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Roulements - 2018-06-08

Roulements à Rouleaux Sphériques

Confronté à des pannes fréquentes en raison de défaillances des roulements dans deux unités de ventilation industrielles, un producteur d´électricité basé au Royaume-Uni a fait appel aux services de NSK pour proposer et mettre en œuvre une solution appropriée. Après examen de l´application dans le cadre du programme AIP (Programme de Valeur Ajoutée) de NSK, le remplacement des roulements et du dispositif de fixation s´est traduit par d´importantes économies de coûts
 

Les deux ventilateurs à entraînement direct montés en porte-à-faux, soutenus par des roulements à rouleaux sphériques dans des paliers à semelle, fonctionnent 24 h sur 24 et 7 jours sur 7. Comme ventilateurs primaires à air total, leur rôle consiste à alimenter en air la chaudière à une cadence de 8 m3/seconde, avec une pression de sortie de 13 kPa. Cependant, les roulements de chacune des unités tombaient en panne tous les trois mois en moyenne, situation nécessitant systématiquement 10 heures d´intervention à trois ingénieurs et induisant à chaque panne des coûts élevés.

Les longs délais et le coût élevé de remplacement s´expliquent en grande partie par l´envergure de l´opération. Chaque ventilateur mesure 3,5 m de diamètre et est fixé à l´extrémité d´un arbre de 2 m de long et 135 m de diamètre. La rotation de l´arbre, alimentée par un moteur électrique de 350 kW directement accouplé, est de 1487 tr/min.

« La surveillance d´état était réalisée par la centrale sur chaque unité de roulements de chaque ventilateur », explique Dennis Briggs-Price, ingénieur commercial de NSK. « La température faisait l´objet d´une surveillance permanente au moyen d´une sonde magnétique, assortie de contrôles hebdomadaires des vibrations sur chaque roulement et de mesures de la vitesse en position verticale. Les données normales d´état étaient d´environ 70°C, avec une vitesse de 5 mm/s. Ces valeurs étaient cependant chaque fois largement dépassées, et l´on remplaçait les roulements à titre de mesure préventive, une défaillance étant perçue comme imminente. Les valeurs typiques atteintes avant le remplacement étaient de 90-100°C, avec une vitesse de 20 à 33 mm/s. Une récente défaillance de roulement avait en effet brisé le châssis en acier et les supports de fixation, donnant lieu à l´enregistrement de valeurs record de températures et vibrations. Dans le passé, la centrale avait même essayé d´équilibrer les ventilateurs en recourant à une ressource tiers, mais les défaillances de roulements avaient continué ».

L´analyse exhaustive de l´application par NSK comportait un examen des défaillances des roulements à l´avant et à l´arrière. Un certain nombre de problèmes, dont notamment une corrosion de contact, furent observés au niveau du diamètre externe de la bague extérieure. Les deux roulements présentaient à l´évidence une piste ayant supporté une charge axiale, à en juger par la bande de roulement plus large et plus marquée. C´est inhabituel, car les ventilateurs étaient configurés avec un agencement fixe et à extrémité libre - ce, afin de permettre la dilatation de l´arbre en fonction des températures de fonctionnement -, l´extrémité libre ne supportant ainsi qu´une charge radiale.  

Le roulement à extrémité libre présentant une charge axiale, NSK a pu attribuer la cause profonde des défaillances en cours à un montage incorrect des roulements. Des roulements à rouleaux sphériques de forte capacité dans des paliers à semelle SNN ont été par conséquent préconisés, accompagnés d´une correction du dispositif de fixation. Les roulements à rouleaux sphériques NSK font appel à des matériaux de pointe adaptés à des vitesses et charges élevées. Dotés de tolérances de bague spéciales pour supporter les vibrations, les chocs et le désalignement, ces roulements sont stabilisés en température jusqu´à 200°C. En outre, les roulements à rouleaux sphériques de forte capacité constituaient un choix privilégié : leur conception interne offre en effet une fiabilité supérieure pour les unités de ventilation industrielles à entraînement direct montées en porte-à-faux, grâce essentiellement à des nervures de bagues intérieures assurant un meilleur guidage des rouleaux.

« Un essai a été effectué avec notre équipe d´ingénieurs qui a supervisé l´installation et mis en oeuvre nos préconisations », explique Dennis Briggs-Price. « Résultat : aucune défaillance de roulements constatée sur une période de 12 mois. En outre, notre solution s´est traduite par une productivité accrue, avec des coûts de maintenance et de temps d´arrêt réduits et une durée de vie des roulements multipliée par quatre ».

Comme on le voit à travers cet exemple, l´utilisation de roulements inappropriés ou leur installation incorrecte est susceptible de réduire le rendement des machines ou des unités industrielles, voire de paralyser l´ensemble de l´installation. Le programme AIP de NSK est conçu pour améliorer l´efficacité et la rentabilité des processus d´exploitation et de maintenance en réalisant des économies à chaque étape à valeur ajoutée.

Les spécialistes expérimentés de NSK utilisent une méthode éprouvée pour développer la solution idéale adaptée à chaque application spécifique, en collaborant avec le client et en prenant en compte toutes les exigences dans les moindres détails. A la centrale électrique britannique, le processus AIP englobait des services allant de l´examen initial et du choix de produit à la formation du client et à l´inspection finale. Les résultats parlent d´eux-mêmes. Grâce à la nouvelle solution, des économies annuelles de 134 040 € ont été réalisées en raison de la réduction des coûts de roulements, de montage et de temps d´arrêt.

 

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