Moteur de jet fan de tunnel : ventilation des longs tunnels et puissance du moteur

Le moteur d'un ventilateur de jet de tunnel se dimensionne selon la répartition, entre les ventilateurs, de la poussée totale nécessaire sur toute la longueur du tunnel : faire circuler l'air à 3 m/s dans un tunnel de 1 500 m et de 60 m² de section demande environ 2 980 N de poussée ; si l'on y emploie 8 jet fans de 1 000 mm de diamètre, chacun absorbe environ 10 kW sur l'arbre et tourne avec un moteur 4 pôles de la classe 11–15 kW. Dans le catalogue d'un fabricant, les jet fans de tunnel ont des puissances moteur de 2,2 à 30 kW, des vitesses de 1 440 à 2 950 tr/min et des diamètres de 560 à 1250 mm [1][2].

Outre la puissance, la seconde question est la fonction du moteur. La plupart des jet fans de tunnel servent aussi à orienter la fumée en cas d'incendie ; le moteur fait alors partie d'un ensemble certifié avec le ventilateur selon l'EN 12101-3 et se remplace par le moteur certifié du fabricant du ventilateur. DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques ; nos moteurs standard ne sont pas vendus avec une certification de désenfumage. Les propositions DRG de cet article concernent uniquement les ventilateurs sans fonction de désenfumage, assurant la ventilation normale ; les modèles correspondants figurent parmi les 120 modèles de la page Acheter un moteur électrique en ligne.

Qu'est-ce qu'un jet fan de tunnel et en quoi diffère-t-il d'un jet fan de parking ?

Un jet fan de tunnel est un ventilateur hélicoïde (axial) à virole cylindrique ouverte aux deux extrémités, suspendu à la voûte ou à la paroi latérale du tunnel. Le terme désigne un usage : le principe de fonctionnement est axial et l'installation est une unité libre, sans gaine. Des silencieux équipent les deux côtés de la virole et le moteur se trouve au milieu de celle-ci, dans le flux d'air ; dans le catalogue d'un fabricant, la boîte de raccordement est placée à l'extérieur de la virole [1].

Le principe est le même que pour un jet fan de parking, mais l'échelle et le travail diffèrent. Dans un parking, il suffit de porter l'air sur quelques dizaines de mètres jusqu'au puits d'extraction ; dans un tunnel, il faut mettre en mouvement dans une seule direction une masse d'air longue de plusieurs centaines de mètres. Les ventilateurs de tunnel ont donc un diamètre plus grand, une poussée plus élevée et sont le plus souvent à 4 pôles ; ils sont disposés le long du tunnel par paires ou par groupes de trois, à distances définies. Chaque groupe est un anneau de poussée qui réaccélère le jet ralenti du groupe précédent.

La chaîne de poussée le long du tunnel : combien de ventilateurs, combien de kW ?

En ventilation de tunnel, le choix ne part pas d'un ventilateur isolé mais de la résistance totale du tunnel. L'air frotte sur les parois et perd de la pression à l'entrée et à la sortie ; le vent contraire au portail et le trafic s'opposent aussi à l'écoulement. La somme de ces pertes multipliée par la section du tunnel donne la poussée totale requise. Dans l'exemple ci-dessous, les valeurs sont des hypothèses ; le calcul réel du projet revient à l'ingénieur tunnel.

La poussée par ventilateur se calcule par T = ρ · Q · v. Elle n'est cependant pas transmise en totalité au tunnel : le ventilateur étant proche de la voûte, une partie du jet frotte sur la paroi (un coefficient d'installation de 0,85 est retenu ici) et, comme l'air du tunnel circule déjà à 3 m/s, seul l'excédent de vitesse du jet est utile, ce qu'exprime le facteur (1 − u/v). Au final, un ventilateur de 543 N fournit environ 404 N utiles dans le tunnel et il en faut 8 pour 2 980 N.

Puissance moteur d'un ventilateur

• Section de sortie : π × 1,0² / 4 = 0,785 m² ; débit : 0,785 × 24 = 18,85 m³/s (environ 67 860 m³/h)
• Pression dynamique du jet : 0,5 × 1,2 × 24² ≈ 346 Pa
• Puissance sur l'arbre : P_arbre = Q·Δp / η_vent ; en supposant un rendement du ventilateur de 0,65 silencieux compris, 18,85 × 346 / 0,65 ≈ 10,0 kW
• Avec 10 % de marge, 11,0 kW : cela correspond sur le papier à un moteur de 11 kW, mais sans aucune réserve.
• En hiver à −10 °C, la masse volumique de l'air est d'environ 1,34 kg/m³ ; la puissance sur l'arbre augmente dans la même proportion, jusqu'à environ 11,2 kW.

Dans cet exemple, un moteur de 15 kW ou un point de fonctionnement plus bas se pose donc ; le fabricant du ventilateur tranche avec sa propre courbe. Un modèle de catalogue de 1 000 mm, 4 pôles, proche de notre exemple, est donné avec un moteur de 11 kW et 580 N de poussée [2] ; que notre calcul soit du même ordre valide la méthode, pas la valeur exacte. Pour vérifier avec vos propres valeurs, utilisez le calculateur de puissance pompe et ventilateur.

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Vitesse et polarité : pourquoi les ventilateurs de tunnel sont-ils surtout à 4 pôles ?

Dans un ventilateur de tunnel, le choix de la polarité est limité par la vitesse en bout de pale. Une roue de 1 000 mm tournant à 1 470 tr/min a une vitesse en bout de pale d'environ 77 m/s ; si la même roue tournait à 2 950 tr/min avec un moteur 2 pôles, cette vitesse monterait à 154 m/s, ce qui est inacceptable pour une grande roue du point de vue des contraintes, de l'équilibrage et du bruit. C'est pourquoi, dans le catalogue d'un fabricant, les modèles 2 pôles se limitent à 560–710 mm, tandis que les grands modèles de 630 à 1250 mm sont à 4 pôles [2]. Les ventilateurs 2 pôles de petit diamètre conviennent aux tunnels étroits ou courts ; les 4 pôles de grand diamètre aux longs tunnels routiers.

Le bruit compte aussi : dans le même catalogue, les niveaux sonores des modèles 4 pôles sont nettement inférieurs à ceux des modèles 2 pôles de poussée comparable [2]. Cette différence importe près des têtes de tunnel ou dans les galeries où travaille le personnel de maintenance.

Virole avec silencieux, deux sens et haute température

Les ventilateurs de tunnel se distinguent des autres ventilateurs hélicoïdes par trois caractéristiques :

• Virole avec silencieux : des silencieux sont ajoutés aux deux extrémités. Cela augmente légèrement la résistance du ventilateur, donc la puissance requise ; le rendement utilisé dans le calcul du moteur doit inclure les silencieux.
• Deux sens : selon le sens du trafic, le vent ou le scénario incendie, l'air peut être poussé dans un sens ou dans l'autre. Une roue réversible à pales symétriques donne une poussée proche dans les deux sens ; le sens du moteur s'inverse en permutant deux phases ou par variateur. La grande roue ayant une forte inertie, il faut attendre son arrêt complet avant d'inverser, et ce délai est inscrit dans le scénario du projet. Le travail sur l'armoire doit être fait par un électricien qualifié.
• Classes haute température : les ventilateurs ayant une fonction incendie sont proposés dans des classes telles que 200, 300 ou 400 °C pendant 2 heures [1]. L'EN 12101-3 définit les conditions d'essai de ces classes [3]. Ces classes n'ont de sens que si ventilateur et moteur sont certifiés ensemble ; on ne peut pas dire qu'un moteur standard « tiendra » en regardant sa classe d'isolation.

Dans les longs tunnels, les ventilateurs peuvent aussi être à deux vitesses [1] : la petite vitesse suffit en trafic courant, la pleine vitesse sert quand la charge augmente. À la place d'un moteur deux vitesses, on peut employer un moteur à une vitesse et un variateur ; le rôle du variateur dans le scénario incendie est défini dans le projet du tunnel.

Données nécessaires au choix du moteur

• Plaque du ventilateur : modèle, diamètre, poussée (N), vitesse, puissance installée, sens (un ou deux sens).
• Plaque de l'ancien moteur : kW, tr/min, tension et couplage (400/690 V ?), carcasse CEI, forme de montage, diamètre et longueur d'arbre.
• Fonction du ventilateur : a-t-il un rôle dans le scénario de désenfumage ? Si oui, classe de certification et informations du fabricant sur le moteur de rechange.
• Démarrage : direct, étoile-triangle, démarreur progressif ou variateur.
• Ambiance : températures minimale et maximale dans le tunnel, suie, eau de lavage, sel et vibrations.
• Accès : l'entretien d'un ventilateur en voûte impose la fermeture d'une voie ; le poids du moteur et le sens de démontage comptent.

Les responsabilités sont distinctes. Le calcul de ventilation du tunnel, le nombre et l'implantation des ventilateurs, la courbe du ventilateur, la conception de la roue et de la virole avec silencieux relèvent du fabricant du ventilateur et de l'ingénieur du projet. Le rôle du fournisseur du moteur est de fournir un moteur adapté à la puissance sur l'arbre, à la vitesse, au montage et aux conditions ambiantes donnés.

Montage et raccordement du moteur

Le moteur est fixé au support situé au milieu de la virole et la roue est montée directement sur l'arbre du moteur ; il n'y a ni courroie ni accouplement. Selon le modèle, la liaison au support est à pattes ou à bride ; la forme de montage CEI exacte du moteur se prend sur le plan du fabricant du ventilateur. La suspension du ventilateur à la voûte et ses plots antivibratoires sont une question distincte. Les moteurs DRG sont livrés en montage B3/B5/B14/B35 selon la note de commande.

Dans la gamme DRG, les moteurs de 4 kW et plus ont un bobinage 400/690 V ; ils se couplent en triangle sur un réseau 400 V et conviennent au démarrage étoile-triangle. La grande roue d'un ventilateur de tunnel allonge le temps de démarrage : réglage du relais thermique et mode de démarrage doivent être pensés ensemble. Pour les options, voir l'outil de démarrage étoile-triangle.

Correspondance avec les moteurs DRG

La gamme DRG couvre 0,25 à 11 kW en carcasse aluminium et 0,55 à 355 kW en fonte, 1000/1500/3000 tr/min, triphasé, 230/400 V ou 400/690 V ; le montage B3/B5/B14/B35 est défini par la note de commande. La plage de 2,2 à 30 kW des jet fans de tunnel entre dans cette gamme, mais cela ne signifie pas que les ventilateurs de tunnel du marché sont des produits DRG ni qu'un moteur DRG peut équiper tout ventilateur de tunnel. Le tableau des modèles et des prix placé au milieu de cet article concerne uniquement les ventilateurs sans fonction de désenfumage : galeries auxiliaires, tunnels de service ou ventilateurs complémentaires sans fonction incendie définie dans le projet.

Pour le ventilateur de 1 000 mm de notre exemple, on considère le DRG-160M-4 en 11 kW, ou le DRG-160L-4 en 15 kW si plus de réserve est nécessaire. Le diamètre d'arbre et la bride doivent convenir au moyeu de la roue et au support ; comparez-les avec les cotes de l'ancien moteur. Pour les exigences générales des moteurs en galeries souterraines et en ventilation de mine, voir notre article sur les moteurs de ventilation pour mines souterraines et tunnels, et pour l'effet d'un changement de vitesse sur la puissance, notre article sur les lois d'affinité. Toutes les applications de ventilation sont sur notre page Moteurs de ventilateur.

Moteurs DRG pour jet fans de tunnel

• DRG-112M-4 – 4 kW – 1 450 tr/min – 112M fonte
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1 460 tr/min – 132M fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1 465 tr/min – 160M fonte
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1 465 tr/min – 160L fonte

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Moteur de jet fan de tunnel : questions fréquentes

Quelle puissance pour le moteur d'un jet fan de tunnel ?

Il n'y a pas de valeur fixe ; diamètre, vitesse du jet et nombre de ventilateurs la déterminent. Dans le catalogue d'un fabricant, la puissance moteur des jet fans de tunnel va de 2,2 à 30 kW [1]. Pour votre ventilateur, référez-vous à la puissance de la plaque.

Pourquoi les jet fans de tunnel tournent-ils avec des moteurs 4 pôles ?

Sur une grande roue, la vitesse 2 pôles élève trop la vitesse en bout de pale. Sur une roue de 1 000 mm, elle est d'environ 77 m/s en 4 pôles et d'environ 154 m/s en 2 pôles. Les ventilateurs de tunnel de petit diamètre utilisent aussi le 2 pôles.

Peut-on monter un moteur standard sur un ventilateur de tunnel à fonction incendie ?

Non. Le moteur fait partie de l'ensemble certifié avec le ventilateur selon l'EN 12101-3 ; le remplacement se fait avec le moteur certifié du fabricant du ventilateur. Les moteurs standard DRG ne sont pas vendus avec cette certification.

Combien de jet fans faut-il dans un tunnel ?

Perte de pression totale × section du tunnel donne la poussée requise ; on la divise par la poussée effective par ventilateur. Dans notre exemple, 8 ventilateurs ressortent pour un tunnel de 1 500 m. Le nombre exact est fixé par l'ingénieur du projet.

Envoyez-nous la plaque de votre ventilateur et celle de l'ancien moteur, et nous déterminerons ensemble le bon modèle : téléphone +90 (542) 666 11 11, e-mail [email protected], page contact. Les moteurs DRG MOTOR sont garantis 2 ans à compter de la date de livraison contre les défauts de matériaux et de fabrication (certificat de garantie). Pour les prix actuels, voir Acheter un moteur électrique en ligne.

Sources

1. Vitlo – TUNEL-AXF tunnel jet fan (page produit) – 560–1250 mm, option deux vitesses et réversible, virole avec silencieux, classes de température.
2. Vitlo – TUNEL-AXF Tünel Jet Fanı (catalogue, PDF) – tableau des modèles : 2,2–30 kW, 1 440–2 950 tr/min, poussée et niveaux sonores.
3. BS EN 12101-3 – Smoke and heat control systems, Part 3: Powered smoke and heat control ventilators – classes haute température et conditions d'essai.