Comment la filtration magnétique de l'huile aide les boîtes de vitesses à fonctionner plus longtemps

Par Paul Dvorak | 3 novembre 2016

Randy Yount/ Vice-président des opérations / FilterMag

Randy Yount

Selon le National Renewable Energy Lab (NREL), les problèmes de boîte de vitesses sont la première cause d'arrêt des turbines. Bien que l'industrie éolienne comprenne pourquoi les réducteurs ne fonctionnent pas pendant 20 ans, il est toujours nécessaire de les surveiller de près grâce à des systèmes de surveillance de l'état et à des analyses d'huile régulières. La raison pour laquelle une boîte de vitesses nécessite une attention particulière est la défaillance des roulements, en particulier sur l'arbre à grande vitesse. Actuellement, la plupart des défaillances de roulements entraînent finalement un changement de boîte de vitesses.

NREL cite également le coût moyen pour changer une tour de roulement d'arbre à grande vitesse à environ 46 000 $. Ce qui est pire, c'est le coût moyen d'échange de la boîte de vitesses. C'est environ 424 000 $.

Une installation d'éolienne typique enroule un FilterMag XT8PR autour d'un filtre à huile de boîte de vitesses. Une bande en acier inoxydable fixe les aimants au boîtier du filtre en aluminium. Les particules capturées sont essuyées de la paroi intérieure du boîtier lors d'un changement de filtre.

Cependant, l'utilisation de la filtration magnétique pour capturer les débris d'un roulement défaillant, associée à une détection précoce, pourrait permettre à un opérateur d'économiser plus de 300 000 $ pour une seule défaillance de roulement. Et lorsque des réducteurs sont installés dans des éoliennes offshore, comme ce sera le cas dans certaines unités de 8 MW, une longue durée de vie des réducteurs est d'autant plus importante.

Il est généralement admis que lorsqu'un roulement défaillant est détecté suffisamment tôt et que l'endommagement du reste de la boîte à vitesse est maîtrisé, alors il est possible de remplacer un roulement au lieu de devoir changer la boîte à vitesse. La surveillance de l'état avec une évaluation endoscopique précoce peut identifier le problème de roulement. Les particules les plus nocives ont une taille inférieure à 10 µm, suffisamment petite pour passer par la filtration standard. La filtration magnétique peut atténuer les dommages collatéraux au reste de la boîte de vitesses en capturant les débris générés par un roulement défaillant lentement.

Pour tester la capture magnétique des fines particules d'acier dans l'huile de boîte de vitesses, trois éoliennes de 1,5 MW surveillées par analyse de l'huile de boîte de vitesses ont chacune été équipées d'une paire de filtres magnétiques sur leurs boîtiers de filtre existants. Une filtration Hydac 5 µm a été utilisée sur chaque turbine. L'échantillonnage d'huile a été effectué 1, 2 et 4 mois après l'installation des aimants.

L'analyse de l'huile de boîte de vitesses soumise à une filtration magnétique avec un filtre conventionnel de 5 µm a révélé une réduction globale de 78 % de la contamination de l'huile, ce qui conduit à une durée de vie des roulements 50 % plus longue et une durée de vie des engrenages 30 % plus longue.

Le test a démontré qu'une réduction de 78 % des particules totales était possible après quatre mois. Le nombre moyen de particules ISO 4406 a changé du 19/17/14 au 17/15/12. Selon les données de Noria Corporation, ce changement de deux baisses de code indiquerait que les roulements pourraient durer 50 % plus longtemps et les engrenages 30 % plus longtemps. Noria est une société de conseil et de formation en tribologie basée à Tulsa.

Des filtres magnétiques sont disponibles pour la plupart des filtres à huile existants. Le diamètre extérieur d'un filtre à huile vissable ou le diamètre extérieur d'une cartouche de filtre détermine quelle unité convient à une application particulière. Les pièges magnétiques fonctionnent également sur les systèmes hydrauliques.

Un filtre à huile vissable typique qui avait été équipé d'un FilterMag a été disséqué pour montrer les particules d'acier capturées et maintenues en place par les aimants. L'image de droite est une vue microscopique des particules capturées toutes inférieures à 20 microns.

Les filtres magnétiques sont réutilisables et durent généralement plus longtemps que l'équipement sur lequel ils sont installés. D'autres types de filtration magnétique sont disponibles mais nécessitent généralement un équipement de plomberie en ligne.