Considérations clés pour le choix de l'eau

Les roulements lubrifiés à l'eau sont utilisés dans de nombreuses industries, notamment l'hydroélectricité, la marine, l'offshore, la pompe, les puits profonds de grand diamètre et la pétrochimie (où un fonctionnement sans étincelle est impératif), la purification de l'eau et l'assainissement.

Dans tous les environnements, tous les roulements ont des problèmes au fil du temps. Les roulements lubrifiés à l'eau présentent des défis spécifiques pour le roulement, et l'eau abrasive apporte un autre niveau de défis.

Le but de tout matériau de roulement est d'agir comme une interface sacrificielle entre une unité fixe et un arbre rotatif. Le matériau du roulement ne doit pas posséder trop de frottement - le frottement statique qui doit être surmonté pour permettre le mouvement relatif des objets fixes en contact - et être suffisamment rigide pour supporter les charges, mais pas au point de marquer l'arbre en rotation. La sélection des roulements est essentielle lorsque l'on considère ces propriétés.

Que les roulements soient en métal, en polymère/plastique ou en matériau naturel, ils doivent fonctionner sans problème et éviter toute maintenance entre les arrêts planifiés. Voici les principales considérations à garder à l'esprit lors du choix du type de roulement à utiliser.

Sachant que la réduction de la friction est l'objectif final, il est idéal de trouver un matériau doté d'une glaçure autolubrifiante pour briser la friction et ensuite passer facilement à un état hydrodynamique. Il est préférable de trouver des matériaux qui permettent uniquement le coureur et le roulement lui-même sans roulements à billes internes, rouleaux ou autres pièces mobiles.

Les roulements métalliques tels que le bronze, le laiton et le régule ont le coefficient de frottement (COF) le plus élevé au démarrage et ne sont généralement pas utilisés sous l'eau. Les métaux, y compris les roulements à rouleaux en acier dur, dépendent uniquement d'un film fluide d'huile ou de graisse pour fonctionner, ce qui les rend difficiles à sceller correctement dans un environnement aquatique. Une configuration de roulements huilés présente deux risques majeurs : premièrement, le déversement d'huile dans l'eau, puis deuxièmement, une défaillance si seulement 2 % d'intrusion d'eau se produit.

La chimie des plastiques et des polymères est une expérience en cours avec plus de 20 formules. Les matériaux plastiques/polymères ont généralement un faible COF, mais peuvent avoir un "fluage et un gonflement" à long terme, ce qui peut amener les arbres à travailler pour surmonter l'augmentation de la friction de fonctionnement ou se gripper complètement. De plus, les abrasifs dans l'eau de rivière typique peuvent entraîner une usure excessive et des défaillances de ces matériaux. La plupart des plastiques et des polymères reposent sur de grands jeux qui permettent une usure prématurée et des modèles d'usure en forme d'œuf sur le bas du roulement.

Les matériaux naturels lignum vitae et le caoutchouc ont tous deux été introduits comme matériau de roulement approprié au milieu des années 1800 et sont utilisés depuis lors. Le lignum vitae a un faible COF et le caoutchouc a un COF élevé, mais les deux surmontent la friction en présence d'eau. L'une des propriétés du lignum vitae est sa résine de guaiacum qui crée une glaçure qui lui permet de s'auto-lubrifier lorsque l'eau est pompée vers le roulement. C'est cette caractéristique qui permet au lignum vitae de fonctionner dans les puits profonds lorsque l'eau est aspirée par le bas pour recouvrir le roulement.

Le matériau d'appui doit avoir une résistance à la compression élevée pour empêcher l'extrusion du matériau et résister aux charges de bord. Une faible résistance à la compression peut entraîner un fléchissement et un dégagement excessif.

Une résistance ou une ténacité élevée à la fatigue est souhaitable pour éviter les fissures de surface dans le métal et l'hydrolyse dans les plastiques, où l'eau rompt les liaisons chimiques. L'hydrolyse conduit à la détérioration du plastique et à l'introduction de contaminants. Une caractéristique clé des matériaux naturels, le caoutchouc et le lignum vitae, est une élasticité et une ténacité élevées qui permettent aux impuretés de migrer et de s'évacuer dans le canal d'eau de refroidissement. La structure moléculaire et la haute densité du lignum vitae lié dans une structure cellulaire entourée de résine de gaïac lui confèrent une ténacité distincte. Du fait de sa dureté, proche de l'aluminium, le lignum vitae peut supporter les abrasifs dans l'eau brune sans filtrage.

Cela garantit que les dimensions du roulement resteront constantes pendant les périodes de changement de température.

Le matériau du roulement doit être suffisamment élastique pour permettre au roulement de reprendre sa forme d'origine lors du soulagement des contraintes qui peuvent provoquer une distorsion temporaire, un désalignement et une surcharge. De nombreux arbres ne sont pas parfaits. Cela donne à l'arbre un effet de came qui peut provoquer un martèlement sur le roulement, faisant de la mémoire une caractéristique importante.

La conformabilité est importante lorsque les arbres sont entaillés ou piqués. Les roulements métalliques ont peu ou pas de capacité de se conformer et les plastiques peuvent tacher, fondre ou essuyer le matériau sur l'arbre. Le lignum vitae et le caoutchouc se conformeront aux imperfections plutôt qu'à l'usure ou à la fonte.

Contrairement aux babbitts, qui dépendent du métal du roulement pour piéger les impuretés, les roulements lubrifiés à l'eau doivent résister à l'incorporation de matériaux étrangers afin qu'ils puissent être évacués. Aux températures de fonctionnement, la résine de guaiacum dans le lignum vitae crée une glaçure qui la rend presque imperméable à l'incorporation de matières étrangères.

Dès le départ, sélectionnez des matériaux qui ne créent pas de corrosion galvanique en raison de l'utilisation de métaux différents entre le tourillon et le roulement. Si cela est possible, sélectionnez un roulement non conducteur car il évite complètement l'électrolyse.

Tenez compte de l'environnement dans lequel le roulement sera utilisé. Les roulements doivent facilement tolérer tout, de l'eau brune à l'eau de mer et même aux environnements sévères, acides ou alcalins, et être complètement résistants à la corrosion.

La disponibilité des roulements est devenue difficile étant donné que bon nombre d'entre eux sont fabriqués à l'étranger, ce qui rend plus difficile la "livraison juste à temps". La sélection des roulements doit tenir compte du fait qu'un roulement sera là où il est nécessaire quand il est nécessaire.

À la lumière des réglementations actuelles de l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis, des exigences de la National Sanitation Foundation (NSF) 61 et des préoccupations générales en matière de toxicité, la sensibilisation à l'environnement doit faire partie de la sélection des roulements. Les roulements métalliques nécessitent des arrangements d'extraction, de raffinage et de recyclage. Les plastiques/polymères nécessitent une extraction de pétrole, un raffinage et des produits chimiques toxiques dans leur fabrication, et par conséquent, ces matériaux nécessitent plus de considérations pour leur élimination. Le principal avantage des matériaux naturels, le caoutchouc et le lignum vitae, est l'avantage d'être renouvelable. Lignum vitae est prêt tel quel pour l'usinage et l'utilisation immédiate et n'a aucun problème d'élimination. Les sèves de latex doivent être transformées pour devenir du caoutchouc, et il y a des considérations d'élimination avec le caoutchouc.

Lors de la sélection d'un roulement, il est important de ne pas tenir compte uniquement du coût initial. Le coût total d'utilisation comprend les ajustements périodiques et les remplacements anticipés. Faire un remplacement peut être une entreprise importante et comprend probablement des préparatifs majeurs pour accéder au roulement et la main-d'œuvre pour le retirer et le changer. Les coûts de remplacement existent pour les pannes planifiées et non planifiées, de sorte que l'historique des réparations et de la maintenance ainsi que la longévité et la fiabilité sont des considérations importantes dans l'analyse du coût total. Lorsque des pannes imprévues se produisent, des pertes de revenus supplémentaires s'ajoutent. Toutes ces considérations doivent être prises ensemble pour évaluer correctement la valeur réelle d'un roulement. La sélection des roulements est essentielle et cela ne pourrait pas être plus vrai que lorsque l'on considère le coût total d'utilisation. Avec une sélection appropriée, les roulements lubrifiés à l'eau peuvent durer des décennies, offrant un fonctionnement propre et sans huile dans tout, des pompes aux porte-avions.

Gene Metzger est dans les ventes pour Lignum Vitae Amérique du Nord. Metzger est titulaire d'un baccalauréat en ingénierie de l'Université de l'Alabama et d'un MBA en finance de l'Université de Pennsylvanie. Pour plus d'informations, rendez-vous sur www.lignum-vitae.com.