Types de roulements sans contact dans les turbocompresseurs

Les roulements jouent un rôle essentiel dans toute pièce de machinerie tournante. Ils supportent non seulement la charge de l'ensemble d'arbre rotatif, mais ils atténuent également le frottement généré entre les pièces mobiles et fixes. Les types courants de roulements comprennent les roulements à billes traditionnels, les roulements à rouleaux et les roulements à rouleaux coniques. Ces roulements sont acceptables pour les équipements fonctionnant à des vitesses normales mais sont limités pour fonctionner à des vitesses très élevées en raison de la quantité de chaleur générée. Pour faire fonctionner des machines tournantes à plus de 10 000 rotations par minute (RPM), une solution différente est nécessaire pour éviter une défaillance prématurée.

Entrez les roulements sans contact. Comme leur nom l'indique, ces roulements permettent à l'ensemble rotatif d'être soutenu sans entrer en contact avec aucune autre surface. Les roulements sans contact offrent la plus grande efficacité en éliminant les pertes de roulement typiques dues au frottement entre les éléments roulants. Il existe deux principaux types de roulements sans contact :les roulements à fluide et les roulements magnétiques.

Les paliers fluides sont ensuite décomposés en paliers hydronamiques ou hydrostatiques. Dans les deux types, un fluide tel que l'huile, l'eau ou l'air est utilisé comme support. Les roulements de type statique utilisent un fluide sous pression externe provenant d'une pompe pour supporter l'arbre. Les roulements dynamiques reposent sur l'assemblage rotatif à grande vitesse pour créer un coin sous pression entre l'arbre et la surface du roulement. Pour cet article, nous nous concentrerons sur les paliers fluides de type feuille d'air et les paliers magnétiques en tant qu'options pour les turbocompresseurs à grande vitesse. Examinons de plus près le fonctionnement de ces roulements et les avantages qu'ils offrent.

Roulements à feuille d'air

Les roulements à feuille d'air fonctionnent en partie grâce à l'état antidérapant des fluides. Au fur et à mesure que la vitesse d'un arbre en rotation augmente, les molécules d'air adhèrent à l'arbre et sont finalement tirées en dessous pour former un coussin d'air de soutien. Ce coussin sépare l'arbre et les composants environnants et permet à l'arbre de tourner librement. L'autre composant requis pour le roulement à air est la feuille d'air et la structure de ressort de support qui donne au roulement sa capacité de charge.

Les roulements à feuille d'air ont l'avantage de ne nécessiter aucune pompe ou compresseur externe pour pressuriser l'air. Les feuilles sont constituées de fines pièces d'acier à haute température qui sont formées dans la structure de feuille appropriée. Cela signifie que les roulements offrent les avantages de l'absence de contact pendant le fonctionnement et d'une capacité de charge décente à un coût de fabrication très faible.

Un inconvénient des roulements à feuille d'air est une capacité de charge inférieure à celle des roulements à rouleaux traditionnels. Cela signifie que les ensembles d'arbres supportés doivent être plus petits que ceux supportés par des roulements à rouleaux. Pour cette raison, les machines utilisant ce type de roulement sont limitées à quelques centaines de chevaux. Alors que les paliers à air n'ont pas de contact pendant le fonctionnement normal, ils ont un contact pendant les périodes de démarrage et d'arrêt du fonctionnement de la machine. Cette période de friction de glissement est souvent atténuée par l'application d'un revêtement antiadhésif, tel que le Téflon, sur la surface supérieure de la feuille. Cependant, le revêtement finira par s'user jusqu'à ce que la friction lors des démarrages et des arrêts soit trop élevée et que les roulements tombent en panne.

Roulements magnétiques

Les roulements magnétiques fonctionnent en utilisant des électroaimants pour faire léviter le rotor pendant le fonctionnement. Le courant est injecté dans un ensemble de bobines autour du rotor qui attirent l'arbre vers chaque bobine lorsqu'elles sont actives. En plus de la lévitation générale, le courant injecté est utilisé pour maintenir le rotor en rotation autour du centre de son axe pour éviter tout contact avec les pièces fixes. La vitesse de rotation élevée signifie que la position de l'arbre doit être analysée à une vitesse très élevée pour injecter du courant dans les bobines appropriées et maintenir la rotation de l'arbre en place. Cela nécessite un contrôleur de relèvement avancé.

Les paliers magnétiques présentent plusieurs avantages. Premièrement, il n'y a pas d'usure mécanique même pendant les opérations de démarrage et d'arrêt. Par conséquent, il n'y a pas de durée de vie pratique pour ce type de roulement. De plus, les turbomachines qui subissent une surtension peuvent être protégées contre les dommages pendant la surtension. Les roulements magnétiques peuvent détecter activement les forces de surtension et injecter du courant pour maintenir la rotation de l'arbre dans son axe. L'inconvénient vient du coût supplémentaire des ensembles de bobines magnétiques et du contrôleur de roulement actif. En résumé, la longévité et la fiabilité accrues des roulements magnétiques se traduisent par un prix plus élevé pour l'ensemble de roulement.

Les soufflantes qui utilisent des roulements sans contact peuvent être plus chères, mais elles offrent la plus grande efficacité et le meilleur retour sur investissement sous la forme d'économies d'énergie en éliminant les pertes par frottement des roulements traditionnels. Contactez l'un de nos experts pour voir combien vous pourriez économiser en installant une machine économe en énergie.