Montage horizontal et vertical du moteur : différence de roulement et de graissage

Le fait qu'un moteur électrique soit monté horizontalement ou verticalement semble à première vue n'être qu'un choix d'implantation. Or ce choix influence directement de nombreux équilibres mécaniques, du type de roulement à la disposition du graissage, de la protection contre les entrées d'eau à la durée de vie. Un moteur monté horizontalement et un moteur de même puissance monté verticalement sont conçus différemment à l'intérieur. Un moteur utilisé dans la mauvaise position rencontre des problèmes tels que la fatigue précoce du roulement, la fuite de la graisse sous l'effet de la gravité ou l'entrée d'eau dans l'arbre. Au sein de DRG Motor, nous traitons en détail dans cet article les différences de roulement, de graissage, de charge axiale et de protection entre le montage horizontal et le montage vertical du moteur, et nous expliquons quelle position est la bonne pour quelle application.

Que signifient montage horizontal et vertical ?

Le montage horizontal est l'implantation classique dans laquelle l'arbre du moteur est parallèle au sol. Les types de montage B3 (à pattes) et B5 (à bride) sont le plus souvent utilisés à l'horizontale. Le montage vertical est l'implantation dans laquelle l'arbre est perpendiculaire au sol, orienté vers le haut ou vers le bas ; il est désigné par des codes tels que V1, V3, V5, V6, V18. Vous trouverez le cadre général relatif à l'ensemble des types de montage dans notre article types de montage B3, B5, B14 et B35 .

La différence fondamentale entre les deux positions réside dans la manière dont la gravité agit sur les pièces internes du moteur. À l'horizontale, la gravité agit perpendiculairement à l'arbre, tandis qu'à la verticale elle crée une force le long de l'axe de l'arbre, c'est-à-dire s'appliquant directement sur les roulements.

Charge axiale : la différence la plus critique

En montage horizontal, le poids du moteur et la charge de l'arbre sont d'abord de direction radiale (perpendiculaire à l'arbre). En montage vertical, le poids propre du moteur ainsi que la poulie ou la roue montée sur l'arbre créent une charge axiale dirigée vers le bas, le long de l'axe de l'arbre. Cette charge axiale détermine directement le choix du roulement sur les moteurs verticaux. Le roulement d'un moteur destiné à un montage vertical est choisi pour supporter cette force axiale permanente ; sinon, le roulement se fatigue rapidement.

Les différences dans le choix du roulement

Sur les moteurs horizontaux, on utilise généralement des roulements à billes dans les deux paliers ; ceux-ci supportent bien la charge radiale. Sur les moteurs verticaux, des roulements spéciaux capables de supporter la charge axiale peuvent être préférés dans le palier supérieur. Sur les pompes verticales soumises à une charge axiale élevée, on utilise des solutions augmentant la capacité axiale, comme les roulements à contact oblique. Vous trouverez en détail les facteurs qui influencent la durée de vie du roulement dans notre article prolonger la durée de vie du roulement .

Graissage et problème de rétention de la graisse

Sur un moteur horizontal, la graisse se répartit de manière équilibrée autour du roulement sous l'effet de la gravité. Sur un moteur vertical, en revanche, la graisse a tendance à fuir vers le bas à cause de la gravité. C'est pourquoi les moteurs verticaux peuvent nécessiter un joint supplémentaire ou une conception de réservoir de graisse pour la retenir. Un roulement dont le graissage reste insuffisant chauffe et tombe en panne prématurément. Dans les applications verticales, les intervalles de graissage peuvent devoir être plus rapprochés.

Entrée d'eau et drainage

En montage vertical, si l'arbre est orienté vers le haut, le risque d'égouttement d'eau ou de liquide sur la sortie d'arbre augmente. Dans ce cas, on utilise un capot anti-gouttes (drip cover) pour empêcher l'eau de pénétrer du côté arbre du moteur. Si l'arbre est orienté vers le bas, les trous de drainage doivent être correctement positionnés afin que l'eau de condensation ne s'accumule pas à l'intérieur du moteur. En montage horizontal, les trous de drainage se trouvent au point le plus bas du moteur et l'eau de condensation s'évacue facilement.

Tableau comparatif du montage horizontal et vertical

Relation entre l'indice de protection IP et la position

Sur les moteurs montés verticalement, arbre orienté vers le haut, la protection contre les entrées d'eau et de poussière devient plus critique. C'est pourquoi, dans les applications verticales, on préfère généralement un indice de protection IP plus élevé. Sur les moteurs verticaux travaillant en extérieur ou dans des zones lavées, l'indice de protection détermine directement la durée de vie du moteur.

Refroidissement et flux d'air

Sur les moteurs horizontaux, le ventilateur arrière crée un flux d'air régulier le long du carter du moteur. En montage vertical, surtout lorsque l'arbre est orienté vers le haut, la poussière ou les feuilles accumulées sur le capot du ventilateur peuvent entraver le flux d'air. C'est pourquoi la conception du capot de ventilateur et un nettoyage régulier gagnent en importance sur les moteurs verticaux. Un passage d'air obstrué provoque une surchauffe du moteur.

Différence entre arbre vers le haut et arbre vers le bas en montage vertical

Le montage vertical comporte lui-même deux variantes principales. En position arbre vers le haut (comme V5, V6), le moteur est protégé de la charge et du risque d'eau situés au-dessus de lui. En position arbre vers le bas (comme V1, V3), l'étanchéité est au cœur de la décision afin que l'eau de condensation ne reflue pas vers le moteur. Dans les deux cas, la direction de la charge axiale change ; cela influence la conception du roulement et du graissage. Pour la bonne position, notre article choix du type de montage vous guide.

Applications de pompes verticales

Les pompes immergées et à arbre vertical constituent le domaine d'utilisation le plus répandu du montage vertical. Dans ces applications, le moteur supporte la poussée axiale créée par la roue de la pompe et se situe généralement au-dessus de la pompe. Pour le choix du bon moteur dans les applications de pompe, notre article choix du moteur électrique de pompe à eau fournit des informations détaillées. Sur les moteurs de pompes verticales, la capacité axiale du roulement est calculéeen fonction du débit de la pompe.

Les avantages du montage horizontal

Le montage horizontal est généralement plus simple du point de vue de l'entretien et de la maintenance. Le remplacement du roulement, l'ajout de graisse et les contrôles généraux sont plus pratiques en position horizontale. De plus, les moteurs horizontaux sont produits en standard dans une gamme d'applications plus large, ce qui facilite l'approvisionnement et le stock de secours. La grande majorité des applications de convoyeur, de ventilateur, de compresseur et d'entraînement général fonctionne en montage horizontal.

Position de montage et alignement de l'accouplement

Dans les deux positions, l'arbre du moteur est aligné avec la machine entraînée. En montage horizontal, l'alignement de l'accouplement se fait dans le plan parallèle au sol, tandis qu'en montage vertical l'alignement est contrôlé sur l'axe vertical. Un défaut d'alignement signifie, dans les deux cas, vibrations et panne précoce du roulement. Un bon alignement de l'arbre et de l'accouplementconserve toute son importance, indépendamment de la position de montage.

Vibrations et résonance

Les moteurs montés verticalement sont plus sensibles aux vibrations et à la résonance, en particulier lorsqu'ils travaillent avec de longs arbres de pompe. Si les fréquences propres du moteur et de la machine sont proches de la vitesse de fonctionnement, une résonance peut apparaître. Dans ce cas, le choix de la carcasse, la rigidité de la fixation et, si nécessaire, une conception antivibratoire entrent en jeu. En montage horizontal, les vibrations se contrôlent généralement plus facilement par le socle et les boulons de fixation.

Choix de la position dans les applications avec réducteur

Sur les moteurs raccordés à un réducteur, la position de montage est déterminée par le sens d'entrée du réducteur. Certains réducteurs exigent une entrée verticale, d'autres une entrée horizontale. La compatibilité moteur-réducteur étant assurée, la position de montage du moteur doit être compatible avec la bride d'entrée du réducteur. Une mauvaise position crée des problèmes tant de graissage que de charge axiale.

Effet de la position sur la maintenance

Sur les moteurs verticaux, le graissage et le contrôle du roulement se font plus fréquemment, car la fuite de graisse et l'effet de la charge axiale fatiguent davantage le roulement. Sur les moteurs horizontaux, un calendrier de maintenance standard suffit généralement. Dans les deux cas, des étapes de maintenance régulières sont appliquées ; les vibrations, la température et l'état de la graisse sont surveillés.

Relation entre le variateur de fréquence et la position

Les moteurs horizontaux comme verticaux peuvent être entraînés par un variateur de fréquence . Sur les moteurs alimentés par variateur et fonctionnant à faible vitesse, le refroidissement par leur propre ventilateur s'affaiblit ; ce phénomène est plus marqué dans les positions verticales et sujettes à l'obstruction. Si nécessaire, un ventilateur de refroidissement externe est utilisé. Dans les systèmes à variateur, la position de montage est évaluée conjointement avec la planification du refroidissement.

L'importance du bon choix de position

Le choix entre montage horizontal et vertical n'est pas seulement une question d'encombrement du moteur. Le type de roulement, la disposition du graissage, la protection contre l'eau et le calcul de la charge axiale dépendent de ce choix. Un moteur utilisé dans la mauvaise position tombe en panne prématurément sur le terrain, même si la puissance indiquée sur sa plaque est correcte. C'est pourquoi la position est déterminée dès le début du choix du moteur et toute la conception mécanique s'y conforme.

La position dans les applications industrielles

Différentes applications industrielles exigent différentes positions de montage. Les agitateurs et les pompes verticales fonctionnent en montage vertical, les convoyeurs et les ventilateurs en montage horizontal. Notre article moteurs électriques industriels offre un large cadre sur la manière dont le montage et la puissance sont choisis dans différentes applications.

Plan de secours pour les moteurs verticaux

Les moteurs spéciaux montés verticalement peuvent être moins facilement disponibles que les moteurs horizontaux standard. C'est pourquoi, sur une pompe verticale ou un agitateur critique, l'approvisionnement préalable d'un moteur de rechange est une condition préalable à la continuité de la production. Un moteur de rechange possédant le même code de montage, le même type de roulement et la même dimension de bride permet un remplacement rapide en cas de panne et évite les longs arrêts.

Contrôles de première mise en marche après le montage

Quelle que soit la position de montage, plusieurs contrôles sont effectués avant la première mise en marche du moteur. Le sens de rotation, le bruit du roulement, le niveau de vibration et, si nécessaire, l'état de la graisse sont vérifiés. Sur les moteurs verticaux, le jeu axial et la libre rotation de l'arbre sont également contrôlés. Sur les moteurs horizontaux, on vérifie que les boulons du socle sont serrés au couple correct. Les contrôles de première mise en marche permettent de détecter tôt les problèmes propres à la position et posent les bases d'un fonctionnement durable.

La position sur les moteurs à deux vitesses

Les moteurs fonctionnant à deux vitesses peuvent être montés aussi bien horizontalement que verticalement. Cependant, en position verticale, la charge axiale et les vibrations qui apparaissent à la vitesse élevée deviennent plus marquées. Si des moteurs électriques à deux vitesses entraînent une pompe ou un ventilateur vertical, la charge axiale aux deux vitesses est évaluée conjointement dans le choix du roulement. Le couple soudain qui apparaît lors du changement de vitesse impose une charge plus importante au roulement en position verticale.

Conditions ambiantes et position

Dans les environnements poussiéreux, humides ou corrosifs, la position de montage modifie l'efficacité de la protection. En position verticale, si l'arbre est orienté vers le haut, la poussière et le liquide venant du dessus se dirigent directement vers le moteur ; cela exige une protection plus élevée et un nettoyage régulier. En position horizontale, ces risques sont généralement moindres. Les conditions ambiantes peuvent être aussi déterminantes que la puissance dans le choix de la position.

Longueur de l'arbre et charge en porte-à-faux

Dans les applications verticales, en particulier sur les pompes et les agitateurs, un long arbre de transmission est ajouté à l'arbre du moteur. Ce long arbre impose une charge en porte-à-faux supplémentaire au roulement du moteur. Plus l'arbre est long, plus le moment de flexion créé augmente. C'est pourquoi la conception du roulement et de l'arbre des moteurs verticaux est renforcée pour supporter la charge en porte-à-faux. En montage horizontal, ce type de charges en porte-à-faux est généralement plus limité.

Montage vertical des moteurs à bride

Le montage vertical se fait le plus souvent avec des moteurs à bride (B5, B14), car la bride transmet tout le poids du moteur et la charge axiale à la machine. En position verticale, la dimension de la bride et le type de perçage déterminent la sécurité de la suspension du moteur. Sur les grandes pompes verticales, on préfère des liaisons à bride rigides comme B5/FF. Pour comprendre la différence entre les types de bride, il est utile de vous pencher également sur le sujet des types de perçage des brides B5 et B14 ; la bonne bride influence directement la sécurité du montage vertical.

Applications d'agitateurs et de mélangeurs

Les agitateurs des installations chimiques, alimentaires et de traitement des eaux usées sont un exemple typique du montage vertical. Le moteur est généralement monté au-dessus de la cuve, arbre orienté vers le bas, et fait tourner la pale de l'agitateur par l'intermédiaire d'un long arbre. Dans ces applications, la charge axiale varie selon la résistance du liquide créée par la pale. En raison du long arbre, le contrôle des vibrations et de la résonance revêt une importance particulière sur les moteurs d'agitateur.

La position sur les ventilateurs de tour de refroidissement

Les ventilateurs de tour de refroidissement constituent une autre application répandue du montage vertical du moteur. Le moteur travaille généralement dans la partie supérieure de la tour, dans un environnement humide et corrosif. C'est pourquoi un indice de protection IP élevé et une isolation résistante à l'humidité sont nécessaires. En position verticale, la poussée axiale créée par la pale du ventilateur est déterminante dans le choix du roulement. L'environnement humide permanent influence aussi le plan de graissage et de lubrification.

Type de graisse et choix de la consistance

Sur les moteurs verticaux, pour que la graisse ne fuie pas sous l'effet de la gravité, une graisse de consistance plus élevée (plus ferme) que sur les moteurs horizontaux peut être préférée. Le type de graisse est choisi en fonction de la température de fonctionnement et de la vitesse de rotation. Une graisse de mauvaise consistance peut, en position verticale, s'écouler du roulement et laisser une zone sans lubrification. C'est pourquoi le choix de la graisse est fait avec plus de soin dans les applications verticales que sur un moteur horizontal.

Position de montage et orientation de la boîte à bornes

Lorsque la position de montage change, l'orientation de la boîte à bornes et de l'entrée de câble est également replanifiée. Sur un moteur monté verticalement, une entrée de câble orientée vers le haut augmente le risque d'infiltration d'eau ; c'est pourquoi l'entrée de câble est généralement dirigée vers le bas ou sur le côté. Sur de nombreux moteurs, la boîte à bornes peut être tournée à différents angles ; cette souplesse permet d'obtenir la bonne entrée de câble selon la position de montage.

La position dans les grues et les systèmes de levage

Dans les systèmes de levage, le moteur est généralement monté horizontalement et raccordé à un réducteur. Cependant, dans certaines configurations de levage particulières, la position verticale peut aussi se rencontrer. Lors du choix d'un moteur de grue et de levage , la position de montage influence à la fois l'implantation de l'unité de frein et la charge du roulement. Sur les moteurs frein, le frein est choisi de façon à fonctionner correctement selon la position.

La bonne position de montage avec DRG Motor

Horizontale ou verticale, chaque position de montage entraîne ses propres exigences de roulement, de graissage et de protection. En tant qu'équipe DRG Motor, dans notre gamme de moteurs asynchrones AC, nous associons le bon type de roulement, la bonne disposition de graissage et le bon indice de protection à la position de votre application. Entraînez-vous une pompe verticale ou un convoyeur horizontal ? Partagez votre besoin avec nous et déterminons ensemble le moteur adapté à la position de montage. Pour plus d'informations techniques, vous pouvez consulter notre article types de montage et, pour votre projet, contacter DRG Motor .