Considérations clés pour le choix de l’eau

Sep 05, 2023

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

Dans tous les environnements, tous les roulements rencontrent 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 friction (la friction statique qui doit être surmontée pour permettre le mouvement relatif des objets stationnaires en contact) et être suffisamment rigide pour résister aux charges, mais pas au point de rayer 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'un vernis autolubrifiant pour briser la friction et ensuite passer facilement à un état hydrodynamique. Il est préférable de trouver des matériaux qui permettent uniquement la glissière 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 friction (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 roulement huilée 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 présenter un « fluage et un gonflement » à long terme, ce qui peut obliger les arbres à travailler pour surmonter l'augmentation du frottement de fonctionnement ou à se gripper complètement. De plus, les abrasifs présents 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 des jeux importants qui permettent une usure prématurée et des formes d'usure en forme d'œuf au bas du roulement.

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

Le matériau du roulement doit avoir une résistance élevée à la compression pour empêcher l’extrusion du matériau et résister aux charges de bord. Une faible résistance à la compression peut entraîner une élasticité et un jeu excessif.

Une résistance à la fatigue ou une ténacité élevée est souhaitable pour éviter les fissures superficielles du métal et l'hydrolyse des plastiques, où l'eau brise les liaisons chimiques. L'hydrolyse entraîne une détérioration du plastique et 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 d'être évacuées dans le canal d'eau de refroidissement. La structure moléculaire et la haute densité de lignum vitae liée dans une structure cellulaire entourée de résine de gaïac lui confèrent une ténacité distincte. Grâce à sa dureté similaire à celle de l'aluminium, le lignum vitae peut traiter les abrasifs de 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 originale une fois soulagées les contraintes susceptibles de provoquer une distorsion temporaire, un désalignement et une surcharge. De nombreux puits 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.