Stimuler la croissance de la maturité technologique

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Les opérateurs ferroviaires ont besoin de technologies de compression d'air qui combinent des niveaux élevés d'efficacité opérationnelle et une disponibilité en service élevée dans toutes les conditions d'exploitation, y compris un cycle de service très faible. Pour répondre à ce besoin, Wabtec a entrepris des essais approfondis sur le terrain et a développé la prochaine génération de compresseurs d'air. Le Buran CSS de Wabtec avec piston d'étanchéité couvert/sectoriel est une solution de pointe, capable de résister à toutes les conditions de fonctionnement, y compris les températures et l'humidité extrêmes, et les applications à faible cycle de service.

Passer de compresseurs lubrifiés à des compresseurs sans huile

Depuis des décennies, les trains sont équipés de compresseurs d'air pour alimenter leurs systèmes de freinage et de suspension. Les technologies de compression pour le secteur ferroviaire étaient basées sur la technologie de compression industrielle existante, principalement des compresseurs à piston alternatif lubrifiés ou des compresseurs à vis lubrifiés.

Cependant, les clients ont constaté que les technologies de compresseurs lubrifiés présentaient de sérieux inconvénients, notamment la nécessité de :

• Vérification quotidienne de l'huile
• Remplissage en fonction de la consommation du compresseur
• Remplacement et recyclage réguliers de l'huile et des filtres
• Stockage des condensats du sécheur d'air contenant de l'huile à bord
• Vidange et recyclage réguliers des réservoirs de condensats

L'utilisation de compresseurs lubrifiés est également rendue complexe par le cycle de service requis. Lors de la conception du système de production d'air d'un train, il faut trouver un équilibre entre deux exigences contradictoires : le cycle de service et le temps nécessaire pour remplir le train lors de la préparation initiale. Naturellement, les opérateurs ferroviaires recherchent un temps de remplissage le plus court possible.

En ce qui concerne le cycle de service, il y a deux facteurs à prendre en compte ici. Tout d'abord, les compresseurs sont des machines thermodynamiques conçues pour fonctionner à chaud. Deuxièmement, pendant le processus de compression, l'eau est séparée de l'air et se mélange à l'huile lorsqu'elle se condense. Un cycle de service court peut ne pas permettre au compresseur de fonctionner à une température suffisante pour évaporer complètement l'eau. Laisser cette eau se mélanger à l'huile pourrait entraîner de graves problèmes de lubrification et endommager gravement le compresseur.

Les premiers pas vers l'absence d'huile

Il y a environ 15 ans, de nombreux acteurs de l'industrie ferroviaire ont commencé à envisager sérieusement la technologie des compresseurs sans huile. L'option la plus appropriée pour une utilisation sur les trains est le piston alternatif, qui peut couvrir toute la plage de débit d'air requise. Cela varie de 300 l/min pour les trains courts à 2 500 l/min pour les trains longs ou les locomotives.

Lors du développement et de la validation de la technologie des compresseurs sans huile, Wabtec s'est principalement concentrée sur la nouvelle technologie de friction et de compression entre le piston et le cylindre. À la suite d'une analyse approfondie de l'usure lors des cycles de service élevés, nous avons trouvé une solution qui a été adoptée par la plupart des acteurs du marché. Il s'agissait de deux segments de compression et d'un matériau de friction à base de PTFE sur le corps du piston.

Cette solution a bien fonctionné dans des cycles d'utilisation relativement élevés. Cependant, lors de faibles cycles de service où le compresseur n'atteignait pas sa température de fonctionnement normale, nous avons constaté une usure prématurée du matériau de friction et de compression. Lors de cycles de service aussi bas que 5 %, avec un mode de stationnement prolongé ou lorsque le refroidissement du compresseur était exacerbé par une configuration montée sur le toit, nous avons parfois constaté une usure importante.

L'utilisation de régulateurs de rapport cyclique permet de maintenir le fonctionnement du compresseur à un niveau acceptable. Ceci est réalisé à l'aide d'une vanne sur le circuit de conduite principal qui crée une fuite contrôlée afin de garantir un cycle de service minimal du compresseur. Cependant, il s'agit davantage d'une solution provisoire que d'une solution complète, et ce n'est pas la solution idéale compte tenu de la demande d'efficacité énergétique accrue.

Dépasser les exigences du marché

Les ingénieurs de Wabtec n'ont ménagé aucun effort pour renforcer la résilience aux faibles cycles de service grâce à la technologie des compresseurs alternatifs sans huile. Pour valider une solution dans un délai raisonnable, nous avons développé un banc d'essai unique permettant de créer une simulation accélérée de l'utilisation de matériaux de friction et de compression dans toutes sortes de conditions. Le développement et la validation d'une nouvelle solution ont été longs, et nos efforts ont porté leurs fruits.

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Il était clair que certaines applications resteraient réservées à des applications à faible rapport cyclique et nécessiteraient donc une solution capable de résister à de telles conditions et d'atteindre une durée de vie acceptable sans régulateur de cycle de service. C'est précisément ce que propose désormais notre assemblage de piston et notre cylindre CSS récemment brevetés.

Notre première étape a été une démonstration sur un banc d'essai. Avec un cycle d'utilisation aussi bas que 5 % et une température basse permanente, la solution CSS a facilement atteint la périodicité de révision équivalente avec une marge importante.

La deuxième étape était la validation à bord du train. Nous avons aujourd'hui plus de 500 compresseurs en service avec la solution CSS. Nous avons choisi d'implémenter le CSS en priorité sur les applications à faibles cycles de service et températures, et d'effectuer régulièrement des mesures sur ces compresseurs. Le taux d'usure que nous observons sur le terrain est encore meilleur que dans des conditions simulées similaires sur notre banc d'essai. Même dans ces pires conditions, nous savons que la solution CSS peut atteindre plus de 12 000 heures de pompage, ce qui correspond au compresseur MTBO habituel.

Notre prochain défi sera de pousser MTBO au-delà des exigences habituelles du marché.

Nous sommes reconnaissants à nos clients pour leur confiance tout au long de ce processus et nous sommes très satisfaits du résultat obtenu. Nous avons franchi une étape majeure dans la maturité de la technologie des compresseurs à pistons sans huile.

La nouvelle génération de compresseurs Buran de Wabtec, Buran CSS, est la nouvelle référence du marché, hautement résiliente aux conditions de fonctionnement extrêmes et à la pointe de la technologie.