Multiplicateur

Installation d'une boite de vitesse

Également appelé boite de vitesse ou encore boîte d'engrenages.

Le multiplicateur permet de transformer la puissance à vitesse lente et à un couple élevé produit par le rotor de l'éolienne, en une puissance à grande vitesse et à un couple faible utilisée par le generateur.

La fréquence de rotation est liée au diamètre du rotor et elle diminue lorsque le diamètre augmente. Les pales tournent à une vitesse relativement lente, de l’ordre de 5 à 15 tours par minute, d’autant plus lente que l’éolienne est grande.

La plupart des générateurs ont besoin de tourner à une certaine vitesse (de 1 000 à 2 000 tours/min), pour garder un bon rendement au générateur électrique il est nécessaire d'augmenter la fréquence de rotation obtenue avec l'aéromoteur avant d’entraîner un générateur électrique classique. Cette augmentation est réalisée à l'aide du multiplicateur, aussi appelé boîte de vitesse qui est un train d'engrenages. Dans le cas de la boîte de vitesse d’un aérogénérateur, on utilise généralement un système d’engrenages composé de roues dentées de différents diamètres avec un nombre de dents différents. Le rapport des vitesses de rotation (ω) des arbres d’entrée et de sortie est égal au rapport des diamètres des roues dentées.

Le rendement est variable suivant la puissance transmise mais est en moyenne de 97%. Pour les grandes éoliennes à allure rapide, la vitesse de rotation est inférieure à 50 tours par minutes. Il faut un multiplicateur de vitesse avec un grand rapport (rapport supérieur à au moins à 750/50=15) sauf dans le cas de l'utilisation d'une génératrices électriques synchrones à aimant permanent et de grand diamètre où le multiplicateur est réduit ou supprimé, offrant ainsi l'avantage de s’affranchir de ce rendement et de réduire le poids de la nacelle.

Il s'agit d'une composante lourde et coûteuse mais elle permet d'avoir un rotor relié par l'arbre lent au multiplicateur tournant lentement (30 à 40 tours/min) et de se coupler à un générateur de série, donc peu cher, qui tourne lui 40 à 50 fois plus vite relié au multiplicateur par l'arbre rapide.

Dans les pays froids on doit réchauffer les boîtes d'engrenages.

La lubrification du multiplicateur peut se faire par barbotage ou par injection d'huile forcée. Les engrenages et les roulements étant sensibles aux particules et à l'humidité, il est nécessaire d'ajouter un filtre à huile permettant d'éliminer en continu l'eau, les particules d'usure et les produits d'oxydation.

Le refroidissement peut être à air, à eau ou à huile avec ou sans échangeur

Le multiplicateur est monté sur plots élastiques (plots de caoutchouc) pour amortir les vibrations et limiter la transmission des vibrations à la structure porteuse. Il peut aussi être "flottant" pour encaisser les à-coups de couple.

Les multiplicateurs fonctionnent sans arrêt et sont soumis à des charges lourdes et variables entraînant une usure, ce qui nécessite une maintenance préventive et corrective ¹⁾. Comme les roulements, les engrenages industriels et les axes sont conçus pour une durée de vie limitée.

• changement des huiles
• inspection par endoscopie
• vérification de la denture des engrenages
• vérification des roulements et échange quasi-systématique
• vérification des axes
• vérification du carter

Dans les grandes éoliennes, certain fabricants comme l'allemand Enercon ou le français Jeumont Industrie, réalisent des turbines « à attaque directe », c'est-à-dire que le rotor entraîne directement une génératrice spéciale (multipolaires) mais la taille de cet alternateur est important. La plupart des petites éoliennes de moins de 15 kW n'ont pas de boîte de vitesse.

• Flender
• Valmet
• Hansen
• PIV
• CMD
• Jahnel-Kestermann
• ZF Wind Power Antwerpen (Belgique)

• éolienne
• L'arbre lent
• Arbre rapide