Systèmes de distribution pour le collage de pales de rotor

Au cours des décennies à venir, nous assisterons à une augmentation continue de la part de l'énergie éolienne dans le bouquet énergétique mondial. L'objectif est que les parcs éoliens fournissent de l'électricité à un prix inférieur à celui de l'énergie fossile. Par conséquent, les fabricants de pales de rotor et de systèmes de distribution et de mélange d'adhésifs devront relever un certain nombre de défis à l'avenir.

Lors de la fabrication de pales de rotor pour éoliennes, il s'agit avant tout de raccourcir le temps de production tout en réduisant les coûts de production. Dans le même temps, les exploitants de parcs éoliens exigent une garantie de plus de 20 ans sur les pales. Pour répondre à toutes ces exigences, les différentes disciplines concernées doivent mettre en commun leur expertise et travailler ensemble de manière efficace. La distribution, le mélange et l'application des adhésifs, en particulier, jouent un rôle important (figure 1).

Des quantités croissantes d'adhésifs

Dans le cas de pales de rotor de plus de 100 mètres de long, il faut jusqu'à 1 200 kilogrammes de colle pour assembler les deux moitiés des pales. La longueur des pales et la quantité de colle nécessaire sont susceptibles d'augmenter à l'avenir. Le temps ouvert de la colle est généralement d'environ 45 minutes à 25 °C. Quelle que soit la taille de la lame, le processus de collage doit être achevé dans ce délai. La colle est mesurée à l'aide de compteurs de volume à haute résolution dotés d'un système de régulation en boucle fermée pour chacun des composants de la colle. Des capteurs peuvent également être intégrés pour contrôler la température d'application dans les tolérances requises.

Lorsque de petites sections des pales du rotor doivent être collées vers la fin de l'application de l'adhésif, un adhésif à durcissement rapide accélère le processus. Dans le cas de composants plus importants, tels que le moule principal (figure 2), un adhésif à séchage lent permet un processus de collage minutieux et complet.

La possibilité de choisir différents adhésifs améliore non seulement l'efficacité globale du processus de collage, mais offre également de nombreuses possibilités d'adaptation de la procédure. Les utilisateurs peuvent ainsi répondre aux exigences variables des différents composants des pales de rotor.

Accélérer les processus

En raison des propriétés des matériaux, l'accélération du processus de collage représente un défi majeur. Le durcissement des matériaux est un processus continu et la fiabilité de l'adhésion dépend du temps ouvert de l'adhésif mélangé, qui est un aspect crucial de sa durée de vie en pot. Comme nous l'avons déjà mentionné, le cycle d'application doit être achevé en 45 minutes, quelle que soit la taille de la pale. En raison de l'augmentation de la longueur des pales de rotor, le processus de collage doit être accéléré.

Les pompes d'application haute performance les plus récentes, avec des réglages de processus très précis, permettent d'appliquer l'adhésif à une vitesse supérieure à 30 kilogrammes par minute. En outre, il existe des machines à débit variable et des tampons de matériaux supplémentaires qui n'ont pas besoin d'être remplis pendant le processus. Grâce à cette nouvelle technologie, les adhésifs peuvent être distribués, mélangés et appliqués dans les délais impartis.

Application avec différents profils de cordons

Différents profils de cordons sont nécessaires lorsque l'adhésif est appliqué sur les différentes sections de la pale de rotor : le moule principal, le bord d'attaque et le bord de fuite. Pour s'assurer que le processus d'application répond aux différentes exigences de l'espace de collage, la buse doit souvent être changée - jusqu'à neuf fois pour chaque pale de rotor. Cette opération prend beaucoup de temps et représente un travail considérable. Elle représente une part importante du processus de collage et peut empêcher l'augmentation de la taille des pales de rotor. En outre, les points de collage doivent parfois être retravaillés manuellement (forme, bulles d'air, etc.), ce qui augmente considérablement la quantité de travail dans l'ensemble du processus.

L'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie éolienne IWES a mis au point une buse variable pour l'application d'adhésifs qui permet d'appliquer différents profils en une seule étape. La buse peut ajuster automatiquement le profil du cordon de colle appliqué à différentes sections de la pale du rotor, ce qui permet de réduire considérablement le temps nécessaire. L'utilisation de capteurs permet d'automatiser partiellement ou totalement ce processus et de mesurer avec précision la quantité de matériau utilisée dès le début du processus de collage (figures 4 et 5).

Cette évolution technique permet de n'appliquer que la quantité de colle spécifiée sur chaque section avec le profil de cordon correct, ce qui garantit la meilleure qualité possible et réduit les déchets au minimum. Les pales de rotor ainsi collées sont également plus légères. Dopag a intégré la buse d'application de colle variable dans son système de dosage et de mélange Gluemix (figure 3).

Rapport de mélange constant

Les fabricants garantissent leurs pales de rotor pendant plus de 20 ans. Un facteur important pour respecter cet engagement est la liaison permanente entre les deux moitiés de la pale. Celle-ci ne peut être garantie que si le rapport de mélange spécifié pour les composants matériels reste constant lors de l'application de la colle. La principale colle utilisée dans l'industrie éolienne est une résine époxy à deux composants. Les tolérances relatives au rapport de mélange sont très strictes. Le rapport doit rester dans une fourchette de ±2 parties de durcisseur pour 100 parties de résine. La cohérence du rapport de mélange est garantie par des compteurs de volume de haute précision qui sont utilisés pour contrôler et faire fonctionner les pompes doseuses de chaque composant indépendamment, dans le cadre d'un système de régulation en boucle fermée.

Dopag utilise des débitmètres à broche pour s'assurer que la chute de pression dans le compteur de volume est réduite au minimum par rapport à d'autres solutions disponibles. Cette fonctionnalité permet de surveiller et de contrôler les rapports de mélange de bout en bout.

En outre, les systèmes sont dotés d'un mécanisme de préétalonnage automatique qui s'appuie sur des systèmes de pesage. Il en résulte une augmentation significative de la fiabilité du processus, car les rapports peuvent être maintenus avec précision et constance. Dopag a intégré ces technologies dans son système Gluemix.

Surveillance en ligne et maintenance prédictive

La convergence continue des systèmes et des processus permet de connecter entre eux les différents éléments de la chaîne de production. Ce processus en cours (Industrie 4.0) comprend l'intégration d'analyses de données et de technologies intelligentes dans le but de créer un environnement de production plus efficace et plus fiable. La connectivité croissante permet également une communication transparente entre les systèmes dans le processus de mélange des adhésifs pour les pales de rotor. Cela accroît l'efficacité du processus et permet de réagir aux changements en temps réel.

Le Life Cycle Logger (LCL) de Dopag permet une surveillance en ligne et une maintenance prédictive du système, ce qui représente une avancée significative dans le processus de collage. Dans le passé, il était rarement possible d'effectuer des analyses fiables des données d'exploitation historiques et de tirer des conclusions sur les intervalles de maintenance et la durée de vie des composants. Le nouveau module donne aux opérateurs de machines et au personnel de service un aperçu détaillé de tous les paramètres du processus et des profils d'utilisation des composants de dosage. Il s'agit notamment des quantités de matériaux et des pressions, des données de température et d'accélération, des résultats des bancs d'essai concernant l'efficacité et d'autres données de fonctionnement. Les utilisateurs peuvent ainsi réagir immédiatement aux anomalies et garantir un niveau élevé de fiabilité du processus. Cela présente également des avantages pour la maintenance prédictive. En comparant les données, les opérateurs peuvent identifier à un stade précoce les zones d'usure potentiellement critiques et les défauts qui apparaissent progressivement.

Dans le contexte de l'efficacité globale des équipements (OEE) (figure 6), tous les chiffres clés concernant la disponibilité, la performance et la qualité peuvent être documentés avec précision. L'OEE est une norme mondialement reconnue pour l'évaluation de la productivité des installations industrielles et joue un rôle central dans l'amélioration de l'efficacité opérationnelle. Les données fournies par l'enregistreur de cycle de vie constituent la base de la planification stratégique et du suivi de la productivité en temps réel des machines de distribution et peuvent être intégrées de manière transparente dans les systèmes modernes de gestion allégée.