Brevet FR2827019A1 — publié le 20030110

- 1 DISPOSITIF DE GRAISSAGE AUTOMATIQUE DE ROULEMENTS A BILLES EQUIPANT NOTAMMENT DES EOLIENNES. La présente invention concerne un dispositif de graissage de roulements à billes. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, aux couronnes d'orientation équipant les éoliennes à pales orientables et dont l' axe de rotation est situé sensiblement dans l'axe du vent. Elle s'applique plus généralement à une turbine entrainée par un fluide dont l'axe de rotation est orienté dans l'axe d'écoulement du fluide. Les éoliennes de ce type sont généralement montées sur un mât et comprennent un stator fixé de manière à pouvoir pivoter autour de l'axe du mât et ainsi s'orienter en fonction de la direction du vent, et un rotor supportant un certain nombre de pales. Pour pouvoir contrôler la vitesse de rotation du rotor et en particulier éviter qu'elle n'excède une certaine limite, les pales sont montées pivotantes sur le rotor de manière à pouvoir pivoter autour de leur axe longitudinal. A cet effet, le stator, aussi bien que les pales sont montés sur des ensembles de couronnes concentriques à roulement à billes, chaque ensemble comprenant une couronne support considérée fixe, une couronne mobile en rotation dans la couronne fixe, et un roulement à billes intermédiaire entre la couronne fixe et la couronne mobile, pour réduire les frottements de la couronne mobile sur la couronne fixe. Or ces roulements sont soumis à de nombreuses contraintes. Comme l'éolienne est exposée aux intempéries, ils doivent être protégés dans des logements étanches, et ce d'autant plus qu'ils sont relativement peu sollicités en rotation. Il est donc nécessaire d'utiliser des joints d'étanchéité par exemple du type joints annulaire à lèvres toriques, et d'assurer un bon graissage des roulements. Il s'avère que les couronnes, de part leur position sur l'éolienne et des forces transmises par les pales, sont soumises à des efforts dissymétriques. Comme les couronnes sont toujours exposées au vent dans une même direction située dans leur plan, on peut remarquer qu'avec le temps la graisse n'est pas répartie d'une manière uniforme dans le roulement sur la circonférence des couronnes, mais a tendance à suivre le vent en s'accumulant du côté non exposé au vent. - 2 En outre, les couronnes d'orientation des pales sont soumises à de fortes contraintes mécaniques résultant du moment de flexion transmis aux roulements par les pales disposées perpendiculairement à la direction du vent. Il en résulte un mouvement relatif, autre que celui de leur rotation, des deux couronnes l'une par rapport à l'autre. Ces couronnes sont également soumises à des forces centrifuges dues à la rotation du rotor et des pales qui influe également sur la répartition de la graisse dans le roulement. Ces contraintes mécaniques dissymétriques affectent la répartition de la graisse dans les roulements et engendrent des surpressions qui entra^nent des fuites de graisse par les joints d'étanchéité qui ne sont pas conçus pour supporter de telles presslons. Il en résulte un graissage non optimal des roulements qui affecte la durée de vie des couronnes qui doivent étre remplacées relativement fréquemment. Par conséquent, il est nécessaire de prévoir des opérations de maintenance relativement rapprochées, notamment pour nettoyer les parties de l'éolienne souillées par la graisse qui s'est échappée des roulements et pour réinjecter de la graisse dans ces derniers par des orifices prévus dans les couronnes fixes. Ces inconvénients affectent d'une manière importante le coût d'exploitation de telles éolennes. La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. Cet objectif est atteint par un dispositif de graissage automatique d'un roulement monté entre deux couronnes concentriques pivotant, c'est-à-dire tournant autour de leur axe commun, l'une par rapport à l'autre, et délimitant un espace annulaire renfermant le roulement et étant fermé par des joints d'étanchéité, au moins un conduit de graissage étant prévu entre la périphérie d'une des deux couronnes et ledit espace annulaire pour y injecter de la graisse: le dispositif suivant l'invention comprend au moins un réservoir extérieur à ces couronnes, relié et communiquant avec ledit conduit de graissage et apte à recevoir ou diffuser de l'air et/ou de la graisse dans ledit espace annulaire, sous l'effet de la différence de pression entre les deux extrémités du conduit de graissage, la dite différence de pression pouvant être créée par la variation de la pression à l'intérieur de l'espace annulaire, laquelle variation de pression pouvant étre elle-méme induite par les contraintes mécaniques dissymétriques évoquces précédemment. - 3 Selon l'invention un tel dispositif de graissage automatique peut équiper une éolienne comprenant un mat, un stator monté pivotant sur le mât par l'intermédiaire d'un ensemble de couronnes à roulement et un rotor supportant des pales, le stator et le rotor étant orientés de manière à ce que l'axe de rotation du rotor soit situé dans la direction du vent, les pales étant montés rotatives sur le rotor autour de leur axe longitudinal par l'intermédiaire d'ensemble de couronnes à roulement, chaque ensemble de couronnes comprenant deux couronnes concentriques pivotant l'une par rapport à l'autre et délimitant l'espace annulaire décrit ci-dessus. Selon un mode préférentiel de réalisation le dispositif de graissage suivant l'invention comprend plusieurs conduits de graissage répartis sur la circonférence d'une au moins des deux couronnes, un réservoir étant placé en communication avec chaque conduit de graissage. De plus la graisse ayant tendance à s'accumuler dans au moins un secteur angulaire déterminé dudit espace annulaire les réservoirs situés à proximité dudit secteur annulaire sont vides et aptes à recevoir la graisse en excès etlou l'air en surpression dans ledit secteur angulaire et les réservoirs situés à l'opposé dudit secteur angulaire sont remplis de graisse et aptes à y injecter de la graisse; des canalisations peuvent relices entre eux les conduits de graissage avec des moyens pour tranférer la graisse en exès dudit secteur angulaire vers le secteur angulaire opposé via ces canalisations. Chaque réservoir est déformable et dans des modes particuliers de réalisation peut comporter des soufflets pour pouvoir se déformer; il peut étre constitué d'une poche en matière souple. Grâce à ces dispositions, les réservoirs selon l'invention peuvent compenser les variations et déplacements de volume de la graisse, mais également de l' air, contenus dans la couronne en fonction des variations de pression qui peuvent se produire suivant les explications données précédemment mais également suivant la température, l'usure ect..., en particulier les réservoirs situés en amont par rapport au vent ayant alors tendance à se vider injectent de la graisse dans les zones en déficit de graisse, tandis que les réservoirs en aval du vent ayant tendance à se remplir absorbent ainsi les surpressions d' air et de graisse. La pression de la graisse à l'intérieur du roulement se trouve donc régulée et répartie d'une manière plus uniforme sur toute la circonférence des couronnes, - 4 tout en supprimant le risque de surpressions qui ne sont pas supportées par les joints d'étanchéité. Il en résulte que les fuites de graisse par les joints d'étanchéité sont quasiment supprimés. En plaçant des réservoirs de graisse pleins en amont et des réservoirs vides en aval du vent, les roulements se trouvent ainsi graissés d'une manière optimale pendant une longue période. La durée de vie des couronnes se trouve donc considérablement augmentée. En outre, l'invention permet de réduire d'une manière importante non seulement la fréquence des opérations maintenance, mais également leur durée, étant donné qu'il n'est plus nécessaire de nettoyer les fuites de graisse. Un mode de réalisation préféré de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure l représente schématiquement en vue partielle en perspective une éolienne; La figure 2 représente schématiquement en vue en plan un ensemble de couronnes d'orientation d'une pale de rotor d'éolienne, équipée du dispositif de graissage selon l'invention; La figure 3 monke en détail en coupe transversale le dispositif de graissage montré sur la figure 1. Sur la figure l, l'éolienne comprend une nacelle 20 montée rotative sur un mât 21 vertical, par l'intermédiaire d'un premier ensemble de couronne à roulement 22, de manière à pouvoir tourner autour d'un axe zz' vertical pour pouvoir s'orienter en fonction de la direction du vent. La nacelle 20 est solidaire d'un stator dans lequel est monté rotatif un rotor 23 tournant autour d'un axe yy'. Des pales 24, par exemple trois, sont montées pivotantes sur le rotor par l'intermédiaire d'une couronne l à roulement respective, de manière à pouvoir pivoter autour de l'axe longitudinal xx' de la pale. De cette manière, on peut faire tourner la pale autour de son axe pour réguler la vitesse de rotation du rotor en fonction de la vitesse du vent. La it_ 2 rrdsee do Moselle 1 de coyotes d'ocn-- d'uc psJc 24 do rotor 23 doUcunc. Cat casonible comp[cnd deux courgnnes 2, 3 conce1dbdues, savoir tale come ex16rieure 2 ft 3 pivote dans la couronnc cx16doure 2. Lc volume _lahe 8 du ro=t tllles cs1 6 p un jot d'6-ch61 4, 4' s6dc =r. Lcs dx oooes 2, 3 cor_- oube e plit6 de pees _ 7 - -s s 1 pbe p 1 on ecdv-t s le rotor ec c pc. Les jo Jch66 4, s p exle consUN6s p des jots _ules tques lvs. P 11_, 1a cooe t6de 2 est ie dc pos de aissage consh6s p des conduks radi 9 reU 1a oc cxt6d oinque dc 1n co-ne & sc9sspsb- so re6s lors des ons de mence po iecter de la aisse ds lc vol_e 8 du ulement bUle S- l'invon, les conts radix 9 sont mis comcon cc des seobs 5 peU=t dc rooucUlL les cxcs dc nissc ou cc de 1a aisse ds Ie vo _le 8, cn nchon de 1a pssi de sse r6=t voinagc de l-ouce condt 9 ds lc volu 8. Lcs rdsoirs 5 corcc p clc unc ouv ulc 10 ^c po sngcr cc 6tcb6i ds oondub dc ssage 9. Ds sont dc prcc d61es po pouvoL se relL ou se d dc sse ss = dc c cssions. Ils peuv c r6is6s ds m ridc ct 6e nis dc soume c_e rrds s los Agcs 2 et 3, po pooL se d6r. I1 peuvt 6gcmt c r6is6s ds m= d61c, p clc c pochc e mc solc tclle qu' Blm plashc. - 6 Avantageusement, on dispose des réservoirs S remplis de graisse aux points de graissage situés en amont par rapport au vent, et des réservoirs S vides aux points de graissage situés en aval. De cette manière, tant que les réservoirs amonts ne sont pas totalement vides et les réservoirs avals totalement remplis, la répartition de la graisse dans le volume 8, ainsi que sa pression est sensiblement homogène dans l'ensemble du volume 8. Il suffit donc de prévoir des opérations de maintenance suffisamment fréquentes pour échanger les réservoirs vides par les réservoirs pleins et réciproquement, et éventuellement pour aj outer un peu de graisse dans les réservoirs pleins de manière à compenser les faibles pertes qui ne seraient pas supprimées totalement par le dispositif suivant l'invention. Les opérations de graissage sont courtes car ne nécessitent que le changement des réservoirs S. Alternativement, on peut prévoir de relier tous les réservoirs ou directement les conduits de graissage par une canalisation externe sur laquelle est monté une pompe permettant de refouler la graisse des zones d'accumulation de graisse vers les zones en déficit de graisse. Bien entendu, il n'est pas nécessaire que la pompe fonctionne en permanence, mais uniquement à une fréquence suffisante pour éviter que. De cette manière, les opérations de maintenance peuvent être encore davantage espacées dans le temps, et simplement consister à compenser les pertes de graisse. - 7 REVENDICATIONS 1. Dispositif de graissage automatique d'un roulement monté enke deux couronnes concenkiques (2, 3) pivotant l'une par rapport à l'autre, et délimitant un espace annulaire (8) renfermant le roulement et étant fermé par des joints d'étanchéité, au moins un conduit (9) de graissage étant prévu enhe la périphérie d'une des deux couronnes et ledit espace annulaire (8) pour y injecter de la graisse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un réservoir (5) communiquant avec le conduit (9) de graissage et apte à recevoir ou diffuser de la graisse dans ledit espace annulaire (8), sous l'effet de la différence de pression enke les deux exkémités du conduit de graissage (9). 2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduits (9) de graissage répartis sur la circonférence d'au moins une des deux couronnes (2, 3), un réservoir (5) étant placé en communication avec chaque conduit (9) de graissage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la graisse ayant tendance à s'accumuler dans au moins un secteur angulaire déterminé dudit espace annulaire (8), les réservoirs situés (5) à proximité dudit secteur angulaire sont vides et aptes à recevoir la graisse en excès dans ledit secteur angulaire, et les réservoirs (5) situés à l'opposé dudit secteur angulaire sont remplis de graisse et aptes à y injecter de la graisse. 4. Dispositif selon l'une des revendications l à 3, caractérisé en ce que, la graisse ayant tendance à s'accumuler dans un au moins secteur angulaire déterminé dudit espace (8), il comprend des canalisations reliant enke eux les conduits (9) de graissage, et des moyens pour kansférer la graisse en excès dudit secteur angulaire vers le secteur angulaire opposé via les canalisations. 5. Dispositif selon l'une des revendications l à 4, caractérisé en ce que chaque réservoir (5) est déformable. 6. Dispositif selon l'une des revendications l à 5, caractérisé en ce que chaque réservoir (5) comporte des soufflets pour pouvoir se déformer. - 8 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque réservoir (S) est constitué d'une poche en matière souple. 8. Éolienne comprenant un mat (21), un stator (20) monté pivotant sur le mât par l'intermédiaire d'un ensemble de couronnes (22) à roulement, et un rotor (23) supportant des pales (24), le stator et le rotor étant orientés de manière à ce que l'axe de rotation (yy') du rotor (23) soit situé dans la direction du vent, les pales (24) étant montées rotatives sur le rotor (23) autour de leur axe longitudinal (xx') par l'intermédiaire d'ensembles (1) de couronnes à roulement, chaque ensemble (1) de couronnes comprenant deux couronnes (2, 3) concentriques pivotant l'une par rapport à l'autre, et délimitant un espace annulaire (8) renfermant le roulement et étant fermé par des joints d'étanchéité (4, 4') , au moins un conduit (9) de graissage étant prévu entre la périphérie d'une des deux couronnes (2,3) et ledit espace annulaire (8) pour y injecter de la graisse, caractérisée en ce que chaque ensemble (1) de couronnes est associé à au moins un réservoir (S) communiquant avec le conduit (9) de graissage pour recevoir ou diffuser de la graisse dans ledit espace annulaire (8), sous l'effet de la différence de pression entre les deux extrémités du conduit de graissage (9). 9. Éolienne selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs conduits (9) de graissage répartis sur la circonférence d'une des deux couronnes (2, 3), un réservoir (S) étant placé en communication avec chaque conduit de graissage (9). 10. Éolienne selon la revendication 9, caractérisce en ce que, la graisse ayant tendance à s'accumuler dans au moins un secteur angulaire déterminé dudit espace annula*e (8), les réservoirs (S) situés à proximité dudit secteur angulaire sont vides pour recevoir la graisse en excès dans l'espace annulaire, et les réservoirs (S) situés à l'opposé dudit secteur angulaire sont remplis de graisse pour y injecter de la graisse. l 1. Éolienne selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que, la graisse ayant tendance à s'accumuler dans au moins un secteur angulaire déterminé dudit espace annulaire (8), l'éolienne comprend des canalisations reliant entre eux les conduits (9) de graissage, et des moyens pour transférer la graisse en excès dudit secteur angulaire vers le secteur angulaire oppose via les canalisations.