Alignement laser pour la verticalité des arbres verticaux : mesures plus rapides et plus précises

Pour les arbres de turbines hydrauliques et de générateurs, la verticalité – la proximité de l'axe de l'arbre avec la gravité – est critique. Les techniques traditionnelles à fil et micromètre, bien qu'économiques, exigent un accès étendu à l'arbre, de la main-d'œuvre et du temps, et leur précision dépend d'une opération manuelle méticuleuse.

Ludeca Inc. présente le système laser PERMAPLUMB, qui remplace la méthode de fil laborieuse par un dispositif compact, monté magnétiquement, offrant une résolution inférieure à 0,00002 pouce par pied en une fraction du temps. Le miroir auto-nivelant du système, toujours vertical par rapport à l'horizon, reflète un faisceau laser de classe 1 dans un détecteur à résolution de 1 micron. Un support axial de 14 pouces et des pieds magnétiques fixent l'unité à l'arbre, permettant une seule rotation de 270° pour capturer quatre mesures à 90° et calculer l'angularité, les valeurs de correction et une métrique de qualité statistique.

Introduction

La verticalité est exprimée comme une minuscule déviation angulaire par rapport à la verticalité parfaite. En pratique, le paramètre est généralement rapporté en millièmes de pouce par pied (ou par pouce), et les mesures sont prises dans deux plans orthogonaux : 0°–180° et 90°–270°.

Une verticalité précise réduit les températures des roulements, limite le mouvement de l'arbre, réduit les vibrations et améliore l'efficacité globale de la turbine – faisant du temps nécessaire pour l'atteindre un facteur de coût clé.

Mesure de la verticalité

La méthode conventionnelle du fil tendu utilise quatre fils en acier inoxydable de 0,020 à 0,030 pouce espacés de 90°, chacun lesté de 20 à 30 lb et immergé dans un bain d'huile. Un micromètre électronique lit la distance du fil à l'arbre, avec un signal sonore indiquant le contact. Bien que peu coûteuse et intuitive, la méthode exige un minimum de vibrations, des surfaces d'arbre de haute qualité et une mesure soigneuse et cohérente – des facteurs qui augmentent l'erreur humaine et prolongent le processus.

La précision s'améliore avec des longueurs de mesure axiale plus longues, ce qui nécessite plus de déplacements de l'opérateur ou du personnel supplémentaire. Les exigences globales en temps et en espace font de la technique du fil un goulot d'étranglement, surtout lorsque les turbines adjacentes doivent rester opérationnelles.

Méthode de mesure de verticalité basée sur laser

Le système PERMAPLUMB surmonte ces limitations en automatisant le processus de mesure. Son transducteur laser et son miroir auto-ajustable sont montés sur un support magnétique de 14 pouces qui se fixe directement à l'arbre. Le pivot à deux axes du miroir maintient la surface verticale, refléchissant le laser dans un détecteur à haute résolution. En faisant tourner l'arbre à quatre positions de 90°, le système capture quatre relevés et présente l'angularité, les mouvements correctifs et une fonction « déplacement en direct » qui visualise les ajustements en temps réel.

Avec une résolution meilleure que 0,00002 pouce par pied – un ordre de grandeur plus fine que la méthode du fil tendu – PERMAPLUMB offre une précision tout en restant insensible aux vibrations opérationnelles.

Utilisation de PERMAPLUMB pour l'alignement d'arbres hydroélectriques verticaux

Pour intégrer PERMAPLUMB dans les procédures standard, assurez-vous que l'arbre peut tourner librement : reculez les semelles de roulement réglables et dégagez toute obstruction. Effectuez des vérifications préliminaires pour les jambes de chien ou le déport ; les indicateurs à cadran ou les sondes de proximité peuvent confirmer rapidement l'intégrité de l'arbre. Une répartition égale de la charge sur les coussinets de roulement de butée est essentielle, et diverses méthodes de cellules de charge peuvent aider à atteindre l'équilibre.

Montez le PERMAPLUMB sur une section d'arbre accessible – généralement le pont au-dessus de la turbine. Connectez l'unité à un ordinateur portable et à l'alimentation, puis lancez le logiciel WinPLUMB. Entrez les données de roulement de butée, les positions des roulements de guide et les cibles de tolérance (par exemple, 0,25 mils/pied de NEMA, ou 0,0208 mils/pouce). Le logiciel guide ensuite la séquence de mesure : activez la lubrification haute pression, tournez à la position 0°, désactivez la lubrification pour laisser l'arbre se stabiliser, enregistrez le premier point, et répétez pour les 270° restants.

Les résultats apparaissent en mils par pouce, le logiciel signalant si la tolérance NEMA a été respectée. Si des corrections sont nécessaires, PERMAPLUMB calcule les ajustements de coussinets – à la fois haut/bas et solutions optimisées « Pad Up & Down » – les affichant en temps réel. Le mode « déplacement en direct » met à jour la verticalité de l'arbre, les corrections de coussinets prédites et les positions des roulements de guide au fur et à mesure des ajustements, alertant les opérateurs sur d'éventuelles obstructions.

Pour les environnements sujets aux vibrations, PERMAPLUMB échantillonne 32 relevés par seconde par point, permettant à l'opérateur de sélectionner jusqu'à 204 secondes de données par point. L'affichage de l'écart-type aide à déterminer la durée de mesure optimale, assurant des données stables sans délai inutile.

La vérification de complétion circulaire du système vérifie que la somme des relevés à 0° et 180° égale la somme des relevés à 90° et 270°, avec des écarts inférieurs à 0,2 considérés acceptables. Les fonctions de répétabilité comparent les nouvelles mesures aux précédentes, confirmant la rigidité de l'arbre ; un écart supérieur à 0,004 mils/pouce indique un manque de rigidité.

Conclusion

L'approche laser de PERMAPLUMB offre des mesures rapides et hautement précises de la verticalité des arbres verticaux tout en minimisant les temps d'arrêt, la main-d'œuvre et la sensibilité aux vibrations. La combinaison d'une installation rapide, de données fiables et de conseils de correction en temps réel en fait le choix privilégié pour la maintenance et la mise en service des turbines.

À propos de l'auteur

Daus Studenberg est ingénieur d'applications chez Ludeca Inc., basé à Miami, Floride. Il a obtenu un B.S. en génie mécanique de l'Université de Floride et se spécialise dans le service sur le terrain, le support technique, la formation et le développement de produits. Pour questions, contactez Daus.Studenberg@ludeca.com.

Plus d'informations sur le système PERMAPLUMB :

Page produit PERMAPLUMB

Page logiciel WinPLUMB