Comprendre la croissance thermique et son impact sur l'alignement des arbres
L'équipe de maintenance a tout fait correctement : elle a arrêté le moteur, pris des mesures précises d'alignement de l'arbre et effectué les réglages nécessaires. À température ambiante, les chiffres étaient parfaits. Mais quelques heures après le démarrage, un problème est survenu.
Les vibrations de la machine étaient plus élevées que prévu. Les roulements chauffaient plus que d'habitude. Les accouplements montraient des signes d'usure prématurée. Quelques semaines plus tard, l'équipe refait un diagnostic, se demandant ce qu'elle a raté. La plupart des techniciens partent du principe qu'une machine alignée au repos le restera. Mais une fois le système opérationnel, la chaleur change tout.
La dilatation thermique est la force silencieuse qui modifie l'alignement des arbres lorsque la température augmente. Lorsque les équipements rotatifs chauffent, les composants métalliques se dilatent, parfois de quelques millièmes de pouce, parfois de quelques millimètres. Les environnements à haute température, tels que les centrales électriques et les raffineries, sont particulièrement vulnérables à ce changement thermodynamique.
Le changement invisible : comment la chaleur modifie l'alignement
Si la plupart des équipes comprennent que la chaleur provoque une dilatation, elles ignorent son caractère imprévisible. Un chauffage irrégulier, des propriétés de matériaux variables et des charges de poids variables font que la dilatation thermique ne se produit pas toujours comme prévu. De plus, comme la dilatation thermique se produit dans toutes les directions, les changements d'alignement ne sont pas toujours linéaires ni réguliers. Une pièce de la machine peut chauffer plus vite qu'une autre, ou un matériau peut se dilater davantage que son homologue voisin.
Ainsi, un alignement apparemment parfait en atelier peut soudainement se transformer en désalignement sur le terrain. Cela peut entraîner :
- Vibration excessive
- Augmentation de la consommation d'énergie
- Défaillance prématurée des roulements et des joints
- Temps d'arrêt imprévu
Et désalignement de l'arbre Ce n'est pas le seul problème. Si une machine chauffe plus que prévu, cela peut signaler une usure des roulements, des dysfonctionnements électriques ou d'autres problèmes sous-jacents. Même avec une lubrification adéquate, la friction génère de la chaleur. Les moteurs et les composants électriques augmentent la charge à mesure que la résistance s'accumule dans leurs circuits.
Si rien n’est fait, ce qui commence par des problèmes d’alignement de dilatation thermique peut se transformer en un problème de fiabilité beaucoup plus important, coûtant des milliers de dollars en temps d’arrêt, en réparations et en perte de production.
Croissance thermique dans différents types d'actifs
La croissance thermique peut avoir un impact significatif sur l’alignement de l’arbre de turbine, en particulier dans les grandes turbines industrielles à vapeur ou à gaz.
Comme les différentes pièces d'une machine chauffent à des vitesses et des intensités variables, elles peuvent se dilater de manière inégale. Lorsqu'une turbine chauffe, l'arbre et le carter se dilatent, ce qui peut décaler l'axe du rotor verticalement et/ou horizontalement. Ce changement désaligne l'arbre par rapport à l'équipement entraîné (par exemple, un générateur ou un compresseur), ce qui peut entraîner des contraintes sur l'accouplement, des vibrations, voire des dommages aux roulements.
Mais la dilatation thermique affecte une large gamme de équipement rotatif, pas seulement les turbines — et chaque type d’actif réagit différemment à la chaleur.
industrielleLes pompes, en particulier les pompes verticales, subissent des dilatations axiales et radiales qui peuvent modifier considérablement la position de l'arbre. Leurs arbres longs et leur orientation verticale les rendent particulièrement vulnérables aux désalignements dus aux gradients thermiques de bas en haut.
Moteurs électriques La chaleur est inégale selon la ventilation, les surfaces de montage et les conditions de charge. Le désalignement dû à la croissance thermique se manifeste souvent par des pics de vibrations au démarrage ou après de longues périodes de fonctionnement.
Compresseurs Ils fonctionnent sous des pressions élevées et des charges fluctuantes. Ils sont donc sujets à un échauffement asymétrique, notamment si les systèmes adjacents (par exemple, tuyauterie ou refroidisseurs) appliquent des contraintes inégales. L'axe des arbres peut se déplacer de manière inattendue avec l'augmentation de la température.
Boîtes de vitesses Une dilatation thermique peut se produire dans les carters et les arbres, entraînant un désalignement interne. La température du lubrifiant joue également un rôle : à mesure que l'huile chauffe, les variations de viscosité accélèrent l'usure des composants internes en cas de désalignement.
La compréhension des schémas de chauffage propres à chaque type de machine permet de déterminer les cibles d'alignement thermique avec plus de précision et favorise la détection précoce des défauts liés au désalignement.
Comment les ingénieurs prennent en compte la croissance thermique
Les ingénieurs de conception et de maintenance utilisent depuis longtemps des concepts tels que « l'alignement à froid » et « l'alignement à chaud » pour gérer les mouvements thermiques. Mais la clé réside dans la connaissance du moment et de la manière de les appliquer.
Alignement à froid Il s'agit de décaler intentionnellement les composants lors de l'arrêt, afin qu'ils s'alignent une fois la machine en température de fonctionnement. Cette stratégie repose sur une prévision précise de la croissance de chaque composant.
Alignement à chaud, en revanche, consiste à mesurer les machines à chaud, soit en fonctionnement, soit après un arrêt contrôlé. Ceci est utile pour connaître la position de fonctionnement réelle d'un composant.
De nombreux fabricants d'équipement d'origine (OEM) fournissent désormais des cibles thermiques ou des valeurs de décalage pour faciliter l'installation. Ces valeurs aident les techniciens à déterminer la distance à laquelle caler ou déplacer les composants lors de l'alignement initial afin de tenir compte de la croissance.
Pourquoi les méthodes traditionnelles ont du mal à lutter contre la croissance thermique
Les outils d’alignement manuels tels que les jauges d’épaisseur et les indicateurs à cadran fonctionnent bien dans des conditions statiques, mais la dilatation thermique introduit des variables dynamiques que ces outils ne peuvent tout simplement pas suivre.
La croissance thermique est rarement uniforme. Par exemple, les moteurs refroidis par ventilateur peuvent refroidir de manière inégale dans leur carter, ce qui entraîne un mouvement asymétrique de l'arbre. Les comparateurs à cadran ne détectent pas facilement ces variations, surtout lorsqu'elles se produisent progressivement pendant la montée en température.
Le désalignement de l'arbre dû à la dilatation thermique peut paraître minime à l'arrêt, mais une fois chauffé, une dilatation verticale ou un décalage angulaire devient apparent. Les méthodes traditionnelles ne tiennent pas compte de la directionnalité ni de la vitesse de variation thermique ; et lorsque l'erreur est constatée, les dommages peuvent déjà avoir eu lieu.
Les outils laser numériques comblent cette lacune en suivant le mouvement thermique en temps réel, en éliminant les conjectures et en garantissant que les corrections sont basées sur le comportement réel de la machine, et non sur des hypothèses.
Le calcul qui change tout
Alors, comment se préparer au désalignement de la croissance thermique, compte tenu de son imprévisibilité et de sa variabilité d’une machine à l’autre ?
Il faut commencer par comprendre précisément l'ampleur du mouvement et son emplacement. Cela implique de mesurer la dilatation thermique attendue pour chaque machine.
Pour prédire la dilatation thermique, vous avez besoin de trois nombres :
1. Variation de température (T) – Différence entre la température ambiante et la température de fonctionnement
2. Longueur de la tige (L) – Distance entre la base de la machine et l'axe central de l'arbre
3. Coefficient de matériau (C) – La vitesse à laquelle le métal se dilate par degré de changement de température
Croissance thermique = T x L x C
Par exemple, si un arbre en acier inoxydable partir de 70 degrés Fahrenheit, chauffe jusqu'à Degrés 130, et est 10 pouces long, il grandira : 60 × 10 × 0.0000074 = 0.00444 pouces.
Cela représente un peu moins de cinq millièmes de pouce — petit, mais suffisant pour désaligner les machines rotatives.
Comment garder une longueur d'avance sur la croissance thermique
Savoir dans quelle mesure une machine va s’agrandir est la première étape, et compenser cette expansion est la suivante.
Bonne nouvelle : la dilatation thermique ne doit pas être une question de hasard. En la planifiant dès l'alignement, vous pouvez garantir que les arbres restent alignés conformément aux spécifications au moment le plus crucial. Au lieu de réaligner après une dilatation thermique, vous pouvez prédire les mouvements en présaisissant les cibles de dilatation thermique dans le RotAlign Touch, ajustez-le en conséquence et réussissez du premier coup. Voici comment :
Identifier les risques de dilatation thermique
Consultez les données de température passées de votre équipement et mesurez les températures de fonctionnement réelles au lieu de vous fier à des estimations. Les spécifications du fabricant constituent un point de départ utile, mais les confirmer par des données réelles garantit une précision et une fiabilité accrues.
Laissez le calculateur de croissance thermique ROTALIGN Touch faire le travail
et RotAlign Touch, l'ajustement à la croissance thermique est simple.
Entrez simplement trois valeurs :
- Température de démarrage (lorsque la machine est éteinte)
- Température de fonctionnement (en fonctionnement à pleine charge)
- Distance entre la base de la machine et l'axe central de l'arbre
Le système calcule automatiquement la compensation de croissance thermique exacte nécessaire — aucun calcul complexe n’est requis.
Voir les changements en temps réel
RotAlign TouchLa fonction Live Trend de suit la façon dont les arbres se déplacent à mesure que la machine chauffe de manière dynamique, vous permettant de voir si la croissance thermique se produit uniformément ou si un désalignement se développe dans une direction plus que dans l'autre.
Le système utilise des capteurs laser de haute précision pour surveiller les changements de position de la machine entre le démarrage à froid et son fonctionnement à plein régime. Une fois la machine démarrée et en phase de chauffe, l'appareil enregistre chaque changement de position, suivant la croissance thermique verticale et horizontale à mesure que la température augmente. Lorsque la machine atteint sa température de fonctionnement maximale, le système enregistre l'état d'alignement final. Les techniciens peuvent utiliser ces données pour définir des cibles d'alignement précises, garantissant ainsi qu'une fois la dilatation thermique déclenchée, les arbres soient positionnés exactement là où ils devraient être. Ainsi, en alignant en fonction du comportement réel de la machine, vous éliminez les tâtonnements liés à la correction des défauts d'alignement après le démarrage.
Live Trend surveille également la tension des tuyaux et les mouvements des machines liés au processus pendant les phases de démarrage et de ralentissement, vous offrant ainsi une vision complète de l'action des forces sur vos équipements tout au long de leur cycle de fonctionnement. Et comme l'alignement n'est qu'une partie de l'équation, Live Trend surveille également les vibrations des machines, permettant ainsi de détecter rapidement les signes avant-coureurs de déséquilibre, de tension excessive ou de défauts en développement avant qu'ils ne s'aggravent.
Alignez une fois, exécutez en douceur
et RotAlign Touch, la comptabilisation de la croissance thermique est rapide, précise et sans effort — vous pouvez donc vous aligner en toute confiance et maintenir vos machines à une efficacité maximale.
Un fabricant mondial de turbines en a fait l'expérience. Ses machines étaient parfaitement alignées à l'arrêt, mais après le redémarrage, tout a changé. Les vitesses élevées et les températures extrêmes provoquaient des déplacements imprévisibles des arbres, créant des problèmes de vibrations que les méthodes d'alignement traditionnelles ne pouvaient détecter.
En utilisant RotAlign TouchLe fabricant a surveillé la position de l'arbre tout au long du préchauffage et du fonctionnement à plein régime. Les données ont révélé que ses machines ne restaient pas alignées et qu'il fallait les modifier.
🔗 Voir l'étude de cas complète.
Êtes-vous prêt pour l’avenir ?
Vous ne régleriez pas votre montre à l'heure exacte en espérant être à l'heure. Alors pourquoi régler une machine à température ambiante et espérer qu'elle reste à cette température même lorsqu'elle chauffe ?
et RotAlign Touch, vous pouvez prendre en compte la dilatation thermique avant qu'elle ne perturbe l'alignement de la machine. Dans la réalité, les machines ne se contentent pas de fonctionner : elles se déplacent, se dilatent et se stabilisent de manière dynamique. Et si votre alignement n'en tient pas compte, vous aurez toujours un temps de retard.
et RotAlign Touch, vous pouvez vous aligner sur la façon dont votre machine fonctionne, pas comment ça repose.
Prüftechnik propose également services d'alignement laser Nous utilisons des outils de pointe tels que RotAlign et OptAlign pour mesurer et aligner vos actifs avec expertise. Nos experts se chargent de tout pour vous garantir un alignement parfait dès la première tentative.
Croissance thermique dans le cadre de la maintenance prédictive
Le suivi de la dilatation thermique est une mesure utile pour votre programme de maintenance prédictive. Les variations d'alignement induites par la chaleur se manifestent par :
- Modèles de vibrations:Si les niveaux de vibration changent avec la charge ou la température, cela indique souvent un désalignement thermique.
- Thermographie infrarouge:Des points chauds sur les roulements ou les boîtiers peuvent indiquer des arbres en expansion, des points de friction ou un désalignement.
Surveillance de l'état en ligne des systèmes tels que VibGuard Vous pouvez suivre les subtiles signatures vibratoires de croissance thermique grâce à des capteurs et alerter les équipes de maintenance avant toute panne. Pour une vision plus complète de l'état de vos actifs, vous pouvez suivre les données des capteurs et des outils portables grâce à une plateforme centralisée comme Centre OmniTrendEn reliant les tendances de température, de vibration et d’alignement, vous créez une approche proactive de la gestion des effets thermiques sur l’ensemble de votre parc d’actifs.
Liens
