à un exercice incendie. À cette époque, l'ingénieur de
l'usine a persuadé la direction de la nécessité d'une approche plus proactive
de la maintenance et de la surveillance des performances des pompes. Un
plan coordonné d'amélioration des performances du matériel basé sur
des systèmes d'alignement laser PRÜFTECHNIK et des équipements de
surveillance d'état a alors été lancé.
Au cours des années précédentes, environ 120 pompes étaient réparées par
an pour un coût annuel avoisinant les 147.000 €, le temps moyen entre
pannes (TMEP ou MTBF) calculé de ces pompes était de 10 mois.
En combinant l'alignement au laser de machines nouvellement remises à
neuf et l'alignement des machines installées quand le temps le permettait plus une surveillance de routine du matériel associée à une révision
complète des composants installés tels que les joints, les paliers et les
garnitures, l'usine a commencé à enregistrer de significatives économies de
maintenance des systèmes de pompe vitaux.
06.05.2013 18:47:28
58
Le programme, une fois bien implanté a donné d’excellents résultats. La
fiabilité de l'usine a augmenté, passant à plus de 46 mois de TMEP et les
réparations de routine des pompes ont été considérablement réduites.
Les économies calculées s'élèvent désormais à un excès de 80 000 € par an
et sont de l'ordre de 450 000 € depuis le début du programme en 1996 !
Un plan d'action complet a été utilisé par les ingénieurs pour réaliser ces
extraordinaires économies pour l'usine et les facteurs clé sont les suivants :
Implication des ingénieurs et des directeurs dans le programme
Patience
Alignement au laser
Surveillance de l'état
Formation
Analyse de la cause racine
Sélection minutieuse des garnitures mécaniques
Sélection minutieuse des paliers
Partenariats avec les fournisseurs
Conception et installation améliorée de la tuyauterie
Choix judicieux des pompes à surveiller
Sélection de systèmes de lubrification avancés
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L'alignement d'arbres au laser améliore la durée de vie des paliers
et des joints
Une étude a été conduite aux USA par l'Infraspection Institute pour évaluer
l'effet du défaut d'alignement sur des éléments de machine clés tels que les
paliers, les joints et les accouplements.
Lors d'une série de tests, un défaut d'alignement a été introduit dans un
groupe de moteurs pompe. À chaque nouvel intervalle de défaut d'alignement, des photos thermographiques ont été prises pour identifier le degré
d'augmentation de la température au niveau des éléments clés.
Les tests ont été conduits sur une grande diversité de types d'accouplement flexibles. Sans exception, tous les accouplements, paliers et carters
de machine (et par conséquent les joints) présentaient une augmentation
significative de la température. Le graphique ci-dessous illustre l'effet d'un
défaut d'alignement sur les composants quand le groupe de machines a
été aligné à +/- 0,05 mm et quand le défaut d'alignement a été augmenté
à + 0,5 mm.
Aligné à +/- 0,05 mm
Aligné à + 0,5 mm
Non seulement, il a pu être montré que l'élément flexible chauffait, mais
les machines elles-mêmes présentaient aussi des températures élevées et
plus particulièrement autour des corps de paliers. Ni les paliers ni les joints
ne sont conçus pour opérer pendant des périodes prolongées aux températures élevées causées par un défaut d'alignement. Le résultat inévitable de
leur fonctionnement dans ces conditions est la défaillance prématurée et la
réduction de la durée de vie de la machine.
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L'alignement d'arbres au laser réduit les alertes dues aux vibrations
Pendant la période entre 1987 et 2000, une raffinerie de pétrole britannique majeure a adopté l'alignement d'arbres au laser en tant que politique
standard pour toutes les machines tournantes accouplées. En recourant au
système OPTALIGN de PRÜFTECHNIK et plus tard au système ROTALIGN. Sur
cette période, elle a aussi surveillé les incidents liés à des alertes pour vibrations et comment, le cas échéant, l'utilisation de l'alignement d'arbres au
laser permettrait de les réduire. . Les alertes ont été réparties en problèmes
causés par « défaut d'alignement » et « d'autres » problèmes tels que les
détériorations de paliers, le balourd et les desserrages mécaniques.
Le graphique fourni par la société montre clairement qu'une réduction substantielle des violations d'alarmes a été atteinte, avec celles des problèmes
liés à l'alignement tous éliminés sans exception.
Nombre d’alarme vibration par an
700
600
500
400
Désalignement
300
Autre (dommages
200
roulement, balourd)
100
0
1987
1993
2000
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Expansion thermique des machines
Dans la plupart des cas, dans ce manuel, nous n'avons tenu compte que des
conditions d'alignement à froid des machines tournantes. Toutefois, pour
les groupes de machines plus importants et pour l'équipement fonctionnant
à des températures élevées, sur un des composants du train de machines, il
s'avère nécessaire de prendre en compte les effets de la dilatation (ou de la
contraction) sur l'état d'alignement de la machine. Cela ne sert pas à grand
chose d'aligner avec précision un groupe de machines à froid si cet état
d'alignement est censé changer lors du fonctionnement nominal du groupe
de machines. Il existe différentes manières d'établir l'alignement final en
conditions opérationnelles.
Les fabricants de machines devraient être en mesure de fournir
des informations sur la dilatation thermique.
Calcul non-métrique basé sur le coefficient d'expansion thermique
pour des matériaux spécifiques par unité de longueur de la
hauteur de l'axe central par degré de changement thermique (voir
page suivante).
Mesure en ligne de l'état d'alignement de froid à chaud recourant
à une mesure de l'alignement avec contact ou sans contact.
L'estimation ou le calcul du changement réel de position de l'alignement
n'est jamais une opération simple. Sur des machines complexes telles que
les compresseurs comportant un certain nombre d'éléments de machine
possédant chacun des gradients de température variables, les simples
calculs de croissances thermiques deviennent très complexes. Dans ces cas,
la mesure en ligne des composants de la machine s'avèrent généralement
nécessaire. Dans ces cas, les systèmes laser tels que le système PERMALIGN
de PRÜFTECHNIK s'avère être un outil idéal.
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Les systèmes tels que PERMALIGN sont conçus pour le fonctionnement à
long terme en conditions difficiles. Mais souvent, le fait de monter l'équipement sur une turbine ou un compresseur fonctionnant à plus de 300 °C
nécessite des précautions obligatoires. Le refroidissement du système de
mesure pour éviter les dommages ou les relevés de croissance thermique
inexacts est nécessaire. PERMALIGN peut être équipé d’un système de
refroidissement.
Toutefois, l'expansion thermique n'est pas la seule cause du changement de
position de la machine. De nombreux éléments peuvent affecter la précision
du résultat final, tels que :
Expansion thermique des supports de paliers
Variations des forces radiales et axiales
Variations de l'épaisseur du film d'huile sur les paliers
Changements au niveau de la fondation ou des supports de la plaque
de base
Variations des forces de la tuyauterie, contraintes ou efforts externes
Calculs de croissance thermique
Si la direction et l'ampleur de la croissance sont connues, les machines
peuvent être délibérément désalignées pour « se dilater » en position et
présenter un bon alignement en cours de fonctionnement normal. Les outils
d’alignement laser PRUFTECHNIK intègrent une fonction spécialement
conçue pour intégrer de telles valeurs cibles d'alignement. Les valeurs cibles
le plus facilement disponibles pour l'alignement à froid peuvent généralement s'obtenir auprès des fabricants de machines, sachant que si ces
informations ne sont pas disponibles, les calculs suivants vous permettront
d'établir la croissance thermique.
DL = L (a) (DT), sachant que
DL = expansion thermique
L = hauteur de l’axe central jusqu'à la base de la machine
a = coefficient d'expansion thermique du matériau (.0000059 pour la fonte)
DT = changement de temp. par rapport à la temp. ambiante.
Par exemple :
Une pompe avec un liquide à 150° C.
Hauteur de la base au centre 70 cm.
Certains systèmes
Temp. ambiante 10° C.
d'alignement au laser
DL = L (a) (DT)
tels que ROTALIGN
DL = 70 cm (.0000059) x (150-10)
Ultra exécutent ce
= 70 cm (.0000059) x 140 = 0.578 mm
calcul pour vous
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Système d’alignement laser OPTALIGN smart RS
Systèmes laser OPTALIGN smart RS de PRUFTECHNIK
OPTALIGN smart RS est un système d'alignement d'arbres au laser vraiment
polyvalent, conçu avec la simplicité de fonctionnement pour premier
principe, le système dispose de nombreuses fonctions innovantes, dont
notamment ;
Communication Bluetooth® avec les capteurs
Fonctionnement simple guidé par menus avec affichage en direct de
textes d'aide
Graphiques machines réels.
Trains de trois machine
Jamais obsolète grâce à des mises à niveau sur le Web
Écran couleur haute résolution rétro-éclairé
Capacité mémoire embarquée pour plus de 500 mesures d'alignements individuelles
OPTALIGN® smart RS
Se basant sur 25 ans d'expérience dans l'alignement d'arbres, OPTALIGN
smart RS recourt à la technologie à un laser brevetée de PRÜFTECHNIK
pour fournir à chaque fois des résultats de mesure exacts quelle que soit la
difficulté ou les restrictions imposées par l’application.
Étape par étape, l'utilisateur est guidé tout au long de la procédure de
mesure, des invites à l'écran et des menus d'aide en direct permettent à tout
le monde de procéder à un alignement d'arbres exact en quelques minutes.
Les graphiques clairs et les invites à l'écran ne laissent aucune place au
doute.
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En seulement 60 degrés de rotation depuis une position de départ quelconque, OPTALIGN smart RS fournit les informations d'alignement au
niveau de l'accouplement ainsi que les corrections de calage au niveau des
pieds de la machine.
Le réglage simple du laser, entièrement guidée par l'aide à l'écran et la barre
d'informations facilitent la procédure de mesure
L'écran de mesure graphique couleur unique affiche clairement l'angle de
rotation pendant la mesure.
Les tolérances d'alignement intégrées permettent aux opérateurs de
prendre des décisions sur place quant à l'exactitude de l'alignement mesuré
et l'impression de rapports complets au format PDF disponible directement
depuis l'ordinateur OPTALIGN smart RS fournit une documentation instantanée sur l'état d'alignement final.
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Grâce à la possibilité de sélectionner un certain nombre d'options de mesure
de l'alignement, la possibilité de définir n'importe quelle combinaison de
pieds, de définir les types d'accouplement et d'entrer les informations de
croissance thermique au niveau des accouplements ou des pieds, OPTALIGN
smart RS offre toute la fonctionnalité nécessaire pour un système d'alignement d'arbres au laser et bien plus encore
L'écran des résultats affiche clairement les corrections verticales et horizontales pour l'accouplement et les pieds.
La possibilité de changer les pieds fixés à tout moment confère une flexibilité
maximale dans l'optique de l'alignement final.
Des options menu de type zone de liste déroulante Windows simplifient la
sélection de toutes les fonctions disponibles.
Pour faciliter plus encore la procédure, OPTALIGN smart RS dispose d'une
surveillance en direct de la position horizontale et verticale permettant à
l'opérateur de visualiser à l'écran la correction d'alignement en temps réel.
Ce qui s'avère particulièrement utile lors du déplacement horizontal de la
machine et du boulonnage des machines sur une fondation présumée non
plane ou sur des plaques de base problématiques.
Quand le smiley
apparaît sur l'écran de
déplacement, l'opérateur
sait que l'alignement est
conforme aux caractéristiques souhaitées pour
la vitesse et le type de la
machine.
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Système d’alignement laser ROTALIGN Ultra iS
ROTALIGN ULTRA iS : Système d’alignement haut de gamme de
PRUFTECHNIK
Le système ROTALIGN Ultra iS est le système d’alignement laser le plus
perfectionné.
La technologie Ultra iS offre tous les avantages déjà présents dans l’appareil
OPTALIGN smart RS.
En plus de ces possibilités, Ultra iS utilise un programme permettant :
Alignement de trains jusque 14 machines,
Mode de mesure ‘pass’ pour alignement en désaccouplé sans arrêter
les têtes (machines à grosse inertie),
Visualisation des corrections en temps réel dans les deux plans, sur le
même écran,
Choix des pieds statiques,
Mode multipoint,
Alignement de spacer et cardan,
Fonction ‘simulation de correction’ (voir plus loin).
Calcul de la qualité de mesure grâce au paramètre SD ou paramètres
‘intellisweep’
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La technologie iS permet offre en outre :
Bluetooth intégré aux têtes,
Inclinomètre ‘micromécaniques’ intégrés (permet la mesure vibratoire
globale),
Alimentation des têtes par batteries longue durée et non par piles,
Calcul de nombreux paramètres pour contrôles de la qualité de mesure
finale :
Calcul de l’angle de rotation,
Calcul de la déviation standard (ecart type par rapport à l’ellipse
calculée),
Contrôle des vibrations environnantes,
Contrôle de la fluidité de la rotation lors de la mesure (points durs…),
Contrôle de la vitesse de rotation lors de la mesure,
Contrôle de la direction de rotation,
Filtrage des points ‘aberrants’
La technologie Ultra iS assurera la meilleure mesure possible (précision,
répétitivité) quelles que soient les conditions.
06.05.2013 18:47:32
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Qu’est ce que la fonction ‘simulateur de corrections’ ?
Le ‘move simulator’ est une exclusivité technique de PRUFTECHNIK.
Il s’agit d’un programme permettant la simulation d’un alignement et
l’obtention du résultat final pour juger de la pertinence de l’opération,
avant de bouger les machines.
Quand l’utiliser ?
Lorsque l’utilisateur ne possède pas précisément les épaisseurs de cales
demandées par l’appareil,
Lorsque les machines doivent être descendues et que cela n’est pas
possible (réglage vertical),
Lorsque l’utilisateur est en butée sur les vis de fixation de la machine
mobile (réglage latéral),
Dans le cas d’intervention sur train de plusieurs machines,
Lorsque les machines sont difficiles à bouger.
Ces cas sont fréquents.
Quel apport ?
Dans toutes ces situations, l’apport technologique de la fonction est indéniable :
Diminution de la manutention des machines (opération parfois longue
et pénible),
Gain de temps,
Economie de cales,
Optimisation du rapport : temps / précision d’alignement par la
recherche de la meilleure solution.
06.05.2013 18:47:32
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Logiciel ALIGNMENT CENTER de PRUFTECHNIK
Logiciel Alignment Center de PRUFTECHNIK
Souvent négligée, la gestion des fichiers d’alignement ou de mesures laser
après réalisation de la prestation est pourtant extrêmement importante.
Pouvoir conserver un historique de qualité des prestations réalisées, c’est
s’assurer de retrouver ses données facilement et rapidement, même
longtemps après l’opération réalisée. C’est assurer également le meilleur
suivi (rapports…) après mesure et / ou réglage.
C’est pouvoir enfin ‘post – traiter’ les données si nécessaires.
PRUFTECHNIK est le seul constructeur de matériel à avoir développé un vrai
logiciel d’alignement et de mesure laser.
Un bon logiciel d’alignement peut gérer vos fichiers d’alignements laser de
façon efficace en vous permettent de :
Créer votre arborescence clients ou machines,
Archiver tous vos fichiers par dossier avec les noms que vous
souhaiterez,
Utiliser des illustrations machines réels,
‘post traiter’ vos alignements d’arbres quel que soit l’appareil que vous
avez utilisé et les fonctions qu’il possède : modifier les pieds statiques,
prendre en compte les croissances thermiques, utiliser vos propres
tolérances, simuler vos corrections avant de les effectuer, considérer
des valeurs cibles à l’accouplement…,
Post traiter vos mesures géométriques (planéité, rectitude, paliers) :
choix des références, visualisations 3D, définitions des tolérances,
comparaison de surfaces …
Créer facilement des rapports personnalisables avec : logo, adresse,
photo… au format PDF, html…
Préparer votre travail à l’avance ou réintégrer dans l’appareil des
fichiers relatifs à des alignements déjà réalisés auparavant (logiciel
bidirectionnel).
ALIGNMENT CENTER est le meilleur logiciel du marché. Il vient compléter la
qualité de nos appareils et montre à quel point, pour PRUFTECHNIK, l’alignement d’arbres et la mesure laser sont des questions de professionnels.
06.05.2013 18:47:32
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Alignement de transmissions poulies – courroies
L'utilisation de groupes de commandes à courroies flexibles est extrêmement
courante dans les systèmes industriels de transmission de puissance, plus
particulièrement quand la vitesse de l'arbre moteur et des arbres entraînés
diffèrent ou que les arbres doivent être très écartés l'un de l'autre. Il y a un
grand nombre de facteurs excluant l'utilisation de courroies flexibles mais,
le cas échéant, de telles commandes représentent une solution de conception efficace et économique possédant quelques avantages par rapport à
d'autres moyens de transmission, dont notamment :
Économie globale
Propreté
Lubrification inutile
Coûts de maintenance réduits
Installation facile
Amortissement des charges dues aux chocs
Possibilité d'être utilisées pour une transmission variable de la force
entre des arbres très écartés
La force qui est transmise par une courroie lors du fonctionnement agit sur
le bord de la poulie, c'est pourquoi la courroie d'un système de commande à
poulies doit être suffisamment tendue pour éviter tout glissement en cours
de service. Les forces en œuvre en fonctionnement ne sont pas uniformes
sur toute la longueur de la courroie, il y a toujours un côté tendu et un
côté relâché, les fabricants de systèmes à courroie appellent souvent la
différence entre ces forces, la force effective ou nette. Cette force nette est
appliquée au bord de la poulie et c'est cette force qui produit le travail. La
conception des systèmes de poulie et la sélection du type de courroie correct
n’est pas toujours simple. Le nombre et la diversité des types de courroies
en témoignent. Les fabricants de courroies et de poulies ne fabriquent pas
une large gamme de types et styles différents juste pour se démarquer de
leurs concurrents. Courroies trapézoïdale, courroies plates, courroies trapézoïdales étroites, courroies synchrones, etc., toutes ont leurs applications
spécifiques, leurs raisons d’être et leurs critères de conception. Il existe de
nombreuses configurations et formes différentes et de nombreux critères de
fonctionnement. Cette section ne vise pas à étudier chaque conception ou
sélection de courroie. La bibliographie en fin de cet ouvrage répertorie un
grand nombre de guides utiles à la sélection et à la conception de courroies.
06.05.2013 18:47:32
73
Il est toutefois utile de noter les critères de conception de base suivants :
La distance centrale maximale des poulies devrait être d'environ
15 fois le pas de la poulie la plus petite et ne devrait pas dépasser
20 fois le pas de ladite poulie. Des distances plus grandes que
cela nécessite un contrôle strict de la tension de la courroie parce
qu'une petite quantité d'étirement va entraîner une grande
réduction de tension de la courroie. Ce qui génère un glissement
et une transmission de force inefficace.
En cours de service, une courroie flexible subit trois types de tension
pendant.
Tension de travail (côté tendu - côté lâche)
Tension de flexion
Tension centrifuge
Les courroies sont conçues pour résister à ces états de fonctionnement
(sous réserve que la présélection de la courroie satisfasse les critères
opérationnels). La durée de vie théorique de la courroie sera satisfaite et
généralement dépassée sous réserve qu'aucune autre force autre que celles
énoncées plus haut n'agisse sur la courroie pendant sa durée de vie. Les
forces telles que le défaut d'alignement et la tension excessive ou lâche
sont fatales aux groupes de commandes à courroie flexibles. La durée de
vie peut être réduite jusqu'à 80 % suite à un mauvais alignement. En plus
de l'usure de la courroie, les poulies, les paliers et les joints sont également
endommagés par le non-respect des exigences d'installation de base.
06.05.2013 18:47:32
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Tension de la courroie
La tension requise des courroies nouvellement installées est théoriquement
toujours indiquée par les fabricants de courroies et doit toujours être
scrupuleusement respectée. En l'absence de toute indication, il est possible
d'appliquer le guide de tension de courroie suivant :
Charge de tension = la distance en cm entre l'axe de l'arbre moteur et des
arbres entraînés x 1,0 mm
Après mise en tension et alignement, redémarrer la machine et, après une
période de fonctionnement de 48 heures, il faudrait recontrôler et resserrer
la tension sur les nouvelles courroies pour corriger toute dérive dépassant
les indications de tension. Il est conseillé de recourir à un dispositif de
contrôle de la tension de la courroie spécialement conçu à cet effet pour
une mesure exacte et reproductible; le contrôle périodique de chaque
groupe de commande à courroie permettra de rapidement identifier ceux
nécessitant une tension (ou un relâchement) avant que des dommages sur
les courroies ou d'autres composants n'entraînent une défaillance prématurée (dommages sur les roulements fréquents dans ces cas).
Alignement des poulies
De loin l'erreur d'installation la plus courante et la plus dommageable
survenant sur ces groupes est le défaut d'alignement des poulies motrices et
entraînées. Ce n'est pas généralement dû à une négligence de l'installateur,
c'est souvent dû à l'absence d'outils appropriés pour procéder à l'alignement requis. Pendant de nombreuses années, au mieux, un fil tendu ou une
règle étaient les seuls outils permettant d'effectuer le travail.
Les deux méthodes se fient entièrement à la vue des installateurs pour
garantir que l'alignement soit correct. Aucune de ces méthodes ne consigne
les mesures, toutes deux se fient à l'installateur qui règle la poulie entraînée
jusqu'à ce que les faces ou les gorges touchent la surface de la règle ou du
fil tendu
06.05.2013 18:47:32
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La poulie entraînée est alors tournée d'un demi-tour, puis recontrôlée et
ajustée. la mesure est ensuite répétée jusqu'à ce que les poulies semblent
être alignées. Le montage incorrect de la ligne de référence n'est pas vérifiable. Le système est purement une estimation de l'alignement des deux
poulies.
Types de défauts d'alignement de poulies
Les paramètres de base décrivant un défaut d'alignement de poulie sont au
nombre de trois. Il s'agit de l'angularité verticale, de l'angularité horizontale
et du décalage axial.
Ces conditions peuvent ou non se combiner.
Faux-rond de la poulie
En plus de l'alignement incorrect des poulies, les erreurs de faux-rond
devraient aussi être mesurées et corrigées. Les deux types de faux-rond - au
niveau du bord (radial) et de la face (axial) devraient être corrigés jusqu'à
ce que la tolérance soit satisfaite avant de procéder à l'alignement final des
poulies. S'ils ne sont pas corrigés, les courroies pourraient alors se détendre
en un point et se retendre brusquement au niveau du point opposé.
Si elle n'est pas corrigée, cette brusque tension continuelle use rapidement
les courroies et les paliers.
La tolérance en matière de faux-rond radial (ou au niveau du bord) des
poulies hautes vitesses (1 500 tr/min et plus) ne devrait pas dépasser 0,12
mm ( 0,005 pouces) de relevé total (T.I.R.) en moyenne et peut monter à
0,24 mm (0,01 pouces) sur les commandes à poulies plus lentes.
06.05.2013 18:47:33
76
La tolérance en matière de faux-rond axial (au niveau de la face) ne devrait
pas dépasser 0,05 mm par 100 mm (0,0005 par pouce) de diamètre pour les
poulies hautes vitesses et peut monter jusqu'à 0,1 mm par 100 mm (0,001
par pouce) de diamètre pour les commandes à poulies plus lentes. S'assurer
que le décalage entre la face de montage de la poulie et la gorge est le
même pour les deux poulies.
Les recommandations de tolérances plus strictes des fabricants ou de
machines devraient être respectées si possible. Commencer par contrôler le
faux-rond radial, s'il n'est pas satisfaisant, contrôler le faux-rond de l'arbre.
En présence d'un faux-rond excessif sur l'arbre, il se peut qu'il soit tordu et
il faut le remplacer avant de recontrôler le faux-rond radial au niveau de la
poulie. Si aucun faux-rond d'arbre n'est détecté, il faut remplacer la poulie.
Si elle est montée sur une portée d'arbre conique, inspecter et nettoyer la
portée à l'intérieur et à l'extérieur pour garantir un siège correct.
Maintenant contrôler le faux-rond au niveau de la face (axial) et le corriger
si nécessaire en repositionnant la poulie sur son axe. Quand le faux-rond est
conforme aux tolérances, installez les poulies.
Installation de la courroie de commande
Débarrasser les poulies de tout corps étranger avec une brosse dure.
Utiliser les jauges de profil disponibles auprès du fabricant de la courroie
pour s'assurer que l'état de la poulie est acceptable pour l'installation de
courroies neuves. Remplacer toute poulie présentant des surfaces de gorge
usées, entaillées ou fissurées.
Installer les courroies neuves sur les poulies de sorte que les côtés lâches
de toutes les courroies soient du même côté, soit en haut ou en bas de la
commande. N'installer EN AUCUN CAS les courroies en les insérant par la
force, les courroies devraient être installées par simple pression de la main.
Desserrer le moteur pour que cette installation puisse se faire sans pression
excessive. Dans le cas de groupes de commandes à plusieurs courroies,
lors du remplacement des courroies, même si une seule d’entre elles paraît
usée, il faut toutes les remplacer. Seules les courroies d'un même fabricant
peuvent être combinées.
06.05.2013 18:47:33
77
Après avoir remplacé les courroies, il est conseillé d'examiner celles remplacées à la recherche de défauts notables tels que les fissures ou le glaçage.
Leur état est une bonne indication des types de problèmes d'installation.
Une usure irrégulière ou des fissures des deux côtés de la courroie sont
une bonne indication d'un défaut d'alignement, le glaçage sur la surface
de contact des courroies indique un glissement et par conséquent une
mauvaise tension de la courroie.
Contrôle du pied bancal
Après avoir monté les courroies et positionné le groupe moteur et les
groupes entraînés de façon correcte, un contrôle du pied bancal s'avère
judicieux sur la machine à déplacer (généralement motrice). Un pied bancal
non détecté peut entraîner une distorsion du bâti de la machine lors du
boulonnage, endommageant les paliers et les joints et provoquant des
vibrations plus fortes qu'admissible sur les paliers de la machine.
Pour rechercher un pied bancal, placer des jauges d'épaisseur sous chaque
pied de la machine. (ou un comparateur à cadran monté sur une embase
magnétique). Desserrer chacun des pieds l'un après l'autre, mesurer toute
élévation au niveau du pied desserré et la consigner. Resserrer le pied et
passer au pied suivant. Consulter les pages 33 à 35 de cet ouvrage pour
connaître les différents types de pied bancal Après avoir identifié le type
de pied bancal (le cas échéant), caler le pied selon nécessité et recontrôler
chaque pied. En guise de référence, aucun relevé de pied bancal ne devrait
être supérieur à 0,05 mm (0,002 pouce).
Alignement des poulies
Une fois le contrôle de pied bancal terminé, la commande est prête à être
alignée, quel que soit le système utilisé, qu'il s'agisse d'un fil tendu, d'une
règle ou d'un système laser (une brève description de ce type d'alignement
va suivre), l'alignement devrait être aussi exact que possible.
La tolérance nominale recommandée pour les commandes à courroie est de
0,5 degré. La plupart des principaux fabricants de courroies et de poulies
préconisent cette valeur. De meilleures tolérances peuvent être obtenues en
suivant à la lettre la procédure d'alignement. Le tableau ci-dessous convertit
la tolérance de degrés en décalages en mm par 100 mm et en millièmes
d'un pouce par pouce.
06.05.2013 18:47:33
78
Angle de défaut
Décalage
Décalage
d'alignement
mm /100 mm
mils / inch
0,1°
0,18
1,75
0,2°
0,35
3,49
0,3°
0,52
5,24
0,4°
0,70
6,98
0,5°
0,87
8,73
0,6°
1,05
10,47
0,7°
1,22
12,22
0,8°
1,40
13,96
0,9°
1,57
15,71
1,0°
1,74
17,45
Les valeurs entre 0,1º et 0,5º sont conformes aux tolérances
recommandées.
Le système PULLALIGN comporte deux unités de mesure compactes, un
laser et un système de réflecteur tous deux dotés de supports magnétiques
permettant de les monter sur les faces de poulies. Chaque unité comporte
des graduations permettant un réglage fin de la machine mobile pour
corriger tout défaut d'alignement angulaire vertical et horizontal et tout
décalage axial.
06.05.2013 18:47:33
79
®
PULLALIGN – alignement laser des poulies
L'émetteur laser envoie une ligne laser sur le réflecteur monté sur la
poulie opposée, (monter l'émetteur laser sur la machine stationnaire), en
fonction de l'état d'alignement, la ligne laser va apparaître clairement sur le
réflecteur et sera aussi renvoyée vers l'émetteur laser. Le réflecteur indique
toute angularité verticale constatée et indique simultanément l'ampleur de
décalage axial. L'émetteur laser indique l'état angulaire horizontal.
Les diagrammes suivants affichent des images types de l'état de défaut
d'alignement.
Ligne laser sur le réflecteur
Angularité verticale observée
Décalage Vertical observée
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80
PULLALIGN® – alignement laser des poulies
Pinceau laser sur l'émetteur
Angularité Horizontale observée
Procédure de correction
1. Corriger l'angularité verticale en calant la machine mobile ; s'effectue
souvent en ajoutant des cales (ou en retirant des cales) au niveau des
pieds arrière de la machine mobile uniquement. Les corrections sont
visibles sur le réflecteur en cours de réglage.
2. Corriger l'angularité horizontale en ajustant latéralement la machine
mobile. Correction visible sur l'émetteur laser en cours de réglage.
3. Corriger le décalage en ajustant la machine mobile dans le sens axial,
cette correction peut être observée sur le réflecteur pendant que le
réglage s'effectue.
Pinceau laser sur l'émetteur et le réflecteur après la correction de l'alignement
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81
®
PULLALIGN – alignement laser des poulies
En suivant les trois étapes décrites ci-dessus, l'alignement des poulies
devrait être rapidement terminé. Si vous êtes satisfait de l'alignement, il
est alors nécessaire de tendre correctement les courroies conformément
aux tolérances des fabricants (voir 'Tension de la courroie' page 74).
Laissez le système PULLALIGN en place pendant la tension de la courroie,
cela vous donnera une indication claire du moindre changement de l'état
d'alignement de la commande. Si le réglage de la tension a modifié l'état
d'alignement, procédez aux réglages si nécessaire en suivant les étapes 1 à
3 décrites plus haut.
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Cette page a été volontairement laissée vierge.
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Par l’inventeur de l’alignement laser
Umschlag_Handbuch-Techniker-und-Ingenieure_ALI_2013_FF.indd 1
06.05.2013 14:48:00

Le guide de l`alignement d`arbres

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