Solutions d'étanchéité pour roulements industriels

Pour fonctionner correctement et durablement, les roulements doivent être protégés de la perte de lubrification et de la contamination externe. Pourtant, les joints d'huile à contact traditionnels peuvent gravement endommager l'équipement. Cette énigme peut être résolue en utilisant des isolateurs sans contact qui protègent à la fois les roulements et l'équipement dans lequel ils sont installés.

Les joints d'huile continuent d'être utilisés, même s'il faut généralement au moins deux et parfois trois de ces joints pour offrir le même niveau de performance qu'un seul isolateur de roulement.

Les isolateurs de roulement comportaient à l'origine des composants métalliques avec des voies simples pour l'étanchéité dynamique et des joints toriques pour l'étanchéité statique de l'arbre et du boîtier d'alésage. Depuis lors, ils sont devenus des appareils hautement sophistiqués avec des tolérances étroites et des voies complexes avec des changements de direction brusques.

Parmi les conditions menant à la défaillance des roulements figurent le lavage de l'équipement, des joints à bague d'exclusion à labyrinthe (LER) inadéquats et une attaque chimique. Ceux-ci peuvent être évités avec des isolateurs de roulement standard.

Bien que la taille et la température soient généralement considérées comme des informations suffisantes pour une solution d'étanchéité efficace, l'application elle-même, le fluide, la pression, la vitesse et toutes les caractéristiques spéciales requises doivent également être connus. Les fiches de données d'application doivent être remplies et soumises aux ingénieurs d'application et de produit pour examen afin de s'assurer que toutes les informations pertinentes ont été fournies.

Construction de l'isolateur de roulement

Les normes de l'industrie restreignent encore le choix d'isolateurs de roulements viables. Par exemple, l'American Petroleum Institute spécifie des matériaux anti-étincelles pour les isolateurs de roulements à utiliser dans les industries du pétrole, des produits chimiques lourds et du gaz.

Cette exigence a également été adoptée par d'autres industries, faisant du bronze le matériau de choix pour les isolateurs de roulements. Si une construction métallique n'est pas requise, des mélanges de PTFE peuvent être utilisés pour fabriquer des isolateurs de palier résistants aux produits chimiques adaptés à une utilisation dans des applications pharmaceutiques et autres.

Les isolateurs de roulement standard sont généralement équipés de joints toriques qui, s'ils sont mal spécifiés, seront le premier composant à tomber en panne sous une attaque chimique et des températures extrêmes. Selon l'application, il est possible de spécifier du FKM, de l'AFLAS ou du silicone encapsulé en PTFE à la place des joints toriques bruns standard en FKM.

Les isolateurs de roulement durent jusqu'à sept fois plus longtemps que les joints d'huile traditionnels, assurant à la fois la rétention du lubrifiant et l'exclusion des contaminants. De plus, ils peuvent désormais également fournir une étanchéité électrique. Le couple et la puissance des moteurs électriques à induction contrôlés par des entraînements à fréquence variable (VFD) à modulation de largeur d'impulsion (PMW) peuvent être ajustés pour fonctionner à un régime inférieur de 40 % pour des économies d'énergie significatives.

Les moteurs à induction non contrôlés fonctionnent sur un schéma d'alimentation à onde sinusoïdale triphasée, dans laquelle la fréquence, la phase et l'amplitude de la puissance d'entrée s'additionnent jusqu'à zéro pour un circuit équilibré. Lorsque des VFD sont utilisés, l'alimentation est fournie sous forme d'impulsions contrôlées appelées tension carrée ou tension en six étapes.

Ces impulsions créent une tension de mode commun (CMV) à couplage capacitif sur l'arbre, qui suit le chemin de moindre résistance à la terre, généralement à travers les roulements. Le film d'huile ne fournit pas une isolation suffisante pour empêcher cette tension excessive et déséquilibrée de former un arc des chemins intérieurs aux chemins extérieurs du roulement. Cet arc électrique agit comme un soudage par points, et les piqûres d'usinage par décharge électrique (EDM) entraînent des dommages par cannelures et une défaillance éventuelle du roulement. Ces dommages produisent un bruit aigu lorsque les éléments de roulement roulent sur les chemins cannelés.

Mise à la terre de l'arbre

Pour éliminer ces dommages, des brosses conductrices ont été ajoutées aux isolateurs de roulement traditionnels pour empêcher la tension de passer à travers les roulements. Offrant un chemin d'encore moins de résistance que les roulements, cela permet à l'excès de tension de se déplacer en toute sécurité vers la terre.

Tout CMV de l'arbre est dissipé par les balais, empêchant l'EDM de se produire. Une étanchéité dynamique supplémentaire peut être fournie sur l'extrémité non motrice d'un moteur en installant un isolateur de roulement traditionnel. Pour les gros moteurs haute puissance, des roulements isolés sont recommandés pour forcer la tension parasite à travers les balais conducteurs.

Les roulements doivent également être protégés contre la pénétration de contamination externe. Les industries telles que l'exploitation minière, la production d'électricité et la production de métaux de première fusion soumettent les équipements à des conditions difficiles. Dans ces environnements, les isolateurs de roulement durent jusqu'à trois ans, contre seulement trois à six mois pour un joint à lèvre de contact typique.

Filtres pour contamination externe

Pour les applications particulièrement sales telles que les broyeurs de charbon et les wagonnets de mine, des filtres à air sont intégrés dans les isolateurs de roulement. Constitués de mousse à cellules fermées, ces filtres empêchent la contamination de pénétrer dans les voies d'étanchéité. La mousse durable est insérée dans une rainure de l'isolateur, dirigeant la contamination vers un orifice de vidange.

Les joints d'huile fendus ont longtemps été utilisés pour éliminer le besoin de démonter l'équipement pour l'installation. Les isolateurs de roulement sont également disponibles dans des conceptions divisées avec certaines restrictions, qui incluent des isolateurs non métalliques, noyés et hybrides qui ne peuvent pas être divisés en raison de leur matériau de construction ou des exigences d'application.

Applications inondées

Les applications où le niveau de lubrification est au-dessus de l'orifice de vidange empêchent l'utilisation d'isolateurs de roulement traditionnels, où le lubrifiant se déplacera à travers les chemins du labyrinthe et fuira.

Ils fuiront également s'ils sont utilisés avec des systèmes de lubrification forcée non ventilés, qui créent des différentiels de pression dans les voies. Les chemins ne retiennent pas la pression, qu'elle soit positive ou négative, de sorte que ces différences de pression entraîneront une fuite de lubrifiant à travers le labyrinthe comme cela se produirait dans des conditions d'inondation.

Ce problème a été résolu avec le développement d'un joint hybride avec des capacités au-delà de celles des isolateurs traditionnels. Ces joints pour applications noyées peuvent être entièrement immergés, retenant autant de pression que la plupart des joints d'huile à usage général.

La diversité des applications d'étanchéité industrielle nécessite de les associer à des isolateurs de roulement sur une base individuelle, en collectant et en prenant en compte toutes les données pertinentes. Cela nécessite une diligence raisonnable, mais la récompense est une solution optimale pour protéger les roulements et prolonger la durée de vie des machines et équipements de l'usine.

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Patrick Rhodes est ingénieur d'application chez Garlock Sealing Technologies, Palmyra, NY.