Identification des problèmes de roulements de pales 

Identification des problèmes de roulements de pales 

Qu’est-ce que la fatigue sous-surface des roulements de pales ? 

Les problèmes de roulements de pales deviennent de plus en plus fréquents dans les parcs éoliens , la principale cause étant la fatigue sous-surface. Ce phénomène est particulièrement répandu sur les éoliennes de forte puissance en mégawatts. 

Ce type de dommage peut réduire la durée de vie d’un roulement de pale à seulement un ou deux ans. Certains roulements de pales  sont particulièrement vulnérables à la fatigue sous-surface, entraînant des fissures et des points de contrainte. Ce problème est dû aux charges élevées, notamment au poids de la pale. La principale cause de défaillance des roulements est la fissuration qui se forme généralement autour des trous de perçage axial dans la bague extérieure. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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https://material-properties.org/what-is-surface-fatigue-fatigue-wear-definition/ 

La fatigue sous-surface correspond à l’apparition de microfissures invisibles à l’œil nu, généralement de 5 à 6 microns de profondeur. C’est le premier signe indiquant qu’un roulement se dirige vers une défaillance due à la fatigue. 

Avec le temps, ces microfissures commencent à se connecter, entraînant une fatigue sous-surface avancée. 

 

 

 

 

 

https://material-properties.org/what-is-surface-fatigue-fatigue-wear-definition/ 

Comment la fatigue sous-surface se développe-t-elle ? 

À mesure que la fatigue sous-surface progresse, les microfissures finissent par se rejoindre, et de minces fragments de métal commencent à se détacher de la bague. À ce stade, les dommages deviennent perceptibles et même audibles. Ce phénomène est appelé écaillage (spalling). 

Une fois l’écaillage initié, la détérioration s’accélère rapidement. La zone de contact entre les surfaces augmente et la pression devient instable, empêchant ainsi le film lubrifiant de conserver sa forme et de séparer les surfaces de contact. 

Les facteurs suivants accélèrent ce processus en affectant les charges radiales et axiales du système d’entraînement : 

• Déséquilibre 

• Mauvais alignement 

• Boulons cassés 

• Boulons desserrés 

• Soudures rompues 

• Surcharge 

• Survitesse 

• Chocs mécaniques 

Lorsque le roulement de pale est complètement fissuré, les dommages peuvent s’étendre au moyeu, entraînant des détériorations majeures et une indisponibilité de l’actif. 

Réduction du niveau de fatigue sous-surface 

Une solution à long terme consiste à installer un renfort de compression par câble. Ce dispositif agit comme une sangle de compression, réduisant ainsi la tension globale exercée sur les roulements de pas des pales. Cette technologie est particulièrement utile lorsque la rigidité du roulement est insuffisante. L’installation d’un renfort de compression permet de réduire jusqu’à 25 % les contraintes maximales exercées sur les roulements. 

Le principe d’un dispositif de mise en tension pour bague de roulement repose sur l’application d’une force de compression vers le centre de rotation de la bague, empêchant ainsi sa distorsion lorsque l’arbre soutenu par le roulement tourne. Ce système comprend une sangle avec un connecteur à chaque extrémité et un tendeur, équipé d’un élément de connexion et d’un élément d’application de la tension. Lorsque la sangle est placée autour de la bague de roulement, la réduction de sa longueur circonférentielle génère une force de compression sur le roulement, diminuant ainsi les risques de fissuration. 

Comment détecter un défaut d’angle de pas ? 

Bien que l’usure des roulements ne soit ni visible ni perceptible directement, l’énergie émise par la fatigue est de très haute fréquence, ce qui la rend détectable via des instruments à ultrasons. L’analyse vibratoire est également un outil précieux pour identifier ce phénomène. 

Plusieurs technologies existent pour détecter la fatigue sous-surface, mais aucune ne permet d’identifier toutes les formes de fatigue à elle seule. L’analyse ultrasonore est la méthode la plus complète et efficace. 

Analyse ultrasonore 

L’inspection ultrasonore des roulements est la méthode la plus fiable pour détecter les premiers signes de défaillance. Elle permet de repérer les problèmes avant même qu’une augmentation de température ou qu’une vibration de basse fréquence ne soit mesurable. Elle permet de détecter : 

• Le début d’une défaillance par fatigue 

• L’indentation des surfaces de roulement (brinelling) 

• Un excès ou un manque de lubrifiant 

Prévoir la défaillance des roulements avec l’analyse ultrasonore 

Certains analyseurs ultrasonores, comme le SDT340, permettent de mesurer et enregistrer les signaux émis par un roulement. Les signaux statiques sont mesurés en décibels et suivis dans le temps pour détecter une tendance à la dégradation. Les signaux dynamiques sont enregistrés et analysés en domaine temporel et fréquentiel pour une évaluation approfondie des défauts. 

Cette méthode permet de prédire l’instant de défaillance d’un roulement, donnant ainsi le temps nécessaire pour planifier une intervention avant qu’une panne ne survienne. 

 

 

 

 

 

 

https://sdtultrasound.com/products/sdt340/ 

Dispositifs ultrasonores 

L’option la plus avancée pour l’analyse ultrasonore est le SDT340 de SDT Ultrasound Solutions. Grâce au logiciel Ultranaylsis Suite 3, les relevés des roulements peuvent être corrélés pour établir une prédiction efficace de l’apparition des défaillances critiques. 

Conclusion 

Étant donné l’impact économique et opérationnel de la fatigue sous-surface, il est essentiel de mettre en place un plan de détection et de prévention. 

Comme mentionné précédemment, les technologies telles que : Analyse ultrasonore ; Analyse d’huile ; Analyse vibratoire ; Infra-rouge ; Analyse des circuits moteurs… sont complémentaires et permettent d’identifier les premiers signes de défaillance des roulements. Bien qu’il existe de nombreuses solutions de surveillance sur le marché, elles sont souvent plus coûteuses et moins efficaces qu’un analyseur ultrasonore portable. 

La solution recommandée est de réaliser une analyse ultrasonore tous les six mois sur chaque éolienne. Cela permet une détection précoce des défauts et une estimation fiable du moment où la défaillance surviendra, offrant ainsi aux propriétaires d’actifs la possibilité d’intervenir bien en amont. Si le taux de dégradation est jugé trop élevé, l’installation d’un renfort de compression est conseillée, car elle permet de réduire de 25 % le stress maximal sur les roulements. 

Comment Greensolver peut vous aider ? 

Greensolver utilise les dernières technologies prédictives, telles que l’analyse ultrasonore et la surveillance conditionnelle prédictive, pour identifier la fatigue sous-surface des roulements de pales. Nous sommes souvent en mesure d’identifier les problèmes avant la défaillance complète des composants, ce qui nous permet de réduire les arrêts d’actifs et les coûts de réparation. Cela représente une économie importante pour les propriétaires d’actifs. Pour plus d’informations sur nos services prédictifs, n’hésitez pas à nous contacter. 

Rédigé par Jake Mason, Engineering Manager