Moteur de ventilateur hélicoïde de gaine : choisir le moteur d'un tube-axial

Dans un ventilateur hélicoïde de gaine, le moteur est placé au centre de la virole cylindrique et tourne dans l'air que le ventilateur déplace ; la roue est montée directement sur l'arbre moteur. Le choix du moteur ne se limite donc pas aux kW et à la vitesse : la carcasse doit tenir dans la virole, le moteur doit supporter la température et la poussière du flux d'air, et le câble doit rejoindre sans risque la boîte à bornes située hors de la virole. Par exemple, une virole de 500 mm pour 9 000 m³/h sous 350 Pa conduit à un moteur de 2,2 kW à 4 pôles ; dans cette classe, le DRG-100L1-4 absorbe 4,52 A sous 400 V et son diamètre de carcasse (AC) est de 205,4 mm.

Cet article traite du côté moteur des ventilateurs hélicoïdes tubulaires (tube-axial) : position du moteur dans le flux, encombrement dans la virole, calcul de la puissance et modèle DRG adapté à chaque cas. Si vous disposez de la courbe du ventilateur, vous pouvez choisir le moteur parmi les 120 modèles de la page Acheter un moteur électrique en ligne avec les filtres carcasse, puissance et vitesse. Le raccordement et le contrôle du sens de rotation doivent être réalisés par un électricien qualifié.

Qu'est-ce qu'un ventilateur hélicoïde de gaine et à quel groupe appartient-il ?

Le ventilateur hélicoïde de gaine loge une roue axiale dans une virole cylindrique en tôle et se fixe directement sur le réseau de gaines par des brides à ses deux extrémités. L'air entre dans la roue selon l'axe et ressort dans la même direction. Tubulaire, en virole ou tube-axial désignent le même montage.

« De gaine » ne désigne pas un principe de fonctionnement mais une forme de carcasse et d'installation. Le principe est axial ; ce qui le distingue d'un hélicoïde mural, c'est la virole et le raccordement à brides. La virole réduit le jeu entre bout de pale et tôle, ce qui permet d'atteindre une pression plus élevée qu'une hélice en soufflage libre.

Utilisations typiques : réseaux d'extraction d'ateliers et d'entrepôts, gaines de ventilation de parkings et de chaufferies, aspiration des cabines de peinture et de séchage, gaines de serres et de bâtiments d'élevage, soufflage d'air neuf dans les sites industriels. Point commun : débit élevé, pression moyenne à faible.

Il ne faut pas le confondre avec le ventilateur centrifuge de gaine (centrifuge en ligne). La roue centrifuge dévie l'air de 90° puis le ramène vers l'axe et produit, à taille égale, une pression plus élevée ; l'hélicoïde de gaine est plus court et plus léger, avec un débit élevé et une pression limitée. Côté moteur, l'écart est grand aussi : la plupart des centrifuges en ligne sont livrés avec un moteur intégré au ventilateur.

Le moteur dans la virole : un atout de refroidissement, un risque en air chaud ou poussiéreux

Dans un hélicoïde de gaine, le moteur est fixé sur des bras support soudés ou boulonnés dans la virole, et la roue est montée en bout d'arbre moteur. Il n'y a ni accouplement, ni courroie, ni arbre intermédiaire ; la vitesse du moteur est celle du ventilateur. Ce montage a deux conséquences.

Atout : l'air déplacé passe sur la carcasse du moteur. En air propre et frais, il complète le refroidissement assuré par le ventilateur propre du moteur ; le moteur travaille dans un flux continu et non dans une poche fermée de la gaine.

Risque : si ce même air est chaud, humide, gras ou poussiéreux, le moteur le subit aussi. Le brouillard de peinture se dépose sur la carcasse, copeaux et fibres bouchent les ailettes, l'air gras des cuisines attaque les joints des flasques et l'air chaud élève la température ambiante du moteur. Le catalogue d'un fabricant indique que ses hélicoïdes de gaine standard sont proposés pour un air extrait jusqu'à 55 °C et qu'au-delà une version moteur spéciale est nécessaire [1]. Si l'air dépasse cette limite ou contient des vapeurs inflammables ou explosives, une conception qui place le moteur dans le flux ne convient pas ; il faut un ventilateur à courroie avec moteur hors de la virole, ou un ensemble spécial certifié.

Partage des responsabilités : le choix du diamètre de virole, de l'angle de pale et du point de fonctionnement relève 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 type de montage et aux conditions ambiantes donnés.

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La carcasse tient-elle dans la virole ? Section, moyeu et sortie de câble

Le diamètre de la virole est fixe ; plus le moteur est gros, plus l'anneau de passage de l'air se rétrécit. Le moyeu et le moteur créent une zone d'ombre derrière la roue. Un moteur surdimensionné accélère l'air dans la section restante, ce qui augmente pertes de charge et bruit ; une carcasse bien trop grande ne se monte même pas sur les bras support. Le tableau ci-dessous donne, pour une virole de 500 mm à 9 000 m³/h, la part de la section occupée par la carcasse et la vitesse moyenne de l'air dans l'anneau restant (diamètres issus des données du catalogue DRG, vitesses calculées) :

Conclusion pratique : dans la même virole, passer d'une carcasse 100L à une 160M multiplie environ par 2,3 la part occupée par le moteur. C'est pourquoi « prendre la taille au-dessus par sécurité » est souvent impossible sur un hélicoïde de gaine ; comparez les cotes AC et L du nouveau moteur avec l'ancien. Les cotes de chaque carcasse figurent sur la page dessins techniques.

Comment la boîte à bornes et le câble sortent-ils de la virole ?

Le moteur étant dans la virole, la boîte à bornes est traitée de deux façons : la boîte du moteur est alignée sur une ouverture de la virole, ou le câble est conduit sous gaine de protection jusqu'à une boîte de raccordement extérieure. Dans le catalogue d'un fabricant, la boîte à bornes est montée à l'extérieur de la virole avec une protection IP65 [1]. Lors du remplacement, la position de la boîte à bornes et l'entrée de câble du nouveau moteur (par ex. 1 × M25×1,5 en carcasse 100L) doivent se retrouver au même endroit qu'avant. Si la boîte se trouve du côté opposé, le moteur ne pourra peut-être pas être tourné sur son support ; précisez-le à la commande.

Données nécessaires pour choisir le moteur d'un ventilateur de gaine

Rassemblez les éléments suivants avant de demander un moteur. La première moitié concerne le ventilateur, la seconde le moteur :

• Débit (m³/h) et pression totale (Pa) de la plaque du ventilateur, ou point de fonctionnement sur la courbe
• Diamètre intérieur de la virole et diamètre de roue (mm), et réglage si l'angle de pale est ajustable
• Température, humidité et poussière de l'air, présence de vapeurs d'huile ou de peinture
• Plaque de l'ancien moteur : kW, tr/min, carcasse (par ex. 100L), tension et couplage
• Montage du moteur : fixé au support par les pattes (B3) ou par la bride (B5/B14)
• Diamètre × longueur d'arbre, clavette et mode de fixation du moyeu de roue
• Place disponible dans la virole pour le diamètre (AC) et la longueur (L) du moteur
• Position de la boîte à bornes et cheminement du câble hors de la virole
• Démarrage : direct, étoile-triangle ou variateur ; plage de fréquence en cas de variateur

Calcul de puissance : virole 500 mm, 9 000 m³/h, 350 Pa

La puissance sur l'arbre du ventilateur s'obtient par P_arbre = Q·Δp / η_vent (Q en m³/s, Δp en Pa, P en W). 9 000 m³/h = 2,5 m³/s ; avec un rendement de ventilateur supposé de 0,62, P_arbre = 2,5 × 350 / 0,62 ≈ 1 410 W, soit environ 1,41 kW. En entraînement direct il n'y a pas de perte de transmission (η_transm = 1). Avec une marge de 15 %, le besoin est ≈ 1,62 kW ; 1,5 kW ne suffit pas, la puissance normalisée suivante est 2,2 kW. Un moteur 2,2 kW à 4 pôles est en carcasse 100L et occupe, comme le montre le tableau, environ 17 % de la section d'une virole de 500 mm. Vous pouvez refaire ce calcul avec vos valeurs dans le calculateur de puissance pompe et ventilateur.

Pour un hélicoïde de gaine, la puissance dépend du diamètre de virole et de roue, du débit, de la pression, de l'angle de pale, de la vitesse, de la résistance du réseau et de la masse volumique de l'air. Il n'existe donc pas de valeur fixe « ventilateur de gaine = tant de kW ». Exemple sourcé : dans le catalogue d'un fabricant, des hélicoïdes industriels en virole de 400, 500 et 630 mm sont livrés avec des moteurs asynchrones standard jusqu'à 11 kW [1] ; la version à moteur EC de la même série monte jusqu'à 15 kW sur la plage 315–800 mm [2]. Avec un moteur EC, à rotor extérieur ou intégré, une panne implique en général le remplacement du ventilateur complet ; DRG ne vend pas ces moteurs intégrés.

La gamme DRG est à préciser à part : 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. Si le moteur demandé par le ventilateur est dans cette plage, un moteur DRG peut être monté ; toutes les puissances de ventilateurs du marché ne correspondent pas à un produit DRG.

Le tableau ci-dessous présente, avec leurs prix actuels, des modèles 4 pôles de 0,55 à 5,5 kW adaptés à l'entraînement direct des hélicoïdes de gaine, ainsi qu'un modèle 2 pôles pour les petites viroles. Les courants servent au réglage du relais thermique ; pour aller plus loin, voir l'outil sélection relais thermique, fusible et contacteur.

Pour les petits ventilateurs 2 pôles, le DRG-90L-2 (2,2 kW, 2895 tr/min) est donné en exemple. Les puissances supérieures continuent en carcasse fonte ; une carcasse plus grande à vitesse égale rend indispensable le contrôle d'encombrement du tableau de section ci-dessus. Pour une comparaison générale du montage sur ventilateurs hélicoïdes et centrifuges, voir l'article moteur de ventilateur de ventilation, et pour toutes les applications la page Moteurs de ventilateur.

Vitesse, polarité et montage : que limite le diamètre de la virole ?

Sur un hélicoïde de gaine, la vitesse est le plus souvent fixée par la vitesse en bout de pale : v = π·D·n/60. Avec une roue de 500 mm, elle vaut environ 38 m/s avec un moteur 4 pôles (1450 tr/min) et environ 76 m/s avec un 2 pôles (2895 tr/min). Une vitesse périphérique plus élevée augmente pression et bruit et sollicite la tenue et l'équilibrage de la roue. D'où le 2 pôles courant sur les petites viroles (315–400 mm), le 4 pôles à partir de 500 mm et le 6 pôles sur les grands diamètres. La polarité exacte vient de la courbe du fabricant.

Si la même roue, au même angle de pale, passe de 4 à 2 pôles, la puissance augmente selon les lois de similitude avec le cube du rapport de vitesse : (2895/1450)³ ≈ 8. Dans l'exemple ci-dessus, la puissance sur l'arbre de 1,41 kW monterait à environ 11 kW ; ni le moteur ni la roue n'ont été choisis pour cela. On ne change donc pas de polarité « pour aspirer plus » ; si la vitesse doit varier, on utilise un variateur. Détails dans l'article sur les lois de similitude des pompes et ventilateurs.

Montage : la fixation du ventilateur sur la gaine et la forme de montage IEC du moteur sont deux choses distinctes. Dans un hélicoïde de gaine, le moteur est le plus souvent fixé sur la platine support par ses pattes (B3) ou par sa bride avant (B5 ou B14) ; la forme exacte se lit sur le plan du fabricant du ventilateur et sur l'ancien moteur. Pour un ventilateur en gaine verticale, l'arbre est orienté vers le haut ou vers le bas ; le fonctionnement vertical doit alors figurer dans la commande. Notez aussi si l'air va du moteur vers la roue ou de la roue vers le moteur : le sens de rotation en dépend.

Moteurs DRG pour ventilateurs axiaux en conduit

• DRG-90L-2 – 2,2 kW – 2895 tr/min – 90L aluminium
• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1445 tr/min – 90L aluminium
• DRG-100L1-4 – 2,2 kW – 1450 tr/min – 100L aluminium
• DRG-132S-4 – 5,5 kW – 1460 tr/min – 132S aluminium
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1460 tr/min – 132M aluminium

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Moteur de ventilateur axial en conduit : questions fréquentes

Quelle puissance en kW pour le moteur d'un ventilateur de gaine ?

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 9 000 m³/h sous 350 Pa dans une virole de 500 mm, la puissance sur l'arbre est d'environ 1,41 kW et, avec une marge, le moteur retenu est un 2,2 kW à 4 pôles.

Quand le moteur d'un hélicoïde de gaine grille, change-t-on seulement le moteur ?

Si le ventilateur a un moteur triphasé à carcasse IEC standard, oui ; on le remplace à carcasse, arbre, montage et boîte à bornes identiques. Si le moteur est intégré, à rotor extérieur ou de type EC, c'est en général le ventilateur qui est remplacé ; ces moteurs ne font pas partie de la gamme DRG.

Quel courant absorbe le moteur de 2,2 kW d'un tube-axial de 500 mm ?

Le DRG-100L1-4 à 4 pôles absorbe 4,52 A sous 400 V et 4,76 A sous 380 V ; le relais thermique se règle sur cette valeur.

Peut-on utiliser un moteur standard sur un ventilateur de gaine qui aspire de l'air chaud ?

Le moteur étant dans le flux, la température de l'air est sa température ambiante. Le catalogue d'un fabricant propose la version standard jusqu'à 55 °C [1] ; au-delà, il faut un ventilateur à courroie qui garde le moteur hors du flux, ou la version spéciale du fabricant.

Envoyez-nous la plaque du ventilateur, celle de l'ancien moteur et le diamètre de la virole : nous déterminerons ensemble le modèle DRG qui tient dans la virole et 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. Systemair – AXC-E axial fans (product page) – tailles 400, 500 et 630 mm, moteurs jusqu'à 11 kW ; boîte à bornes à l'extérieur de la virole, air extrait jusqu'à 55 °C
2. Systemair – AXC-EC axial fans (product page) – 315–800 mm, version à moteur EC jusqu'à 15 kW