Les systèmes de transmission des éoliennes sont particuliers. Il existe des éoliennes avec ou sans multiplicateur, ainsi que des éoliennes hybrides qui sont équipées d’un multiplicateur mais à un seul ou deux étages d’engrenages et qui n’utilisent pas de génératrice à grande vitesse. Depuis le début, la majorité des éoliennes, 80 % environ, sont équipées de multiplicateurs, les autres sont des éoliennes à entraînement direct ou hybrides. Actuellement, de nombreuses discussions concernant une inversion de la tendance au profit des éoliennes à entraînement direct s’engagent au sein du secteur. Le coût de l’énergie est au centre de ces discussions et toute la question est de savoir quel concept s’avère le moins coûteux en énergie. Autrement dit, lequel offre une bonne maîtrise du coût du cycle de vie (investissement initial et coûts d’exploitation et de maintenance) ? En fait, chaque concept d’éolienne a ses avantages et ses inconvénients, ce qui signifie que les multiplicateurs vont continuer à jouer un rôle très important avec, comme but ultime, d’accroître encore plus la fiabilité et la sécurité de fonctionnement. Les roulements utilisés dans les multiplicateurs présentent souvent un endommagement et des défaillances prématurés qui se traduisent par des arrêts non planifiés et des coûts de maintenance élevés. Pour les éviter, SKF peut contribuer en fournissant des produits appropriés.

Bref état des lieux
Les étages planétaires de multiplicateurs sont souvent équipés de roulements à rouleaux cylindriques jointifs. Ces roulements, appréciés pour leur capacité de charge élevée, généraient cependant un frottement plus important que les roulements avec cage, en raison du contact direct entre les rouleaux. Dans les multiplicateurs de taille inférieure, de tels roulements semblent donner satisfaction. Cependant, comme les éoliennes sont de plus en plus imposantes, le risque d’une défaillance prématurée de ces roulements due au grippage ou à une usure précoce ne cesse de croître.

Pour répondre au besoin d’augmentation de la densité de puissance et de la fiabilité des éoliennes, SKF a lancé en 2006 une gamme de roulements à rouleaux cylindriques haute capacité. Ces roulements à rouleaux cylindriques haute capacité avec cage sont disponibles dans les séries de dimensions 22 et 23. Selon le type de cage, les roulements de la série 23 peuvent contenir jusqu’à deux rouleaux supplémentaires et les roulements de la série 22, trois rouleaux supplémentaires voire plus, par rapport à un roulement standard de même taille.

Les variantes haute capacité des roulements offrent une capacité de charge radiale supérieure qui leur permet de supporter des conditions de charge élevée.

Un nouveau modèle
SKF vient d’introduire une nouvelle version séparable de ses roulements à rouleaux cylindriques haute capacité qui permet de monter séparément la bague intérieure et la bague extérieure. Celle-ci combine les avantages d’un montage séparé et d’une capacité de charge élevée. Avec elle, SKF vient consolider le succès de ses roulements à rouleaux cylindriques haute capacité au sein des applications d’éoliennes.

Le nouveau modèle a été développé pour répondre aux besoins des constructeurs et utilisateurs concernant les roulements en position fixe sur les arbres rapides et les arbres intermédiaires.

Les nouveaux roulements allient la facilité de montage, démontage et maintenance sur les arbres rapides dans les engrenages à denture droite, avec une fiabilité et une sécurité de fonctionnement accrues. Ils sont constitués d’une cage monobloc en laiton massif guidée par la bague intérieure et qui présente un modèle d’alvéole haute capacité.

Le montage séparé est possible grâce à la conception de la cage qui permet aux rouleaux d’être retenus. Cette caractéristique de conception évite que des rouleaux ne s’échappent lors du montage, de l’assemblage et du démontage. La bague extérieure avec l’ensemble cage-rouleaux peut être montée dans le logement, tandis que la bague intérieure est montée séparément sur l’arbre afin de faciliter ensuite l’assemblage.
Pendant le montage, les éléments roulants sont protégés par la cage, ce qui réduit le risque d’endommagement lié aux manipulations. Sur ce modèle de cage, le jeu des éléments roulants a par ailleurs été réduit pour faciliter l’assemblage. La cage guidée par la bague intérieure évite les dommages pouvant résulter d’un glissement en cas de vitesses élevées associées à une charge minimale. La bague intérieure tournante, en contact avec la cage dans la zone qui jouxte la zone de contact des rouleaux, entraîne la cage, améliorant ainsi la cinématique du jeu de rouleaux.

Différents tests ont été réalisés pour étudier le glissement des rouleaux, notamment dans des conditions de charge très légère.
En outre, grâce à leur capacité de charge accrue, ils présentent un risque réduit d’endommagement ou de défaillance prématuré(e) et une sécurité opérationnelle renforcée.

Des exigences toujours plus élevées
Les éoliennes augmentent constamment en taille et en puissance, jusqu’à 7,5 MW, voire même 10 MW actuellement au stade de la planification. En outre, les parcs éoliens se trouvent au large ou dans des endroits difficiles d’accès et des environnements hostiles, ce qui accentue encore l’importance de la fiabilité. Les défaillances du multiplicateur sont considérées comme l’une des causes de pannes d’éoliennes les plus problématiques en raison des coûts élevés et de la longue durée d’immobilisation induits par les réparations ou le remplacement de cet élément.

Ces difficultés imposent pour les roulements utilisés dans les multiplicateurs d’éoliennes des performances supérieures qui passent par une fiabilité opérationnelle accrue afin de supporter des charges plus lourdes tout en conservant un encombrement aussi faible que possible. Les versions haute capacité des roulements à rouleaux cylindriques présentent des améliorations notables en termes de performances et une sécurité opérationnelle accrue pour les différentes positions de roulements à l’intérieur d’un multiplicateur d’éoliennes.

La version haute capacité séparable, mise au point dernièrement, peut être utilisée par les constructeurs sur de nouveaux modèles comme sur des modèles existants, pour des éoliennes sujettes à des pannes de roulements de multiplicateurs qu’une conception améliorée de ces roulements pourrait solutionner. Les dimensions d’encombrement du nouveau roulement sont conformes à la norme ISO 15, ce qui facilite le remplacement.

Applications
La gamme existante de roulements à rouleaux cylindriques haute capacité est utilisée avec succès sur des étages planétaires de multiplicateurs d’éoliennes. Le nouveau roulement séparable répond à des besoins liés à la maintenance et à l’inspection comme, par exemple, lorsque le démontage d’arbres rapides doit s’effectuer directement en haut de l’éolienne. Dans cette situation, un modèle de roulement à rouleaux cylindriques séparable facilite grandement la tâche.

Les roulements à rouleaux cylindriques haute capacité séparables SKF sont disponibles dans deux séries de dimensions pour les deux catégories d’arbres (les roulements de la série 22 sont destinés principalement aux arbres rapides, et les roulements de la série 23 aux arbres intermédiaires). Les roulements de ces deux séries ont été conçues pour répondre aux différents besoins de capacité de charge accrue, réduction du glissement et du risque d’usure et de construction séparable. Les deux séries 22 et 23 couvrent des diamètres d’alésage compris entre 100 mm et 240 mm.

La capacité de charge accrue permet de disposer de plus grandes marges de sécurité opérationnelle pour une taille géométrique identique ou bien de conserver le niveau de sécurité de la capacité de charge actuelle au sein d’un rou­lement plus petit et plus compact. Les roulements à rouleaux cylindriques haute capacité séparables ou non séparables de SKF aident les clients à atteindre une fiabilité élevée, d’excellentes performances et une maintenance facile dans leurs applications.