L’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes

Le nombre de sources de génération d’énergie alternative accroit toujours. Selon certaines estimations les plus optimistes la part de l’énergie électrique renouvelable atteindra au moins 32% d’ici 2030. Cette transition est stimulée par l’urgence des problèmes environnementaux, tels que les émissions nocives, le réchauffement climatique etc. Ces dernières années, à une augmentation de l’intérêt porté au suivi des conditions en service de l’huile de turbine.

Le vent est une source importante d’énergie renouvelable.  Sous une forme ou une autre, l’énergie éolienne a été utilisée à Babylone, l’Egypte et la Chine. Les Européens ont commencé à utiliser l’énergie de l’aile au 12e siècle. Les premières applications étaient plutôt simples: les moulins à grain, le drainage des marais, etc., mais il était évident, même alors, que le vent est potentiellement une source puissante d’énergie. Le Danemark a été le pionnier en utilisant le vent pour produire de l’électricité. La première usine éolienne a été mise en service en 1890. En vingt ans, près d’une centaine d’éoliennes ont été mises en œuvre dans le monde. En 2012, 806000 éoliennes ont été mises en œuvre à l’échelle mondiale.

La génération d’énergie éolienne s’est fait populaire grâce à ses avantages: la génération d’électricité, même à la vitesse du vent de 4-5 mètres par seconde, le respect de l’environnement, le renouvellement et le fonctionnement soit dans le réseau existant soit de manière autonome. La durée de fonctionnement en continu d’une éolienne moderne dans l’intervalle des entretiens est de trois ans (30 000 heures).

Cet article traite plusieurs questions liées à l’extension de la durée de vie de l’éolienne :

• objectif d’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes;
• choix d’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes;
• renouvellement d’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes;
• Le dispositif CMM-G de renouvellement d’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes;
• l’aspect économique de renouvellement d’huile de turbine d’éoliennes.

La structure d’une éolienne

Une éolienne fait convertir la puissance du vent en électricité. C’est une installation complexe, qui comprend les pales, le rotor, la boîte de vitesses, le générateur, le frein, le contrôleur, les capteurs et l’entraînement.

Les pales raccordées au rotor font capturer le vent; lorsque la vitesse du vent atteint un certain seuil, le rotor transmet le mouvement de rotation au ralentisseur de l’arbre, connecté à la boîte de vitesses. La rotation est ensuite transmise au générateur via un arbre à rotation rapide, donc l’électricité est générée à partir de cette rotation. Pour créer de l’énergie, l’arbre doit tourner assez rapidement (1000 à 2000 tr/min). Il est impossible d’atteindre de telles vitesses directement, car le vent ne provoque la rotation que de 15 à 20 tr/min. La boîte de vitesses fait accélérer la vitesse de rotation. D’autres parties des éoliennes sont les suivantes :

• La nacelle contient l’arbre, la boîte de vitesses, le générateur et le frein;
• Le mât est fixé à la fondation et prend en charge la nacelle. Pour assurer l’accès à la nacelle il y a une échelle à l’intérieur du mât;
• le frein arrête le rotor si la vitesse du vent dépasse un certain seuil;
• le contrôleur fait gérer le fonctionnement de l’éolienne;
• l’entraînement fait tourner ou aligner les parties composantes de turbine;
• les capteurs détectent les paramètres nécessaires (vitesse et direction du vent) et fournissent l’information au contrôleur, qui donne les commandes.

De nouveaux modèles d’éoliennes qui entrent en œuvre n’ont pas de pales ou de transmission, mais la plupart des éoliennes sont conçues comme décrit ci-dessus.

La boîte de vitesses – la partie la plus vulnérable d’une éolienne

Le coût du générateur et de la boîte de vitesses est 34% du coût total de l’éolienne.  Le rotor représente 20% du coût, tandis que les supports coûtent 15%. La boîte de vitesses est chère et, en même temps, elle est la partie la plus vulnérable de l’éolienne. Les effets combinés de facteurs négatifs entraînent la défaillance prématurée de cette partie. Les causes les plus fréquentes de défaillance de la boîte de vitesses sont les surcharges, le couple élevé, les variations saisonnières de température, la vitesse variable du vent, la corrosion et les démarrages et arrêts fréquents. Compte tenu de la complexité de l’entretien, il est important de prolonger le plus possible le cycle de vie de la boîte de vitesses. L’huile de turbine d’éolienne y joue un rôle important.

Objectif de l’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes

Il y a plusieurs «maillons faibles» dans les éoliennes, qui nécessitent la lubrification opportune. Ce sont les roulements de pale, l’arbre principal, l’unité de rotation, le générateur et la boîte de vitesses.

L’huile de turbine d’éoliennes réduit la friction et protège contre la corrosion et l’oxydation. Elle garde la boîte de vitesses propre à l’aide des additifs qui font saisir les particules de métal et préviennent la sédimentation sur les surfaces internes.

Comme mentionné ci-dessus, de nouveaux modèles d’éoliennes qui sont en cours d’élaboration n’ont pas de boîte de vitesses  Cette idée n’est pas purement nouvelle, car les rotors de petites turbines tournent assez vite à la connexion directe au générateur. Le développement actuel se concentre sur l’élimination des boîtes de vitesses de grandes éoliennes. Dans certains modèles d’éoliennes à petite boîte de vitesses, l’huile de turbine reste dans la boîte de vitesses au cours de toute la durée de sa vie. Il n’y a pas de réparations, et la boîte de vitesses est remplacée entièrement avec tout ce qu’elle contient.

Cependant, la plupart des installations à l’œuvre aujourd’hui sont équipées de boîtes de vitesses et nécessitent de l’huile de turbine à lubrifier les engrenages. L’utilisation correcte de matières lubrifiantes améliore la fiabilité et prolonge le temps entre les entretiens de générateurs d’énergie éolienne. La fiabilité de l’éolienne améliorée – le risque de défaillances imprévues est réduite.

Choix d’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes  

Le choix d’huile de turbine à lubrifier les engrenages est aussi importante que son utilisation correcte. Les principales exigences aux matières lubrifiantes sont :

• longue durée de vie. La hauteur des éoliennes modernes atteint 100 mètres, ce qui fait du renouvellement d’huile un procédé difficile. Les moins fréquentes sont les remplacements d’huile, – le mieux;
• sécurité du démarrage à froid. La plupart des boîtes de vitesses fonctionnent aux températures stables, mais les boîtes de vitesses d’éoliennes sont l’exception, puisqu’elles sont utilisées à ciel ouvert et sont assujetties aux facteurs météorologiques;
• fiabilité du fonctionnement à la charge élevée, la prévention de la corrosion et l’usure prématurée des pièces de la boîte de vitesses;
• la résistance à l’eau sans formation de mousse et la sécurité au personnel d’entretien.

Au marché il y a deux types principaux d’huile: minérale et synthétique. Chacune a ses propres avantages:

• les différentes huiles minérales de turbine pour engrenages peuvent être mélangées (il n’est pas recommandé de mélanger les huiles synthétiques);
• les huiles minérales sont les meilleurs lubrifiants par rapport aux huiles synthétiques;
• l’huile synthétique est plus durable et plus performante aux différentes températures ambiantes.

Le choix d’huile de turbine pour une éolienne nécessite une approche au cas par cas et un examen de tous les facteurs pertinents.

Raisons de renouvellement d’huile à engrenages

l’huile de turbine d’éoliennes est utilisée dans les conditions difficiles: fortes charges, cisaillement du vent, température variable, friction élevée, etc. En résultat les performances de l’huile de turbine et la fiabilité de l’équipement baissent avec du temps.

Certains facteurs qui accélèrent le vieillissement de l’huile de turbine à engrenages d’éoliennes sont:

• eau libre et dissoute;
• particules de l’engrenage usé;
• gaz;

En considérant que la matière lubrifiante entre en contact avec toutes les parties de la boîte de vitesses, il est raisonnable de l’envisager comme une partie séparée de l’ensemble de l’unité, ce qui demande la surveillance et l’entretien. L’un des éléments de l’entretien est le renouvellement complet de l’huile de turbine à engrenages d’éoliennes.

Les problèmes principaux de la boite de vitesses d’éolienne

L’appauvrissement de la qualité d’huile entraîne certains problèmes dans la boîte de vitesses d’éolienne, tels que micro-piqûres et piqûres, la rupture des dents d’engrenage ou des roulements. Micropiquage est une fatigue de surface qui se produit au contact des pignons.

Les causes de ce problème sont:

• la quantité insuffisante ou la distribution inégale de l’huile de turbine sur la surface d’engrenage;
• matière lubrifiante est mal choisie;
• mousse dans l’huile de turbine;
• changement régulier de la charge.

Micropiquage est le premier stade de piqûres, qui entraînent la rupture des dents de pignon.

Compte tenu de ce qui précède, on peut en conclure que le changement opportun d’huile est une bonne mesure préventive de préservation des engrenages.

Vidange d’huile de turbine

Il y a deux approches à procéder au changement d’huile de turbine d’éolienne. Une approche consiste au respect des directives du fabricant d’huile et au remplacement d’huile lorsque le délai de garantie s’épuise, indépendamment de l’état réel de l’huile de turbine. Dans ce cas l’huile de turbine est vidangée tous les deux ou trois ans. La seconde approche consiste au remplacement d’huile après avoir relevé les écarts critiques d’huile par rapport aux paramètres prescrits en analysant les échantillons.

Lorsque la décision de renouvellement de l’huile de turbine d’éolienne est prise, on choisi la méthode de remplacement. Dans le passé, plusieurs travailleurs étaient rangés en ligne pour passer de seaux d’huile de l’un à l’autre, de la boîte de vitesses au sol. Il est difficile à en croire, mais cette méthode est encore parfois utilisée dans l’entretien de l’éolienne.

Une approche plus avancée est l’utilisation de dispositifs mécaniques au renouvellement d’huile d’éolienne, en diminuant la main-d’œuvre exigée pour drainer la vieille huile et livrer la nouvelle huile dans la boîte de vitesses. L’étude nous montre que ceci n’est pas suffisant. Plus de 50 % de contaminants restent dans la boîte de vitesses après le drainage de l’huile, avec un peu de vieille huile. Cela cause le vieillissement rapide de la nouvelle huile; en plus, pas tous les types de matières de lubrification sont compatibles.

Dispositif CMM-G de renouvellement d’huile de turbine à engrenages d’éoliennes

Pour aborder le problème de renouvellement d’huile de turbine pour engrenages GlobeCore a conçu le dispositif CMM-G. La caractéristique principale de ce dispositif de rechange d’huile est qu’il comprend encore un stade. Sauf la vidange et remplacement d’huile, le dispositif CMM-G nettoie aussi la boîte de vitesses pour enlever tous les contaminants et les restes du lubrifiant précédent. Ceci permet d’utiliser la nouvelle huile à son plein avantage. Le dispositif peut aussi réchauffer l’huile avant remplir la boîte de vitesses. Les huiles minérales et synthétiques peuvent être utilisées. Pour passer d’un type d’huile à l’autre, on doit rincer le dispositif et changer ses éléments de filtration.

Spécification de CMM-G

No	Paramètre	Valeur
1.	Vitesse de remplissage, m3/heure, pas moins de	0,8
2.	Vitesse de vidange, m3/heure, pas moins de	0,5
3.	Température max. de sortie d’huile au régime de chauffage, ºС	70
4.	Pression de sortie, MPa	1,3
5.	Puissance du réchauffeur d’huile, kW, max	4,8
6.	Consommation d’énergie, kW, max	8
7.	Alimentation électrique
	– tension, V	380
	– fréquence, Hz	50
8.	Dimensions, mm, max
	– longueur	5700
	– largeur	2400
	– hauteur	1650
9	Poids à vide, kg, max	2500

Le remplisseur CMM-G d’huile de turbine à lubrifier les engrenages d’éoliennes se compose d’un boîtier, un réservoir à huile propre, un réservoir à huile usagée et des enrouleurs pour les flexibles. Toutes les pièces sont installées sur une remorque à deux essieux. Si l’alimentation est indisponible, l’outillage peut être alimenté par un générateur. Les soupapes sont automatisés par un contrôleur. La quantité d’huile fournie est enregistrée par un compteur à la sortie du tuyau de remplissage.

Un filtre à mailles protège les pompes contre de grosses particules solides. Un filtre mince de 12 microns élimine les particules qui ont pu s’accumuler dans l’huile pendant le stockage et le déplacement. Le système de capteurs assure le contrôle permanent de tous les processus de CMM-G (température d’huile, contamination du filtre, la pression de sortie, niveau d’huile, etc.).

Les avantages de remplisseur d’huile de turbine d’éoliennes CMM-G de GlobeCore:

• la haute qualité d’entretien des boites de vitesses d’éoliennes;
• mobilité et le déplacement sur remorque ou en conteneur;
• dimensions compactes;
• volume suffisant de réservoirs pour renouveller l’huile de trois boites de vitesses d’éoliennes;
• renouvellement d’huile ne prend pas plus d’une ou deux heures;
• flexibles peuvent être rapidement rembobiner sur enrouleur motorisé.

Viabilité économique

La viabilité économique de l’utilisation de changeur d’huile de turbine d’éolienne par rapport au travail manuel est évidente. Par exemple, le remplacement de 80 gallons d’huile nécessite 12 heures pour une équipe de deux. Le même volume peut être rechangé dans deux heures par un CGM-G.

Les sociétés de génération d’énergie alternative ont trois options quant au changement d’huile: l’achat de l’équipement, son location ou contracter les services.

Faisons une comparaison entre la location et l’achat d’un changeur d’huile pour engrenages. Chacune des solutions a ses avantages et ses désavantages. L’utilisation du dispositif à un seul parc éolien avec, par exemple, 60 turbines, ne garantit pas le retour rapide de l’investissement. Dans ce cas, il est préférable de louer le changeur d’huile. Cependant, la possession de l’équipement est le choix correct et l’investissement rentable lors de l’entretien de plusieurs parcs éoliens !

Certaines compagnies énergétiques préfèrent le contrôle total sur le processus de renouvellement d’huile de turbine d’éolienne et le rinçage de la boîte de vitesses à partir du choix de matière lubrifiante jusqu’à la formation des spécialistes pour ces opérations. Dans d’autres cas, le service est confié à une autre société, qui emploie les spécialistes déjà qualifiés pour changer l’huile et nettoyer la boîte de vitesses.

La décision finale concernant les méthodes d’entretien de boîtes de vitesses d’éolienne est faite quand tous les facteurs sont pris en considération et analysés.