Moteur de turbine de grenaillage : choix, montage et remplacement

Sur une grenailleuse, le moteur de turbine porte le plus souvent la roue directement sur son propre bout d'arbre ; le bon moteur est donc un moteur triphasé à bride qui correspond à la fois à la puissance, à la vitesse et à la dimension d'arbre (D×E) exigées par la machine. Par exemple, le DRG-132S2-2 de 7,5 kW, classe 3000 tr/min, tourne à 2930 tr/min nominal, absorbe 13,7 A sous 400 V et possède un bout d'arbre Ø38×80 mm ; le DRG-132M-4 4 pôles de même puissance tourne à 1460 tr/min, c'est-à-dire qu'il entraîne la même roue à environ la moitié de la vitesse. La puissance par turbine est de quelques kW sur les petites machines à cabine et peut atteindre la plage 15–22 kW sur les grandes machines à crochets et à bande ; la valeur exacte figure sur la plaque de la machine et dans les données de son constructeur.

Le moteur de turbine travaille dans les conditions les plus dures de la grenailleuse : à mesure que les palettes s'usent la roue se déséquilibre, la poussière abrasive attaque le joint d'arbre et la face de bride, et les vibrations passent directement dans le roulement avant. Vous trouverez ci-dessous comment vérifier la vitesse et la puissance à partir du débit d'abrasif, la compatibilité bride et arbre, la protection contre la poussière et la procédure de remplacement du moteur pas à pas. Vous pouvez choisir le modèle adapté parmi les 120 modèles de notre page Acheter un moteur électrique en ligne. Déposer et poser le moteur est un travail mécanique, mais le débranchement du câble d'alimentation, le raccordement au bornier et le contrôle du sens de rotation doivent être confiés à un électricien qualifié.

Que porte le moteur de turbine ? Roue, arbre et roulement avant

Dans une turbine à accouplement direct, le moyeu de la roue est claveté sur l'arbre moteur et se trouve très près de la bride. Le roulement avant (côté entraînement) du moteur supporte à la fois le poids de la roue et la force de balourd générée en rotation. Plus la roue est en porte-à-faux par rapport à l'épaulement de l'arbre, plus le moment de flexion sur le roulement est grand ; le moyeu doit donc porter entièrement contre l'épaulement et être bloqué axialement par une vis et une rondelle dans le trou de centrage du bout d'arbre.

Sur les moteurs DRG, le roulement avant dépend de la hauteur d'axe : 6208-ZZ-C3 en 132, 6309-C3 en 160 et 6311-C3 en 180. Un roulement à jeu C3 laisse de la marge à la dilatation de l'arbre qui chauffe en service. Dans les turbines à courroie, la roue est montée dans un palier séparé ; le roulement du moteur supporte alors la tension de courroie et non le poids de la roue. Cet article porte sur la conception à accouplement direct, car c'est là que la plupart des erreurs sont commises lors du remplacement du moteur.

À l'intérieur de la turbine, l'abrasif tombe du tube d'alimentation dans le distributeur (impulseur), passe par la fenêtre de la cage de contrôle sur les palettes et est projeté depuis leur extrémité sur la pièce. Du point de vue du moteur, le point clé est le suivant : roue à vide, le moteur absorbe un faible courant, et la charge arrive dès l'ouverture de la vanne d'abrasif. L'écart de courant entre ces deux états est la mesure la plus pratique pour savoir si la turbine travaille réellement.

Choix de la vitesse : comment calculer la vitesse périphérique de la roue

Ce qui détermine la vitesse d'impact de l'abrasif sur la pièce, c'est la vitesse périphérique en bout de palette : v = π · D · n / 60 (D : diamètre de la roue, m ; n : vitesse, tr/min ; v : m/s). La même roue donne des vitesses très différentes avec un moteur 2 pôles et un moteur 4 pôles. Les diamètres du tableau ci-dessous sont des exemples ; les vitesses sont les valeurs nominales du DRG-132S2-2 (2930 tr/min) et du DRG-132M-4 (1460 tr/min).

L'énergie transmise à chaque grain varie avec le carré de la vitesse : (1460 / 2930)² ≈ 0,25. Si vous montez un moteur 4 pôles au lieu d'un 2 pôles sur la même roue, chaque grain frappe donc avec environ un quart de l'énergie ; la rouille et la calamine ne partent pas et la rugosité visée n'est pas atteinte. L'inverse est aussi dangereux : entraîner avec un moteur 2 pôles une roue conçue pour 4 pôles peut dépasser la vitesse admissible des palettes et du moyeu. La règle est simple : conservez le nombre de pôles de l'ancien moteur ; si un changement de vitesse est nécessaire, obtenez l'accord du fabricant de la roue.

Sur les machines équipées d'un variateur de fréquence, la vitesse et donc la vitesse périphérique se règlent par la fréquence. À basse fréquence, le ventilateur propre du moteur ralentit aussi et le refroidissement diminue ; sur les turbines appelées à tourner longtemps à basse vitesse, surveillez la température du moteur.

Contrôle de puissance : estimation à partir du débit d'abrasif

La plus grande partie de la puissance de la turbine sert à accélérer l'abrasif. Pour un contrôle grossier, puissance cinétique : P = ṁ · v² / 2. Hypothèses : débit d'abrasif 100 kg/min (≈1,67 kg/s), roue de 500 mm, 2930 tr/min → v = 76,7 m/s.

• Puissance cinétique : 1,67 × 76,7² / 2 ≈ 4,9 kW
• Coefficient de conversion supposé pour le frottement, la ventilation et les pertes des palettes k = 0,7 : 4,9 / 0,7 ≈ 7,0 kW
• Puissance normalisée immédiatement supérieure : 7,5 kW → DRG-132S2-2
• Contrôle du couple : T = 9550 · P / n = 9550 × 7,5 / 2930 ≈ 24,4 Nm ; le couple nominal du catalogue est aussi de 24,4 Nm.

Le coefficient k varie d'une machine à l'autre ; ce calcul sert seulement à voir si la puissance de plaque est cohérente. Le vrai contrôle est la mesure du courant : machine en marche avec pleine alimentation d'abrasif, le courant ne doit pas dépasser le courant nominal du moteur sous 400 V. Si le courant est au-dessus du nominal, vérifiez d'abord le réglage de la vanne d'abrasif et le diamètre de la roue ; s'il reste proche de la valeur à vide, l'alimentation est bouchée ou la fenêtre de la cage de contrôle est mal positionnée.

Modèles DRG selon la puissance de turbine

Montage : bride B5, B35 et compatibilité de l'arbre D×E

Sur la plupart des turbines à accouplement direct, le moteur est fixé au carter de turbine par une grande bride (B5) ; si le moteur repose aussi sur une console, on utilise la forme à pattes et bride B35. Sur les pages produits DRG, les formes de montage proposées sont B3, B5, B14 et B35, et le choix est précisé dans la note de commande. La bride du nouveau moteur doit être identique à l'ancienne ; même 1 mm d'écart sur l'emboîtement fait tourner la roue de manière excentrée dans le carter.

P est le diamètre extérieur de bride, M le diamètre du cercle de perçage et N le diamètre d'emboîtement (centrage). Mesurez sur l'ancien moteur ces trois cotes, le diamètre des trous, le diamètre et la longueur de l'arbre et la largeur de clavette (10 mm en 132S, 12 mm en 160M), puis comparez-les au tableau. Si la longueur d'arbre (E) est plus grande que sur l'ancien moteur, le moyeu ne porte pas contre l'épaulement et la roue reste flottante en bout d'arbre ; si elle est plus courte, le moyeu n'engage pas complètement l'arbre. Pour les plans cotés détaillés, consultez la page dessins techniques des moteurs DRG.

Protéger le moteur contre la poussière abrasive

Les moteurs DRG sont en protection IP55. Le premier chiffre 5 de IP55 signifie « protégé contre la poussière », pas « étanche à la poussière » ; un moteur exposé en permanence à la grenaille d'acier et à la poussière de corindon qui s'échappent de la cabine a donc toujours besoin de précautions. Nous avons traité le sujet de manière générale dans notre article sur le choix d'un moteur IP55 en milieu poussiéreux ; pour le moteur de turbine, les points essentiels sont :

• Le joint entre le carter de turbine et la bride du moteur ainsi que le joint d'arbre côté turbine doivent être en bon état ; l'abrasif qui fuit à cet endroit atteint directement le flasque avant et le joint de roulement.
• Le joint de couvercle de la boîte à bornes et les presse-étoupe (2 entrées en 132 et 160) doivent être serrés ; une entrée inutilisée doit être fermée par un bouchon.
• L'aspiration du capot de ventilateur ne doit pas faire face à la sortie de poussière de la cabine ; le ventilateur soufflerait la poussière directement sur les ailettes.
• La poussière accumulée entre les ailettes réduit le refroidissement ; nettoyez-la périodiquement à l'air comprimé sec, jamais à l'eau.

Vibrations, équilibrage et remplacement de la roue

Les palettes de turbine ne s'usent pas uniformément : les extrémités côté alimentation s'amincissent plus vite et le centre de gravité de la roue se déplace. À haute vitesse, ce petit écart de masse devient une grande force tournante qui use d'abord le roulement avant. Remplacez donc les palettes par jeu complet d'un même groupe de poids, pas une par une, et contrôlez en même temps le distributeur et la cage de contrôle.

Utilisez un extracteur pour déposer la roue ; frapper l'arbre au marteau marque les billes du roulement et le nouveau moteur devient vite bruyant. Lors d'un changement de roulement, utilisez le même type et la même classe de jeu (6208-ZZ-C3 en 132, 6309-C3 en 160). L'information d'équilibrage du rotor figure sur la page produit ; la roue, elle, doit être équilibrée séparément du moteur. Si les vibrations ont augmenté après un changement de moteur, vérifiez d'abord le faux-rond de la roue et du moyeu, puis le serrage des vis de bride.

Remplacement du moteur de turbine : liste de contrôle pas à pas

• Plaque : relevez la puissance, la vitesse, la tension, le couplage (Δ/Y) et le courant de l'ancien moteur.
• Cotes : mesurez la bride P / M / N, le trou S, l'arbre D×E et la largeur de clavette ; comparez-les au tableau ci-dessus.
• Nombre de pôles : choisissez la même classe de vitesse que l'ancien moteur (pour ne pas modifier la vitesse périphérique).
• Couplage : les moteurs DRG de 4 kW et plus sont en 400/690 V, couplés en triangle sur un réseau 400 V et adaptés au démarrage étoile-triangle ; les moteurs 230/400 V de 3 kW et moins sont couplés en étoile sous 400 V.
• Protection : réglez le relais thermique sur le courant nominal (13,7 A pour 7,5 kW) ; vérifiez avec l'outil de sélection relais thermique, fusible et contacteur.
• Démarrage : le rapport de courant de démarrage du DRG-132S2-2 est de 7,9 ; en démarrage direct, le courant instantané est d'environ 13,7 × 7,9 ≈ 108 A. Pour comparer les méthodes, voir la page démarrage étoile-triangle.
• Sens de rotation : faites tourner brièvement le moteur avant de monter la roue et contrôlez le sens ; s'il est inversé, faites permuter deux phases par l'électricien. Une turbine qui tourne à l'envers projette l'abrasif dans la mauvaise direction et use la cage de contrôle.
• Serrage : serrez les vis de bride en croix et contrôlez le faux-rond de la roue au comparateur.
• Première mise en marche : mesurez le courant et les vibrations d'abord à vide, puis avec pleine alimentation d'abrasif, et consignez les valeurs.

Moteurs de cette gamme de puissance

• DRG-132S1-2 – 5,5 kW – 2930 tr/min – 132S fonte
• DRG-132S2-2 – 7,5 kW – 2930 tr/min – 132S fonte
• DRG-160M1-2 – 11 kW – 2945 tr/min – 160M fonte
• DRG-160M2-2 – 15 kW – 2945 tr/min – 160M fonte

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Questions fréquentes

Quelle vitesse pour un moteur de turbine de grenaillage ?

La plupart des turbines à accouplement direct fonctionnent avec un moteur 2 pôles, classe 3000 tr/min ; chez DRG, les vitesses nominales de cette classe vont de 2905 à 2945 tr/min. Certaines roues de grand diamètre sont conçues pour un moteur 4 pôles (1460 tr/min). La plaque de l'ancien moteur vous l'indique ; ne changez pas le nombre de pôles.

Combien d'ampères consomme un moteur de turbine de 7,5 kW ?

Le DRG-132S2-2 absorbe à pleine charge 13,7 A sous 400 V et 14,4 A sous 380 V. Le courant de démarrage vaut 7,9 fois le courant nominal. Le relais thermique est réglé sur 13,7 A.

Pourquoi un moteur de turbine vibre-t-il ?

La cause la plus fréquente est l'usure inégale des palettes. Viennent ensuite des vis de bride desserrées, un moyeu qui ne porte pas contre l'épaulement de l'arbre et un roulement avant usé. Remplacez les palettes par jeu, mesurez le faux-rond du moyeu, écoutez le bruit du roulement.

Peut-on monter un moteur 4 pôles sur une turbine ?

Pas si la roue a été conçue pour un moteur 2 pôles : la vitesse est divisée par deux, l'énergie transmise au grain tombe à environ un quart et l'effet de grenaillage disparaît. Un changement de vitesse ne doit se faire qu'avec l'accord du fabricant de la roue.

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