Plus de puissance, plus d’efficacité : comment les roulements à rouleaux coniques transforment le secteur de l’éolien

En tant que responsable de la croissance stratégique dans le domaine de l’énergie éolienne, Marlé Fernandes a pour mission de maintenir Timken à l’avant-garde de la transition mondiale vers les énergies renouvelables.

Timken est une société axée sur l’ingénierie et l’innovation, et les tendances indiquent un besoin croissant de roulements à rouleaux coniques (TRB) dans les éoliennes – une technologie que les ingénieurs de Timken perfectionnent depuis plus d’un siècle.

Mme Fernandes passe son temps à évaluer les macro-tendances du marché et à s’assurer que les ingénieurs de Timken disposent des ressources et de la technologie nécessaires pour aider les clients fabricants et exploitants d’éoliennes à se démarquer dans un secteur extrêmement concurrentiel.

Un secteur en croissance et évolution constantes

Les macro-tendances ne sont pas difficiles à identifier. « L’énergie éolienne est en pleine croissance. Nous sommes optimistes, déclare Mme Fernandes. Il existe un énorme élan autour des énergies renouvelables, et l’éolien en est un pilier important. » Alors que les entreprises se fixent de nouveaux objectifs environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG) et de responsabilité sociale des entreprises (RSE), elles comptent sur les sources d’énergie renouvelables pour les aider à les atteindre.

La taille physique des éoliennes augmente également, car plus l’éolienne est grande, plus sa production d’énergie est efficace. « Tout le monde est impatient de sortir la prochaine grande turbine, explique Mme Fernandes. Pendant que nous travaillons sur une éolienne, une autre est en cours de lancement. Ce marché est très concurrentiel. »

En fin de compte, ces énormes turbines doivent se révéler extrêmement fiables, dit-elle. « Les sources d’énergie renouvelables doivent produire de l’électricité à un prix abordable pour pouvoir rivaliser avec les autres sources d’énergie, la fiabilité et le coût sont donc des facteurs clés. »

Les limites des roulements à rouleaux sphériques dans la position de l’arbre principal

L’industrie de l’énergie éolienne commerciale d’aujourd’hui a commencé à prendre son essor en Europe dans les années 1990, quand un roulement à deux rangées de rouleaux sphériques (SRB) occupait la position de l’arbre principal dans la plupart des turbines. Les concepteurs prévoyaient un défaut d’alignement important des roulements en cas de rafales ou de coups de vent, et les roulements à rouleaux sphériques gèrent très bien ce défaut d’alignement.

Avance rapide jusqu’au milieu des années 2000. Les turbines atteignent une capacité de plusieurs mégawatts, mais la disposition de l’arbre principal sur roulements à rouleaux sphériques connaît des taux de défaillance élevés.

« Les ingénieurs de Timken se sont penchés sur la question et ont constaté qu’en fait, les roulements à rouleaux sphériques sont bons pour le défaut d’alignement, mais pas pour la charge axiale, explique Mme Fernandes. Une charge axiale importante sur un roulement à rouleaux sphériques peut endommager le roulement lui-même et entraîner un transfert de charge indésirable vers le composant suivant, dans ce cas, le réducteur, charge pour laquelle il n’est pas conçu. »

Timken a aidé les clients du marché des pièces de rechange à prolonger la durée de vie des turbines en enduisant les arbres principaux à roulements à rouleaux sphériques de son revêtement céramique anti-usure ES302. Les ingénieurs de Timken ont également acquis la réputation d’intégrer des roulements à rouleaux coniques et cylindriques fiables dans les réducteurs des turbines.

En cours de route, ils ont également conçu le roulement TDI (bague intérieure double – conique) pour les applications éoliennes, qui a fourni une solution intégrée pour de nombreux roulements à rouleaux sphériques d’arbres principaux.

« Certains équipementiers installent encore des turbines neuves en utilisant des roulements ultra-larges de l’ordre de quatre à six mètres, explique Mme Fernandes, mais ces conceptions ont leurs inconvénients. D’abord, la production en masse n’existe pas. Avec ces roulements ultra-larges, vous vous heurtez directement à la capacité de fabrication industrielle. Il n’existe tout simplement pas tant d’applications dans le monde qui nécessitent une bague de six mètres de diamètre. »

L’avenir du 2TS

À mesure que la taille des turbines augmentait, les concepteurs d’équipements d’origine ont découvert, avec l’aide de Timken, qu’ils pouvaient encore réduire la taille des roulements en accroissant la distance entre les deux rangées de roulements. Au lieu d’installer un seul roulement à deux rangées, ils ont commencé à concevoir deux roulements à une rangée, espacés l’un de l’autre, ce qui a rendu le système plus rigide et capable de supporter des charges plus importantes. Aujourd’hui, alors que la taille des turbines augmente, les roulements et les composants auxiliaires peuvent rester de taille raisonnable et économiques.

Les fabricants de roulements concevant les deux roulements à une rangée indépendamment l’un de l’autre, ils peuvent déterminer exactement ce dont l’application a besoin à chaque point de charge. « La conception à deux roulements nous aide à couvrir beaucoup plus de points en termes de fiabilité. Un roulement à rouleaux coniques constitue une meilleure solution parce que vous pouvez le gérer et le concevoir avec l’angle adéquat pour gérer les charges axiales et radiales, explique Mme Fernandes. »

Timken a développé une activité florissante au service de l’industrie de l’énergie éolienne, non seulement avec des roulements, mais aussi avec des accouplements et des systèmes de lubrification automatique. « Notre part de marché dans le domaine des réducteurs témoigne de la confiance que nous accorde le secteur », ajoute-t-elle.

Avec un intérêt de plus en plus marqué pour les roulements à rouleaux coniques, en particulier les deux « tapered singles » (2TS/deux roulements à une rangée de rouleaux coniques) dans les positions de l’arbre principal des turbines, Mme Fernandes s’attend à ce que la réputation de Timken en matière d’expertise en énergie éolienne se renforce au cours de la prochaine décennie.

« Nous occupons depuis longtemps une position de leader dans le domaine des roulements à rouleaux coniques, précise Mme Fernandes. Nous avons également une perspective unique, avec une vue sur différentes applications, différentes positions dans le réducteur et différentes gammes de produits de transmission de puissance. Cette expérience nous aide à comprendre les applications de l’énergie éolienne de manière intrinsèque, ce qui nous permet de stimuler l’innovation dans le domaine des énergies renouvelables, explique-t-elle. »

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Published: 2022/03/17