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Une chemise d’eau résistante à la corrosion marine grâce à un composite

Posté le par La rédaction dans Matériaux, Biotech & chimie

Une nouvelle conception brevetée de chemise d’eau en matériau composite, refroidie à l’eau de mer, révolutionne le fonctionnement des embrayages et des freins destinés au  tensionnement des plates-formes pétrolières et gazières en mer. Elle offre en effet une résistance à la corrosion marine supérieure à celle des modèles en fonte et est beaucoup plus légère.  Présentation.

Jusqu’à présent, la norme de l’industrie était d’utiliser des chemises d’eau en fonte, en alternance avec des plaques d’usure en cuivre, pour dissiper la chaleur intense générée dans les applications de tensionnement à fortes sollicitations. Cependant, en milieu marin, la corrosion par le sel engendrait des problèmes de maintenance et entrainait leur réparation ou des remplacements trop fréquents.

La nouvelle conception en composite permet aux embrayages et freins AquaMaKKs de Wichita Clutch  d’être refroidis soit avec de l’eau de mer, soit avec de l’eau à niveaux élevés de pH acide. Le matériau composite utilisé dans les nouvelles chemises d’eau a été développé par les ingénieurs Wichita en collaboration avec une entreprise partenaire. Plusieurs combinaisons de polymères ont été testées avant de sélectionner le mélange capable de satisfaire une exigence essentielle : obtenir un matériau aussi résistant que  la fonte d’origine en termes de contraintes. Il s’est trouvé que les essais de structure n’ont pas réussi à causer de défaillance dans des chemises d’eau composites de 36” de diamètre, même lorsque les pièces ont été soumises à une contrainte supérieure de plus de quatre fois sa charge maximale.

Afin de déterminer la longévité des chemises d’eau composites, des tests supplémentaires sont menés depuis deux ans par le laboratoire d’essais d’ingénierie de Wichita. Ils ont démontré que les chemises d’eau composites durent au moins aussi longtemps que celles en fonte, tout en offrant une résistance supérieure à la corrosion dans les applications en mer.

Des filetages métalliques moulés dans le matériau composite

En plus de la sélection du matériau, le défi technique le plus difficile à relever a été l’aménagement des orifices d’entrée et de sortie de la chemise d’eau composite. Au départ, comme les matériaux composites peuvent être moulés en forme de filetage, on pensait que les orifices d’eau pourraient être intégrés dans le matériau de base. Cependant cette configuration n’arrivait pas à assurer la robustesse requise. Finalement, les ingénieurs de Wichita Clutch  ont crée des filetages métalliques (mâles et femelles) moulés dans le matériau composite.

Tandis que des brevets sont en attente pour l’utilisation des matériaux composites, d’autres brevets ont déjà été publiés pour la configuration de la circulation de l’eau qui constitue le cœur de la chemise d’eau de Wichita Clutch. « La conception de circulation brevetée de la chemise d’eau assure un débit d’eau équilibré dans la chemise d’eau pour éliminer de manière efficace la chaleur générée par les matériaux de friction en contact avec l’alliage de cuivre » explique Mark Stuebe, Vice-président et Directeur général des marques dédiées aux embrayages et freins lourds (HDCB) du groupe Altra. « Le débit équilibré est calculé pour correspondre à la chaleur générée sur une surface de passage dans un multidisque. Pour un utilisateur, cela signifie qu’une unité Wichita refroidie par eau peut absorber plus de chaleur qu’une unité concurrente comparable lorsqu’elle reçoit une alimentation en eau de refroidissement suffisante ».

Des réductions de poids supérieures à 50%

De plus, étant donné que le matériau composite est un isolateur thermique, l’eau de refroidissement circulant à travers la chemise d’eau composite récupère une plus grande quantité de la chaleur de friction par rapport à une chemise d’eau en fonte. Par conséquent, les parties environnantes de l’unité restent à une température plus basse, aidant à prolonger la durée de vie en service.

En plus de leurs qualités anticorrosives, les chemises d’eau composites offrent l’avantage supplémentaire d’être plus légères, avec dans certains cas une réduction de poids d’au moins 50 % comparé aux modèles en fonte. Par exemple, la chemise d’eau en fonte AquaMaKKs de 36” pèse 170 kg, tandis que la chemise d’eau composite équivalente ne pèse que 43 kg.

À ce jour, les AquaMaKKs dotés des nouvelles chemises d’eau composites ont été fournis à Oil States Industries (Skagit-Smatco) et à la Division AmClyde de National Oilwell Varco, pour des applications d’amarrage et de positionnement en mer. Ils ont également été installés dans des applications de treuils de forage de pétrole et gaz.
 

Posté le par La rédaction


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