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Le moteur d'un ventilateur de tirage induit de chaudière se choisit d'après la puissance à l'arbre au démarrage à froid, lorsque le ventilateur déplace l'air le plus dense, d'après la vitesse pour laquelle la roue a été conçue et d'après le régime de fonctionnement continu de la chaudière. La puissance indiquée sur la plaque est souvent calculée pour des fumées à température de service ; si le démarrage à froid, la position du registre et les variations de charge ne sont pas pris en compte, le moteur peine dès le premier allumage. Cet article traite ces trois sujets à partir du fonctionnement réel d'une chaufferie.
Sur site, l'expression « ventilateur de tirage induit » désigne le plus souvent le ventilateur qui aspire les fumées de la chaudière et les refoule vers la cheminée (ventilateur ID). Le ventilateur qui souffle l'air de combustion vers le brûleur est le ventilateur de tirage forcé ou d'air de combustion. L'analyse ci-dessous décrit surtout le ventilateur de tirage induit ; les points qui diffèrent sont signalés à part.
Où travaille le ventilateur : tirage induit ou air de combustion
Les conditions imposées au moteur par les deux ventilateurs sont différentes :
- Ventilateur de tirage induit : il transporte les fumées chaudes sortant de la chaudière. La roue se trouve dans le gaz chaud, le moteur à l'extérieur de la volute, généralement relié par un palier et un accouplement ou une courroie. Le gaz peut entraîner des cendres et de la poussière ; avec le temps, la roue s'use et se déséquilibre.
- Ventilateur d'air de combustion : il souffle vers le brûleur l'air propre et relativement frais de la chaufferie. La roue est souvent montée directement sur l'arbre du moteur. La charge du moteur est plus régulière ; la température de l'air est celle de la chaufferie.
Le moteur triphasé standard n'est pas conçu pour fonctionner dans les fumées ni sur une surface chaude contre le conduit de gaz. Sa place est hors du flux de gaz, à un endroit où il peut aspirer de l'air frais. Le transfert de chaleur entre le gaz chaud et le moteur est géré par le palier du ventilateur, le disque de refroidissement et l'isolation de la volute ; ces pièces relèvent du fabricant du ventilateur.
Puissance : quel point de fonctionnement détermine le moteur ?
La puissance à l'arbre d'un ventilateur est directement proportionnelle à la masse volumique du gaz qu'il déplace. Les fumées chaudes sont beaucoup plus légères que l'air froid. C'est pourquoi, lorsque la chaudière démarre à froid et que le conduit contient encore de l'air froid, le ventilateur de tirage induit absorbe nettement plus de puissance qu'en conditions de service. Si la puissance de la fiche technique du ventilateur n'est donnée que pour le gaz chaud, cet écart peut surcharger le moteur.
En pratique, trois solutions sont utilisées :
- Un moteur qui couvre la puissance à froid : le moteur est choisi d'après la puissance à l'arbre du ventilateur en air froid. C'est la solution la plus simple et la plus sûre ; en service, le moteur est moins chargé.
- Démarrage avec registre : le ventilateur démarre registre d'aspiration ou de refoulement fermé partiellement ; le registre s'ouvre à mesure que la chaudière chauffe. Avec cette disposition, il faut s'assurer que la commande du registre fonctionne correctement ; si le registre reste ouvert, le moteur est pleinement chargé par le gaz froid.
- Variateur de fréquence : le ventilateur est maintenu à basse vitesse jusqu'à ce que la chaudière soit chaude. Comme la puissance absorbée chute rapidement avec la vitesse, le problème du démarrage à froid disparaît en grande partie.
Demandez séparément au fabricant du ventilateur la puissance à l'arbre à température de service et en air froid. La puissance du moteur ne s'estime pas d'après la capacité de la chaudière ou le type de combustible ; deux chaudières de même capacité peuvent avoir des pertes de charge et des ventilateurs très différents.
Vitesse : pourquoi conserve-t-on la vitesse de la roue ?
Sur un ventilateur à entraînement direct, la roue tourne à la vitesse nominale du moteur. Changer le nombre de pôles modifie la pression du ventilateur selon le carré de la vitesse et sa puissance à peu près selon le cube. Monter un modèle 2 pôles à la place d'un moteur 4 pôles surcharge le moteur plusieurs fois et peut dépasser la vitesse périphérique admissible de la roue. Lors du remplacement, la référence est la vitesse inscrite sur la plaque de l'ancien moteur.
Sur les ventilateurs à courroie, la vitesse est réglée par le rapport des poulies ; si le nombre de pôles du moteur change, les poulies doivent être recalculées. Sur les ventilateurs de tirage induit chargés de cendres, la roue tourne souvent à une vitesse relativement basse pour limiter l'usure. C'est pourquoi les moteurs 4 et 6 pôles sont plus fréquents sur ces ventilateurs, et les moteurs 2 pôles sur les ventilateurs d'air de combustion propre. Il s'agit d'une tendance ; la décision se fonde sur la vitesse de conception du ventilateur lui-même.
Régime de fonctionnement : marche continue et variations de charge
Un ventilateur de chaudière fonctionne généralement sans arrêt pendant toute la saison de chauffe, et toute l'année sur les chaudières à vapeur. Le moteur doit convenir au service continu (S1) à sa puissance nominale ; la température atteinte par la chaufferie en été et l'emplacement du moteur sont indiqués à la commande.
- Charge étagée et modulante : lorsque la puissance du brûleur varie, le débit du ventilateur est ajusté par un registre ou un variateur. Le moteur est choisi pour fournir en continu la puissance de l'allure la plus élevée.
- Nombre de démarrages : même si le brûleur s'enclenche souvent, le ventilateur de tirage induit est généralement laissé en marche. Si le ventilateur s'arrête lui aussi à chaque cycle, indiquez le nombre de démarrages par heure à la commande ; des démarrages fréquents avec une roue à forte inertie échauffent le bobinage.
- Vibrations : l'accumulation de cendres et l'usure de la roue créent un balourd ; ces vibrations se transmettent d'abord aux roulements du moteur. Nettoyer la roue et contrôler son équilibrage avant de remplacer le moteur protège le moteur neuf.
- Moteur de secours : si le ventilateur s'arrête, la chaudière s'arrête aussi. Dans les installations critiques, un moteur de secours de même carcasse et de même vitesse peut être prévu ; pour bien conserver un moteur stocké, consultez l'article sur le stockage d'un moteur de rechange.
Si une variation de vitesse est utilisée, l'indication générale du site s'applique : nos séries triphasées conviennent à la variation de vitesse par variateur de fréquence ; en fonctionnement prolongé à basse vitesse et à plein couple, une ventilation forcée peut être nécessaire et, si le câble entre variateur et moteur est long, un filtre dv/dt ou sinus est envisagé ; ces conditions sont précisées à la commande. Comme le besoin de couple d'une charge de ventilateur diminue aussi à basse vitesse, cette disposition est courante sur les ventilateurs de chaudière.
