Hudson Products : 60 ans d'innovation dans les ventilateurs en fibre de verre

Hudson Products s'est tourné vers les presses hydrauliques Wickert pour une presse similaire à ses presses existantes, mais avec des commandes mises à jour et un degré de fonctionnalité et de contrôle supérieur. Source : Wickert Hydraulic Presses

Hudson Products (Hudson, Beasley, Texas, États-Unis) est un fabricant leader d'échangeurs de chaleur à air et de ventilateurs axiaux. Les ventilateurs axiaux Tuf-Lite en fibre de verre de l'entreprise sont en production depuis plus de 60 ans et sont privilégiés pour les applications industrielles. Plus de 250 000 ventilateurs Tuf-Lite sont actuellement en service dans le monde.

La série Tuf-Lite a débuté en 1955 avec le Tuf-Lite I, doté d'une pale en composite renforcé de fibres de verre. Depuis sa création, le ventilateur a connu plusieurs itérations. Le ventilateur original était fabriqué en une seule pièce monolithique, moulée en partie creuse. Le Tuf-Lite II a été introduit en 1984 pour améliorer la fabricabilité des pièces du ventilateur. Selon Nick Rizzo, responsable des opérations chez Hudson Products, il était difficile de maintenir le profil de l'aile monolithique d'origine tout en respectant les exigences des pièces. Une nouvelle conception en deux parties a été conçue, avec une pale comprenant une aile et un support, ou col. La conception a également vu un changement dans son moyeu central. Dans le design Tuf-Lite I, le col moulé de la pale monolithique s'emboîtait dans une douille du moyeu, tandis que dans le design Tuf-Lite II, le col cylindrique de la pale était maintenu en place par deux demi-serrages sandwichés entre une plaque de moyeu supérieure et inférieure. Le Tuf-Lite III a été introduit en 2004, revenant à la conception de pale monolithique mais conservant la convention de serrage.

Les conceptions Tuf-Lite II et Tuf-Lite III d'Hudson utilisent une résine vinylester exclusive dans un processus de moulage par transfert de résine (RTM). Un système de protection de bord d'attaque exclusif est également intégré, et un revêtement résistant aux UV est appliqué à l'extérieur de la pale. Les ventilateurs sont conçus pour résister à la corrosion et maximiser le rapport résistance/poids. Les pales intègrent une vrille et un effilement aérodynamiques conçus pour fournir une distribution d'air uniforme et une efficacité énergétique tout en minimisant les vibrations.

Hudson a identifié un besoin sur le marché pour un ventilateur de grand diamètre à faible bruit et a vu une opportunité pour une nouvelle itération de la série Tuf-Lite. Pour le Tuf-Lite IV, l'entreprise a employé la technologie de dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour une conception axée sur la réduction du bruit et un écoulement d'air efficace.

« Le concept de conception derrière le Tuf-Lite IV était de nous permettre de mettre en service une pale qui fonctionnerait aussi efficacement que nos conceptions existantes, mais à une vitesse de rotation plus faible », explique Rizzo.

Le design résultant du Tuf-Lite IV est calqué sur le Tuf-Lite III, mais est environ 20 % plus grand. En raison de la taille accrue du ventilateur, la nouvelle conception n'était pas compatible avec l'équipement de fabrication existant d'Hudson.

« C'est une pale significativement plus grande que ce que nous avons moulé auparavant dans le style monolithique », dit Rizzo. « Elle a une corde beaucoup plus large, elle est significativement plus longue et la forme de l'aile a un balayage ou une courbure prononcée. »

Hudson Products avait besoin d'une presse capable de gérer l'outillage de 5 m x 1 m nécessaire pour mouler les pales du ventilateur Tuf-Lite IV. Source : Wickert Hydraulic Presses

Hudson avait besoin d'une presse capable de gérer l'outillage de 5 sur 1 mètre requis pour mouler les pièces. Les presses composites d'Hudson étaient auparavant développées et construites en interne, mais pour le nouveau design de ventilateur, l'entreprise s'est tournée vers Wickert Hydraulic Presses (Hebron, Kentucky, États-Unis ; Landau, Allemagne) pour une nouvelle presse sur mesure. En plus de la taille accrue, le nouveau design de pale présentait plusieurs défis de production. Ceux-ci incluaient des changements dans la séquence de stratification, le type de fibre de verre, la configuration des matériaux, le nombre de couches, les points d'injection de résine et le positionnement des lignes de ventilation. Un nouveau système de résine époxy a également été envisagé pendant la phase de conception, mais au cours du développement, Hudson est revenu au vinylester utilisé dans les itérations précédentes.

« Plusieurs options personnalisées ont été incluses dans la presse, spécifiques à leurs moules », déclare Tony Ackerman, ingénieur commercial régional pour Wickert. « Nous avons collaboré avec le fournisseur de moules d'Hudson sur la conception. »

« Nous ne savions pas exactement comment le front de résine allait s'écouler à travers la pièce dans la cavité du moule », explique Rizzo. « Le point de convergence de ce front de résine était également une préoccupation. Avec nos conceptions existantes — étant une application RTM — le moule fermé est ventilé donc pendant que nous injectons la résine sur la pièce, l'air s'échappe par les lignes de ventilation. Une fois la pièce complètement imprégnée, l'idée est que la résine s'écoule par les lignes de ventilation — donc le positionnement de ces lignes de ventilation est très important dans l'outillage. Nous voulons placer ces lignes de ventilation au point de convergence du front de résine pendant qu'il s'écoule sur la pièce. »

Wickert a également collaboré avec Hudson sur le système de contrôle de la presse pour configurer la séquence spécifique, le système d'alarme et l'intégration avec le système de pompe à résine. Le cycle automatique a été conçu pour optimiser le timing d'injection, la pression, le chauffage et le refroidissement. Comme une vessie d'air est utilisée pour créer une cavité dans la pale creuse du ventilateur, Wickert a installé des commandes d'actionnement pneumatique pour indiquer à la vessie d'air quand se gonfler à un moment spécifique du cycle.

« Nos machines existantes ont un niveau d'automatisation dans le cycle de fabrication où l'opérateur peut initier une injection de résine, un cycle d'imprégnation, puis un cycle de chauffage de polymérisation puis un cycle de refroidissement », dit Rizzo. « [Wickert] nous a donné une presse qui accomplissait toutes ces exigences — nous avons pu programmer un cycle opérateur automatique qui fonctionnait de manière similaire à ce que nos presses existantes nous donnaient, avec des commandes mises à jour et un degré de fonctionnalité et de contrôle supérieur par rapport à nos anciennes machines. »

De plus, Wickert a conçu la presse comme une machine hydraulique à actionnement par le haut, ce qui produit une hauteur de travail faible, la rendant facilement accessible pour l'opérateur.

« L'une des fonctionnalités personnalisées sur la presse est un plateau chauffant supérieur capable de pivoter pour se présenter à l'opérateur pour le nettoyage et l'inspection visuelle », ajoute Ackerman.

Bien que l'automatisation de la presse soit encore en cours de finalisation et que certains ajustements logiciels soient encore en cours, Hudson a commencé à produire les ventilateurs Tuf-Lite IV et expédie des unités.

« La largeur de corde plus large et le profil balayé permettent à la pale de fonctionner avec une efficacité accrue à bas régime, offrant un niveau de bruit global inférieur », dit Rizzo des nouvelles pales. « De plus, nous avons pu répondre à ces exigences avec significativement moins de pales par rapport à la conception existante. »

Moins de pales signifie moins de matière, rendant le Tuf-Lite IV plus léger et moins coûteux à produire.