Au fur et à mesure que la technologie des éoliennes évolue, la fiabilité et les performances de leurs composants deviennent de plus en plus vitales. Le contrôle non destructif (CND) joue un rôle crucial pour garantir la sécurité, la fiabilité et la longévité de ces composants. Les éoliennes fonctionnent dans des conditions environnementales difficiles et sont soumises à des contraintes mécaniques qui peuvent entraîner une usure potentielle, des fissures ou des défauts structurels. Les méthodes de contrôle non destructif (CND), telles que le contrôle par courants de Foucault (ECT) et le contrôle par ultrasons, sont utilisées pour détecter rapidement les défauts dans les pièces critiques telles que les pales, les engrenages, les tours et les mécanismes de roulement. En identifiant ces problèmes avant qu'ils ne s'aggravent, les contrôles non destructifs contribuent à réduire les coûts de maintenance, à prévenir les défaillances inattendues et à améliorer l'efficacité globale et la durée de vie des éoliennes, garantissant ainsi une production d'énergie continue et fiable. 

Une éolienne s'appuie sur divers composants structurels pour convertir l'énergie éolienne en électricité, la tour et les roulements étant parmi les plus importants. La tour fournit le support structurel essentiel, tandis que les roulements permettent une rotation en douceur des composants clés sous de lourdes charges. Ensemble, ces éléments sont essentiels pour maximiser l'efficacité de la conversion de l'énergie éolienne. 

La Tour

Cette structure haute et solide supporte la nacelle et les pales du rotor, les élevant à une hauteur significative où les vitesses du vent sont plus fortes et plus régulières. La hauteur et la solidité de la tour sont essentielles pour garantir le bon fonctionnement de l'éolienne et lui permettre de résister aux diverses contraintes environnementales, telles que la pression du vent et le poids du rotor et de la nacelle. Les principaux composants d'une tour d'éolienne sont les suivants :

1. Base/Fondation: La fondation ancre la tour au sol, assurant sa stabilité et absorbant les vibrations causées par les forces du vent et le poids de l'éolienne. Les éoliennes terrestres utilisent généralement des fondations en béton ou renforcées par de l'acier, tandis que les éoliennes offshore utilisent souvent des monopiles - une grande structure cylindrique en acier enfoncée profondément dans le fond marin pour ancrer l'éolienne. Certaines des nouvelles éoliennes offshore sont flottantes, ce qui élimine la nécessité d'utiliser des monopiles
   
   
2. Sections de Tour:
   Les tours sont généralement constituées de sections d'acier ou de béton assemblées sur place. Les hauteurs, comprises entre 80 et 160 mètres, dépendent de la conception de l'éolienne et des conditions de vent. Les tours plus hautes supportent des pales plus longues, ce qui permet de capter plus de vent et de produire plus d'énergie. Voici la répartition : 
   
   • Petites éoliennes : Pour les petites éoliennes terrestres, la hauteur de la tour peut être d'environ 80 à 100 mètres (262-328 pieds). 
   • Éoliennes terrestres plus grandes : Ces éoliennes ont généralement des tours d'une hauteur comprise entre 100 et 140 mètres (328-459 pieds). 
   • Éoliennes en mer : Les éoliennes offshore, qui sont généralement plus grandes, peuvent avoir des tours atteignant 160 mètres (525 pieds) ou plus en raison de la nécessité de capter des vents plus forts et plus réguliers à des hauteurs plus importantes. 
   
   
3. Raccords à brides: Elles sont utilisées pour relier solidement les différentes sections de la tour. Les boulons de bride garantissent l'intégrité structurelle dans des conditions de charge variables.

La protection de la tour contre la corrosion est essentielle à sa longévité, car l'exposition à des éléments environnementaux difficiles, en particulier l'eau salée et l'humidité, peut accélérer la corrosion. Des revêtements protecteurs, tels que la galvanisation, sont appliqués pour atténuer ce risque, et des inspections de routine utilisant des techniques CND telles que le contrôle par courants de Foucault (ECT) sont essentielles pour détecter les signes précoces de corrosion ou de fissures. 

Lorsque des fissures se développent dans la tour, elles peuvent présenter des risques graves, compromettant la sécurité et l'efficacité opérationnelle de l'éolienne. L'ECT est particulièrement efficace pour identifier les petites fissures à la surface de la tour, qu'elles soient dues à des défauts de production, à des contraintes mécaniques ou à la corrosion. Cette technique peut être utilisée pour évaluer les fissures à travers les revêtements (tels que la galvanisation) sans qu'il soit nécessaire d'enlever le revêtement, ce qui constitue une alternative plus efficace et moins invasive que les méthodes d'inspection conventionnelles. 

En règle générale, les défauts de l'ordre du centimètre sont les fissures cibles des tours d'éoliennes qui doivent être détectées pour garantir la sécurité de l'exploitation. L'outil Spyne®, initialement développé pour détecter les fissures dues à la corrosion sous contrainte dans les tuyaux en acier au carbone, est une solution ECA efficace et très productive pour évaluer ce type de défaut. 

Les caractéristiques de cette sonde ECA font du Spyne l'outil idéal pour cette application, combinant une grande sensibilité et une grande productivité : 

• Vitesse de balayage jusqu'à 1 200 mm/s (48 po/s)  

• Couverture de 200 mm en un seul passage  

• Diamètre de bobine de 4,5 mm (0,18in) et 6 mm (0,23in)  

• Topologie à conducteur unique long ou à conducteur double court  

• Les plus petits défauts détectables sont de l'ordre de 2 mm de long sur 1 mm de profondeur dans des conditions idéales.  

• Ajustements infinis, des tuyaux de 150 mm de diamètre extérieur aux surfaces planes  

• Résultats répétables et fiables  

• Préparation minimale de la surface requise ; il n'est pas nécessaire d'enlever le revêtement  

• Fonctionne sur l'acier au carbone, le duplex, l'acier inoxydable, etc. 

La sonde peut être intégrée à des solutions robotiques, comme un robot chenillé magnétique, pour améliorer la productivité et la sécurité lors des inspections de tours, comme illustré ci-dessous. 

Après l'évaluation de la tour, les données peuvent être facilement importées dans notre logiciel, SIMS PRO ECA, qui offre une suite robuste d'outils conçus pour les inspections ECA. Ce logiciel d'analyse et de rapport sophistiqué améliore considérablement la qualité des enquêtes critiques. 

(Image prise à partir de https://www.eddyfi.com/en/product/spyne-array-pipeline-crack-assessment)

Les Roulements

Les roulements des éoliennes, en particulier ceux de de la ligne principale et du système de lacet (mécanisme qui fait tourner la nacelle de l'éolienne), sont essentiels pour soutenir les composants rotatifs tels que le rotor et la nacelle. Ces roulements supportent des charges axiales et radiales importantes en raison de la taille de l'éolienne et des forces dynamiques dues au vent. Les roulements contribuent à réduire les frottements et à assurer une rotation régulière, ce qui est essentiel pour l'efficacité et la longévité de l'éolienne. Les composants mécaniques d'un roulement comprennent la bague intérieure, la bague extérieure, les trous de boulons, les filetages et les éléments roulants (tels que les billes ou les rouleaux). Les chemins de roulement de ces bagues guident les éléments roulants et répartissent les charges, assurant un transfert de charge efficace, minimisant le frottement et permettant un mouvement régulier. 

(Image prise à partir de https://www.malloywind.com/articles/blade-bearing-basics) 

Les propriétés mécaniques du chemin de roulement sont essentielles pour les performances des roulements. Des problèmes tels que des variations de dureté ou des fissures - dues à des défauts de production ou à l'usure en service - peuvent réduire de manière significative la durée de vie d'un roulement. Une dureté insuffisante entraîne une usure excessive et une résistance réduite à la fatigue due au contact avec le roulement, tandis qu'une ténacité insuffisante rend le chemin de roulement susceptible de se fissurer sous l'effet de charges d'impact ou de chocs. Il est essentiel de trouver le bon équilibre entre dureté et ténacité pour éviter les défaillances prématurées. 

Une fissure dans le chemin de roulement peut avoir plusieurs effets négatifs sur les performances, notamment une concentration accrue des contraintes, un écaillage, des vibrations, du bruit et une réduction de la capacité de charge. La détection des petites fissures, souvent de l'ordre du millimètre, est essentielle pour éviter une défaillance prématurée des roulements. Le contrôle par courants de Foucault multi-éléments (ECA), notamment à l'aide d'outils tels que l'ECA-PFLEX-D-034-HF-032, basé sur des sondes flexibles imprimées (technologie P-Flex), offre une méthode rapide et fiable pour détecter de tels défauts sur des géométries complexes : 

• Vitesses de balayage jusqu'à 180mm/s (7.08in/s)  

• Plus petits défauts détectables jusqu'à 0,5mm (0,020in) L   

• Diamètre de la bobine de 2 mm (0.08in)  

• Plage de fréquence de 1000 à 4000 kHz  

• Topologie à double entraînement court  

• Rayon de courbure minimum de 2mm (0.08in)  

• Rapport signal/bruit élevé (SNR) 

La figure ci-dessous présente un C-scan mettant en évidence tous les défauts ciblés dans un chemin de roulement de moins d'un millimètre de longueur et montrant les capacités de détection d'une telle solution avec un RSB élevé. 

Ainsi, le chemin de roulement peut être inspecté en quelques minutes seulement, avec une dépendance minimale à l'égard de l'opérateur, contrairement aux tests visuels conventionnels, qui prennent du temps et dépendent fortement de l'habileté de l'opérateur. De même, d'autres sondes spécialisées peuvent être utilisées pour évaluer d'autres composants du roulement (tels que les trous de boulons et les filetages). Grâce à l'ECA, les fissures peuvent être détectées à un stade précoce, ce qui permet d'engager des procédures de réparation en temps voulu.   

L'efficacité et la longévité des éoliennes dépendent fortement de l'état des composants critiques tels que les tours et les roulements. Tel que démontré, les solutions d'inspection avancées d'Eddyfi Technologies, telles que la sonde Spyne Eddy Current Array pour l'évaluation des tours et l'ECA-PFLEX-D-034-HF-032 pour les roulements, offrent une précision et une productivité inégalées. Ces outils permettent la détection précise de petits défauts, même dans des environnements difficiles, garantissant ainsi l'intégrité structurelle et les performances optimales des éoliennes.  

En intégrant ces technologies innovantes à la robotique et à des logiciels spécialisés comme SIMS PRO ECA, les opérateurs peuvent simplifier les processus d'inspection et prendre des décisions basées sur des données qui améliorent la fiabilité tout en minimisant les temps d'arrêt. Consultez nos tutoriels gratuits SIMS PRO ECA.  

Restez Au-Delà des Courants avec Eddyfi Technologies pour protéger votre investissement dans l'énergie renouvelable. Contactez-nous pour plus d'informations sur nos solutions ou pour discuter de vos besoins spécifiques en matière d'inspection.  

[¹] https://wwindea.org/ss-uploads/media/2024/3/1711538106-40ab83f2-3e01-4c0a-9d28-e0a21bff72e6.pdf