À mesure que le marché des éoliennes se développe, la demande en roulements de grandes dimensions offrant fiabilité, longue durée de service et maintenance réduite ne cesse de croître. Dans le cadre de son processus de développement, SKF a mis au point un banc d’essai unique pour tester les roulements de grandes dimensions destinés aux applications d’éoliennes.

L’énergie alternative représentedésormais une part importante de l’ensemble de l’énergie produite. Les éoliennes actuellement en service atteignent déjà une puissance installée de 5 MW. Compte tenu du durcissement de la réglementation concernant la réduction des émissions de CO₂, il est probable que la puissance installée tout comme la taille des unités de production individuelles augmentent encore.

Dans des éoliennes de 3 MW culminant à 90 mètres, les systèmes de roulements de grandes dimensions constituent un élément central. Pour cette raison, SKF a mis au point un banc d’essai pour la validation des nouveaux modèles de roulements, ainsi que des outils de calcul évolués axés sur un roulement à taille réelle (se bild . 1 et 2).

L’Allemagne, qui exploite des parcs éoliens terrestres et offshore, se bild ure parmi les plus fervents utilisateurs de cette source d’énergie alternative et constitue, par conséquent, le lieu tout indiqué pour de telles installations d’essai.

Parallèlement à l’augmentation de la puissance installée, les dimensions des roulements utilisés à l’intérieur des éoliennes ne cessent de croître également. Le roulement SKF pour arbre de rotor principal, le plus couramment produit, est un roulement à deux rangées de rouleaux coniques spécial dont le diamètre extérieur atteint près de 2,4 m (se bild . 2 et 3). Ce roulement est le plus grand roulement de rotor principal pour éoliennes produit en série. À ce jour, environ 1 500 roulements ont déjà été produits pour un même client.

Ces collecteurs de vent sont généralement situés dans des zones géographiques éloignées et souvent difficiles d’accès. Il en résulte des exigences de fiabilité accrues, aussi bien pour les éoliennes que pour les roulements utilisés à l’intérieur des équipements. Malgré leur longue expérience du développement de roulements à partir de techniques de fabrication perfectionnées et d’outils de calcul et d’aide à la conception ultramodernes, les ingénieurs de développement SKF sont confrontés à une question essentielle de la part des clients du secteur de l’énergie éolienne : « Vos calculs ont-ils été validés ? »

Après une évaluation approfondie de la stratégie d’essai, il a été décidé de développer un banc d’essai grandeur nature permettant aux ingénieurs d’étudier ces roulements de très grandes dimensions.

Le centre d’essais SKF de Schweinfurt, en Allemagne, a été choisi pour concevoir, construire et exploiter le banc d’essai. L’un des éléments qui a pesé dans le choix du site est sa proximité avec l’usine de production des roulements de grandes dimensions et la présence d’ingénieurs en développement de produits et des équipes expérimentées de ce département.

Le développement du banc d’essai a impliqué une évaluation continue des objectifs visés et réalisables dans les délais définis. Le banc d’essai a ainsi pu être mis en œuvre en l’espace de 18 mois. Sa conception et sa construction ont nécessité les étapes suivantes :

• Définition des essais et paramètres de mesure ;
• Élaboration du concept du banc d’essai ;
• Recherche de fournisseurs pour les éléments constitutifs du banc d’essai ;
• Calculs approfondis concernant les éléments du banc et les roulements supportant une charge.

Les roulements à deux rangées de rouleaux coniques de grandes dimensions peuvent désormais être testés à proximité de l’usine plutôt qu’au sein de l’application finale, sans tous les problèmes d’accessibilité et de fluctuation des conditions de fonctionnement rencontrés auparavant. Lors des essais, les roulements peuvent être soumis à des vitesses atteignant 60 tr/min, c’est-à-dire plus de trois fois supérieures à la vitesse de fonctionnement dans des applications réelles. Le banc d’essai permet de contrôler étroitement le comportement du roulement avec différents lubrifiants, systèmes de distribution du lubrifiant (se bild . 4) et conditions de lubrification, tout en augmentant la charge jusqu’à deux fois la capacité de charge du roulement. Le frottement, les déformations élastiques (se bild . 5), les températures et d’autres paramètres sont évalués en parallèle.

Les premiers commentaires sur le banc d’essai et ses nombreux vérins hydrauliques installés sur le périmètre des bagues intérieures pour simuler les charges le comparent à l’accélérateur d’une fusée de science-fiction.

Le nouveau banc d’essai permet, en outre, de valider les outils de calcul sophistiqués développés par SKF pour estimer le frottement, les performances de la lubrification et des joints et la durée de service dans les applications de grandes dimensions. Il offre aussi la possibilité de valider en grandeur réelle de nouvelles conceptions et de nouveaux processus de fabrication et d’obtenir des informations précieuses sur la réponse des matériaux. Les équipements de maintenance conditionnelle SKF installés sur le banc d’essai permettent au personnel de maintenance d’affûter ses compétences sans avoir à se déplacer sur des sites éloignés.

Depuis le début de la campagne d’essai, le banc attire toutes les attentions, aussi bien des clients que des leaders politiques, sur SKF. Il matérialise sa position de leader en matière de technologie des roulements, sa contribution à la réduction de la consommation d’énergie et son soutien à la production d’énergie « verte ». Il constituera à l’avenir un tremplin majeur pour partir à l’assaut du marché de l’énergie éolienne en plein essor.