Ventilateur hélicoïde à aubes directrices (vane-axial) et moteur électrique

Le ventilateur hélicoïde à aubes directrices (vane-axial) est un hélicoïde en virole dont les aubes fixes, placées juste derrière la roue, redressent l'air en rotation et le transforment en pression ; à diamètre égal, il fournit plus de pression qu'un hélicoïde de gaine simple et demande donc un moteur plus puissant. Par exemple, un ventilateur de 1 000 mm pour 54 000 m³/h sous 1 200 Pa conduit à un moteur de 30 kW à 4 pôles ; dans cette classe, le DRG-200L-4 absorbe 53,8 A sous 400 V et utilise la carcasse fonte 200L.

Cet article explique ce que les aubes directrices changent pour le moteur : pourquoi il faut un moteur plus gros, ce que devient le courant quand l'angle de pale change, le démarrage et le montage. Si vous avez les données, vous trouverez la bonne carcasse parmi les 120 modèles de la page Acheter un moteur électrique en ligne. À ces puissances, le raccordement, le démarrage et le contrôle du sens de rotation doivent être confiés à un électricien qualifié.

À quoi servent les aubes directrices et quelle différence avec un hélicoïde simple ?

La roue axiale pousse l'air vers l'avant mais le met aussi en rotation. Dans un hélicoïde de gaine simple, ce tourbillon se poursuit dans la gaine et une bonne part de son énergie est perdue sans travail utile. Dans un hélicoïde à aubes directrices, des aubes fixes profilées placées après la roue redressent ce flux parallèlement à l'axe ; le catalogue d'un fabricant décrit cela comme la conversion de l'énergie de rotation en sortie de roue en travail utile [1]. Résultat : une pression statique plus élevée à débit égal.

Côté terminologie, l'hélicoïde à aubes directrices fonctionne selon le principe axial ; par sa carcasse et son installation, c'est un ventilateur de gaine, raccordé par brides. Ce qui le distingue est la section d'aubes directrices dans la virole. Il sert surtout sur les réseaux longs qui demandent de la pression : extraction industrielle et air de process, ventilation de mines et de tunnels, salles des machines de navires, gaines comportant filtres ou silencieux. Un fabricant présente ces ventilateurs comme adaptés aux mines et à la marine, avec une pression statique jusqu'à 10 in CE (environ 2,5 kPa) [2].

Rôle du moteur : entraînement direct dans le moyeu des aubes

Sur la plupart des hélicoïdes à aubes directrices, la roue est montée directement sur l'arbre moteur et le moteur est logé dans le corps central de la virole. Les aubes jouent ici deux rôles : elles redressent l'air et servent de bras reliant le corps central à la virole. Le moteur est dans le flux ; en air propre, c'est un refroidissement supplémentaire. En air chaud ou chargé, le moteur est sorti du flux : dans les versions à courroie, il est à l'extérieur de la virole et la roue tourne sur un arbre séparé avec ses propres paliers [2]. Le choix dépend de la température et de la nature de l'air.

Partage des responsabilités : diamètre de roue, nombre et angle des pales, conception des aubes et point de fonctionnement relèvent du fabricant du ventilateur ou de l'ingénieur de projet. Le rôle du fournisseur de moteur est de fournir le moteur adapté à la puissance sur l'arbre, à la vitesse, au montage et aux conditions ambiantes donnés. Cas soumis à certification : les mines grisouteuses et atmosphères explosives exigent un moteur certifié ATEX/IECEx, le désenfumage un ensemble ventilateur-moteur certifié EN 12101-3 ; les versions désenfumage des ventilateurs du catalogue cité sont livrées avec cette certification [1]. Les moteurs standard DRG ne sont pas vendus avec ces certificats ; ils ne sont proposés que pour la ventilation normale sans exigence de certification. Le détail mines et tunnels se trouve dans l'article moteurs de ventilation pour mines et tunnels.

Cliquez pour voir les prix actuels des moteurs électriques et commanderVOIR LES PRIX →

Données nécessaires pour choisir le moteur

• Plaque du ventilateur : débit (m³/h), pression totale ou statique (Pa), diamètre de roue
• Réglage de l'angle de pale et puissance absorbée à l'angle maximal (courbe du ventilateur)
• Entraînement : direct ou par courroie ; le moteur est-il dans le flux
• Température, humidité et poussière de l'air ; atmosphère soumise à certification ou non
• Plaque de l'ancien moteur : kW, tr/min, carcasse, tension (400/690 V ?)
• Montage du moteur : par pattes (B3) ou par bride sur la platine du corps central
• Diamètre × longueur d'arbre et fixation du moyeu de roue
• Démarrage : étoile-triangle, démarreur progressif ou variateur
• Cheminement du câble hors de la virole et position de la boîte de raccordement

Puissance : pourquoi les aubes directrices demandent-elles un moteur plus gros ?

La puissance sur l'arbre s'obtient par P_arbre = Q·Δp / η_vent (Q en m³/s, Δp en Pa, P en W). Les aubes directrices améliorent un peu le rendement, mais leur effet principal est de permettre une pression plus élevée ; à débit égal, la puissance sur l'arbre augmente proportionnellement à la pression. Exemple : ventilateur de 1 000 mm, 54 000 m³/h = 15 m³/s, 1 200 Pa, rendement de ventilateur supposé de 0,75 : P_arbre = 15 × 1 200 / 0,75 = 24 kW. En entraînement direct, pas de perte de transmission ; avec 10 % de marge on obtient ≈ 26,4 kW et l'on retient un moteur normalisé de 30 kW. Pour le même débit dans un réseau ne demandant que 600 Pa, 12 kW suffiraient (même rendement supposé) : deux fois plus de pression, deux fois plus de puissance. Refaites le calcul avec vos valeurs dans le calculateur de puissance pompe et ventilateur.

La puissance dépend du diamètre de roue, du débit, de la pression, de l'angle et du nombre de pales, de la vitesse, de la résistance du réseau, de la masse volumique et de la température de l'air, et des pertes de transmission en cas de courroie. On ne peut donc pas attribuer une puissance fixe à un hélicoïde à aubes directrices. Exemple sourcé : dans le catalogue d'un fabricant, les hélicoïdes à aubes directrices de 630 à 1600 mm sont équipés de moteurs IEC B3 à 2, 4, 6 et 8 pôles ; le tableau moteur va de 1,5 kW (800 mm, 6 pôles) à 200 kW (1600 mm, 4 pôles) [1]. Ce même catalogue indique 30 kW et une carcasse 200L pour les ventilateurs de 1 000 mm à 4 pôles [1], ce qui concorde avec le calcul ci-dessus.

Gamme DRG : carcasse aluminium 0,25–11 kW, fonte 0,55–355 kW ; 1000, 1500 et 3000 tr/min ; triphasé, 230/400 V ou 400/690 V ; montage B3, B5, B14 ou B35 sur note de commande. Les moteurs 8 pôles ne font pas partie de la gamme. Le tableau ci-dessous présente, avec leurs prix actuels, des modèles fonte 4 et 6 pôles de 7,5 à 37 kW, courants sur les hélicoïdes à aubes directrices ; les courants servent au réglage du relais thermique.

Angle de pale réglable et courant moteur

Sur la plupart des hélicoïdes à aubes directrices, l'angle des pales de la roue est réglable. Un fabricant règle l'angle de calage en usine selon le point de fonctionnement [3] ; un autre catalogue précise que les pales se règlent au moyeu, mais que la roue doit être rééquilibrée après chaque réglage [1]. Pour le moteur, la règle est simple : plus l'angle est grand, plus la pale prend d'air, débit et pression augmentent ensemble et la puissance sur l'arbre grimpe vite. Ouvrir l'angle sur site « pour aspirer un peu plus » peut donc faire dépasser au moteur sa plaque.

Après tout changement d'angle, faites tourner le ventilateur à pleine charge et mesurez le courant sur les trois phases. Pour le DRG-200L-4, par exemple, le courant mesuré ne doit pas dépasser 53,8 A sous 400 V ; sinon, revenez à l'angle précédent ou choisissez un moteur plus gros d'après la courbe du fabricant. Le relais thermique se règle sur ce courant de plaque ; on ne l'augmente pas pour éviter les déclenchements.

Vitesse, démarrage et montage

Les hélicoïdes à aubes directrices sont généralement de grand diamètre et la vitesse en bout de pale (v = π·D·n/60) limite le choix de polarité. Avec une roue de 1 000 mm, elle vaut environ 77 m/s en 4 pôles (1475 tr/min) et environ 51 m/s en 6 pôles (980 tr/min) ; en 2 pôles (2960 tr/min) elle atteindrait 155 m/s, ce qui n'est pas pratiqué à ces diamètres. Le 2 pôles convient donc aux petits diamètres, le 4 et le 6 pôles dominent au-delà de 800 mm ; quand on recherche un faible bruit, on choisit le 6 pôles et l'on obtient le même débit avec un angle ou un diamètre plus grand. On ne change pas la polarité d'un ventilateur sans resélectionner angle de pale et roue.

Démarrage : l'inertie d'une grande roue allonge le démarrage. En démarrage direct, le courant de démarrage du moteur de 30 kW est d'environ 393 A, d'après le rapport Is/In = 7,3 de la fiche technique. Le moteur étant en 400/690 V, il peut démarrer en étoile-triangle sur un réseau 400 V ; en étoile, le courant tombe à environ un tiers, soit près de 131 A. Voir l'outil démarrage étoile-triangle. Un variateur adoucit le démarrage et règle le débit sans toucher à l'angle des pales.

Montage : la fixation du ventilateur sur la gaine et la forme de montage IEC du moteur sont distinctes. Dans le catalogue cité, les moteurs sont à pattes B3 et fixés par leurs pattes sur la platine du corps central [1] ; il existe aussi des conceptions à moteur à bride [2]. La forme exacte se lit sur le plan du fabricant et sur l'ancien moteur ; pour un ventilateur en gaine verticale, le montage vertical est précisé à la commande. Pour toutes les applications, voir la page Moteurs de ventilateur.

Moteurs DRG pour ventilateurs à aubes directrices

• DRG-160L-4 – 15 kW – 1465 tr/min – 160L fonte
• DRG-180L-4 – 22 kW – 1470 tr/min – 180L fonte
• DRG-200L-4 – 30 kW – 1475 tr/min – 200L fonte
• DRG-225S-4 – 37 kW – 1485 tr/min – 225S fonte

Cliquez pour voir les prix actuels et commander ces moteursVOIR LES PRIX →

Ventilateur axial à aubes directrices : questions fréquentes

Que signifie ventilateur vane-axial ?

C'est un hélicoïde à aubes directrices : des aubes fixes placées après la roue redressent l'air en rotation et le transforment en pression. Un hélicoïde de gaine simple (tube-axial) n'en possède pas.

Quelle puissance pour le moteur d'un hélicoïde à aubes directrices ?

Il n'y a pas de valeur fixe ; elle se calcule à partir du débit, de la pression et du rendement du ventilateur. Exemple : pour 54 000 m³/h sous 1 200 Pa sur un ventilateur de 1 000 mm, la puissance sur l'arbre est de 24 kW et le moteur retenu est un 30 kW à 4 pôles.

Si j'augmente l'angle des pales, le moteur suffira-t-il ?

Pas toujours. La puissance sur l'arbre augmente vite avec l'angle ; après réglage, mesurez le courant sur les trois phases et vérifiez qu'il reste dans la valeur de plaque. La roue doit aussi être rééquilibrée.

Combien d'ampères consomme un moteur de ventilateur de 30 kW à 4 pôles ?

Le DRG-200L-4 absorbe 53,8 A sous 400 V et 56,6 A sous 380 V ; en 400/690 V, il peut démarrer en étoile-triangle sur un réseau 400 V.

Envoyez-nous la plaque du ventilateur, le réglage de l'angle des pales et la plaque de l'ancien moteur : nous déterminerons ensemble le modèle DRG qui atteint le point de fonctionnement. Téléphone +90 (542) 666 11 11, e-mail [email protected], page contact. Tous les modèles et les prix actuels : Acheter un moteur électrique en ligne.

Sources

1. CVS Air – CVS-A/GV Axial Vane Fan, technical catalogue (PDF) – 630–1600 mm, jusqu'à 285 000 m³/h ; pales réglables, rééquilibrage après réglage ; moteurs IEC B3 2/4/6/8 pôles ; tableau moteurs 1,5–200 kW ; versions désenfumage certifiées EN 12101-3
2. Hartzell Air Movement – Adjustable and Fixed Pitch Vaneaxial – pression statique jusqu'à 10 in CE (environ 2,5 kPa) ; mines et marine ; versions à courroie avec moteur hors du flux
3. Systemair – AXC-E axial fans (product page) – angle de calage réglé en usine selon le point de fonctionnement ; aubes directrices pour une pression plus élevée