La conception plus simple de la pompe d'aération réduit les besoins d'entretien

Par Mike Santora | 22 mai 2023

Il y a des moments où une conception de pompe simple et moins d'entretien sont préférées par les utilisateurs de la pompe, en particulier dans les applications d'eaux usées sales salissantes.

Ce fut le cas d'un exploitant de station d'épuration en Afrique du Sud, qui était appelé toutes les deux semaines pour retirer, démonter et nettoyer les pompes à eaux usées de l'une ou l'autre des installations que l'entreprise entretient.

Les pompes d'aération flottent sur les barrages de traitement des eaux usées et garantissent que la décomposition chimique de l'eau sale se produit avant que les eaux usées ne soient traitées davantage. Les pompes garantissent que l'eau reste oxygénée et qu'il y a décomposition aérobie plutôt qu'anaérobie, ce qui entraîne généralement des gaz volatils et toxiques tels que le méthane.

La conception de la pompe qui était en place était une conception de pompe à arbre vertical standard avec une puissance comprise entre 5 kW et 10 kW.

Cependant, la conception des roulements était complexe et sujette aux défaillances avant l'introduction des matériaux Vesconite.

La conception du roulement de l'arbre principal consistait en un roulement à billes avec des joints mécaniques en carbone de chaque côté et le roulement à billes était lubrifié par de l'huile qui était alimentée sous pression dans le système, de sorte que la pression de l'huile était supérieure à la pression de l'eau de chaque côté des joints en carbone, décrit Pertrus Fourie, ingénieur chez Vesconite Bearings.

Le principal problème était que les joints en carbone ramassaient la saleté et la crasse qui se trouvaient dans l'eau naturellement abrasive et s'érodaient. Les joints échoueraient alors et les eaux usées entreraient dans le roulement à billes.

"Quiconque a travaillé avec des roulements à billes saurait que les roulements à billes et l'eau ne sont pas amis", explique Fourie.

"Si vous avez de l'eau près d'eux, ils se corrodent très rapidement, surtout s'il s'agit d'eau abrasive", dit-il.

C'est ce problème qui a entraîné le grippage ou l'arrêt des pompes en raison de la défaillance des roulements à billes, ce qui a entraîné l'appel de la société de pompes d'aération toutes les deux à trois semaines pour l'entretien de la pompe.

L'entretien nécessitait alors de pêcher la pompe hors des eaux usées ; l'ouvrir; nettoyer toute l'eau et la saleté qui étaient emprisonnées à l'intérieur ; et remplacement des roulements à billes.

La société de pompes d'aération a ensuite approché Vesconite Bearings à la recherche d'une solution et Vesconite Bearings et le fabricant d'équipement d'origine (OEM) de la pompe ont effectué plusieurs itérations de conception avant qu'une conception appropriée et efficace ne soit finalisée.

La première conception impliquait le remplacement du roulement à billes, de deux joints en carbone et du système de lubrification par une bague Vesconite Hilube résistante à l'usure et sans gonflement dans le boîtier existant.

La conception était un palier de butée et un palier de guidage radial combinés - un palier d'arbre principal et un palier de butée combinés de sorte qu'il ait des faces de roulement axiales et radiales.

"Nous avons proposé une conception de palier à bride où, en gros, une marche sur l'arbre reposerait sur la bride", déclare Fourie.

"L'arbre vertical reposerait sur le dessus de la bride pour absorber les forces verticales, les forces axiales, puis vous auriez la douille qui absorberait les forces latérales ou les forces radiales", dit-il.

"Dans une pompe qui utilise des paliers lisses dès le départ, vous avez une rondelle de butée ou une bague d'usure séparée et un palier d'arbre principal", note Fourie.

"Mais ici, nous avons hybride les deux parties", dit-il en notant que, parce que les roulements à billes absorbaient la force axiale, Vesconite Bearings a conçu une bague lisse également pour supporter la force axiale.

Cependant, la première conception s'est avérée insuffisante lors des tests sur un banc d'essai avec de l'eau sale dans l'atelier de la société OEM.

Aucune de l'eau qui a traversé la pompe n'a atteint la face de la bride, ce qui a entraîné l'audition et la fonte de cette face particulière.

"J'ai suggéré que la société de pompes découpe des rainures sur la face de la bride pour permettre à l'eau de s'écouler", note Fourie.

"J'ai également suggéré qu'ils ajoutent un collier en acier inoxydable à l'arbre, ce qui augmenterait la zone sur laquelle la force axiale s'appliquerait", dit-il, ajoutant que si vous augmentez la zone, vous diminuerez la pression et diminuerez la charge globale sur le roulement, il est donc moins probable qu'il surchauffe.

Cette deuxième conception fonctionnait mieux, mais quelques rainures se sont bloquées sur la face axiale à cause de l'eau sale, et, encore une fois, cela a entraîné une surchauffe du roulement.

Fourie a encore modifié la conception et a suggéré que l'OEM de la pompe remplace son matériau de roulement par le matériau de roulement de la plus haute qualité de Vesconite Bearings, Vesconite Superlube, qui est connu pour son frottement ultra-faible et sa résistance à l'usure extrême.

Sa conception comprenait également des rainures supplémentaires, des tailles de rainure accrues et des trous à travers la bride en acier inoxydable qui repose sur la face axiale du roulement pour permettre à plus d'eau de s'écouler à travers le roulement.

La troisième itération de conception s'est avérée être un charme et la société sud-africaine de traitement des eaux usées est satisfaite des performances de sa pompe.

L'amélioration exacte de la durée de vie n'a pas encore été quantifiée, car les pompes qui ont été installées avec la dernière conception de roulement fonctionnent toujours, après avoir été installées en octobre 2023.

Parmi les autres avantages, citons le fait que la société a réduit la lubrification à l'huile qui, avant l'introduction de Vesconite Superlube, avait lieu toutes les quatre à six semaines en fonction de la qualité de l'eau et se déroule actuellement entre quatre et six mois avec Vesconite Superlube, explique le directeur des opérations de la société de traitement des eaux usées, qui ajoute que la société décide toujours d'un calendrier de maintenance final acceptable pour l'application Vesconite Superlube.

De plus, la solution de Vesconite Bearings a entraîné l'élimination des joints en carbone et des roulements à billes, rendant le système beaucoup moins complexe et permettant moins de problèmes tout en rendant le système de roulement moins cher en raison de la réduction du nombre de composants.

Le directeur des opérations de la société de traitement des eaux usées note qu'il estime que la solution Vesconite Superlube coûte les deux tiers du coût des roulements et des joints remplacés, avec des économies supplémentaires pour l'utilisateur final car elles ont réduit les temps d'arrêt, la main-d'œuvre et les coûts de service.

L'entreprise a augmenté la durée de vie des roulements et réduit ses coûts d'exploitation. La société a également indiqué qu'il est plus facile d'effectuer la maintenance car il est plus simple de remplacer une bague lisse que de remplacer les joints en carbone et les roulements à billes qui étaient présents dans la conception précédente.

"Il y a beaucoup moins d'endroits où la saleté peut s'accumuler, donc le travail des ingénieurs est un peu moins salissant", déclare Fourie.

Le premier matériau de roulement de Vesconite, Vesconite Superlube, est un produit de niche conçu pour des applications de niche telles que celle-ci, qui se caractérise par une eau extrêmement abrasive et sale.

Le faible frottement du matériau, inférieur à celui du PTFE vierge, est directement proportionnel au faible taux d'usure du matériau.

"Le faible frottement présente également l'avantage de générer moins de chaleur", décrit Fourie.

"Si vous avez une application qui a tendance à surchauffer et à s'user trop vite, Vesconite Superlube est le remplacement idéal car il génère moins de chaleur et s'use moins vite", ajoute-t-il.

Roulements Vesconiteswww.vesconite.com