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Aug 04, 2023

Roulements conçus pour les liquides abrasifs

Particules dans l'eau d'une centrale de production

Les particules dans l'eau d'une usine de production centrale à Kansas City, aux États-Unis, provoquaient la défaillance des traversées après 30 mois. Un matériau de roulement autolubrifiant à base de caoutchouc naturel a été suggéré en remplacement. Le résultat a été une période de cinq ans sans aucun problème de performance et une économie estimée à environ 60 000 USD.

Trigen-Kansas City Energy Corporation est une société Veolia. Elle cogénère de l'électricité et fournit de la vapeur et de l'eau réfrigérée produites de manière centralisée aux clients du quartier central des affaires de Kansas City, dans le Missouri, aux États-Unis. Une pompe à turbine verticale Floway VU capte jusqu'à 24 000 gallons d'eau par minute de la rivière Missouri chargée de limon pour alimenter les refroidisseurs et les générateurs de vapeur. Dans le passé, les particules dans l'eau provoquaient la défaillance des bagues en caoutchouc à support en bronze après environ 30 mois.

JCI Industries, un fournisseur local de services de réparation de pompes et de moteurs électriques basé à Kansas City, a suggéré de passer à Graphallast, un matériau de roulement autolubrifiant à base de caoutchouc naturel fabriqué exclusivement par Graphite Metallizing. Graphallast est particulièrement bien adapté pour un fonctionnement continu lorsqu'il est immergé dans des liquides contenant des abrasifs tels que le sable et les eaux usées. Ces nouvelles bagues ont fonctionné sans aucun problème pendant cinq ans. À ce moment-là, ils ont été retirés lors de l'entretien programmé et ne présentaient aucun signe d'usure. La décision a été prise de remplacer les coussinets malgré le manque d'usure. JCI calcule que les nouvelles bagues Graphallast ont permis d'économiser 60 000 USD en éliminant le besoin de remplacer les bagues et les arbres.

Trigen-Kansas City dessert environ 60 clients dans le quartier central des affaires avec plus de 4 millions de pieds carrés d'espace commercial. La capacité de production de l'entreprise pour Kansas City comprend 1,3 million de livres de vapeur par heure, 10 200 tonnes d'eau réfrigérée et 5 mégawatts de capacité de production d'électricité. L'entreprise exploite un réseau de 6,5 milles de vapeur et 1,5 mille de conduites de distribution d'eau glacée.

JCI dessert un large éventail de marchés, notamment les secteurs municipal, alimentaire, chimique, pétrolier, des services publics et des procédés généraux. JCI maintient plus de 2,5 millions de dollars dans son inventaire qui comprend des pompes, des moteurs, des kits de réparation et des pièces de rechange OEM.

Lorsque la pompe a été installée à l'origine, les ingénieurs de JCI et de Trigen-Kansas City ont spécifié des bagues en caoutchouc avec support en bronze pour les pompes verticales à un étage Floway modèle VU. La pompe VU de 52 pieds est une pompe monoturbine monobloc avec une tête fabriquée déversant au-dessus du sol. L'extrémité d'admission de la pompe est immergée à sept pieds dans la rivière. Sa capacité va jusqu'à 35 000 gallons par minute (7 950 m3/h) et il est conçu pour une pression allant jusqu'à 200 lb/in2 (13,8 bars).

À l'origine, cette pompe était équipée d'un matériau de roulement en caoutchouc dans l'arbre de transmission et les bagues de bol. Ces bagues sont conçues pour les liquides abrasifs mais n'offrent toujours pas une durée de vie satisfaisante dans cette application. JCI utilise un équipement de surveillance des vibrations pour aider à identifier les premiers signes d'usure des bagues afin qu'elles puissent être remplacées avant qu'elles ne causent des dommages importants à la pompe. Cet équipement de surveillance indiquait constamment que les bagues en caoutchouc précédemment utilisées devaient être remplacées environ 30 mois après l'installation.

Le remplacement des bagues était une opération majeure en raison de la probabilité d'endommagement d'autres composants critiques. Lorsque les roulements ont cédé, il a fallu tirer la pompe, ce qui a nécessité l'enlèvement du toit de la station de pompage et l'embauche d'une grue pour soulever la pompe. Ensuite, les techniciens inspectaient l'ensemble de la pompe à la recherche d'usure et de dommages et devaient généralement remplacer l'arbre, usiner les brides et vérifier les ajustements. Le coût de l'ensemble du processus était généralement d'environ 60 000 USD.

Le remplacement des roulements a également mis la pompe hors service pendant plusieurs semaines. Trigen exploite une pompe de rechange et, pendant la majeure partie de l'année, une pompe suffit pour desservir les clients de l'entreprise. Cependant, pendant la haute saison de refroidissement en juillet et août et la haute saison de chauffage en janvier et février, la demande peut dépasser la capacité d'une seule pompe. Il était important pour Trigen de détecter les problèmes d'usure des roulements bien à l'avance afin que les travaux nécessaires soient effectués en dehors des périodes de pointe.

"Nous avons utilisé des douilles de Graphite Metallizing dans une large gamme d'applications avec d'excellents résultats", a déclaré un responsable de service chez JCI. "Notre première expérience avec l'entreprise a été lorsque nous avons utilisé des bagues fabriquées à partir de leur matériau Graphalloy dans les pompes des raffineries. La raffinerie a parfois connu des perturbations qui ont détruit les roulements métalliques conventionnels en raison du grippage ou de la corrosion. Le Graphalloy fournit un coefficient de frottement constant et faible, est autolubrifiant, non grippant et offre une résistance aux chocs thermiques pour protéger contre les défaillances catastrophiques. Les roulements Graphalloy ont éliminé les défaillances catastrophiques et ont fourni une durée de vie beaucoup plus longue dans ces applications."

Plus tard, JCI a entendu parler de Graphallast, un matériau de roulement autolubrifiant à base de caoutchouc naturel qui survit à des conditions de fonctionnement à sec qui détruisent les roulements conventionnels en caoutchouc et en plastique. Le matériau permet des dégagements serrés entre le roulement et l'arbre pour une meilleure stabilité du rotor et des niveaux de vibration réduits. Résistant, dur et résilient, le matériau du roulement est particulièrement adapté à un fonctionnement continu lorsqu'il est immergé dans des liquides contenant des abrasifs.

JCI a proposé d'utiliser le matériau Graphallast GM 801 dans l'application de la pompe. Les dimensions ont été obtenues et les ingénieurs de JCI ont travaillé avec les ingénieurs de Graphite Metallizing pour générer des conceptions détaillées. Le nouveau matériau a permis de resserrer les jeux dans les bagues, ce qui contribue à réduire les vibrations et le bruit. Le matériel a été commandé et installé dans la section de l'arbre de transmission et de la cuve de la pompe. Les arbres étaient revêtus de carbure de tungstène.

Lorsque les nouvelles bagues ont été installées, la réduction du bruit et des vibrations a été immédiatement perceptible. Les coussinets ont été contrôlés régulièrement à l'aide d'un équipement de surveillance des vibrations. Chaque test a indiqué que les douilles étaient en bon état et n'avaient pas besoin d'être remplacées. Malgré toutes les indications selon lesquelles les bagues étaient en état de fonctionnement, Trigen a demandé que la pompe soit retirée et que les bagues soient retirées pour inspection cinq ans après leur installation initiale.

L'inspection n'a révélé qu'une usure mineure indiquant que les roulements avaient clairement plus d'années de vie. Le client a pris la décision de remplacer les bagues car la pompe avait déjà été retirée. Le coût de remplacement des bagues était bien inférieur à celui de l'extraction de la pompe. De plus, les arbres et tourillons ont été recouverts de carbure de tungstène. Ce travail a coûté environ 60 000 $ US et était le seul entretien consacré aux bagues de la pompe au cours des cinq années suivant leur installation.

"Nous avons également trouvé que la métallisation au graphite était très facile à utiliser", déclare un responsable de service chez JCI. Nous appelons leur service d'ingénierie et leur donnons les spécifications d'une nouvelle application et ils recommandent le matériau le mieux adapté. Soit ils nous fournissent des bagues entièrement usinées et prêtes à installer, soit des blocs de matériau que nous usinons selon les spécifications finales dans notre atelier. Cela permet de garder le matériau semi-fini à portée de main afin que nous puissions rapidement le finir dans notre atelier d'usinage pour répondre aux exigences de nos clients. Le résultat est que notre inventaire est beaucoup plus petit.