Il est important que l'installation respecte un processus normalisé, en d'autres termes, une « procédure d'installation de machines fiable ». L'installation couvre de nombreux aspects (mesure et confirmation) tels que la planéité/le niveau de la fondation, la mise en place des tuyaux, la stabilité au sol, l'alignement des machines (arbres), etc. Cet article se concentre sur les contraintes de tuyauterie et leurs effets sur l'alignement des machines.
Regarder la machine dans son ensemble
Supposons que la planéité de la fondation a été contrôlée (ne supposez jamais, bien sûr, consultez d'abord la documentation), que les brides des tuyaux ont été alignées et que la machine a été mise en place et qu'elle est prête pour l'alignement initial. Selon les règles, l'étape suivante consiste à aligner les machines. Vous vous demandez probablement pourquoi je parle d'« alignement des machines » plutôt que d'« alignement des arbres ». Bien que l'objectif final soit d'aligner le centre de rotation des arbres, il s'agit en fait d'aligner toutes les machines avant même d'en arriver à l'alignement de précision.
L'utilisation du terme « alignement des arbres » sous-entend qu'il faut se concentrer sur ce point et incite les mécaniciens à procéder directement à un alignement de précision des arbres en question. Si vous ne vous occupez pas de l'ensemble de la machine lors de l'installation, vous allez générer des tensions. Par « tensions », j'entends des forces appliquées qui peuvent provoquer par exemple une défaillance des paliers, une surchauffe ou une consommation d'énergie anormale. John Lambert, de Benchmark PDM à Toronto au Canada, utilise à ce sujet l'expression « Stress - the silent killer » (en français, « les tensions, ce tueur silencieux »), car les tensions appliquées sur le carter de la machine finiront par « tuer » la machine.
Alignement de la pompe/du moteur sur le terrain
Prenons un exemple concret. Brian Franks, de JetTech Mechanical LLC, basé à Goodyear en Arizona, a été chargé d'installer un moteur à induction (Toshiba) de 3 250 chevaux entraînant une pompe SPX ClydeUnion dans le cadre d'un projet de gazoduc pour l'acheminement de gaz naturel liquéfié du Colorado vers le nord du Texas.
Système d'alignement laser d'arbres monté à l'aide de supports axiaux magnétiques
Contrôle de la stabilité au sol avant l'alignement initial
L'accouplement est une entretoise de 12 pouces (304,8 mm). Il convient tout d'abord de contrôler la stabilité au sol (« soft foot » en anglais). Le terme « soft foot » utilisé dans l'industrie n'est pas vraiment approprié, car il semble faire référence aux pieds de la machine. Cela pourrait être le cas, bien sûr, mais il y a souvent une autre explication à cela, comme le fait que la base ne soit pas plane ou qu'une tension soit appliquée sur les tuyaux. Je ne vais pas entrer dans les détails, car il existe déjà un grand nombre de très bons articles sur le sujet.
Dans cet exemple, JetTech a desserré (ouvert) l'accouplement et déconnecté les tuyaux. C'est ainsi que doit s'effectuer le contrôle initial de la stabilité au sol, car cette approche vous permet de détecter tout problème sans que les effets de l'accouplement ou des contraintes de tuyauterie soient visibles. À ce stade, la planéité et le niveau de la base doivent avoir été contrôlés (avant le montage de la pompe et du moteur), écartant ainsi les problèmes de stabilité au sol dus à la torsion du cadre.
La stabilité au sol est le résultat d'une mesure effectuée avec un système d'alignement laser des arbres. Mesures en mils (millièmes de pouce).
La stabilité au sol est mesurée à la fois sur la pompe et le moteur. Il n'est pas rare de se concentrer uniquement sur le moteur. L'absence de contrôle de la stabilité au sol de la pompe est souvent justifiée par le fait que celle-ci est stationnaire et ne sera pas déplacée (alignée). Pensez au coût de remplacement de l'équipement. Le remplacement d'un moteur se compte en heures. Le remplacement d'une pompe est un processus beaucoup plus complexe qui peut nécessiter plusieurs jours. Même si vous ne prévoyez pas de déplacer la pompe, vous devez vous assurer qu'elle ne présente aucun problème de stabilité qui déformerait le carter et génèrerait des tensions au niveau de la pompe. Ne l'oubliez pas : les tensions sont un tueur silencieux.
Selon la norme ANSI/ASA S2.75-2017 (Shaft Alignment Methodology, Part 1), les tolérances de stabilité au sol sont de deux mils (0,05 mm). Dans cet exemple, nous sommes en dessous, à 1,6 mils (0,04 mm) au troisième pied de la pompe. Une fois que la stabilité au sol a été contrôlée et documentée, l'équipe procède au contrôle de l'alignement initial des arbres.
Résultats du contrôle de l'alignement initial des arbres.
Un accouplement à entretoises permettant deux points de flexion, les tolérances (mesures) sont exprimées sous la forme de deux angles. Sur l'image ci-dessus, le côté gauche montre l'alignement horizontal, et le côté droit l'alignement vertical. La configuration actuelle fonctionne à 3 575 tr/min. Pourquoi est-ce important ? La vitesse de rotation détermine les tolérances d'alignement. Dans le cas d'une vitesse de rotation de 3 575 tr/min. et d'un accouplement à entretoises, les tolérances pour l'alignement des arbres sont les suivantes :
| Décalage | Angle |
| N/A | 1 mil/ft (0,06 mm/m) |
Tolérance d'alignement des arbres conformément à la norme ANSI/ASA S2.75-2017
Les angles horizontaux et verticaux se situent dans la tolérance (d'où la couleur verte dans les images des résultats). Cependant, n'oubliez pas que l'accouplement et les brides des tuyaux n'ont pas été serrés. Le véritable test d'une installation (outre la mise en route, bien sûr) a lieu lors du serrage des brides des tuyaux. Cette opération doit faire l'objet d'un contrôle strict (mesure) et être consignée dans un document qui sera remis au propriétaire de l'équipement pour attester que le travail a été effectué dans les règles.
Dans ce cas, l'équipe a laissé le système d'alignement laser des arbres monté sur l'accouplement alors qu'elle procédait au serrage des boulons.
Identifier et éliminer les contraintes de tuyauterie
Le système d'alignement est doté d'une fonction permettant de surveiller les mouvements horizontaux et verticaux et de les représenter graphiquement au fur et à mesure que les boulons des brides sont serrés. Cela permet à l'équipe de déterminer si la pompe est soumise à des contraintes de tuyauterie, qui augmentent les tensions sur les machines.
Graphique illustrant les mouvements verticaux et horizontaux lors du serrage des boulons des brides des tuyaux.
Comme le montre l'image ci-dessus, on observe d'importants mouvements verticaux et horizontaux, avec un décalage vertical de 1,8 millimètre et un décalage horizontal de 4,9 millimètres. Pour en revenir à la norme ANSI/ASA S2.75-2017 :
« Les forces externes dues aux contraintes de la tuyauterie, des brides, des conduits, des gaines fixées, etc., appliquées aux carters des machines ne doivent pas modifier l'alignement des arbres de plus de 50 micromètres (2 mils) à la verticale ou à l'horizontale au niveau de l'accouplement. »
Si l'équipe avait procédé à un alignement final dans ces conditions, elle aurait constaté toutes sortes de problèmes, notamment des problèmes de stabilité au sol. Cependant, les consignes relatives à la stabilité au sol ne vous auraient pas permis de résoudre ces problèmes (cales de marche, etc.). Vous auriez constaté des contraintes de tuyauterie, augmentant la déformation du carter de la pompe, causant potentiellement une déformation de l'arbre, des vibrations et, finalement, des dommages au niveau des paliers.
Afin de garantir le bon fonctionnement de vos équipements pendant toute leur durée de vie prévue, veillez à éliminer les contraintes de tuyauterie avant de procéder à l'alignement de précision final lors de l'installation.
Mikael Terner, Easy-Laser AB
John Lambert, Benchmark PDM
Cet article a été initialement publié dans le magazine Oil & Gas Innovation.
