Shaft Alignment Handbook:2007, CRC Press

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865 صفحه pdf

Shaft Alignment Handbook

CRC Press

2007

ویرایش سوم

John Piotrowski

shaft alignment handbook Third Edition

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Table of Contents
Chapter 1
Introduction to Shaft Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Benefits of Good Machinery Alignment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Consequences of Defective Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.1 What Happens to Rotating Machinery When It Is Misaligned
a Little Bit, or Moderately, or Even Severely? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Four Basic Ingredients Necessary to Insure Alignment Success. . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Eight Basic Steps to Align Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5 How Qualified Are You to Detect and Correct Machinery Misalignment? . . . . . . 19
1.6 Why Should People Be Tested on Their Alignment Skills? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.7 Experience Evaluation for Machinery Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.8 Who Needs to Be Trained and Qualified in Shaft Alignment? . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.9 Assessing a Person’s Knowledge and Experience Level in Shaft Alignment . . . . . . 25
1.10 Alignment Qualification or Certification Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.11 Periodic Alignment Checks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.12 Alignment Record Keeping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Chapter 2
Detecting Misalignment on Rotating Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1 The Four Maintenance Philosophies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1.1 Breakdown or Run-to-Failure Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1.2 Preventive or Time-Based Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1.3 Predictive or Condition-Based Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1.4 Proactive or Prevention Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.5 Industrial Maintenance Philosophy Survey Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2 Types of Forces That Occur on Rotating Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.1 How Mass, Stiffness, and Damping Affect the Vibration Response
of Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.2 How Vibration Is Measured . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.3 Time and Frequency Domain Vibration Information . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.4 Using Vibration Analysis to Detect Misalignment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.5 Relationship between Vibration Amplitude and Misalignment Severity . . . 48
2.2.6 Vibration Results from a Controlled Misalignment Test
on a Training Demonstrator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.7 Vibration Results from a Controlled Misalignment Test on a Motor and
Pump. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.2.8 Before and after Vibration Results Found on a Misaligned
Motor and Pump. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.2.9 Why Vibration Levels Often Decrease with Increasing Misalignment. . . . . 66
2.2.10 Known Vibration Spectral Signatures of Misaligned
Flexible Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.2.11 Vibration Characteristics of Misaligned Machinery Supported
in Sliding Type Bearings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.2.12 Using Infrared Thermography to Detect Misalignment . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.2.13 Power Loss due to Shaft Misalignment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.2.14 The Most Effective Way to Determine if Misalignment Exists . . . . . . . . . . 78
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Chapter 3
Foundations, Baseplates, Installation, and Piping Strain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.1 Varying Composition of Earth’s Surface Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2 How Do We Hold This Equipment in Place? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2.1 Baseplates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.2.1.1 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.2.1.2 Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.2.2 Soleplates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.2.2.1 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.2.2.2 Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.2.3 Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.2.3.1 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.2.3.2 Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.2.4 Monolithic Rigid Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.2.4.1 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.4.2 Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.4.3 Tips for Designing Good Foundations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.4.4 Tips on Installing Foundations and Rotating
Machinery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.2.5 Baseplates Attached to Concrete Floors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.2.5.1 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.2.5.2 Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.2.6 Anchor Bolts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.2.7 Inertia Blocks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.2.7.1 Advantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.2.7.2 Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.2.8 Cement, Concrete, and Grout Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.2.9 Reinforced Concrete. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.2.10 Grouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.2.10.1 Traditional Grouting Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.2.10.2 Suggested Grouting Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.2.11 Pregrouted and Solid Metal Baseplates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.2.12 Case History of Installing a Baseplate Using Epoxy-Based
Grout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.3 Problems to Look for in Your Foundations and Baseplates . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
3.3.1 Piping, Ductwork, and Conduit Strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
3.4 Checking for Excessive Static Piping Forces on
Rotating Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3.5 Visual Inspection Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3.6 How Long Will Rotating Machinery Stayed Accurately Aligned?. . . . . . . . . . . . . 135
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Chapter 4
Flexible and Rigid Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.1 Coupling and Shaft Misalignment Tolerances—What Is the Difference?. . . . . . . . 137
4.2 The Role of the Flexible Coupling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.3 What to Consider When Specifying a Flexible Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.4 Types of Flexible Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.4.1 Mechanically Flexible Coupling Designs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.4.1.1 Chain Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.4.1.2 Gear Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.4.1.3 Metal Ribbon Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.4.1.4 Universal Joint Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.4.1.5 Flexible Link. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.4.1.6 Leaf Spring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
4.4.1.7 Pin Drive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.4.1.8 Elastomeric Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.4.2 Metallic Membrane=Disk-Type Coupling Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.4.2.1 Diaphragm Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
4.4.2.2 Flexible Disc Couplings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
4.5 Rigid Coupling Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.6 Flexible Coupling Lubrication. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.7 Coupling Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
4.8 Coupling Hub Attachment Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
4.9 Keys and Keyways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
4.9.1 Types of Keys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
4.9.2 Straight Bore—Sliding Clearance with Keyways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
4.9.3 Straight Bore—Interference Fit with Keyways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
4.9.4 Splined Shaft with End Lock Nut or Locking Plate . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4.9.5 Tapered Bore—Interference Fit with Keyways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4.9.6 Coupling Hub to Shaft Surface Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.9.7 Keyless Taper Bores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
4.9.8 Proper Interference Fit for Hydraulically Installed Coupling Hubs . . . . . . 172
4.9.9 Installation of Keyless Coupling Hubs Using Hydraulic Expansion. . . . . . 173
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Chapter 5
Preliminary Alignment Checks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.1 Foundation and Base Plate Checks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.2 Dial Indicator Basics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.3 Damaged, Worn, or Improperly Installed Machinery Component Checks . . . . . . 180
5.4 Runout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
5.5 Machine Housing to Base Plate Interface Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.6 Verifying That the Soft Foot Has Been Eliminated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
5.6.1 Multiple Bolt–Multiple Indicator Method (Preferred Method) . . . . . . . . . 205
5.6.2 Multiple Bolt–Single Indicator Method (Second Choice). . . . . . . . . . . . . . 207
5.6.3 Shaft Movement Method (Third Choice) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
5.6.4 Single Bolt–Single Indicator Method (Last Choice). . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
5.7 Other Methods for Correcting Soft Foot Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
Chapter 6
Shaft Alignment Measuring Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
6.1 Dimensional Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
6.2 Classes of Dimensional Measurement Tools and Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
6.2.1 Standard Tape Measures, Rulers, and Straightedges . . . . . . . . . . . . . . . 221
6.2.2 Feeler and Taper Gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
6.2.3 Slide Caliper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
6.2.4 Micrometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
6.2.5 Dial Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
6.2.6 Optical Alignment Tooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6.2.7 Optical Parallax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
6.2.8 Proximity Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
6.2.9 Linear Variable Differential Transformers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
6.2.10 Optical Encoders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
6.2.11 Lasers and Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
6.2.12 Charge Couple Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
6.2.13 Interferometers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
6.3 Sweeping 908 Arcs Twice to Measure a Misalignment Condition . . . . . . . . . . . . 245
6.4 Why Measurements Are Taken at 908 Intervals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
6.5 Rotating Both Shafts to Override a Runout Condition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
6.6 Tips for Getting Good Alignment Measurements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
6.7 Engaged Couplings Will Produce Measurement Errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
6.8 Rim Indicator Setup Variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
6.9 Rim Readings Indicate Twice the Centerline Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
6.10 Validity Rule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
6.11 Partial Arc Mathematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
6.11.1 Partial Arc Measurement Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
6.11.2 Partial Arc Measurement Sample Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
6.11.3 Pitfalls of Partial Arc Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
6.12 Bracket or Bar Sag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
6.13 Xmas Tree Brackets and Face Sag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
6.14 Zero Sag Brackets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
6.15 Dial Indicator Shaft Alignment System Manufacturers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
6.15.1 Accushim Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
6.15.2 A-Line Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
6.15.3 Benchmark System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
6.15.4 Murray & Garig System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
6.15.5 Peterson Alignment Tools Co. Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
6.15.6 Turvac Inc. Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
6.15.7 Update International System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
6.16 Dial Indicator Manufacturers Hardware Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
Chapter 7
Correcting Misalignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
7.1 Installing Machinery for the First Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
7.2 Bolt-Bound Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
7.3 Last Resort Measures for Bolt-Bound Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
7.4 Machinery Positioning Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
7.4.1 Axial Spacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
7.4.2 Making Corrections in the Vertical Direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
7.4.3 Lateral Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
7.4.4 Vertical Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
7.5 Types of Movement Tools. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
7.5.1 Pry and Crowbars and Wedges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
7.5.2 Comealongs and Chain Falls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
7.5.3 Hydraulic Jacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
7.5.4 Permanent Jackscrews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
7.5.5 Portable Jackscrews and Machinery Positioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
7.6 What to Do When Things Are Not Working. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
7.7 Misalignment Rantings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317
Chapter 8
Alignment Modeling Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
8.1 Graphing and Modeling Alignment Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.2 Basic Alignment Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
8.3 Scaling the Drive System onto the Alignment Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
8.4 Cardinal Alignment Graphing and Modeling Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
8.4.1 Plot Measurements That Have Been Compensated for Bracket Sag. . . . . . 325
8.4.2 Rim Readings Are Always Twice the Offset Amount . . . . . . . . . . . . . . . . 326
8.4.3 Plus Means ‘‘Low’’ and Minus Means ‘‘High’’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
8.4.4 Zero the Indicator on the Side That Is Pointing toward the Top
of the Graph Paper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
8.4.5 Whatever Shaft the Dial Indicator Is Taking Readings on Is the Shaft
That You Want to Draw On the Graph Paper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
8.4.6 Determining Corrective Moves to Make on One Machine from
the Alignment Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
8.4.7 Overlay Line or Final Desired Alignment Line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
8.4.8 Superimpose Your Boundary Conditions, Movement Restrictions, and
Allowable Movement Envelope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
8.4.8.1 Lateral Movement Restrictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
8.4.8.2 Where Did the Stationary–Movable Alignment Concept Come
From? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
8.4.8.3 Solving Piping Fit-Up Problems with the Overlay Line. . . . . . . . 338
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
Chapter 9
Defining Misalignment: Alignment and Coupling Tolerances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.1 What Exactly Is Shaft Alignment?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.2 Does Level and Aligned Mean the Same Thing? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
9.3 Measuring Angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342
9.4 Types of Misalignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
9.5 Definition of Shaft Misalignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
9.6 Checking the Misalignment Tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
9.7 Shaft versus Coupling Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
9.8 How Straight Are Rotating Machinery Shafts? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Chapter 10
Reverse Indicator Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353
10.1 Basic Mathematical Equations for the Reverse Indicator Method. . . . . . . . . . . . 353
10.2 Modeling Reverse Indicator Method Using the ‘‘Point-to-Point’’ Technique. . . . 355
10.3 Rim Readings Are Always Twice the Offset Amount . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
10.4 Modeling the Reverse Indicator Method Using the Line-to-Point
Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
Chapter 11
Face and Rim Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
11.1 Mathematical Relationship in Machinery Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
11.2 Sixteen-Point Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
11.3 Twenty-Point Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
11.4 Problems with Taking Face Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
11.4.1 Preset the Axial Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
11.4.2 Compensate for Axial Movement with Stationary Indicators . . . . . . . . . 376
11.4.3 Compensate for Axial Movement with Rotating Indicators . . . . . . . . . . 376
11.5 Modeling the Face and Rim Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
11.6 Artificial Face Surface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
Chapter 12
Double Radial Method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389
12.1 Basic Mathematical Equations for the Double Radial Method . . . . . . . . . . . . . . 391
12.2 Modeling the Double Radial Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
Chapter 13
Shaft to Coupling Spool Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
13.1 Basic Mathematical Equations for the Shaft to Coupling Spool Method . . . . . . 397
13.2 Modeling the Shaft to Coupling Spool Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
Chapter 14
Face–Face Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
14.1 Basic Mathematical Equations for the Face–Face Method . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
14.2 Modeling the Face–Face Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
Chapter 15
Electronic and Electro-Optical Shaft Alignment Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
15.1 Optical Encoder System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
15.2 Laser–Detector Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
15.2.1 Suggestions for Successful Use of Your Laser Alignment System . . . . . . 414
15.2.2 Damalini Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416
15.2.3 Emerson Process Management System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
15.2.4 Fixturlaser Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
15.2.5 Hamar Systems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420
15.2.6 Pru¨ ftechnik Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
15.2.7 SPM Instrument Inc. System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424
15.2.8 Vibralign System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425
15.3 Laser System Manufacturers Hardware Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
15.4 Laser System Manufacturers Software Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469
Chapter 16
Measuring and Compensating for Off-Line to Running Machinery Movement. . . . . . . . . 471
16.1 What Type of Machinery Is Likely to Change Equipment’s Position When
Running?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
16.2 What Causes Machinery Movement to Occur? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472
16.3 Conducting the Off-Line to Running Machinery Movement Survey . . . . . . . . . 473
16.4 Taking ‘‘Hot’’ Alignment Measurements Immediately after Shutdown . . . . . . . 473
16.5 Four General Categories of OL2R Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474
16.5.1 Movement of the Centerline of the Machine Cases with Respect
to Its Baseplate or Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.5.2 Movement of the Centerline of the Machine Cases with Respect
to Some Remote Reference or Observation Point . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.5.3 Movement of One Machine Case with Respect to Another Machine
Case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476
16.5.4 Movement of One Shaft with Respect to Another Shaft. . . . . . . . . . . . 477
16.6 Calculating Machine Case Thermal Expansion Using the Strain Equation . . . . 477
16.6.1 Using Infrared Thermographic Equipment to Observe Thermal Profiles
of Rotating Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
16.7 Inside Micrometer–Tooling Ball–Angle
Measurement Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481
16.8 Vertical, Lateral, and Axial OL2R Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489
16.9 Proximity Probes with Water-Cooled Stands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497
16.10 Optical Alignment Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
16.11 Optical Parallax. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
16.12 Using Optical Tooling for Measuring Machinery Movement . . . . . . . . . . . . . . 507
16.13 Establishing Reference Planes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510
16.14 Alignment Bars with Proximity Probes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515
16.15 Applying Laser–Detector Systems for OL2R Measurements . . . . . . . . . . . . . . . 522
16.16 Ball–Rod–Tubing Connector System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
16.17 Vernier–Strobe System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
16.18 Instrumented Coupling Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
16.18.1 Aligning Rotating Machinery to Compensate for OL2R
Machinery Movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
16.18.2 Determining the Desired Off-Line Shaft Positions When
Using the Machine Case to Baseplate or Machine Case
to Remote Reference Point Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540
16.18.3 Determining the Desired Off-Line Shaft Positions When Using
the Machine Case to Machine Case Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
16.18.4 How to Determine the ‘‘Shoot for’’ Off-Line Dial Indicator
Readings (Also Known as ‘‘Target Values’’). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
16.18.4.1 Reverse Indicator Shoot for Dial Indicator Readings . . . . 543
16.18.4.2 Face–Rim Shoot for Dial Indicator Readings . . . . . . . . . . 548
16.18.4.3 Double Radial Shoot for Dial Indicator Readings . . . . . . 548
16.18.4.4 Shaft to Coupling Spool Shoot for Dial
Indicator Readings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
16.18.4.5 Face–Face Shoot for Dial Indicator Readings . . . . . . . . . 548
16.19 Aligning Shafts for Running Conditions (Also Known as Running Alignment
or ‘‘Hot Operating Alignment’’). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
Chapter 17
Aligning Multiple-Element Drive Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
17.1 Multiple-Element Drive Train Alignment Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 564
17.2 Multiple-Element Drive Train: Graphing
and Modeling Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566
17.3 Multiple-Element Drive Train Modeling—One Set
of Shafts at a Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567
17.4 Multiple-Element Drive System Graphing—Modeling
All the Shafts at One Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568
17.5 Mixing Different Alignment Measurement Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577
17.6 Modeling Right-Angle Drive Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578
17.7 Final Comments on Aligning Multiple-Element
Drive Trains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590
Chapter 18
Aligning V-Belt Drives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
18.1 Belt Drive Systems—Advantages and Disadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
18.2 V-Belt Standards Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591
18.3 Sheave Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
18.4 V-Belt Recommendations and Rules of Thumb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
18.5 Sheave and Belt Wear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594
18.6 Adjusting Belt Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595
18.7 Preliminary Alignment Checks for V-Belts
and Sheaves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
18.8 Types of Sheave Misalignment Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
18.9 Using a Straightedge to Measure Misalignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600
18.10 Measuring the Misalignment at the Sheaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
18.11 V-Belt Machine Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604
18.12 Modeling V-Belt Alignment Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
18.13 V-Belt Alignment Modeling Sample Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
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shaft alignment Handbook third edition John Piotrowski