Usine de traitement du minerai de fer - Brésil
Contexte du projet :
Une usine de traitement du minerai de fer avec laquelle nous collaborons est équipée de 4 concasseurs à cône CH870, dotés de moteurs à six pôles de 600 kW ; le moteur et le concasseur sont reliés par des accouplements à courroie. Le concasseur est un équipement essentiel dans le processus de concassage de l’industrie du minerai de fer. Le système de transmission d’origine se présente généralement sous la forme “ moteur asynchrone + accouplement hydraulique à couple limité / autre accouplement flexible ”. La production des usines de traitement du minerai de fer est un processus continu. L’arrêt de l’ensemble de la chaîne de production dû à une défaillance des équipements a des conséquences très graves pour l’entreprise. Par conséquent, l’amélioration de la stabilité des équipements clés revêt une grande importance pour la chaîne de production.
| Caractéristiques techniques du concasseur à cône de 600 kW | |
|---|---|
| Équipement | Concasseur à cône |
| Moteur | 600 kW, 990 tr/min |
| Quantité | 1 pièce |
| Arbre du moteur | Φ120 × 208 mm |
| arbre de concasseur à cône | Φ140 × 140 mm |
| Longueur axiale | 610 mm |
Points problématiques :
L'accouplement à pneu repose sur le frottement généré entre le pneu et la face frontale de la bride pour transmettre le couple grâce au serrage des boulons. Lors de son fonctionnement, l'accouplement à pneu subit une déformation par cisaillement de torsion. En cas de blocage du concasseur, une force de cisaillement considérable est générée, provoquant le décrochage de celui-ci.
Solution :
L“” accouplement à pneu d'origine “ a été retiré et remplacé par un ” accouplement magnétique à couple limité ». L'ensemble de transmission d'origine, comprenant le moteur, l'accouplement à pneu et le corps du concasseur, dispose d'une base de montage indépendante. Après la transformation, l'accouplement magnétique à couple limité permet de s'adapter aux caractéristiques d'un empattement large, de conserver inchangées les dimensions d'implantation d'origine de l'ensemble du dispositif d'entraînement ; la transformation et l'installation sont faciles à réaliser, et la charge de travail liée au réglage est réduite.
Le accouplement magnétique à couple limité Il s'agit d'un dispositif fonctionnant selon le principe de l'induction magnétique. Il se compose de deux éléments indépendants, sans liaison rigide, et transmet le couple grâce à l'interaction entre des champs magnétiques. Un ensemble de disques conducteurs muni d'un anneau en cuivre est monté sur l'arbre du moteur, tandis qu'un ensemble de disques magnétiques comportant un aimant permanent puissant à base de terres rares est monté sur l'arbre de la charge. Le mouvement relatif entre l'ensemble de disques conducteurs et l'ensemble de disques aimantés génère des courants de Foucault dans les disques conducteurs et produit une forte force magnétique entre les deux, permettant ainsi la transmission du couple dans l'entrefer. Au démarrage du moteur, l’accouplement magnétique modifie automatiquement la taille de l’entrefer afin d’atteindre le couple de sortie requis par la charge. Lorsque la charge est bloquée ou en surcharge, la vitesse de l’arbre de la charge chute rapidement. À ce moment-là, l’accouplement augmente automatiquement l’entrefer jusqu’à l’état de libération du couple, réduit la transmission du couple, voire coupe la sortie de la charge, protégeant ainsi le moteur et l’équipement chargé. Une fois la surcharge ou les défauts associés éliminés, redémarrez le moteur et l’accouplement reviendra automatiquement à son état de fonctionnement normal.

L'accouplement magnétique à limitation de couple présente des caractéristiques structurelles et fonctionnelles que l'accouplement hydraulique ne peut égaler, notamment en termes de structure, d'installation, de bruit et de vibrations, de démarrage en douceur, de dissipation thermique, de protection contre les surcharges et de respect de l'environnement.
- L'accouplement magnétique à limitation de couple présente non seulement une structure simple, mais ne comporte également aucune pièce mobile indépendante ; il n'est donc pas sujet à des problèmes tels que l'usure, la fragilité ou les fuites au niveau des joints, ce qui améliore considérablement sa fiabilité et sa durée de vie, tout en réduisant les coûts de maintenance.
- Le disque conducteur et le disque permanent sont respectivement fixés sur les arbres du moteur et de la charge. Il n’existe aucune contrainte mécanique entre les deux, à l’exception de l’interaction due à la force du champ magnétique axial. Par conséquent, il n’y a pas de restriction stricte concernant l’alignement et l’erreur d’inclinaison du système d’arbres lors de l’installation. En général, l’angle d’inclinaison des arbres ne dépasse pas 1,5° pour garantir un fonctionnement normal, ce qui réduit considérablement la difficulté d’installation.
- Une fois l'accouplement magnétique limiteur de couple installé, le bruit et les vibrations sont considérablement réduits. Plus de 80% d'équipements rotatifs tombent en panne à cause des vibrations, dont la plupart sont dues à un désalignement des arbres, mais aussi au déséquilibre des équipements et à la résonance. L'accouplement magnétique limiteur de couple n'est pas en contact physique, mais transmet le couple à travers l'entrefer. Des expériences ont montré que l'utilisation d'accouplements magnétiques limiteurs de couple permet d'isoler jusqu'à 80% de transmission de vibrations.
- Démarrage progressif : le courant de démarrage est considérablement réduit. Après l'utilisation de l'accouplement magnétique à limitation de couple, le moteur accélère jusqu'à la vitesse maximale dès le démarrage. Sous l'action du champ magnétique de l'accouplement, la charge démarre en douceur et finit par atteindre une vitesse proche de celle du moteur. Dans des conditions normales, le courant de démarrage de crête lorsque le système utilise un accouplement magnétique à limitation de couple n'est que de À propos de la moitié du courant de pointe au démarrage lorsque l'accouplement hydraulique limiteur de couple est enclenché. Lors du fonctionnement d'équipements tels que les concasseurs, les machines à fermeture éclair et les convoyeurs à bande, l'impact des charges d'impact lors du démarrage et du fonctionnement est considérablement réduit, ce qui prolonge la durée de vie de ces équipements.
- L'accouplement magnétique à limitation de couple repose également sur la différence de vitesse pour assurer la transmission du couple. Plus le taux de glissement est élevé, plus le couple d'accouplement est important, mais plus les pertes thermiques dues aux courants de Foucault sont importantes ; celles-ci se traduisent par une élévation de la température du conducteur et sont absorbées par l'air. À taux de glissement égal, les pertes thermiques dues aux courants de Foucault diminuent de manière exponentielle à mesure que l'entrefer augmente.
- L'accouplement magnétique à limitation de couple assure une protection contre le blocage et les surcharges. Lorsque l'équipement fonctionne normalement, si le couple côté charge augmente soudainement et dépasse le couple de sécurité du dispositif de transmission (environ 1,8 fois le couple nominal du moteur), la vitesse de l’arbre de charge chute rapidement et l’accouplement augmente automatiquement l’entrefer pour passer à l’état de “ désengagement du couple ”, afin de réduire la transmission du couple. Le couple transmis dans cet état de “ désengagement du couple ” correspond à environ 5% du couple nominal du moteur. La transmission maintiendra cet état jusqu’à ce que le couple côté charge repasse en dessous du couple de sécurité, c’est-à-dire que le défaut soit éliminé ; la vitesse du côté charge augmente alors progressivement et l’accouplement magnétique limiteur de couple revient à son état de fonctionnement normal. On constate ainsi que le processus de protection contre les surcharges de l’accouplement magnétique limiteur de couple s’effectue de manière automatique et réversible, sans intervention manuelle, de façon sûre et efficace.
L'accouplement magnétique à limitation de couple présente une structure simple, ne nécessite pratiquement aucun entretien et ne requiert aucune lubrification ; il ne génère donc aucune pollution ni aucun dommage pour l'environnement.
| Accouplement magnétique à limitation de couple vs accouplement à pneu | ||
|---|---|---|
| Fonctionnalité | Accouplement Tir | Accouplement magnétique à couple limité |
| Effet de démarrage progressif | Mieux | Meilleur |
| Protection anti-calage | fracture | Protection anti-dérapage + double protection avec déclenchement automatique en cas de blocage du rotor |
| Isolation antivibratoire | Les vibrations sont réduites d'environ 70% | Réduction des vibrations pouvant atteindre 80% |
| Exigences en matière d'alignement | L'axe de rotation n'est pas aligné, ce qui entraîne facilement des vibrations. | très faible |
| Exigences en matière de température ambiante | Vieillissement accéléré à haute température (20 °C à 80 °C) | Utilisable entre 40 °C et 100 °C |
| besoins d'entretien | Remplacement fréquent des pièces de rechange lorsque le rotor est bloqué | Sans entretien, sans consommables |
| rendement de transfert | À propos de 98% | Plus de 97% |
| coût d'investissement | Plus chères, les pièces de rechange mobilisent davantage de fonds | Coût d'investissement initial élevé |
| durée de vie | Le nombre de blocages est déterminé | ≥ 20 ans |

Résumé des résultats :
L'accouplement magnétique à limitation de couple possède non seulement toutes les fonctions de l'accouplement hydraulique à limitation de couple, mais présente également des caractéristiques techniques qui lui sont propres. Le passage à un accouplement magnétique permet de bénéficier des fonctions de démarrage progressif et de protection par limitation de couple, de protéger l’équipement principal, le moteur, l’arbre et les roulements, de réduire la fréquence des interventions de maintenance sur site, de se passer d’huile, d’électricité, de consommables et de pièces de rechange, et d’améliorer le rendement global. Il permet de résoudre les problèmes des accouplements hydrauliques, attendus depuis longtemps mais restés sans solution dans la pratique industrielle. Par conséquent, dans l’industrie du traitement du minerai de fer, le remplacement de l“” accouplement hydraulique à limitation de couple “ d’origine par un ” accouplement magnétique à limitation de couple » constitue un choix tout à fait idéal.
| Caractéristiques techniques de l'accouplement magnétique à couple limité | |
|---|---|
| Produit | Accouplement magnétique à couple limité de la série OX |
| Modèle | OX-X1000 |
| Type de produit | Limité dans le temps |
| Pièces du rotor à aimants permanents | NdFeB fritté, aluminium, acier |
| Pièces du rotor conducteur | Acier, cuivre |
| Vitesse d'entrée | 1 500 tr/min |
| Vitesse de sortie maximale | 1 500 tr/min (97-991 TP3T de la vitesse nominale du moteur) |
| Rendement au travail | Plus de 97% |
| Tolérance angulaire | 1.5° |
| Couple maximal de transmission | 6 077 N m |
| Couple de protection contre le blocage / couple nominal du moteur | 1,8 fois |
| Température ambiante minimale de fonctionnement | -40 °C |
| Température ambiante maximale de fonctionnement | +100 °C |
| Type de structure | Type à disque (symétrie AB-BA) |
| Type de moyeu | Moyeu fendu (avec clavette plate) |
Analyse des avantages du projet
D'après les statistiques relatives à la consommation de pièces de rechange au cours des deux dernières années, le concasseur à cône CH870 consomme 2,5 jeux de raccords flexibles par an, pour un coût d'environ 100 000 yuans. Le coût de la conversion vers un accouplement magnétique s'élève à 40 000 yuans par jeu, la durée de vie de l'équipement est de 15 ans et la période d'amortissement de l'investissement est de 2,25 ans. Parallèlement, le remplacement par un accouplement magnétique permet de réduire considérablement les temps d'arrêt liés aux pannes et de garantir un fonctionnement sûr et stable du concasseur à cône.




