Si vous travaillez avec des arbres de grande taille pour des machines lourdes, des équipements miniers ou des installations industrielles à grande échelle, vous savez à quel point un mauvais alignement peut être un véritable casse-tête. Je suis dans le jeu des fournisseurs d'arbres de grande taille depuis plus d'une décennie maintenant, et laissez-moi vous dire qu'un mauvais alignement n'est pas seulement un problème mineur. Cela peut entraîner une usure excessive, des temps d'arrêt imprévus, des coûts de maintenance exorbitants et même une défaillance totale de l'arbre si vous n'y faites pas attention. Au fil des années, j'ai travaillé avec toutes sortes de clients, des grandes exploitations minières aux petits ateliers de fabrication, et j'ai vu bien trop souvent des projets mal alignés faire dérailler. La bonne nouvelle ? La plupart de ces problèmes peuvent être évités si vous savez ce que vous faites. Tout d'abord, expliquons pourquoi les gros arbres sont mal alignés en premier lieu, car vous ne pouvez pas réparer quelque chose si vous ne comprenez pas comment il s'est cassé.
Les puits de grande taille sont construits pour supporter des charges massives, mais ils sont également énormes : plus de 10 mètres de long et pèsent plusieurs tonnes. Cela signifie qu'ils sont sensibles à toutes sortes de forces dont les petites parties ne se soucient pas vraiment. La dilatation thermique est ici un problème important. Lorsqu'un arbre tourne, il chauffe et le métal se dilate. Si vous l'avez installé à froid, il y a de fortes chances qu'il se déplace à mesure qu'il se réchauffe, ce qui perturbera l'alignement. Ensuite, il y a l’établissement des fondations. L'équipement lourd repose sur des fondations en béton ou en acier et, avec le temps, ces fondations peuvent bouger un peu, surtout si le sol en dessous n'est pas correctement compacté. Les vibrations de la machine elle-même ou de l'équipement adjacent s'accumulent également au fil des mois et des années, de sorte que des secousses constantes peuvent déplacer l'arbre de sa place. Même les erreurs d’installation sont courantes. Avec de gros arbres, vous ne pouvez pas simplement le regarder comme vous le feriez avec un petit arbre de moteur. Vous avez besoin des bons outils, et si un technicien prend des raccourcis, des problèmes d'alignement apparaissent rapidement.
Avant de passer aux solutions, parlons de ce à quoi ressemble réellement le désalignement pour les gros arbres. Il en existe deux types principaux : le désalignement parallèle et le désalignement angulaire. Parallèle, c'est lorsque les deux arbres (comme l'arbre d'entraînement et l'arbre mené, par exemple une turbine et une boîte de vitesses) sont parallèles mais que leurs axes centraux sont décalés, de sorte qu'ils ne s'alignent pas droit. Angulaire, c'est lorsque les lignes médianes forment un angle l'une par rapport à l'autre, comme deux bâtons se rencontrant en un léger V. La plupart du temps, c'est un mélange des deux, ce qui rend la fixation plus difficile. Les symptômes ? Si vous remarquez des vibrations inhabituelles bien plus fortes que la normale, ou si vous remplacez les accouplements ou les roulements bien plus souvent que ne le recommande le fabricant, c'est un signal d'alarme. Je dis toujours à mes clients : si vous devez remplacer un roulement sur un gros arbre plus d'une fois par an, l'alignement est probablement le coupable.
Maintenant, la bonne chose : comment gérer cela. Commençons par l'étape la plus importante : la pré-installation, car réparer l'alignement après coup coûte beaucoup plus cher. Premièrement, lorsque vous commandez un arbre de grande taille auprès d'un fournisseur (merci à mon équipe, vous pouvez consulter notreArbre de grande taillepage pour toutes les spécifications dont vous avez besoin), assurez-vous de nous parler de votre candidature. Nous ne nous contentons pas d'envoyer un message et de mettre fin à cette journée ; nous vous poserons des questions sur votre température de fonctionnement, votre charge, le type de fondation et la manière dont l'arbre se connectera aux autres pièces. Ces informations nous aident à usiner l'arbre pour avoir les bons points de montage pour les outils d'alignement, et même à ajuster la dilatation thermique. Par exemple, si votre arbre chauffe vraiment, nous pouvons le concevoir avec un petit jeu supplémentaire au niveau des accouplements afin que lorsqu'il se dilate, il ne dérégle pas l'ensemble du système.
Ensuite, les vérifications de pré-installation pour la fondation. Ce n’est pas négociable. Avant même de mettre le grand puits en place, assurez-vous que la fondation est de niveau et correctement compactée. J'ai vu des clients sauter cette étape parce qu'ils étaient pressés, et trois mois plus tard, la fondation s'enfonce d'un demi-pouce et le puits est mal aligné de manière irréparable. Utilisez un niveau laser (pas un niveau à bulle - ceux-ci fonctionnent pour les petits objets, pas pour les arbres de 10 tonnes) pour vérifier toute la surface de la fondation à plusieurs endroits, y compris l'endroit où les boîtiers de roulements seront placés. Si vous trouvez des points hauts ou bas, meulez-les ou calez-les avant de poser quoi que ce soit. Assurez-vous également que les trous de boulons pour les boîtiers de roulements sont de la bonne taille. Les gros arbres vibrent, donc si les boulons sont trop serrés ou si les trous sont desserrés, cette vibration changera les choses avec le temps.
Une fois les fondations bonnes, il est temps d’aligner les arbres. C'est là que la plupart des gens se trompent - le regarder ne suffit pas pour les arbres de grande taille. Vous avez besoin d'outils de précision. Les systèmes d’alignement laser sont ici la référence. Ils utilisent un émetteur et un récepteur laser pour mesurer le décalage et l’angle avec une précision au millième de pouce, ce qui est bien meilleur que l’ancienne méthode des indicateurs à cadran. Voici le processus : montez d'abord le laser sur un arbre et le récepteur sur l'autre. Faites tourner les arbres (même les plus gros peuvent être tournés avec une grue ou un petit moteur) et laissez le laser mesurer la position en quatre points (haut, bas, gauche, droite). L'outil vous donnera ensuite des chiffres exacts sur la quantité dont vous avez besoin pour ajuster les boîtiers de roulements : soit en calant sous, soit en ajoutant des pieds, ou en déplaçant le boîtier d'un côté à l'autre. Répétez cette étape plusieurs fois. Ne le faites pas une seule fois lorsque les arbres sont froids ; faites fonctionner la machine pendant une heure ou deux pour que tout chauffe et se dilate, puis revérifiez l'alignement. Je ne peux pas vous dire combien de fois un client m'appelle une semaine après l'installation pour me dire "c'est encore mal aligné" parce qu'il a ignoré la vérification après préchauffage.
Mais attendez, l’alignement n’est pas une chose à régler et à oublier. Les grands arbres nécessitent des contrôles d’entretien réguliers pour détecter rapidement les défauts d’alignement. À quelle fréquence? Cela dépend de l'application : les puits d'exploitation minière peuvent nécessiter une vérification tous les mois, tandis qu'un puits de fabrication fonctionnant à vitesse constante n'en aura besoin que tous les trimestres. La clé est de vérifier les signes : les niveaux de vibrations (vous pouvez obtenir des capteurs de vibrations qui vous alertent lorsque les niveaux sont hors tension), la température des roulements (les roulements chauds sont un signe de désalignement, en raison d'une friction supplémentaire) et l'état de l'accouplement. Si l'accouplement présente une usure inégale (par exemple, un côté est plus rayé que l'autre), cela indique clairement que l'alignement du signe est erroné. Lorsque vous effectuez ces vérifications, utilisez le même outil d'alignement laser à chaque fois pour être cohérent. Si vous utilisez un autre outil ou si vous faites appel à une autre technologie, vous risquez d'obtenir des lectures contradictoires qui rendront difficile la compréhension de ce qui ne va pas.
Parfois, même avec une installation parfaite et des contrôles réguliers, vous vous retrouvez avec un désalignement qui pose déjà des problèmes. Alors que fais-tu alors ? Tout d’abord, arrêtez la machine. Je sais qu'il est tentant de continuer à l'exécuter pour éviter les temps d'arrêt, mais c'est la recette pour un échec catastrophique. Les gros arbres peuvent peser des tonnes, et s'ils sont mal alignés, la force exercée sur les roulements et sur l'arbre lui-même est bien plus élevée que prévu. Un de mes amis qui dirige une mine de charbon a essayé pendant trois semaines cette vibration autrefois ignorée, et le puits s'est cassé en deux alors qu'ils fonctionnaient à pleine charge. Cela leur a coûté 200 000 $ en pièces et une semaine de temps d'arrêt, en plus ils ont dû arrêter leurs opérations pour des raisons de sécurité. Alors : arrêtez-le en toute sécurité, documentez les symptômes (vibrations, température des roulements, usure de l'accouplement) et faites appel à une équipe spécialisée dans l'alignement de gros arbres. N'essayez pas de le réparer vous-même si vous ne disposez pas des bons outils ou de la bonne formation. Un mauvais réglage peut aggraver le problème, voire même endommager l'arbre de manière irréparable.
Attendez, parlons aussi de la conception de l'arbre. Lorsque vous travaillez avec un fournisseur d'arbres de grande taille, vous voulez un arbre conçu pour gérer le désalignement, et pas seulement un alignement parfait. Les accouplements flexibles sont indispensables pour les grands arbres. Contrairement aux accouplements rigides, les accouplements flexibles peuvent absorber un petit désalignement sans provoquer de contrainte supplémentaire sur l'arbre. Il en existe différents types : accouplements à engrenages, accouplements à grille et accouplements en élastomère. Les accouplements à engrenages sont parfaits pour les applications à couple élevé, comme l'exploitation minière, tandis que les accouplements en élastomère fonctionnent mieux pour les configurations à faibles vibrations. Mais voici le problème : même les accouplements flexibles ont des limites. La plupart ne peuvent gérer que jusqu’à 1 degré de désalignement angulaire ou 0,1 pouce de désalignement parallèle. Il s'agit donc d'un tampon, pas d'un correctif. C'est pourquoi un bon alignement reste essentiel. Si vous atteignez constamment ces limites, vous devez régler la machine, pas seulement remplacer l'accouplement.
Autre chose que beaucoup de gens négligent : la croissance thermique. Nous en avons parlé plus tôt, mais c'est un problème important pour les gros puits. Un arbre en acier de 10 mètres peut se dilater jusqu'à 10 millimètres lorsqu'il fonctionne à 100 degrés Celsius, selon le type d'acier. Cela peut sembler peu, mais lorsqu’il s’agit d’un alignement de précision, c’est un changement énorme. Ainsi, lorsque vous installez le puits, vous devez tenir compte de cette croissance. Comment? Calculez la dilatation thermique attendue de votre arbre, puis ajustez l'alignement à froid en conséquence. Par exemple, si l'arbre se dilate de 5 mm vers la turbine lorsqu'il chauffe, vous souhaitez l'aligner de manière à ce que lorsqu'il fait chaud, les axes soient droits. Un bon fournisseur d'arbres de grande taille vous aidera à calculer cela. Nous utilisons un logiciel avancé pour modéliser la dilatation thermique pour chaque commande, afin que vous n'ayez pas à deviner. Nous avons eu des clients qui ont sauté cette étape et leurs arbres étaient mal alignés de 4 mm une fois chauds, ce qui a provoqué une défaillance des roulements en un mois.
Maintenant, abordons quelques erreurs courantes que je vois tout le temps. Tout d’abord, prendre des raccourcis sur les outils. De nombreux magasins utilisent encore des niveaux à bulle ou même simplement des mètres à ruban pour aligner les gros arbres. Ces outils sont précis pour les petites choses, mais pour un arbre de 10 tonnes, une erreur de 1 mm suffit à causer des problèmes majeurs. Les outils d'alignement laser coûtent quelques milliers de dollars, mais ils constituent un investissement qui vous fera économiser bien plus en temps d'arrêt. Deuxièmement, ignorer les vérifications post-installation. Comme je l'ai dit plus tôt, vous devez vérifier l'alignement lorsque l'arbre est froid, puis à nouveau après avoir fonctionné pendant un certain temps et chauffé. Troisièmement, ignorer les petits signes. Une petite vibration une fois par mois peut sembler normale, mais si elle s'aggrave, c'est un mauvais alignement qui s'installe. Il est bien plus facile et moins coûteux de l'attraper tôt que de le réparer lorsqu'il s'agit d'un gros problème.
Laissez-moi vous donner un exemple concret pour rendre cela concret. Il y a quelques années, un de nos clients du secteur de la construction nous a commandé un puits de grande taille de 12 mètres. Ils l'ont installé, ont utilisé un indicateur à cadran (pas un laser) pour vérifier l'alignement et ont pensé que c'était bon. Un mois plus tard, ils nous ont appelés paniqués car les roulements se grippaient toutes les deux semaines. Nous avons envoyé notre technicien d'alignement, et il a utilisé un laser pour vérifier que l'alignement était décalé de 0,3 pouces parallèlement et de 1,2 degrés angulaires. Le client avait utilisé un comparateur à cadran qui n'était précis qu'à 0,1 pouce près, il ne pouvait donc pas détecter le petit mais critique désalignement. Nous les avons aidés à réaligner l'arbre, à ajuster leur compensation de dilatation thermique et à passer à un accouplement flexible adapté à leur couple. Six mois plus tard, ils n'ont eu aucun problème de roulement. C'est pourquoi les bons outils et l'expertise sont importants.
Donc, pour conclure : le désalignement dans les arbres de grande taille n'est pas inévitable. Il s'agit d'un problème dû à une mauvaise installation, à une maintenance ignorée ou à l'ignorance de petits problèmes. Les étapes clés sont les suivantes : travaillez avec un fournisseur d'arbres de grande taille réputé qui comprend votre application, effectuez des vérifications approfondies des fondations avant l'installation, utilisez des outils d'alignement laser (et revérifiez une fois l'arbre réchauffé), planifiez des contrôles d'entretien réguliers pour détecter les problèmes le plus tôt possible et n'ignorez pas les signes d'avertissement. Et lorsque vous rencontrez un problème, n’essayez pas de le résoudre vous-même : faites appel à des experts.
Si vous rencontrez actuellement des problèmes de désalignement ou si vous avez besoin d'un nouvel arbre de grande taille pour votre opération, nous sommes là pour vous aider. Notre équipe travaille avec des clients industriels depuis des années et nous pouvons vous accompagner à chaque étape, depuis la conception de l'arbre adapté à vos besoins jusqu'à l'assistance en matière d'alignement. Ne laissez pas un désalignement faire dérailler vos projets ou réduire vos bénéfices. Contactez-nous dès aujourd'hui pour entrer en contact avec notre équipe et assurons-nous que vos arbres fonctionnent de manière fluide et fiable.
Références
- Conception de machines. «Meilleures pratiques d'alignement d'arbres pour les équipements industriels lourds». Extrait de documents techniques de l'industrie sur les composants de machines lourdes, 2022.
- Société américaine des ingénieurs en mécanique (ASME). «Normes d'alignement pour les grands arbres rotatifs et accouplements». ASME B106.1M-2019, 2019.
- Technologie des mines et carrières. «Causes courantes et solutions au désalignement des arbres dans les équipements miniers lourds». Magazine de maintenance industrielle, vol. 14, n° 3, 2021.