La maintenance des éoliennes
Les éoliennes sont des installations complexes composées de composants lents et rapides. Les défis techniques et de sécurité sont spécifiques pour les techniciens de maintenance conditionnelle.
L'un de ces défis est la hauteur à laquelle les données doivent être collectées. La hauteur des éoliennes est rarement inférieure à 80m. Cela crée d'importantes contraintes d'accessibilité, de sécurité et de logistique notamment dans l’acheminement de pièces de rechange. Il faut disposer de machines lourdes, coûteuses et d'opérateurs formés, parfois pour plusieurs jours d'arrêt.
Planifier ces interventions des semaines ou des mois à l'avance est le meilleur moyen de minimiser les surcoûts, voire de les atténuer complètement.
Le défi technique majeur est causé par la différence de vitesse de rotation des différents composants d’une l'éolienne. L'analyse des vibrations fonctionne bien pour surveiller les éléments qui tournent rapidement, comme les roulements du générateur. En revanche sur les composants à rotation lente, l’analyse vibratoire fait défaut car ces roulements tournent beaucoup plus lentement et ne créent pas suffisamment de vibrations rendant impossible tout diagnostic. L’analyse vibratoire est vaine et inutile. Pour surveiller les éléments à rotation lente, les techniciens de maintenance conditionnelle doivent recourir à la technologie des ultrasons.
Accessibilité
Lorsque l'on travaille à des hauteurs extrêmes, la sécurité des employés doit être prise en compte. Cela est particulièrement vrai pour les techniciens qui travaillent sur des éoliennes sans ascenseur. Les techniciens qui montent à une échelle de 50 à 100 mètres, parfois à plusieurs reprises dans la même journée, en portant des équipements doivent apprendre à gérer leur temps et leur fatigue.
Une solution de surveillance permanente de l'état des éoliennes, qui transmet les données au siège de la maintenance d'un parc éolien, réduit la nécessité d’accéder régulièrement au sommet des éoliennes et améliore l'efficacité globale des opérations du service de maintenance et de fiabilité.
Avertissement de la défaillance d'un composant critique
Lorsque des composants critiques à l'intérieur de la nacelle tombent en panne, les équipes de maintenance doivent agir rapidement pour rétablir le fonctionnement de l'éolienne.
La courbe D-I-P-F est un modèle courant décrivant la durée de vie typique des installations. Comme le montre le schéma suivant, les ultrasons détectent les défaillances imminentes et potentielles plus tôt que les vibrations, l'infrarouge ou toute autre technologie de maintenance conditionnelle, permettant ainsi la planification et la programmation avec la plus grande fenêtre d'opportunité pour une réparation corrective.
A l'intérieur de la nacelle
Le choix d’une technologie appropriée de surveillance d’état permet aux techniciens de maintenance et de fiabilité de déceler des défauts de façon plus précoce avant que le point de non-retour soit atteint. Les éléments critiques à surveiller de près sont connus. Le roulement principal relie les pales de l'éolienne au reste du mécanisme. L'arbre principal de l'éolienne effectue environ 10 à 20 rotations par minute, en fonction de la vitesse du vent. Le multiplicateur de l'éolienne, l'extrémité motrice et l'extrémité non motrice du générateur tournent beaucoup plus vite que l'arbre principal à faible vitesse.
Retour d’expérience
Un système de surveillance permanente capable de collecter et d’analyser ultrasons et vibrations, simultanément et en continu sur 8 canaux a été installé dans la nacelle d’une éolienne. Les données collectées sont traitées par le logiciel embarqué et analysées en temps réels, à distance via réseau cellulaire 3G. Les équipes de fiabilité sont informées en permanence de l'état de santé de leurs équipements distants et critiques. Les outils d'analyse complexes normalement réservés aux logiciels de vibration haut de gamme et coûteux sont facilement accessibles aux analystes, quel que soit leur niveau de compétence. L’application embarquée simplifie la mise en œuvre, il suffit de se connecter avec son navigateur préféré et de commencer l’analyse ou le suivi des tendances !
L'analyse vibratoire était déjà utilisée pour surveiller en permanence les composants critiques des turbines. La solution ultrasonore a été déployé pour surveiller sept points de collecte de données clé. Un point de collecte se trouvait sur le roulement à vitesse lente principal, quatre sur le multiplicateur, un sur l'extrémité motrice et un dernier sur l'extrémité non motrice du générateur de l'éolienne.
Les ultrasons surveille le roulement à vitesse lente principal de l'éolienne, il tourne 91 fois moins vite que les roulements du générateur principal. Sensible aux changements micro-soniques de très faible énergie causés par la friction et les impacts, les ultrasons donnent l’alerte en cas de défaillance imminente. La corrélation entre signaux ultrasonores et vibratoires permet une analyse plus fine et un diagnostic plus précis.
L'installation d’un tel système est rapide. En quelques heures, les données de surveillance de l'état des éoliennes sont acheminées vers les analystes.
Analyse
Roulement planétaire - Comme prévu à partir des données de vibration initiales, la lecture aux ultrasons a confirmé la présence d'un impact.
Roulement principal à vitesse lente - La lecture initiale par ultrasons du roulement principal a révélé la présence de nombreux impacts. Un appoint de lubrifiant permit de réduire clairement (-10dBµV après injection de graisse) les frottements et impacts, comme le montre la figure ci-dessous.
Caractéristiques roulement principal à vitesse lente, avant et après le graissage
Une analyse supplémentaire a été menée sur le roulement principal. Des impacts répétitifs ont été découverts à un BPFO d'environ 13,5 fois la vitesse de fonctionnement, ce qui correspond à un défaut de la bague extérieure. Il fut recommandé de surveiller de près l'état du roulement principal. Le défaut entraînera à terme le remplacement de ce roulement.
Grâce à la collecte de ces nouvelles données, les techniciens ont pu confirmer un défaut suspecté sur le roulement planétaire qui, à l'origine, avait été détecté par une analyse vibratoire.
En outre, ils ont découvert un nouveau défaut sur le roulement principal qui n'avait pas été détecté par les capteurs de vibrations déjà en place. Après avoir appliqué de la graisse sur le roulement principal, les techniciens ont constaté une baisse significative des niveaux de friction. À l'avenir, ils continueront à surveiller de près le roulement principal.
Par André Degraeve, Vice-Président de la BEMAS & Managing Director de SDT Ultrasound Solutions
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