Les boîtes de vitesses des tours de refroidissement ont évolué pour répondre aux exigences des clients

Les industries qui nécessitent un rejet de chaleur de procédé utilisent souvent des tours de refroidissement érigées sur site pour suivre le rythme de leur charge thermique. Les tours de refroidissement ont de grands ventilateurs et des moteurs puissants, ce qui peut présenter une multitude de défis, notamment un bruit excessif, des vibrations et des dépenses. 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 au ventilateur sortant d'une tour de refroidissement. Les entreprises qui exploitent des usines de production à grande capacité, telles que celles des industries de procédés chimiques et de l'énergie, ont besoin de tours de refroidissement avec une grande capacité de rejet de chaleur. Sans technologie de boîte de vitesses, les moteurs de tour de refroidissement seraient massifs pour gérer directement le couple requis par le ventilateur. Quelque chose d'aussi grand 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 d'une taille raisonnable et le système mécanique global 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 de bruit et de vibration acceptables, ainsi que pour assurer l'intégrité structurelle du ventilateur lui-même. Un dimensionnement incorrect 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 grandes applications de tour de refroidissement, le ventilateur fonctionne généralement à une vitesse comprise entre 100 et 200 tr/min. La vitesse de moteur la plus courante est de 1 800 tr/min, ce qui oblige la boîte de vitesses moyenne à réduire 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 boîte de vitesses

Les opérateurs de tours de refroidissement et les ingénieurs de maintenance citent plusieurs problèmes courants associés au fonctionnement et à l'entretien de la boîte de vitesses :

• Problème 1 : Des températures de fonctionnement élevées, qui peuvent contribuer à des cycles de fonctionnement plus courts, à une défaillance prématurée de la boîte de vitesses et à des temps d'arrêt imprévus.

• jenuméro 2 : Des niveaux sonores et vibratoires excessifs, qui peuvent entraîner des violations du bruit municipal, des problèmes de sécurité des employés, la fatigue de l'équipement et une défaillance 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 : Rupture prématurée des roulements et usure excessive de l'arbre du pignon.

• Problème 5 : Peu d'options et de choix de boîtes de vitesses pour prendre en charge la maintenance et les remplacements programmés ou non programmés

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 de conception et améliorations de produits récentes. Les ingénieurs de SPX Cooling Technologies ont identifié les solutions suivantes pour résoudre les cinq problèmes de fonctionnement des boîtes de vitesses les plus souvent cités par les directeurs d'usine et les ingénieurs de maintenance :

Solutions #1 : Pour faire face à des températures de fonctionnement élevées, sélectionnez une transmission 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 boîtes de vitesses de la marque Marley Geareducer® comprennent des ailettes de refroidissement, qui augmentent la surface de 25 à 47 % par rapport aux autres transmissions à engrenages des tours de refroidissement. Les réducteurs de vitesse intègrent également de grands orifices d'huile internes pour maintenir une bonne circulation de l'huile et contribuer à des températures de fonctionnement globales plus fraîches. 

Les résultats: La durée de vie de l'huile est prolongée, moins de vidanges d'huile sont nécessaires et les engrenages et les roulements sont correctement lubrifiés pour maximiser les performances et la durée de vie.

Solutions #2 : Pour atténuer les niveaux de bruit et de vibration excessifs associés aux boîtes de vitesses, sélectionnez des pièces moulées en métal robustes. Choisissez une boîte de vitesses conçue pour minimiser la déviation du carter associée aux immenses charges de couple et de poussée spécifiques aux tours de refroidissement. Par exemple, les Marley Geareducers présentent des moulages jusqu'à 40 % plus épais et sont conçus et construits expressément pour le service de tour de refroidissement. 

Les résultats: Des conditions de travail plus silencieuses et plus sûres, moins de fatigue du métal et une durée de vie plus longue.

Solutions #3 : Pour contrer 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 de versions en plastique, sont incorporées dans toutes les conceptions 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 d'engrenage appropriés et contrôlent le son de l'engrenage dans des conditions de fonctionnement extrêmes.

Solutions #4 : Pour se prémunir contre une défaillance prématurée des roulements et une usure excessive de l'arbre du pignon, utilisez des roulements intermédiaires à double rangée à usage intensif. Une durée de vie de 100 000 heures est systématiquement réalisable. Un joint d'huile de roulement de type isolateur de qualité supérieure avec une 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. Pour illustrer, Marley Geareducers intègre 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 à usage intensif peut protéger les boîtes de vitesses contre l'usure prématurée et prolonger la durée de vie. 

Résolution #5 : Pour élargir les options de réparation ou de remplacement de la boîte de vitesses et les choix de maintenance planifiée ou non planifiée, choisissez un fournisseur fiable possédant une connaissance spécifique des entraînements par engrenages et un vaste inventaire de composants de tour de refroidissement. Par exemple, LATINO 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 de la boîte de vitesses sont effectuées à l'usine de fabrication SPX, plutôt que sous-traitées à des ateliers de travail. Pour accélérer l'achèvement, 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 récente de l'ingénierie LATINO a été l'expansion de la gamme Marley Geareducer. Le nouveau Geareducer de la série M, qui a fait ses débuts au début de 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 "drop-in" pour les boîtes de vitesses de marque Amarillo, avec une empreinte correspondante 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 chronophages, telles que les moyeux de ventilateur, les arbres de transmission et les plaques d'adaptation, ainsi que les coûts de matériel supplémentaires et le temps de travail sur le terrain qu'ils 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 d'étanchéité modernes 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 pas de pompes, de filtres ou de refroidisseurs externes 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'une boîte de vitesses de tour de refroidissement de qualité industrielle.

Des boîtes de vitesses fiables soulagent «l'anxiété de service»

Les opérateurs d'usine et les ingénieurs de maintenance doivent gérer efficacement une variété de problèmes d'entretien des tours de refroidissement, qu'ils soient programmés ou non. Trouver des solutions de bon sens et à long terme aux problèmes les plus courants non seulement simplifie les opérations de maintenance et de réparation de routine, mais contribue également à atténuer l'anxiété liée au service. Des boîtes de vitesses fiables et des fournisseurs fiables offrent un sentiment de sécurité que les problèmes de maintenance et de service peuvent être gérés méthodiquement plutôt qu'en mode crise.

À propos de l'auteur, Jérôme Jennings

Jerome Jennings est chef de produit mondial pour les composants montés sur site chez LATINO Cooling Technologies, basé à Overland Park, Kansas.