4 façons de diagnostiquer et corriger un désalignement d'arbre

15 mars 2023

Les technologies et les outils avancés permettent désormais aux équipes de maintenance de traiter le désalignement d´arbres plus rapidement et plus facilement.

Le désalignement d´arbres survient lorsque deux arbres rotatifs ne sont pas parallèles, ou lorsqu´ils sont parallèles mais décalés dans des plans différents. Ce type de désalignement des machines est extrêmement courant dans les équipements rotatifs et est souvent la cause principale de la défaillance.

La bonne nouvelle, c´est que les outils d´alignement d´arbres actuels permettent d´identifier plus rapidement et plus facilement les désalignements sur les moteurs, pompes, souffleurs et ventilateurs. Une fois le désalignement diagnostiqué, ces mêmes outils d´alignement facilitent plus que jamais la correction du problème et un alignement de machines précis.

Que signifie un désalignement ?

Les équipements rotatifs tels que les ventilateurs et les pompes nécessitent l´utilisation d´arbres pour transférer la puissance mécanique du moteur à l´équipement connecté. Le moteur génère le couple et la vitesse à son arbre de sortie. L´arbre du moteur est relié à l´arbre d´un autre équipement, tel qu´un ventilateur ou une pompe, par le biais d´un accouplement qui permet le transfert du couple entre les arbres. Cela permet au ventilateur ou à la pompe de recevoir la puissance mécanique nécessaire à l´utilisation prévue.

Pour un transfert de puissance optimal, les deux arbres doivent être parfaitement alignés. Un désalignement d´arbres signifie que les arbres ne sont pas correctement alignés sur le même axe et ne partagent pas la même ligne centrale.

Bien que la puissance puisse encore être transférée du moteur à l´équipement connecté, un désalignement est préjudiciable aux équipements. Un désalignement d´arbres peut entraîner des problèmes tels que des vibrations ou une usure excessive de l´équipement. Et si le désalignement n´est pas corrigé, cela peut réduire la durée de vie de l´équipement, augmenter l´usure des pièces ou augmenter les coûts de maintenance. S´il n´est pas corrigé, un désalignement peut entraîner une défaillance du moteur, de l´équipement connecté ou des deux.

5 types de désalignement de machine

Les spécialistes reconnaissent en général cinq types de désalignement d´arbres de machine. Cependant, les problèmes d´alignement sont souvent une combinaison de plusieurs types de désalignement. On parle également de désalignement composé.

Voici les cinq types :

1. Désalignement parallèle : le désalignement parallèle survient lorsque deux arbres ont des axes parallèles, mais que ces axes sont décalés. Les arbres peuvent être désalignés sur les plans verticaux ou horizontaux.
2. Désalignement angulaire vertical : un désalignement angulaire vertical correspond à un désalignement de deux arbres sur le plan vertical. Les arbres se croisent selon un angle dans le plan vertical au lieu d´être colinéaires, formant ainsi un angle lorsqu´on les observe de côté.
3. Désalignement angulaire horizontal : un désalignement angulaire horizontal correspond à un désalignement de deux arbres sur le plan horizontal. Les arbres se croisent selon un angle dans le plan horizontal au lieu d´être colinéaires, formant ainsi un angle lorsqu´on les observe d´en haut.
4. Désalignement combiné en angle vertical et en décalage : le désalignement combiné en angle vertical et en décalage se produit lorsqu´un arbre est incliné par rapport à l´autre, mais que les deux arbres restent sur le même plan vertical.
5. Désalignement combiné en angle horizontal et en décalage : le désalignement combiné en angle horizontal et en décalage se produit lorsqu´un arbre est incliné par rapport à l´autre, mais que les deux arbres restent sur le même plan horizontal.

Dans des conditions normales, l´alignement des arbres est obtenu lorsque les centres de rotation de deux arbres ou plus sont positionnés sur une même ligne droite, à la fois horizontalement et verticalement. Cependant, même si les arbres sont correctement alignés lors de l´installation, un désalignement peut apparaître progressivement sous l´effet des différentes forces s´exerçant sur les arbres et les moteurs.

Causes et effets d´un désalignement

Un désalignement d´arbres peut s´expliquer de plusieurs façons :

• L´affaissement d´une plaque de base, entraînant un pied bancal : si le mécanisme de rotation est placé sur sa base ou son châssis et qu´un pied n´est pas complètement posé, cela peut entraîner des problèmes de désalignement.
• Déformation de l´arbre causée par une torsion au démarrage : lorsqu´un arbre subit une torsion au démarrage, ce mouvement peut provoquer une déformation, ce qui modifie la géométrie de l´arbre lui-même et entraîne un désalignement.
• Mesures d´alignement insuffisantes ou de mauvaise qualité en raison d´une erreur humaine : même si l´on peut utiliser une règle pour améliorer l´alignement, cela ne permet pas d´obtenir un alignement réellement précis et fiable sur la durée.
• Contraintes sur les tuyaux qui conduisent à un désalignement parallèle et angulaire : une installation incorrecte, une pression thermique ou des modifications de processus peuvent entraîner un mouvement indésirable des tuyaux, ce qui peut entraîner un désalignement.
• Dilatation thermique : les augmentations de température qui se produisent pendant le fonctionnement des machines peuvent entraîner une dilatation thermique qui peut finalement déplacer le centre de rotation et créer un désalignement.
• Vibrations ou chocs : des forces externes, telles que les vibrations provenant d´autres équipements ou un choc mécanique dû à un impact sur l´arbre, le moteur ou l´équipement associé, peuvent déplacer les arbres et provoquer un désalignement.

Bien qu´il existe de nombreuses causes de désalignement, les effets du désalignement sont les mêmes.

Le désalignement des axes des arbres peut entraîner un voilement des arbres et générer des vibrations importantes. Cela peut entraîner du bruit, une réduction de l´efficacité et endommager les composants environnants tels que les joints, les roulements et les accouplements.

Cela peut également entraîner une surchauffe des composants en raison de l´augmentation de la friction entre les pièces. La friction provoque une augmentation des températures, réduisant l´efficacité de la lubrification et dégradant les composants.

Un désalignement d´arbre peut également entraîner des dommages et une déformation de l´arbre lui-même, ce qui réduit la durée de vie de l´équipement ou une panne coûteuse soudaine nécessitant le remplacement de l´ensemble de l´unité.

Tous ces effets entraînent une augmentation des coûts de maintenance pour la main-d´œuvre et les pièces, car les pièces endommagées devront être remplacées plus fréquemment qu´elles ne le seraient autrement. Un désalignement peut également entraîner des temps d´arrêt imprévus coûteux, une réduction de la production et une inefficacité énergétique.

La détection des désalignements et l´identification des causes sous-jacentes sont essentielles pour garantir qu´une machine peut atteindre sa durée de vie prévue. Non seulement un alignement correct réduit les coûts de maintenance et améliore l´efficacité globale de l´installation, mais il réduit également les coûts de remplacement de l´équipement et améliore la durée de vie des actifs.

4 façons de détecter les problèmes de désalignement de l´arbre

La vérification de l´alignement de l´arbre est souvent la première étape à entreprendre lorsqu´une machine commence à avoir un problème. Parfois, un désalignement est clairement visible en observant la machine pendant son fonctionnement. Les outils traditionnels tels qu´une règle peuvent également fournir des informations pour vous aider à identifier les principaux désalignements. Cependant, ces outils sont chronophages et peuvent être sujets à des erreurs.

L´utilisation d´outils de diagnostic modernes peut aider à fournir des informations plus précises sur la façon dont les arbres sont désalignés. Ils peuvent également révéler l´ampleur des dommages causés par le désalignement sur les autres composants. Certains de ces outils peuvent également aider à déterminer la meilleure façon de corriger le désalignement.

1. Diagnostic via un système d´alignement d´arbres par laser
   Un système d´alignement d´arbres par laser détermine le désalignement au niveau de l´accouplement et calcule le déplacement précis à effectuer au niveau de la base de la machine. Les systèmes d´alignement par laser fournissent des mesures en temps réel, exactes et précises, indiquant précisément le moment où l´alignement est atteint.
   
   Les outils d´alignement des arbres par laser peuvent être de type simple laser ou double laser. Cependant, un système d´alignement à double laser n´est pas aussi performant qu´un système à simple laser. Il est souvent difficile pour les techniciens de maintenir la ligne sur le détecteur lorsqu´ils tentent de corriger un désalignement angulaire.
   
   Malheureusement, plus la distance de mesure augmente, plus la difficulté s´accroît. Par conséquent, les techniciens doivent souvent recommencer les mesures : cela les oblige à s´arrêter, desserrer les pieds, déplacer la machine, puis resserrer les pieds, sans aucune garantie que le détecteur sera dans la plage de mesure par la suite. A chaque répétition, le temps d´intervention augmente, tout comme le risque d´erreur.
   
   Un système d´alignement à simple laser élimine tous les problèmes associés au système à double laser. Il permet de traiter presque tous les scénarios de désalignement, qu´ils soient simples ou complexes, y compris les machines à bride verticale avec renvois d´angle. Un système à simple laser utilise deux plans détecteurs optiques dans un seul capteur, supprimant ainsi la nécessité, pour le technicien, de s´arrêter, de desserrer et resserrer les pieds, ou de répéter les mesures. La technologie à laser unique permet d´effectuer rapidement et précisément les tâches d´alignement.
2. Analyse des vibrations
   La surveillance des vibrations et l´analyse des vibrations sont devenues plus courantes ces dernières années en raison de la vitesse à laquelle les collecteurs de données modernes peuvent traiter les signaux de capteurs triaxiaux. Chaque machine a son niveau de vibrations normales, mais il arrive que les vibrations de la machine augmentent ou dépassent les paramètres acceptables.
   
   Certaines des raisons de l´augmentation des vibrations sont le desserrage, la résonance, le déséquilibre et bien sûr, le désalignement. Les vibrations sont le plus souvent mesurées à l´aide d´accéléromètres, suivis de capteurs de proximité ou de transducteurs de vitesse. Une fois ces signaux acquis à l´aide d´un collecteur de données et de capteurs, un analyste de vibrations peut effectuer un diagnostic plus approfondi des défauts de la machine.
   
   Etant donné que les moniteurs sont souvent laissés sur les actifs pendant un certain temps, le collecteur de données capture à la fois les données en temps réel et les données historiques. Les nouvelles données peuvent être comparées aux données historiques pour identifier le moment où les vibrations ont commencé à augmenter. L´un des principaux avantages de l´analyse des vibrations est qu´elle peut être associée à un système qui avertit les membres de l´équipe lorsque les vibrations dépassent les paramètres normaux, ce qui permet aux techniciens d´identifier et de corriger le problème avant qu´il n´entraîne une défaillance de la machine ou un arrêt non planifié.
3. Thermographie
   La thermographie permet de détecter rapidement les problèmes de désalignement en identifiant les points chauds anormaux. Un désalignement peut entraîner une augmentation de la friction au sein d´une machine et, par conséquent, une hausse de la température. Une caméra thermique détecte et mesure l´énergie infrarouge d´un objet et transforme les données infrarouges en une image électronique montrant la température de surface apparente de l´objet.
   
   Les zones peuvent être analysées régulièrement à l´aide d´outils de thermographie afin que les techniciens puissent noter les augmentations de température. Une caméra thermique peut également se concentrer sur une zone problématique afin de fournir une surveillance constante. Grâce à la thermographie, les techniciens peuvent identifier la source de l´augmentation de température et utiliser ces informations pour identifier et corriger les problèmes de désalignement.
4. Analyse d´huile
   L´analyse d´huile peut aider à détecter un désalignement en fournissant des informations sur l´état général d´un actif, de son huile et de ses contaminants. Lorsque la surveillance de l´état détecte une anomalie par le biais d´une analyse d´huile, des mesures immédiates peuvent être prises pour identifier la cause profonde ou agir sur la défaillance émergente.
   
   Une augmentation des contaminants peut être le signe d´un frottement accru causé par un désalignement des arbres. Les roulements à billes, les joints et les accouplements peuvent se rompre et contaminer l´huile. L´analyse d´huile peut être compliquée ; par conséquent, de nombreuses organisations font appel à des entreprises spécialisées pour effectuer le travail.

Un désalignement d´arbres entraîne divers symptômes et des problèmes mécaniques graves. Mettre en place une routine de maintenance préventive pour vérifier l´alignement précis des machines fera gagner du temps et de l´argent. En maintenant les arbres alignés, vous améliorez l´efficacité énergétique, mais vous augmentez également le temps de fonctionnement et optimisez la production.

Pour en savoir plus sur le désalignement et sur la façon de le corriger, consultez ce livre blanc.