Les industries qui nécessitent un rejet de chaleur de processus utilisent souvent des tours de refroidissement érigées sur site pour suivre le rythme de leur charge thermique. Les tours de refroidissement sont équipées de grands ventilateurs et de moteurs puissants, ce qui peut présenter de nombreux défis, notamment un bruit, des vibrations et des coûts excessifs. Des boîtes de vitesses sont utilisées pour relever ces défis.
Les boîtes de vitesses jouent un rôle clé pour multiplier le couple
Les réducteurs sont utilisés comme réducteurs de vitesse pour ralentir la vitesse de rotation du moteur entrant vers le ventilateur sortant d'une tour de refroidissement. Les entreprises qui exploitent des usines de production de grande capacité, comme celles des industries des procédés chimiques et de l’énergie, ont besoin de tours de refroidissement dotées d’une grande capacité de rejet de chaleur. Sans la technologie des boîtes de vitesses, les moteurs des tours de refroidissement seraient massifs pour gérer directement le couple requis par le ventilateur. Quelque chose d’aussi gros et lourd serait trop cher et peu pratique. Au lieu de cela, la réduction de vitesse de la boîte de vitesses agit comme un multiplicateur de couple, gardant le moteur à une taille raisonnable et l'ensemble du système mécanique plus rentable.
La réduction de vitesse des boîtes de vitesses optimise également les performances du ventilateur de la tour de refroidissement. À mesure que le diamètre des ventilateurs augmente, la vitesse du ventilateur doit diminuer pour maintenir des niveaux sonores et vibratoires acceptables, ainsi que pour garantir l’intégrité structurelle du ventilateur lui-même. Un dimensionnement inapproprié de la boîte de vitesses en ce qui concerne le moteur et le ventilateur peut entraîner des vibrations excessives, un fonctionnement bruyant et des dommages structurels à la tour.
Dans les applications de grandes tours de refroidissement, le ventilateur fonctionne généralement à une vitesse comprise entre 100 et 200 tr/min. La vitesse du moteur la plus courante est de 1 800 tr/min, ce qui nécessite que la boîte de vitesses moyenne réduise la vitesse du moteur d'environ 9 à 18 fois pour atteindre la vitesse de ventilateur souhaitée. La combinaison exacte de ce rapport de boîte de vitesses, de la conception des pales du ventilateur et du pas du ventilateur contribue aux performances spécifiques et à l'efficacité énergétique de la tour de refroidissement dans une application donnée.
Les clients des tours de refroidissement recherchent des solutions aux problèmes courants de boîtes de vitesses
Les opérateurs de tours de refroidissement et les ingénieurs de maintenance citent plusieurs problèmes courants associés au fonctionnement et à l'entretien des boîtes de vitesses :
- Problème 1 : Des températures de fonctionnement élevées, qui peuvent contribuer à des cycles de fonctionnement plus courts, à une panne prématurée de la boîte de vitesses et à des temps d'arrêt imprévus.
- jenuméro 2 : Niveaux de bruit et de vibrations excessifs, pouvant entraîner des violations municipales en matière de bruit, des problèmes de sécurité des employés, une fatigue de l'équipement et une panne prématurée.
- Problème 3 : Conditions extrêmes de température et d'humidité dans la tour de refroidissement, qui peuvent rapidement dégrader les systèmes mécaniques, affectant le niveau sonore et la durée de vie des roulements.
- Problème 4 : Défaillance prématurée des roulements et usure excessive de l'arbre de pignon.
- Problème 5 : Peu d'options et de choix de boîtes de vitesses pour prendre en charge la maintenance et le remplacement programmés ou non
Les progrès dans la conception des boîtes de vitesses répondent aux besoins des utilisateurs
Les activités continues de recherche et de développement de produits ont conduit à plusieurs innovations récentes en matière de conception et à des améliorations de produits. Les ingénieurs de SPX Cooling Technologies ont identifié les solutions suivantes pour résoudre les cinq problèmes opérationnels de boîte de vitesses les plus souvent cités par les directeurs d'usine et les ingénieurs de maintenance :
Solution #1 : Pour faire face à des températures de fonctionnement élevées, sélectionnez un entraînement par engrenages avec des « ailettes de refroidissement » intégrées conçues dans le boîtier. Au lieu d'un moulage lisse, les ailettes de refroidissement augmentent la surface, permettant un meilleur rejet de la chaleur lorsque l'air est aspiré sur la boîte de vitesses par le ventilateur de la tour de refroidissement. Par exemple, les réducteurs de la marque Marley Geareducer® comprennent des ailettes de refroidissement, qui augmentent la surface de 25 à 47 % par rapport aux autres entraînements par engrenages des tours de refroidissement. Les réducteurs intègrent également de grands ports d'huile internes pour maintenir une bonne circulation de l'huile et contribuer à des températures de fonctionnement globalement plus fraîches.
Les résultats: La durée de vie de l'huile est prolongée, moins de vidanges d'huile sont nécessaires et les engrenages et roulements sont correctement lubrifiés pour maximiser les performances et la durée de vie.
Solution #2 : Pour amortir les niveaux sonores et vibratoires excessifs associés aux boîtes de vitesses, optez pour des pièces moulées en métal robuste. Choisissez une boîte de vitesses conçue pour minimiser la déflexion du carter associée aux immenses charges de couple et de poussée spécifiques au fonctionnement des tours de refroidissement. Par exemple, les Marley Geareducers comportent des pièces moulées jusqu'à 40 % plus épaisses et sont conçus et construits expressément pour l'entretien des tours de refroidissement.
Les résultats: Conditions de travail plus silencieuses et plus sûres, moins de fatigue du métal et durée de vie plus longue.
Solution #3 : Pour contrecarrer les conditions extrêmes de température et d'humidité auxquelles sont soumis les entraînements par engrenages des tours de refroidissement, les cales en acier aux points de connexion du boîtier offrent des avantages. Des cales en acier, au lieu des versions en plastique, sont incorporées dans tous les modèles Marley Geareducer, par exemple. Les cales en plastique exposées aux conditions de température et d'humidité à l'intérieur de la tour peuvent fluer avec le temps, provoquant des changements de tolérance qui affectent le son et la durée de vie des roulements.
Les résultats: Les cales en acier maintiennent les réglages corrects des engrenages et contrôlent le son des équipements dans des conditions de fonctionnement extrêmes.
Solution #4 : Pour vous prémunir contre une défaillance prématurée des roulements et une usure excessive de l'arbre de pignon, utilisez des roulements interétages robustes à double rangée. Une durée de vie des roulements de 100 000 heures est régulièrement réalisable. Un joint d'huile de roulement de type isolateur de qualité supérieure avec surface d'étanchéité de stator fixe pour éviter l'usure de l'arbre est également recommandé au lieu d'un joint à lèvre qui s'use contre l'arbre de pignon. À titre d'exemple, les Geareducers Marley intègrent un isolateur de roulement Inpro/Seal* qui prolonge la durée de vie du joint sans l'inconvénient d'une usure excessive de l'arbre.
Les résultats: L'utilisation de roulements à double rangée et de joints d'huile robustes peut protéger les boîtes de vitesses contre l'usure prématurée et prolonger la durée de vie.
Solution #5 : Pour élargir les options de réparation ou de remplacement des boîtes de vitesses et les choix de maintenance programmée ou imprévue, choisissez un fournisseur fiable possédant une connaissance spécifique des entraînements par engrenages et un vaste inventaire de composants de tour de refroidissement. Par exemple, SPX Cooling Technologies propose une équipe interne dédiée à l’évaluation des boîtes de vitesses, expérimentée dans l’inspection, la réparation et la reconstruction des boîtes de vitesses des marques Marley et Amarillo. Les réparations des boîtes de vitesses sont effectuées à l'usine de fabrication SPX, plutôt que confiées à des ateliers de travail. Pour accélérer l’achèvement et éviter les retards et les coûts supplémentaires, le transport vers et depuis l’usine est inclus.
Nouvelle option pour simplifier le processus de remplacement
Une innovation technique récente de SPX a été l'expansion de la gamme Marley Geareducer. Le nouveau Geareducer de la série M, qui a fait ses débuts début 2017, simplifie le remplacement des boîtes de vitesses dans les tours érigées sur le terrain qui n'utilisent pas actuellement de Marley Geareducer. La série M est un remplacement direct des boîtes de vitesses de la marque Amarillo, avec un encombrement correspondant qui simplifie grandement les procédures de changement de boîte de vitesses.
Une nouvelle alternative viable pour le remplacement des boîtes de vitesses est importante pour les exploitants d’usines. La série M élimine les pièces de conversion fastidieuses, telles que les moyeux de ventilateur, les arbres de transmission et les plaques d'adaptation, ainsi que les coûts de matériaux et le temps de main-d'œuvre sur le terrain supplémentaires qu'elles nécessitent. La réduction du temps et des efforts sur site signifie une installation plus sûre et moins de temps d'arrêt global pour la tour, ainsi qu'une installation plus fiable et plus abordable pour l'usine.
La série M combine la longévité et les performances éprouvées de boîtiers et de roulements robustes avec des améliorations modernes en matière d'étanchéité et un montage de transducteur de vibration intégré. On peut s'attendre à ce qu'il fournisse un service fiable pendant 12 à 15 ans avec un entretien approprié avant que des réparations majeures ou une reconstruction ne soient un facteur. Il ne nécessite aucune pompe, filtre ou refroidisseur externe pour fonctionner correctement, ce qui évite aux clients des coûts supplémentaires inattendus et d'autres composants supplémentaires qui pourraient devenir problématiques. Le Geareducer de la série M fournit les solutions que les clients attendent d'un réducteur de tour de refroidissement de qualité industrielle.
Des boîtes de vitesses fiables atténuent « l’anxiété liée au service »
Les opérateurs d’usine et les ingénieurs de maintenance doivent gérer efficacement divers problèmes d’entretien des tours de refroidissement, qu’ils soient programmés ou non. Trouver des solutions sensées et à long terme aux problèmes les plus courants simplifie non seulement les opérations de maintenance et de réparation de routine, mais contribue également grandement à atténuer l'anxiété liée au service. Des boîtes de vitesses fiables et des fournisseurs fiables procurent un sentiment de sécurité : les problèmes de maintenance et de service peuvent être gérés de manière méthodique plutôt qu'en mode crise.
À propos de l'auteur, Jerome Jennings
Jerome Jennings est chef de produit mondial pour les composants montés sur site chez SPX Cooling Technologies, basé à Overland Park, Kansas.
