Roulement de tourillon de broyeur à boulets : métal blanc (Babbitt) par rapport à l'élément roulant, lubrification hydrodynamique et guide des modes de défaillance

Un broyeur à boulets ou un broyeur SAG dans une usine de traitement de ciment ou de minéraux peut peser entre 1 000 et 5 000 tonnes lorsqu'il est entièrement chargé de matériaux de broyage et de minerai. L'ensemble de cette masse rotative est supportée en deux points : les roulements des tourillons à l'extrémité d'alimentation et à l'extrémité de décharge du broyeur. Dans une grande usine SAG, chaque roulement à tourillon peut supporter une charge radiale statique de 3 000 à 8 000 kN sur un diamètre de tourillon d'arbre de 800 à 1 800 mm. Le roulement qui supporte cette charge n'est pas un roulement à éléments roulants standard d'un catalogue : il s'agit d'un roulement hydrodynamique en métal blanc (Babbitt) de précision, fonctionnant sur un mince film d'huile sous pression qui n'a généralement qu'une épaisseur de 50 à 150 microns. Lorsque ce film d'huile est intact, le roulement fonctionne indéfiniment avec une usure pratiquement nulle. Lorsque le film se brise (au démarrage, lors d'une panne d'alimentation en huile ou en cas de surcharge), le contact métal sur métal se produit en quelques millisecondes et la doublure souple en Babbitt se sacrifie pour protéger le tourillon de l'arbre. La défaillance d'un seul roulement de tourillon sur une grande usine SAG peut coûter entre 2 et 5 millions de dollars en perte de production, en réparation d'arbre et en remise en état des roulements.

Ce guide fournit le cadre d'ingénierie complet pour la sélection, la spécification et l'entretien des roulements à tourillon des broyeurs à boulets et des broyeurs - couvrant le choix fondamental entre les roulements en métal blanc (Babbitt) et les roulements à éléments roulants, la théorie de la lubrification hydrodynamique et le nombre de Sommerfeld, la conception du système de lubrification forcée, la spécification du jeu des roulements et les modes de défaillance résultant d'une spécification incorrecte ou de déficiences du système de lubrification.

Partie 1 : Types de roulements à tourillon — Métal blanc vs élément roulant

1.1 Le choix fondamental

Deux technologies de roulements sont utilisées pour le support des tourillons des broyeurs :

Roulements hydrodynamiques en métal blanc (Babbitt) — la technologie dominante pour les grandes usines (diamètre de coque > 3,0 m). Le tourillon tourne à l'intérieur d'une coque de roulement alésée avec précision et recouverte de métal Babbitt. Un film d'huile sous pression sépare le tourillon de la surface Babbitt dans des conditions normales de fonctionnement.

Roulements (roulements à rotule sur rouleaux) — utilisés pour les broyeurs plus petits (diamètre de la coque < 3,0 m) et pour les broyeurs où la simplicité de l'entretien des roulements est prioritaire sur la capacité de charge ultime des roulements hydrodynamiques.

1.2 Technologie de roulement en métal blanc (Babbitt)

Les roulements en métal blanc utilisent une couche d'alliage Babbitt liée à une coque de support en acier ou en fonte. La couche de Babbitt – généralement de 3 à 12 mm d’épaisseur – constitue la véritable surface d’appui qui entre en contact avec le film d’huile.

Compositions d'alliage Babbitt :

Pour les roulements à tourillon des broyeurs à boulets et des broyeurs SAG, le Babbitt à base d'étain (grade 2) est la spécification standard : il offre la meilleure combinaison de résistance à la fatigue, de résistance à la corrosion et d'incrustabilité (la capacité d'absorber de petites particules de contaminants sans rayer le tourillon de l'arbre).

Propriétés clés du Babbitt en tant que matériau de roulement :

• Usure sacrificielle : Babbitt est plus souple que le tourillon d'arbre (généralement 20 à 30 HB contre 200 à 300 HB pour le tourillon durci). Sous contact métal sur métal, le Babbitt s'use préférentiellement, protégeant ainsi le tourillon d'arbre beaucoup plus coûteux des dommages.

• Intégrabilité : La matrice souple de Babbitt peut incorporer de petites particules dures (calcaire, poussière, débris d'usure) qui pénètrent dans le roulement, les empêchant de rayer la surface du tourillon.

• Conformabilité : Babbitt peut se déformer légèrement sous la charge pour se conformer à un désalignement mineur entre l'alésage du roulement et le tourillon, répartissant ainsi la charge plus uniformément qu'un matériau de roulement rigide.

• Limite de fatigue : La principale limitation du Babbitt est sa résistance à la fatigue : sous un chargement cyclique, la couche de Babbitt peut se fissurer et se décoller du support. La pression de roulement admissible pour le Babbitt à base d'étain est généralement de 3,5 à 7,0 MPa pour un fonctionnement continu.

1.3 Roulements pour tourillons de broyeur

Pour les petits broyeurs, les roulements à rotule sur rouleaux sont le roulement standard pour le support des tourillons. Les roulements à rotule sur rouleaux sont sélectionnés parce que :

• Leur capacité d'auto-alignement (jusqu'à ±2,5° de désalignement) s'adapte à la déflexion de l'arbre et au tassement des fondations qui se produisent dans les installations de broyeurs.

• Leur capacité de charge radiale élevée par rapport au diamètre d'alésage

• Leur capacité à supporter des charges radiales et axiales combinées

La limitation des roulements à éléments roulants pour les tourillons de grands broyeurs réside dans la taille d'alésage disponible : les roulements à rotule sur rouleaux standard sont disponibles jusqu'à un diamètre d'alésage d'environ 1 250 mm, ce qui limite leur application aux broyeurs dont le diamètre des tourillons est inférieur à environ 1 100 mm. Pour les usines de plus grande taille, les roulements hydrodynamiques en métal blanc constituent la seule option pratique.

1.4 Critères de sélection : métal blanc vs élément roulant

Partie 2 : Théorie de la lubrification hydrodynamique — Les fondements de la conception des roulements à tourillon

2.1 L'équation de Reynolds et la formation du film d'huile

Le film d'huile hydrodynamique dans un roulement à tourillon est généré par l'action de coin du tourillon rotatif. Lorsque le tourillon tourne, il entraîne l'huile dans l'espace convergent entre la surface du tourillon et l'alésage du roulement. La pression qui s'accumule dans ce coin d'huile convergent soutient la charge du tourillon : c'est la lubrification hydrodynamique.

L'équation déterminante pour la répartition de la pression dans le film d'huile est l'équation de Reynolds :

Où:

• P = pression du film d'huile (Pa)

• h = épaisseur locale du film d'huile (m)

• μ = viscosité dynamique de l'huile (Pa·s)

• u = vitesse de surface du tourillon (m/s)

• x = coordonnée circonférentielle

• z = coordonnée axiale

L’idée clé de l’équation de Reynolds est que la pression du film d’huile – et donc la capacité de charge – est proportionnelle à :

• La viscosité de l'huile  μ (viscosité plus élevée → pression de film plus élevée → capacité de charge plus élevée)

• La vitesse de surface du tourillon u (vitesse plus élevée → plus d'huile entraînée dans le coin → pression de film plus élevée)

• L'inverse de l'épaisseur du film h⊃3 ; (film plus fin → gradient de pression plus élevé → capacité de charge plus élevée, mais également risque plus élevé de rupture du film)

2.2 Le nombre de Sommerfeld — Le paramètre de conception clé

Le nombre de Sommerfeld (S) est le paramètre sans dimension qui caractérise la condition de fonctionnement d'un roulement hydrodynamique. Il combine la géométrie du roulement, la charge, la vitesse et la viscosité de l'huile en un seul chiffre qui prédit le régime de lubrification du roulement :

Où:

• μ = viscosité dynamique de l'huile lubrifiante à la température de fonctionnement (Pa·s)

• N = vitesse de rotation du tourillon (tr/s)

• P = charge unitaire du roulement =

(Pa), où W est la charge du roulement (N), L est la longueur du roulement (m) et D est le diamètre du tourillon (m)

• R = rayon du tourillon (m) =D/2

• C = jeu radial entre le tourillon et l'alésage du roulement (m)

Interprétation du nombre Sommerfeld :

Pour les roulements à tourillon des broyeurs à boulets et des broyeurs SAG, l'objectif de conception est S ≥ 0,30 dans toutes les conditions normales de fonctionnement. Le nombre de Sommerfeld est le plus critique au démarrage (faible N) et dans des conditions de charge de pointe.

2.3 Calcul de l'épaisseur minimale du film

L’épaisseur minimale du film d’huile dans un roulement hydrodynamique est :

Où ε est le rapport d'excentricité (le rapport entre le décalage du centre du tourillon et le jeu radial). Pour un roulement de tourillon de broyeur bien conçu fonctionnant en régime hydrodynamique complet :

Pour un roulement avec un jeu radial de C = 0,5 mm :

L'épaisseur minimale du film doit dépasser la rugosité de surface combinée du tourillon et de l'alésage du roulement d'un facteur de sécurité d'au moins 3 à 5 :

Où  Λ est le rapport d'épaisseur du film (cible  Λ ≥3 ) et Ra est la rugosité de la surface (généralement 

= 0,4 à 0,8 µm,

= 0,8 à 1,6 μm pour Babbitt).

Pour

= 0,4 µm et

= 1,0 μm :

Ce minimum est facilement satisfait par l'épaisseur de film de 150 μm calculée ci-dessus, confirmant que le roulement fonctionne en toute sécurité dans le régime hydrodynamique complet.

2.4 Spécifications du jeu des roulements

Le jeu radial

C entre le tourillon et l'alésage du roulement est l'un des paramètres dimensionnels les plus critiques dans la conception des tourillons :

• Trop petit : un jeu insuffisant restreint le flux d'huile à travers le roulement, réduit le refroidissement et augmente le risque de grippage thermique sous charge.

• Trop grand : un jeu excessif réduit la pression du film d'huile (l'action du coin est moins efficace dans un espace important), augmente l'excentricité du tourillon et provoque des vibrations.

Jeu radial recommandé pour les roulements de tourillon de broyeur :

Pour un diamètre de tourillon de 1 200 mm :

Le jeu doit être mesuré à la température de fonctionnement — la dilatation thermique du tourillon (acier, coefficient ≈ 12 × 10⁻⁶/°C) réduit le jeu effectif à mesure que le broyeur se réchauffe. Pour un tourillon de 1 200 mm fonctionnant à 60 °C au-dessus de la température ambiante :

Cette dilatation thermique consomme une partie importante de l’espace froid – l’espace froid doit être suffisamment grand pour garantir que l’espace chaud reste dans la plage recommandée.

Partie 3 : Conception du système de lubrification forcée

3.1 Pourquoi la lubrification forcée est essentielle

Les roulements à tourillon en métal blanc nécessitent un système de lubrification à circulation d'huile forcée, et non un simple bain d'huile ou une lubrification à la graisse. Les raisons sont fondamentales :

1. Élimination de la chaleur : Le cisaillement visqueux du film d’huile génère de la chaleur. Pour un grand roulement à tourillon de broyeur SAG, le taux de génération de chaleur peut être de 20 à 80 kW par roulement. Cette chaleur doit être évacuée par l’huile en circulation – l’huile agit à la fois comme lubrifiant et comme liquide de refroidissement.

2. Alimentation continue en huile : Le film hydrodynamique doit être maintenu en permanence. Toute interruption de l'approvisionnement en huile, même pendant quelques secondes sous charge, provoque l'effondrement du film et le début du contact métal sur métal.

3. Filtration de l'huile : les contaminants présents dans l'huile (particules d'usure, poussière de broyeur, eau) doivent être continuellement éliminés pour éviter tout dommage abrasif à la surface et au tourillon Babbitt.

3.2 Composants du système de lubrification forcée

Un système complet de lubrification des roulements à tourillon se compose de :

Réservoir d'huile (carter) :

• Capacité : Généralement 500 à 3 000 litres pour les systèmes à tourillons des grands broyeurs

• Matériau : Acier soudé avec revêtement interne ou revêtement en acier inoxydable

• Caractéristiques : voyant de niveau d'huile, capteur de température, alarme de niveau bas, vanne de vidange, trou d'homme d'accès pour le nettoyage

Pompe à huile principale :

• Type : Pompe à engrenages (volumétrique) — fournit un débit constant quelle que soit la pression du système

• Service : Fonctionnement continu lorsque le broyeur est en marche

• Veille : une pompe de secours à 100 % avec changement automatique en cas de panne de la pompe principale – obligatoire pour les grandes usines

Pompe haute pression (vérinage) :

• Type : Pompe à piston — fournit une très haute pression (10 à 25 MPa) à faible débit

• Fonction : soulève le tourillon de la surface Babbitt lors du démarrage en injectant de l'huile haute pression directement sous le tourillon à travers une poche dans l'alésage du roulement. Cela empêche le contact métal sur métal pendant la période de démarrage critique avant l'établissement du film hydrodynamique.

• Fonctionnement : activé automatiquement 2 à 5 minutes avant le démarrage du broyeur ; désactivé lorsque le broyeur atteint la vitesse de fonctionnement et que le film hydrodynamique est confirmé par la stabilisation de la température des roulements

Refroidisseur d'huile :

• Type : échangeur de chaleur à calandre ou à plaques, refroidi par eau

• Service : Maintenir la température d'alimentation en huile entre 40 et 50 °C (entrée du roulement)

• Contrôle : La vanne de dérivation à commande thermostatique maintient une température d'alimentation en huile constante, quelle que soit la température ambiante ou la charge du broyeur.

Filtration d'huile :

• Filtre primaire : filtration absolue de 25 à 50 microns – élimine les particules qui pourraient rayer la surface du Babbitt

• Filtre secondaire (fin) : 10 microns absolus — pour roulements de haute précision

• Séparateur magnétique : élimine les particules d'usure ferreuses de l'huile

• Propreté cible : ISO 4406 classe 16/14/11 ou supérieure pour les roulements de tourillon de broyeur

Instrumentation et verrouillages :

Verrouillage critique : si la pression d'alimentation en huile chute en dessous du point de consigne de déclenchement, le broyeur doit être arrêté immédiatement : le roulement ne peut pas survivre plus de 10 à 30 secondes de fonctionnement sans alimentation en huile à pleine charge.

3.3 Sélection de l'huile pour les roulements à tourillon

Remarque critique : N'utilisez PAS d'huiles contenant des additifs extrême pression (EP) ou anti-usure (AW) dans les roulements à tourillon en métal blanc. Les composés de soufre et de phosphore contenus dans les additifs EP/AW réagissent chimiquement avec l'étain et le plomb du métal Babbitt, provoquant une attaque corrosive sur la surface d'appui — un mode de défaillance qui est souvent diagnostiqué à tort comme une usure mécanique.

3.4 Système d'huile de vérin (haute pression)

Le système d'huile de vérin constitue la protection la plus critique du roulement de tourillon lors du démarrage. Lors du démarrage à partir du repos :

• Le tourillon repose sur la surface Babbitt (lubrification limite – contact métal sur métal)

• Le broyeur doit accélérer de 0 à la vitesse de fonctionnement (généralement 0,2 à 0,5 tr/min pour les grands broyeurs SAG)

• Le film hydrodynamique ne peut s'établir que lorsque le tourillon atteint une vitesse suffisante

Sans huile de vérin, la période de démarrage implique un contact métal sur métal entre le tourillon et Babbitt pendant 30 à 120 secondes, provoquant une usure mesurable du Babbitt à chaque démarrage. Au fil de centaines de démarrages, cela s'accumule jusqu'à entraîner une perte d'épaisseur de Babbitt importante et une éventuelle défaillance des roulements.

Le système d'huile de vérin injecte de l'huile à 10-25 MPa directement sous le tourillon à travers une poche dédiée dans l'alésage du roulement. Cela soulève hydrauliquement le tourillon de la surface Babbitt avant le début de la rotation, maintenant un film d'huile complet tout au long de la séquence de démarrage.

Spécifications du système d'huile de levage :

Partie 4 : Jeu, alignement et installation des roulements

4.1 Mesure de l'alésage des roulements et vérification du jeu

Le jeu radial entre tourillon et alésage du roulement doit être mesuré et vérifié à l'installation et à chaque remise en service :

Méthode de mesure — technique du fil conducteur :

1. Placer des fils souples (d'un diamètre légèrement supérieur au jeu prévu) en haut et en bas de l'alésage du roulement, parallèlement à l'axe de l'arbre.

2. Assembler le boîtier de roulement et serrer au couple spécifié

3. Démonter et mesurer l'épaisseur du fil de connexion comprimé avec un micromètre

4. Le jeu en haut = épaisseur du fil de connexion en haut ; jeu en bas = épaisseur du fil de connexion en bas

5. Le jeu diamétral = jeu supérieur + jeu inférieur

Méthode de mesure — comparateur :

Pour les roulements installés, la levée du tourillon (la distance à laquelle le tourillon peut être soulevé verticalement avant d'entrer en contact avec le haut de l'alésage du roulement) est mesurée avec un comparateur à cadran. Cela équivaut au jeu supérieur, qui représente environ la moitié du jeu diamétral total.

4.2 Exigences relatives à la surface des tourillons d'arbre

La qualité de la surface du tourillon d’arbre est essentielle pour les performances hydrodynamiques des roulements :

Une surface du tourillon trop rugueuse (Ra > 0,8 μm) abrasera la surface du Babbitt même sous lubrification hydrodynamique complète : les aspérités de la surface du tourillon pénètrent périodiquement dans le film d'huile et entrent en contact avec le Babbitt.

4.3 Alignement des roulements

Le désalignement entre les deux roulements à tourillon d’un broyeur est l’une des principales causes de défaillance prématurée des roulements. Les deux axes d'appui doivent être coaxiaux à l'intérieur :

Pour un tourillon de 1 200 mm dans un roulement de 1 500 mm de long :

Un mauvais alignement entraîne un angle du tourillon dans l'alésage du roulement, concentrant la charge sur une extrémité du roulement et créant une répartition non uniforme de la pression sur la surface Babbitt. Le résultat est une usure accélérée à l’extrémité chargée et une éventuelle fissuration par fatigue de Babbitt.

Partie 5 : Analyse des modes de défaillance des roulements à tourillon

5.1 Fatigue Babbitt (fissuration et délaminage)

Apparence : Fissures dans la couche de Babbitt, généralement parallèles à l'axe du roulement ou formant un réseau. Dans les cas avancés, des sections de Babbitt se délaminent de la coque de support et circulent dans le système d'huile (détectées par analyse d'huile ou inspection du filtre).

Causes profondes :

• Pression de l'unité de roulement dépassant la limite autorisée (> 7 MPa) : Une surcharge du roulement au-delà de la limite de fatigue de Babbitt provoque une contrainte cyclique dans la couche de Babbitt qui initie des fissures. Le plus souvent, cela est dû à une surcharge du broyeur (charge excessive du matériau de broyage) ou à une redistribution de la charge due au tassement des fondations.

• Défauts de liaison Babbitt : Une mauvaise liaison entre la couche Babbitt et la coque de support crée des concentrations de contraintes à l'interface qui déclenchent le délaminage sous charge cyclique. Causé par une préparation de surface inadéquate de la coque de support avant le réassemblage.

• Fatigue thermique : des cycles de démarrage et d'arrêt répétés créent une contrainte thermique dans la couche de Babbitt (le Babbitt se dilate et se contracte plus que le support en acier en raison de son coefficient de dilatation thermique plus élevé).

Action corrective :

• Vérifiez que le poids de la charge du broyeur ne dépasse pas la conception - vérifiez le niveau du matériau de broyage et la densité du minerai.

• Effectuer une analyse d'huile et une inspection des filtres pour détecter les particules de Babbitt avant une panne catastrophique

• Lors du prochain arrêt, inspectez la surface du Babbitt par examen visuel et ressuage (PT).

• Si la fissuration couvre > 10 % de la surface d'appui, planifier le rechargement à la prochaine fenêtre de maintenance planifiée.

5.2 Notation du journal (effacement)

Apparence : Rayures longitudinales ou bavures sur la surface du journal et dommages correspondants sur la surface Babbitt. Dans les cas graves, le Babbitt est étalé et redistribué le long du journal.

Causes profondes :

• Effondrement du film d'huile pendant le fonctionnement : causé par une défaillance de l'alimentation en huile (panne de pompe, blocage des tuyaux, dérivation du filtre), une viscosité de l'huile trop faible (surchauffe de l'huile ou qualité incorrecte) ou une charge de roulement dépassant la capacité du film hydrodynamique.

• Démarrage sans huile de vérin : le contact métal sur métal lors du démarrage sans que le système d'huile de vérin soit activé provoque l'essuyage de la surface du Babbitt. Chaque démarrage non protégé supprime une épaisseur mesurable de Babbitt.

• Pénétration de contaminants : les particules dures (calcaire, silice) présentes dans l'huile qui sont plus grandes que l'épaisseur du film d'huile pénètrent dans le film et rayent à la fois les surfaces du tourillon et du Babbitt.

Action corrective :

• Vérifier que le système d'huile de vérin est fonctionnel et activé avant chaque démarrage de l'usine - ceci n'est pas négociable

• Vérifiez la température, la pression et le débit de l'alimentation en huile par rapport aux spécifications de conception.

• Améliorez la filtration de l'huile à 10 microns absolus si une contamination est suspectée

• Inspectez la surface du tourillon lors du prochain arrêt : des rayures mineures (Ra < 1,6 μm) peuvent être polies sur place ; une notation sévère nécessite le retrait et le réaffûtage du journal

5.3 Attaque corrosive sur Babbitt

Apparence : Piqûres et gravures de la surface du Babbitt, souvent avec un aspect sombre ou décoloré. Les piqûres sont réparties sur toute la surface d'appui plutôt que concentrées à un endroit précis (ce qui les distingue de l'écaillage par fatigue, qui est localisé).

Causes profondes :

• Additifs EP/AW dans l'huile : Les composés de soufre et de phosphore en extrême pression ou les additifs anti-usure réagissent avec l'étain et le plomb du Babbitt, provoquant une corrosion chimique de la surface d'appui. Il s'agit de la cause la plus fréquente d'attaque corrosive dans les roulements de tourillon d'usine : elle se produit lorsque les spécifications de l'huile sont modifiées sans vérifier la compatibilité avec Babbitt.

• Contamination de l'eau : l'eau présente dans l'huile (provenant de fuites d'eau de refroidissement ou de condensation) provoque l'oxydation du composant en plomb du Babbitt, formant de l'oxyde de plomb qui est plus dur que la matrice du Babbitt et provoque une usure abrasive.

• Dégradation de l'huile acide : L'huile gravement dégradée (indice d'acide élevé) attaque chimiquement la surface du Babbitt.

Action corrective :

• Passez immédiatement à une huile minérale pure R&O (inhibée par la rouille et l'oxydation) sans additifs EP ou AW.

• Rincer tout le système de lubrification avec de l'huile propre avant de faire le plein

• Vérifiez les fuites d'eau de refroidissement dans le refroidisseur d'huile - effectuez un test de pression sur le refroidisseur

• Mettre en œuvre une analyse régulière de l'huile (minimum trimestriel), y compris l'indice d'acide, la teneur en eau et l'analyse spectrométrique des métaux.

5.4 Surchauffe des roulements

Aspect : La température du métal du roulement dépasse 80 °C (point de consigne de déclenchement). La température de l’alimentation en huile augmente. Dans les cas graves, le Babbitt fond localement (point de fusion du Babbitt : base étain ≈ 240°C ; base plomb ≈ 180°C) et le métal en fusion est expulsé du roulement.

Causes profondes :

• Débit d’huile insuffisant : un débit d’huile inférieur au débit nominal réduit à la fois la lubrification et le refroidissement. Causé par l'usure de la pompe, des filtres obstrués ou des vannes d'isolement partiellement fermées.

• Encrassement du refroidisseur d'huile : l'accumulation de tartre du côté de l'eau de refroidissement du refroidisseur d'huile réduit le transfert de chaleur, provoquant une augmentation de la température d'alimentation en huile.

• Jeu excessif du roulement : Un roulement usé avec un jeu excessif permet au tourillon de fonctionner avec une excentricité élevée, réduisant ainsi l'épaisseur du film d'huile et augmentant la génération de chaleur visqueuse.

• Surcharge du broyeur :  Un média de broyage ou une charge de minerai excessif augmente la charge sur les roulements au-delà de la conception, augmentant ainsi la génération de chaleur dans le film d'huile.

Action corrective :

• Vérifiez le débit d'huile par rapport aux spécifications de conception - nettoyez ou remplacez les filtres, vérifiez le débit de la pompe

• Nettoyer le refroidisseur d'huile (côté eau) – détartrer si nécessaire

• Mesurer le jeu des roulements — si le jeu dépasse 1,5 × la valeur de conception, planifier le reclassement

• Vérifier que le poids de la charge du broyeur est dans les limites de conception

5.5 Vibrations et instabilité des roulements (tourbillon d'huile)

Apparence : Vibration sous-synchrone à environ 0,4–0,48 × la fréquence de rotation. L'amplitude des vibrations augmente avec la vitesse et peut devenir auto-entretenue (fouet d'huile) à des vitesses plus élevées.

Causes profondes :

• Tourbillon d'huile : instabilité hydrodynamique qui se produit lorsque le centre du tourillon tourne autour du centre du roulement à environ la moitié de la vitesse de rotation. Causé par une charge insuffisante sur le roulement par rapport à la capacité de charge du roulement, le tourillon « flotte » au centre du roulement plutôt que d'être poussé d'un côté par la charge.

• Jeu excessif des roulements : les roulements usés avec un jeu excessif sont plus sensibles à l'instabilité du tourbillon d'huile.

• Faible pression de l'unité de roulement : les roulements légèrement chargés (pression de l'unité < 0,5 MPa) sont sujets au tourbillon d'huile.

Action corrective :

• Pour les roulements à tourillon d'usine, les tourbillons d'huile sont rares en raison des charges très élevées sur les roulements. Si cela se produit, vérifiez que le roulement est réellement chargé (vérifiez le tassement des fondations qui aurait pu réduire la charge sur un roulement).

• Envisagez une conception de roulement préchargé ou un roulement avec un profil d'alésage non circulaire (alésage citron, alésage à trois lobes) qui offre une stabilité inhérente.

• Mesurer et corriger le jeu des roulements s'il est excessif

Foire aux questions

Q1 : Quelle est la différence entre les roulements en métal blanc (Babbitt) et les roulements pour tourillons de broyeur à boulets ?

Les roulements hydrodynamiques en métal blanc (Babbitt) fonctionnent sur un film d'huile sous pression qui sépare complètement le tourillon de la surface du roulement. Sous lubrification hydrodynamique complète, il n'y a aucun contact métal sur métal et pratiquement aucune usure. Ils constituent la norme pour les grands broyeurs (> 3,0 m de diamètre) car ils peuvent s'adapter à de très grands diamètres de tourillons (jusqu'à 2 000 mm+) sans limite de taille pratique. Les roulements à éléments roulants (roulements à rotule sur rouleaux) utilisent un contact roulant et sont plus simples à entretenir, mais sont limités à un diamètre d'alésage d'environ 1 100 mm et ont une tolérance aux charges de choc inférieure. Pour les grands broyeurs SAG et à boulets dans les secteurs minier et cimentier, les roulements hydrodynamiques en métal blanc sont le seul choix pratique.

Q2 : Pour quel numéro Sommerfeld un roulement de tourillon de broyeur doit-il être conçu ?

L'objectif de conception pour un fonctionnement continu est S ≥ 0,30 — cela garantit une lubrification hydrodynamique complète sans contact métal sur métal. À S < 0,05, le film d'huile se décompose et une lubrification périphérique (contact métallique) commence ; ceci est dangereux et ne doit pas se produire en fonctionnement normal. Le nombre Sommerfeld est le plus critique au démarrage (basse vitesse N) et en charge de pointe. Le système d'huile de vérin est spécifiquement conçu pour protéger le roulement lors du démarrage lorsque le nombre Sommerfeld est inférieur au seuil hydrodynamique.

Q3 : Pourquoi les additifs EP (extrême pression) doivent-ils être évités dans l'huile pour roulements à tourillons de broyeur ?

Les additifs EP et AW (anti-usure) contiennent des composés de soufre et de phosphore qui réagissent chimiquement avec l'étain et le plomb du métal Babbitt, provoquant des piqûres corrosives de la surface d'appui. Cette attaque corrosive est souvent confondue avec une usure mécanique. La spécification d'huile correcte pour les roulements à tourillons en métal blanc est une huile minérale pure R&O (antirouille et inhibée par l'oxydation), ISO VG 100-220 en fonction du calcul du nombre Sommerfeld, sans additifs EP ou AW. Vérifiez toujours la compatibilité de l’huile avec Babbitt avant de changer de marque ou de qualité d’huile. 

Q4 : À quelle fréquence le système d’huile de levage doit-il être activé ?

Le système d'huile de vérin doit être activé avant chaque démarrage du broyeur, sans exception. Chaque démarrage non protégé (sans huile de vérin) provoque une usure Babbitt mesurable due au contact métal sur métal pendant la période de démarrage. Au cours de centaines de démarrages, cela s’accumule jusqu’à entraîner une perte d’épaisseur de Babbitt significative. Le système d'huile de levage doit être activé 2 à 5 minutes avant la commande de démarrage du broyeur et désactivé automatiquement lorsque le broyeur atteint 50 à 70 % de sa vitesse de fonctionnement. Vérifiez que la pression de l'huile de levage est conforme aux spécifications (10 à 25 MPa) avant chaque démarrage.

Q5 : Quel est le jeu radial correct pour un roulement de tourillon de broyeur à boulets ?

Le jeu radial recommandé est de 0,001 à 0,0015 × diamètre du tourillon. Pour un tourillon de 1 200 mm, cela donne un jeu radial de 1,2 à 1,8 mm. Le jeu à froid doit être supérieur au jeu à chaud cible pour tenir compte de la dilatation thermique du tourillon : pour un tourillon en acier de 1 200 mm fonctionnant à 60 °C au-dessus de la température ambiante, la dilatation thermique réduit le jeu d'environ 0,86 mm. Mesurer le jeu en utilisant la technique du fil de connexion lors de l'installation et après chaque rechargement. Si le jeu mesuré dépasse 1,5 × la valeur de conception, planifiez le reclassement.

Q6 : Comment détecter la fatigue de Babbitt avant une panne catastrophique ?

Les méthodes d'alerte précoce les plus efficaces sont les suivantes : (1) Analyse de l'huile  : l'analyse spectrométrique détecte les particules d'étain et de plomb dans l'huile provenant de l'usure du Babbitt avant que des dommages visibles ne surviennent ; planifier une analyse d'huile trimestrielle minimale ; (2) Inspection du filtre — inspectez l'élément du filtre à huile à chaque changement de filtre pour détecter la présence de particules métalliques ; Les particules de Babbitt sont douces et argentées ; (3) Surveillance des vibrations — les accéléromètres sur le boîtier de roulement détectent les changements dans la signature vibratoire à mesure que l'état de la surface Babbitt se détériore ; (4) Tendance de la température des roulements  : une augmentation progressive de la température du métal du roulement au fil des semaines indique une friction croissante due à la dégradation de la surface Babbitt.

Yile Machinery : Roulements de tourillon personnalisés et composants de broyeur

Yile Machinery fournit des composants de roulements à tourillon personnalisés, des coussinets de roulement et le matériel de broyeur associé pour les broyeurs à boulets, les broyeurs SAG, les broyeurs à tiges et les fours rotatifs dans les applications de ciment, d'exploitation minière et de traitement des minéraux.

Nos capacités d’approvisionnement en roulements de tourillon :

• Coquilles de roulement doublées de Babbitt : Babbitt à base d'étain (Grade 1 et Grade 2) et Babbitt à base de plomb ; diamètres de coque de 400 mm à 2 000 mm ; alésage de précision à ±0,01 mm après réusinage

• Coquilles de support de roulement : Fonte ou acier fabriqué ; Alésage et diamètre extérieur usinés avec précision ; poche d'huile de vérin usinée selon les spécifications

• Tourillons (extrémités d'arbre) : Acier allié forgé 42CrMo4 ; meulé à Ra ≤ 0,4 μm ; durci à 200–300 HB

• Boîtiers de roulement : Acier moulé ou fabriqué ; alésage de précision ; connexions d'entrée/sortie d'huile ; ports de capteur de température

• Service de remétallage : service complet de retrait de Babbitt, de préparation de surface et de regarnissage des coussinets de roulement usés ou endommagés

• Documentation d'ingénierie : calcul du nombre Sommerfeld ; vérification de l'épaisseur minimale du film ; spécification du jeu des roulements ; examen de la conception du système d'huile

Produits associés et ressources techniques :

• Solutions pour l'industrie minière et du ciment — fourniture complète de composants pour broyeurs à boulets, broyeurs SAG et fours rotatifs

• Guide des pneus et des rouleaux de support du four rotatif — Méthode de contrainte de contact Hertz et d'alignement pour les systèmes de support du four

• Rouleaux de laminoir : Guide des rouleaux de travail et des rouleaux de secours  – sélection des roulements à col de cylindre et contrainte de contact pour les applications de laminoirs

• Guide de sélection des boîtes de vitesses industrielles hélicoïdales et coniques — sélection des boîtes de vitesses d'entraînement de broyeur et méthodologie du facteur de service

• Guide de sélection des poulies de convoyeur — conception de l'arbre et spécifications des roulements pour les poulies de convoyeur

• Pièces forgées sur mesure — Arbres, ébauches d'engrenages et pièces forgées d'anneaux — tourillons et composants de roulements forgés

• Arbres en acier forgé ou en acier moulé pour concasseurs - référence sur le processus de forgeage et la sélection des matériaux

• Solutions de traitement de l'acier et des métaux — composants d'usine pour équipement de broyage d'aciérie

Pour recevoir un devis, indiquez :

• ✅ Type de broyeur (broyeur à boulets / broyeur SAG / broyeur à tiges) et diamètre du broyeur × longueur

• ✅ Diamètre et longueur du tourillon (mm)

• ✅ Charge de roulement par tourillon (kN) ou poids total du broyeur

• ✅ Vitesse de fonctionnement du broyeur (tr/min)

• ✅ Dimensions du coussinet de roulement existant (OD, ID, longueur) ou dessin

• ✅ Qualité Babbitt requise (base d'étain Grade 1 / Grade 2 / base de plomb)

• ✅ Jeu de roulement requis (ou spécification OEM)

• ✅ Quantité et date de livraison souhaitée

• ✅ Coquille de roulement usée ou endommagée disponible pour l'ingénierie inverse

E-mail: jasmine@yileindustry.com

Soumettre la demande de prix : www.yilemachinery.com/contactus.html

Le calcul du nombre Sommerfeld et l'examen de la conception du système d'huile sont fournis avec chaque commande de roulements à tourillon. Délai de remétallisation : 2 à 4 semaines pour les dimensions standards.

Ressources techniques associées

• Pneu de four rotatif et rouleau de support : guide de contrainte de contact, de migration et d'alignement des pneus

• Sélection des rouleaux de renvoi du convoyeur : série CEMA, guide de charge nominale et de durée de vie des roulements

• Sélection des poulies de convoyeur : conception de l'arbre, tension de la courroie et guide de calage

• Rouleaux de laminoir : Guide de sélection des matériaux des rouleaux de travail et des rouleaux de secours

• Guide de sélection des réducteurs industriels hélicoïdaux et coniques

• Pièces forgées sur mesure - Ébauches d'engrenages, pièces forgées et arbres

• Solutions pour l'industrie minière et du ciment