Températures extrêmes. Aucun compromis.
Les roulements sont des composants essentiels dans presque toutes les machines auxquelles on peut penser.
Ils sont essentiels aux éoliennes et aux véhicules électriques, aux équipements sidérurgiques et aux modestes appareils ménagers... Et tous ces roulements doivent fonctionner de manière fiable, parfois pendant des années, voire des décennies, quelles que soient les conditions auxquelles ils sont exposés.
Il peut s'agir d'environnements extrêmement propres, où l'hygiène est un impératif. Ou peut-être des conditions extrêmement difficiles, comme celles que l'on trouve dans les mines, les carrières et les cimenteries. Il peut s'agir d'environnements humides, où les roulements doivent faire face à un afflux constant d'eau ou d'autres liquides. Mais dans cet article, nous allons nous intéresser aux températures extrêmes, où les roulements doivent continuer à rouler, quelles que soient les températures, chaudes ou froides.
Qu'il s'agisse de la chaleur torride d'une usine sidérurgique ou des conditions glaciales de l'exploration arctique, nous parlons de températures auxquelles les roulements standard ne peuvent tout simplement pas être fiables.
Concevoir et fabriquer des roulements qui peuvent résister à de tels extrêmes thermiques exige des années d'expertise, des matériaux spécialisés, des stratégies de lubrification avancées et des solutions d'ingénierie innovatrices. Heureusement, ce sont des choses que NSK peut offrir, en alliant la performance, la durabilité et la fiabilité par toutes températures.
Chaud
Chez NSK, nous classons la chaleur extrême comme étant toute température supérieure à 120°C, la température de fonctionnement standard d'un roulement ordinaire lubrifié à la graisse.
Il s'agit évidemment d'une chaleur torride, bien que de nombreux roulements spécifiques doivent supporter des températures encore plus extrêmes, autour de 400°C lorsqu'il s'agit de la fabrication de l'acier par exemple, et potentiellement certains environnements qui peuvent atteindre 1000°C (très brièvement) dans certaines applications aérospatiales (bien que le roulement n'atteindra pas ce seuil).
Il est important de se rappeler que, si un roulement doit fonctionner à ces températures extrêmes, tous ses éléments doivent être capables de résister à la chaleur.
Il ne s'agit pas seulement du matériau dont sont faits les cages, les bagues et les éléments roulants (bien qu'il s'agisse évidemment d'un facteur important), mais aussi des joints, des protections et des lubrifiants. En effet, le lubrifiant est souvent le facteur limitant, les lubrifiants conventionnels échouant à des températures supérieures à 120 - 150°C.
Une option est la graisse Krytox, qui est essentiellement l'étalon-or pour les hautes températures, les environnements chimiquement agressifs ou riches en oxygène. Krytox offre une stabilité thermique bien supérieure à 250°C, une inertie chimique et est souvent utilisée lorsque la compatibilité avec l'oxygène est critique.
Une autre solution consiste à utiliser des lubrifiants solides, qui constituent essentiellement une couche glissante entre deux surfaces, ce qui les empêche de se frotter l'une contre l'autre. Il s'agit essentiellement d'un solide qui joue exactement le même rôle qu'un liquide ou une graisse.
En ce qui concerne les joints, NSK utilise des joints Viton qui peuvent supporter des températures allant jusqu'à 200°C en continu et même jusqu'à 250°C en courtes rafales.
Ils offrent une longue durée de vie et une haute performance non seulement dans les températures extrêmes, mais aussi dans les produits chimiques, étant très résistants aux huiles, aux carburants, aux solvants et aux acides, offrant ainsi une protection beaucoup plus grande que les joints en caoutchouc standard. On les trouve souvent dans des environnements tels que les moteurs automobiles, l'aérospatiale, les usines chimiques et les machines industrielles.
En ce qui concerne l'offre de produits à haute température de NSK, nous avons des options à partir de 150°C (X26) jusqu'à 250°C (X29).
Au-delà de cette limite, vous devez vous tourner vers notre gamme Spacea, spécialement conçue pour les environnements extrêmes. Dans cette gamme, nos roulements YS et SJ utilisent un lubrifiant solide à base de bisulfure de molybdène (MoS2) pour résister à des températures allant jusqu'à 350°C et 400°C, respectivement. Ces lubrifiants solides permettent de fonctionner dans des environnements où les graisses conventionnelles s'évaporent ou se décomposent.
Le froid
Les roulements pour températures extrêmement froides sont en fait moins courants que leurs homologues pour environnements extrêmement chauds.
Cela s'explique en grande partie par le fait que le froid extrême est beaucoup plus rare que la chaleur extrême dans presque tous les processus industriels. Cela ne signifie pas pour autant qu'il n'y a pas de demande. Dans certains secteurs, tels que l'exploration spatiale, la médecine, l'exploration de l'Arctique et la cryogénie, ils sont absolument vitaux.
Les défis posés par le froid extrême sont souvent l'inverse de ceux posés par la chaleur extrême. Dans le premier cas, les lubrifiants ne fonctionnent pas car les huiles et les graisses s'épaississent ou gèlent. Les composants métalliques se contractent (au lieu de se dilater), ce qui peut modifier les jeux internes. Certains roulements peuvent devenir rigides ou lents, ce qui signifie qu'ils ont du mal à commencer à tourner lorsqu'il fait froid.
Les solutions comprennent l'utilisation de lubrifiants spécialisés pour les basses températures ou d'alternatives solides (comme pour les roulements soumis à des températures extrêmes), l'adoption d'aciers spécialisés ou de céramiques comme le nitrure de silicium et l'ajustement des jeux internes pour tenir compte de la contraction des matériaux. Certains roulements sont même équipés de cages flexibles qui peuvent se déplacer en fonction des changements thermiques.
Un exemple remarquable de l'offre de NSK pour les environnements froids est celui de nos roulements à billes autolubrifiants pour les pompes submersibles dans les applications cryogéniques.
Ces roulements en acier inoxydable, avec des cages en plastique fluoré autolubrifiant, sont de plus en plus adoptés par les principaux fabricants.
Ces pompes peuvent être utilisées en continu ou par intermittence, à des températures allant jusqu'à -250°C. Le double palier de l'arbre de la pompe est un élément de conception absolument critique et doit être résistant à la corrosion. Aucune lubrification ne peut être utilisée si ce n'est le fluide qui circule autour du roulement.
NSK a donc développé une série de roulements à billes à gorge profonde spécialement pour ces conditions de fonctionnement exceptionnelles, avec un certain nombre de caractéristiques de conception clés qui les distinguent des roulements de pompe conventionnels. Ces roulements sont généralement en acier inoxydable martensitique AISI 440C ou similaire, offrant à la fois une résistance à la corrosion et une force mécanique à des températures cryogéniques.
Une cage stable qui occupe tout le volume intérieur du palier assure le guidage des éléments roulants (également en acier inoxydable), tandis que le matériau de la cage, un plastique fluoré autolubrifiant, garantit un fonctionnement à faible frottement du palier sans lubrification externe. En outre, le plastique fluoré haute performance est extrêmement résistant à l'usure et offre de bonnes propriétés à basse température à des vitesses allant jusqu'à 3600 tr/min. La cage est composée de deux pièces, les moitiés étant reliées par des rivets en acier inoxydable.
Ces roulements à billes à gorge profonde offrent une durée de vie nettement plus longue que d'autres roulements pour ce type d'application, comme ceux dont la cage est fabriquée en résine phénolique dure. Bien entendu, ces roulements conviennent également aux pompes utilisant d'autres gaz cryogéniques tels que l'azote.
Naturellement, comme la demande de roulements pour environnements froids continue de croître, nous continuerons d'innover, tout comme nous l'avons fait pour les roulements pour températures extrêmes, et nous nous attendons donc à d'autres percées dans ce domaine dans les années à venir.
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