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Constructions légères Courroies dentées en polyuréthane

Dans le secteur de l’énergie éolienne se dessine un besoin à peine maîtrisable de réparations de feuille de rotor. La solution : un système d’accès de Windpowersystems (WPS) de Brandebourg double le nombre possible d’intervention de maintenance par an en comparaison avec les systèmes existants. Les entraînements par courroies dentées BRECO® employées jouent un rôle important pour la réduction du poids.

Photo: WP Systems GmbH

Photo: WP Systems GmbH

C’est une tendance réjouissante : en 2018, avec une injection de 100 térawatts à partir des éoliennes onshore, la production de l’électricité respectueuse de l’environnement à partir de l’énergie éolienne a été la deuxième devant l'énergie nucléaire et le charbon. Or, la technique ne surmonte pas une durée de service calculée de 20 ans sans l’entretien et les réparations. C’est incroyable, mais c’est surtout les feuilles de rotor en plastique renforcé par des fibres de verre qui souffrent de l’érosion, des coups de foudre et de la formation de fissures en raison des charges alternantes. En Allemagne, les feuilles de rotor sont en général inspectées tous les deux ans par des techniciens de service à l’aide de cordes. « Or, une réparation sur corde n’a pas été concluante et une réparation correcte de laminage n’est pas vraiment faisable à partir de la corde », sait Ole Renner, l’un des deux directeurs de Windpowersystems (WPS), une entreprise qui s’est spécialisée sur l’entretien des feuilles de rotor et le démantèlement des éoliennes. Il ajoute : « La tendance est aux installations d’accès mobiles. À la pointe de la technologie sont aujourd’hui les installations d’accès ouvertes, c-à-d. des châssis ouverts qui rappellent beaucoup des plateformes de travail. Elles sont tirées sur le rotor avec des treuils, appuyée contre la tour avec un cadre. Grâce à ces installations d’accès simples, les techniciens de service peuvent affûter les feuilles de rotor, les laminer avec de la résine de polyester et les sceller avec un revêtement. ».

Le problème : pour le traitement des laminés et des résines, il ne doit pas pleuvoir et la température doit être supérieure à 12 °C. En hiver, les réparations du rotor sont pratiquement impossibles et ne sont utilisables que quelques heures par jour pendant les périodes transitoires. De même, les réparations ne peuvent pas être effectuées avec une vitesse de vent supérieure à 12 m/s. Ole Renner explique : « Ces trois facteurs restreignent les jours d’entretien actuellement possibles en moyenne à 60 à 100 jours en fonction de l’emplacement. C’est le résultat de notre analyse statistique des données météorologiques de plusieurs parc éoliens. Pour le secteur, cette activité saisonnière avec 30 000 éoliennes rien qu’en Allemagne, représente un très grand défi.

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Concept du Système terra 1.1

Voici comment Holger Müller, expert de longue date dans le domaine de l’énergie éolienne et directeur de WPS, explique l’idée de l’installation d’accès Système terra 1.1 : « Notre approche a été de développer un système complet permettant des activités sur la feuille de rotor pendant toute l’année. »

Cela présuppose non seulement une, mais plusieurs innovations à la fois :
-    Pour obtenir un environnement sec de l’endroit en réparation, l’installation d’accès doit pouvoir entourer la feuille de rotor de manière étanche. De surcroît, le méca-nisme doit pouvoir être adapté à des contours et coupes transversales différents.
-    Il faut trouver une solution pour le traitement de la résine à des températures basses.
-    L’installation doit être transportable par des remorques à essieu tandem courantes. Cela limite le poids de la remorque et de l’installation d’accès à 3,5 tonnes.

Pour atteindre cet objectif ambitieux, une équipe interdisciplinaire de constructeurs de machines, experts dans les matériaux et les constructions légères ainsi que spécialistes de simulations a créé en 2015 Windpowersystems.

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Solution constructive de l’installation d’accès Système terra 1.1

En quelques années, une jeune équipe a mis en œuvre toutes les exigences avec Système terra 1.1 et a satisfait aux exigences élevées d’une certification comprenant également les interventions de nuit. L’installation d’accès innovante Système terra 1.1 est, en fait, un atelier mobile. Elle comprend une structure légère en aluminium pouvant être transformée en une chambre de travail imperméable au vent au moyen des bâches et des portes et équipée de tout le nécessaire, comme l’électricité, la lumière, les outils et le matériel de réparation. Pour pouvoir combler de manière souple le vide entre la feuille de rotor et le sol, resp. le plafond, l’on a développé à Ruhland des volants coulissants adaptés au contour aérodynamique des feuilles de rotor. Ils peuvent être positionnés jusqu’à quelques centimètres près de toute feuille de rotor. Une bâche en caoutchouc avec des ventouses rend étanche l’écart restant entre les bâches et la feuille de rotor. Cela rend possibles les réparations même en cas de pluie. Pour rendre possible le traitement de la résine aussi pendant les jours avec des températures inférieures à 12 °C, les développeurs de WPS utilisent un radiateur infrarouge pour chauffer l’endroit en réparation. Ainsi, quelques minutes suffisent pour atteindre plus de 30 °C même en cas de températures très basses. En outre, la résine de polyester et les durcisseurs sont conservés dans une boîte de trans-port, de manière à ne jamais interrompre la chaîne de température. Une telle préparation permet alors des interventions de réparation longues jusqu’à 0° et courtes jusqu’à -10 °C.

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Entraînements par courroies dentées pour le soutien et la rotation de la chambre de travail

Pour faire déplacer la chambre le long de la feuille de rotor, essentiellement, trois mouve-ments doivent être réalisés : le réglage en hauteur à l’aide de treuils, le déplacement et l’appui contre la tour à l’aide de cadres d’appui et la rotation de la chambre sur son axe vertical pour suivre le contour de la feuille de rotor de manière optimale. Pour permettre sa rotation, la chambre est accrochée à deux profils en arc en C par l’intermédiaire de galets de roulement. À leur tour, les profils en arc sont vissés avec un cadre à profils creux en aluminium. Ses profils creux longitudinaux sont guidés sur un cadre d’appui de 15,5 mètres de longueur.

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Le défi majeur : réduction du poids

La remorque à essieu tandem avec l’installation d’accès système terra 1.1 de WPS en Suède. Les 3,5 tonnes de poids total ne doivent pas être dépassées malgré la quantité de technique, comme la commande, alimentation électrique, treuils, etc. Photo : WP Systems GmbH

La remorque à essieu tandem avec l’installation d’accès système terra 1.1 de WPS en Suède. Les 3,5 tonnes de poids total ne doivent pas être dépassées malgré la quantité de technique, comme la commande, alimentation électrique, treuils, etc. Photo : WP Systems GmbH

Un défi particulier lors du développement était de ne pas dépasser le poids total autorisé de la remorque à essieu tandem de 3,5 tonnes. Ole Renner explique les conflits d’objectifs : « Bien que nous ayons dès le début utilisé systématiquement les possibilités des construc-tions légères, pour entraîner le cadre à profils creux sur le cadre d’appui de 15 m de longueur, nous devions trouver quelque chose de nouveau pour atteindre le poids souhaité. Les entraînements à crémaillère en acier sont bien trop lourds. Une comparaison systématique des types d'entraînement possibles nous a bien convaincus du potentiel de la construction légère de l’entraînement par courroies dentées. »

André Schmidt, ingénieur commercial de la filiale de Leipzig du partenaire de Mulco Wilhelm Herm. Müller GmbH & Co. KG (WHM), sur le démarrage du projet : « Le plan de WPS était simple et génial : La courroie dentée est tendue aux extrémités du cadre d’appui, et un entraînement par courroies dentées Omega sur châssis porteur déplace la chambre de travail en position souhaitée. Cependant, après notre première conception, le réveil a été brusque. La force de précontrainte calculée était trop élevée et dépassait nettement les forces admissibles pour le cadre d’appui, en particulier, en position supérieure de l’installation d’accès près de l’arbre de rotor, présentant un risque de flambage. Il n’était pas question de dimensionnement plus prononcé des profils déjà pour des raisons de poids. Nous avons alors proposé à WPS de positionner les deux déviations de courroie de l’entraînement Omega suffisamment près des poulies pour provoquer un guidage forcé de la courroie dentée autour de la poulie. Cette application permet également de renoncer à la précontrainte. » Ole Renner : « Cette modification a été importante pour nous et très, très utile. Le cadre d’appui pouvait garder ses dimensions et ainsi atteindre finalement le poids cible. »

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Stable et résistant aux intempéries : BRECOprotect®

Le cadre d’appui de 15,5 m de longueur comprend plusieurs segments pour permettre le transport sur une remorque. C’est bien qu’une courroie dentée de la même longueur peut être simplement déroulée et enroulée ... (Photo : WP Systems GmbH)

Le cadre d’appui de 15,5 m de longueur comprend plusieurs segments pour permettre le transport sur une remorque. C’est bien qu’une courroie dentée de la même longueur peut être simplement déroulée et enroulée ... (Photo : WP Systems GmbH)

... et montée au treuil à l’aide d’un système à clic. (Photo : WP Systems GmbH)

... et montée au treuil à l’aide d’un système à clic. (Photo : WP Systems GmbH)

André Schmidt déclare encore à propos de la sélection d’une courroie dentée appropriée : « Les courroies dentées standard possèdent à la base des dents ce que l’on appelle « nez d’enroulement ». Les éléments d’entraînement en acier y sont dégagés et sujets à la corrosion dans un environnement humide. BRECO propose également des éléments d’entraînement en acier inoxydable, mais ils n’ont pas la résistance de l’élément d’entraînement en acier. Par conséquent, avec la version de l’acier inoxydable, l’entraînement aurait devenu plus large et plus lourd. Dans ce cas, le produit au mètre BRECOprotect® avec l’élément d’entraînement en acier entièrement protégé a été la solution idéale, aussi parce que le polyuréthane utilisé est particulièrement résistant dans un environnement humide. »

Pour la rotation de la nacelle, WPS a choisi le même principe de travail. La courroie dentée y est tendue sur la face intérieure du profil en C incurvé et fixée à ses extrémités, entre eux se trouve de nouveau un entraînement Omega. André Schmidt sur d’autres potentiels de cette solution d’entraînement : « Comme l’on le reconnaît déjà sur cet exemple, un entraînement par courroies dentées Omega sur un arc de cercle permet de réaliser de manière la plus simple des entraînements rotatifs, de tour et pivotants de presque tous les diamètres. L’entraînement n’exige pas de lubrification et n’est pas sujet à la corrosion.

Ole Renner sur les trois dernières années de la collaboration avec le partenaire de Mulco WHM et les expériences de terrain fait jusqu’à présent : « Nous sommes très satisfaits de l’entraînement, notamment des forces de tractions que peuvent compenser les courroies dentées BRECO® par rapport à leur poids. C’est impressionnant. Monsieur Schmidt et le fabricant BRECO Antriebstechnik ont également répondu à nos nombreuses questions de détail et ont trouvé des solutions de manière extraordinairement rapide pendant le développement. Désormais, nous pouvons proposer au secteur de l’énergie éolienne une solution globale de réparation des feuilles de rotor pouvant être employés en moyenne 200 jours par an. Cela permet d’effectuer le double de réparations avec le même personnel et tout simplement doubler le chiffre d’affaires. Les courroies dentées BRECO® y ont aussi joué leur rôle. »
 

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Conviennent bien aux environnements humides et mouillés et particulièrement légers : Les profils en aluminium et les courroies dentées BRECOprotect®. Elle se trouve à l’extérieur au-dessus du cadre d’appui. L’entraînement Omega tire le cadre à profils creux sur les profils du cadre d’appui par l’intermédiaire des galets de roulement. Grâce à un grand rapport de transmission du réducteur planétaire, il est possible d’utiliser un petit moteur léger avec frein intégré. Photo : Jochen Krismeyer

Petite astuce – grand impact : guidage forcé de la courroie dentée autour de la poulie. Photo : Jochen Krismeyer.

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Mulco-Europe EWIV Garbsen,
15. mars 2019

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