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Comment les ventilateurs axiaux redéfinissent les performances des engins tout-terrain

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07 juin 2024
Les priorités de conception des machines mobiles et des groupes électrogènes tout-terrain d'aujourd'hui sont claires.

Les nouvelles machines doivent émettre des niveaux réduits de CO2, ainsi que d’autres gaz nocifs et particules.
L’efficacité, la durabilité et une disponibilité accrue tout au long de leur durée de vie sont essentielles.
De plus, les utilisateurs finaux et les régulateurs exigent que ces machines soient plus silencieuses, ce qui n’est pas chose facile, étant donné la condition préalable de performances équivalentes ou supérieures.
±·Ã©²¹²Ô³¾´Ç¾±²Ô²õ, , et les départements de R&D voient leurs budgets gonfler, car les fabricants s'assurent que les nouveaux modèles apportent des améliorations vendables.
Qu’est-ce qui rend les moteurs cool ?
Dans le domaine de la construction, les ventilateurs doivent refroidir les moteurs à usage intensif qui fonctionnent dans des cycles de service intensifs, souvent dans des climats difficiles.
Il n’est pas étonnant que les constructeurs accordent désormais plus d’importance que jamais au refroidissement efficace de ces moteurs.
Patrick Bold est le directeur produit pour les turbines et les embrayages chez Multi-Wing, l'entreprise basée au Danemark qui conçoit et fabrique des ventilateurs axiaux destinés à être utilisés dans de nombreux secteurs, notamment la construction et la production d'électricité.

« Nous avons récemment constaté une attention accrue portée à l'augmentation des températures ambiantes limites, ou LAT, des équipements », explique-t-il. « La LAT est la température ambiante maximale autorisée à laquelle le système de refroidissement du moteur peut fonctionner sans panne ni surchauffe.
Avec les réglementations sur les émissions et l'utilisation de machines dans des climats plus rudes, il est nécessaire d'avoir un meilleur refroidissement de ces machines, pour garantir qu'elles soient opérationnelles à tout moment.
« Pour répondre aux exigences de refroidissement des réglementations sur les émissions, il faut un radiateur plus épais, des refroidisseurs auxiliaires avec une plus grande résistance et un débit d'air plus élevé.
Tout cela indique que le ventilateur doit travailler davantage, tout en minimisant le bruit, car les fabricants sont également invités à réduire les émissions sonores des machines.
Ces exigences exigeantes nécessitent des ventilateurs capables de fournir bien plus qu'un flux d'air impressionnant ; ils doivent augmenter l'efficacité d'une machine d'une manière qui n'était pas envisagée auparavant.
Lorsqu'il décrit le développement de tels ventilateurs, Nicolas Geiger, responsable du développement mondial des turbines de refroidissement des moteurs chez Multi-Wing, déclare : « Une grande partie se résume à comprendre le ventilateur comme faisant partie d'un système.
« On peut faire tous les tests qu'on veut dans des conditions de laboratoire, mais si on ne prend pas en compte la façon dont la machine est configurée � et quelles sont ses limites actuelles � il est très difficile de l'optimiser avec un ventilateur. »
Geiger décrit l’utilisation récente de la technologie d’impression 3D, qui peut démontrer le potentiel des dernières conceptions de ventilateurs.

« Nous pouvons désormais imprimer en 3D des prototypes fonctionnels pour nos clients, qui peuvent être placés directement dans une excavatrice, par exemple. C’était presque impensable il y a encore quelques années », explique-t-il.
La dynamique des fluides en action
Alors que Geiger souligne l’importance de travailler directement avec les machines pour garantir une conception optimale des ventilateurs, il reconnaît également les avantages de l’utilisation des dernières technologies pour faciliter le processus.
« Une grande partie de ce que nous faisons », dit-il, « tourne autour de la dynamique des fluides, que nous testons avec la simulation de dynamique des fluides numérique CFD.
Nous pouvons optimiser les profils pour générer le moins de turbulences possible, .
Plus l'air est pur, plus vous pouvez réduire le bruit � mais c'est difficile à réaliser lorsque l'air est à une pression aussi élevée.
« Grâce à la CFD, nous sommes capables de réaliser des tests sur des milliers de modèles en quelques jours, et les tests eux-mêmes sont de plus en plus précis, à mesure que les logiciels s'améliorent et que les ordinateurs sont plus rapides. Nous pouvons aujourd'hui exécuter des modèles qui étaient impossibles à imaginer il y a deux ou trois ans », explique Geiger.
Cela étant dit, les résultats dépendent toujours fondamentalement de la meilleure combinaison entre la physique et les connaissances des machines.
Regard vers l'avenir

Étant donné l’importance accordée aux fabricants d’équipements pour produire des équipements plus durables, il est facile de comprendre pourquoi les fabricants de ventilateurs doivent améliorer leur jeu.
Selon Geiger, « la turbine était autrefois un produit catalogue. On me demandait si j'avais besoin d'un produit de cette pression et de ce diamètre. Qu'est-ce que j'avais ? On me le commandait et on l'envoyait, et je n'en entendais plus parler.
« Aujourd’hui, on nous demande de concevoir un ventilateur pour une machine qui sera sur le marché dans trois ans, potentiellement, et ce ventilateur doit fonctionner de manière optimale dans des contraintes extrêmement spécifiques. »
Patrick Bold est du même avis et ajoute que, dans les équipements de construction lourds et électriques, le chemin du flux d'air est gravement obstrué, un fait qui nécessite également un ventilateur plus efficace.
« Dans le passé », dit-il, « les profils des pales de ventilateur étaient tous relativement similaires, des produits pratiquement universels qui pouvaient être utilisés dans les applications de chauffage, de ventilation et de climatisation, ainsi que dans les applications de refroidissement des moteurs.
« Ces , avec des conditions d'admission d'air très médiocres et des radiateurs avec des carénages inadéquats, qui ont des cibles commerciales au premier plan de leur conception. »
Il ne fait aucun doute que les fabricants d’aujourd’hui prennent conscience des avantages qu’un ventilateur hautement efficace peut apporter à leurs équipements en termes de performances et de réduction du bruit.

Bold utilise l’industrie de la production d’électricité en plein essor comme exemple : « Chaque kilowatt que vous pouvez économiser en refroidissant le moteur est un kilowatt supplémentaire dont vous disposez à partir de cette machine, ce qui signifie que vous brûlez moins de carburant.
C’est un objectif très important dans l’industrie des groupes électrogènes : une quantité minimale d’énergie pour refroidir le moteur. »
Conception pour la vie
Ainsi, un moteur refroidi de manière optimale, qui entraîne une réduction de la consommation de carburant, offre un coût total de possession plus faible, mais cela n'est vrai que tant que le ventilateur est opérationnel. Compte tenu de cela et de leurs exigences en matière d'efficacité, les constructeurs s'attendent généralement à ce que les ventilateurs durent aussi longtemps que le moteur qu'ils refroidissent.
« Ici, explique Bold, le poids de la turbine est très important du point de vue de la durabilité, car plus le poids de la turbine est élevé, plus les roulements et les courroies de la machine s'usent. De plus, les intervalles d'entretien seront allongés avec un ventilateur plus léger. »
En d’autres termes, plus le poids de la roue est faible, plus le coût total de possession de la machine est faible.
« Une grande partie de notre travail récent a consisté à , et nous y sommes parvenus en utilisant le nombre minimum de lames.
L’équation est assez simple : moins de lames, moins de matière, moins de bruit et moins de poids.

Nous avons optimisé la conception et la forme de la lame pour augmenter la surface de travail et maximiser les performances.
Nous avons atteint un point dans le secteur de la construction où des gains supplémentaires comme celui-ci peuvent valoir leur pesant d'or en termes de nouvelles affaires, mais Bold et Geiger soutiennent que ces nouveaux ventilateurs axiaux ont le potentiel de générer plus que des gains supplémentaires.
Bold déclare : « Les opérateurs remarqueront certainement la différence en termes d'émissions sonores. Les moteurs étant devenus plus silencieux, notamment grâce aux filtres placés derrière le moteur, vous constaterez que sur certaines machines, la majeure partie du bruit ne provient pas du moteur, mais du ventilateur.
Cela met donc le ventilateur au centre de certaines des dernières machines de haute technologie. »
Geiger est d'accord, mais ajoute : « Contrairement aux produits de consommation, où le faible bruit est une caractéristique de différenciation, il existe désormais des réglementations qui stipulent que si votre machine fait trop de bruit, vous ne pouvez pas l'utiliser, vous ne pouvez pas la vendre.
« Les machines bruyantes et inefficaces ne sont plus une option. »
Toutes les images sont une gracieuseté de Multi-Wing
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Cet article a été rédigé par le Content Studio de ±ØÓ®ÌåÓý, en partenariat avec les experts produits de Multi-Wing
La collaboration entre les constructeurs et les experts en refroidissement des moteurs dès les premières étapes du processus de conception permet des avancées significatives. Cela permet aux constructeurs d'optimiser la conception de leurs machines pour une gestion thermique efficace, améliorant ainsi les performances, la fiabilité et la longévité. Contactez Multi-Wing pour discuter de votre application avec un ingénieur commercial expérimenté. |
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