Outil d'ingénierie gratuit #026
Limites de vibration — Éoliennes
Évaluer la sévérité vibratoire des composants d'une éolienne selon la norme ISO 20816-21. Prend en charge les mesures du palier principal, du réducteur, du générateur et du sommet de la tour.
Résultats
ℹ️ Remarque concernant les composants :
| Zone | Limite | Description |
|---|
Champ d'application de la norme ISO 20816-21
La norme ISO 20816-21 spécifie les critères d'évaluation des vibrations des éoliennes terrestres et en mer. Elle couvre les principaux composants de la chaîne cinématique et la structure de la tour/nacelle, en tenant compte des conditions de fonctionnement spécifiques aux systèmes éoliens.
Boîte de vitesses — Vitesse (mm/s RMS)
Les vibrations de la boîte de vitesses sont mesurées au niveau du carter de palier à l'aide de capteurs de vitesse. Les multiples étages produisent des signatures vibratoires complexes.
| Limite de zone | Vitesse (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 3.5 |
| B/C | 7.1 |
| C/D | 11.2 |
Générateur — Vitesse (mm/s RMS)
Les limites de vibration des générateurs sont plus faibles car les générateurs sont des machines rotatives de précision avec des tolérances plus strictes.
| Limite de zone | Vitesse (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.6 |
| C/D | 9.0 |
Palier principal — Accélération (g RMS)
Le palier principal fonctionne à très basse vitesse (10 à 20 tr/min). La mesure de l'accélération permet de détecter les signaux de défauts du palier à haute fréquence que les capteurs de vitesse ne pourraient pas capter.
| Limite de zone | Accélération (g RMS) |
|---|---|
| A/B | 0.5 |
| B/C | 1.0 |
| C/D | 2.0 |
Sommet de la tour (nacelle) — Vitesse (mm/s RMS)
Les vibrations au sommet de la tour reflètent la réponse structurelle globale aux charges aérodynamiques et aux forces de la transmission.
| Limite de zone | Vitesse (mm/s RMS) |
|---|---|
| A/B | 2.0 |
| B/C | 4.0 |
| C/D | 7.0 |
ℹ️ Remarque : Les vibrations des éoliennes varient considérablement en fonction des conditions de vent. Pour une comparaison pertinente, les mesures doivent être effectuées dans des conditions de fonctionnement constantes (par exemple, puissance nominale, vitesses de vent spécifiques). Les systèmes de surveillance de l'état (CMS) assurent un suivi continu.
⚠️ Important : Les défaillances des paliers principaux figurent parmi les réparations les plus coûteuses des éoliennes. La détection précoce par la surveillance des vibrations (notamment l'analyse de l'accélération à haute fréquence et l'analyse de l'enveloppe vibratoire) est essentielle pour planifier leur remplacement avant toute défaillance catastrophique.
La norme ISO 20816-21 spécifie les critères d'évaluation des vibrations pour les éoliennes terrestres (onshore) et en mer (offshore). Elle couvre :
- Palier principal — palier de l'arbre lent
- Multiplicateur — multiplicateur de vitesse à plusieurs étages
- Génératrice — machine électrique à grande vitesse
- Sommet de tour (nacelle) — vibration structurelle
Les mesures de vitesse (mm/s) et d'accélération (g) sont toutes deux prises en compte selon le composant.
La vitesse (mm/s RMS) est utilisée pour le multiplicateur, la génératrice et le sommet de tour où les fréquences de vibration se situent dans la plage de 10–1000 Hz.
L'accélération (g RMS) est utilisée pour les paliers principaux fonctionnant à très basse vitesse (10–20 RPM), où les signaux de défauts de roulements à haute fréquence sont mieux captés par des accéléromètres utilisant des techniques de démodulation d'enveloppe.
Les éoliennes de grande puissance (>3 MW) présentent :
- Des vitesses de rotation plus faibles
- Une souplesse structurelle plus élevée
- Une inertie de rotor plus importante
- Une dynamique de chaîne cinématique plus complexe
Les limites de zones restent généralement cohérentes entre les classes de puissance car elles se rapportent à la sévérité par composant. La classe de puissance fournit un contexte pour l'interprétation et le suivi de tendance.
La vibration au sommet de la tour (nacelle) mesure la réponse structurelle globale aux phénomènes suivants :
- Balourd massique et déséquilibre aérodynamique du rotor
- Défaut d'alignement d'orientation (lacet) par rapport à la direction du vent
- Efforts de la chaîne cinématique transmis à travers la nacelle
- Résonance structurelle du mât (tour)
- Problèmes de fondation
C'est un indicateur clé de l'état de santé global de l'éolienne qui peut révéler des problèmes invisibles lors de la surveillance individuelle des composants.
Pour une Zone C sur un composant d'éolienne :
- Examiner les tendances du système de surveillance d'état (CMS) et les données SCADA
- Corréler les vibrations avec la vitesse du vent et la puissance produite
- Pour les roulements : vérifier le spectre d'enveloppe aux fréquences de défauts
- Pour le multiplicateur : analyser des échantillons d'huile pour détecter les particules métalliques
- Envisager un bridage de l'éolienne pour réduire les charges
- Planifier la maintenance lors de la prochaine fenêtre météo favorable
- Pour la tour : vérifier la fondation, le système d'orientation (yaw) et l'équilibrage du rotor
Les procédures décrites sur cette page ont été développées et testées sur le terrain par l'équipe Vibromera à l'aide du Balanset-1A, un équilibreur portable à deux canaux et analyseur de vibrations pour l'équilibrage des rotors sur site.
Analyseurs de vibrations professionnels pour la surveillance de l'état des éoliennes. Évaluation sur site conforme à la norme ISO 20816. Utilisés dans plus de 50 pays.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko est ingénieur en analyse vibratoire, ainsi que fondateur et PDG de Vibromera. Depuis plus de 15 ans, il équilibre des équipements rotatifs sur le terrain plutôt que sur banc d'essai : broyeurs, ventilateurs industriels, concasseurs, centrifugeuses, arbres et broches. C'est de ce travail que sont nés les instruments Balanset — conçus comme un outil qu'un spécialiste peut emporter jusqu'à la machine et utiliser seul, sur site, et non comme un équipement de laboratoire. Vibromera a été fondée en 2017 et est basée à Porto, au Portugal, depuis 2023. Le développement, l'assemblage et le support de la gamme Balanset se font ici. L'instrument phare est le Balanset-1A, un analyseur portable pour l'équilibrage à un et deux plans et pour le diagnostic vibratoire. Nikolai est personnellement impliqué dans le support client, dans le traitement des cas d'équilibrage difficiles et dans le développement du logiciel. Il travaille avec des clients du monde entier, dans toutes les langues.
