Crissement des freins de giration de nacelles d'éoliennes : éléments de compréhension et influence du matériau de friction

Study of wind turbines yaw breakes squeal noise : understanding elements and friction materials influence

• Auteur / Autrice : Loïc Mortelette
• Direction : Philippe Dufrénoy, Yannick Desplanques, Jean-François Brunel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 20/12/2012
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calculs numériques

Tribologie (technologie)

Matériaux de frottement

Pollution par le bruit

Éoliennes

Mots clés libres

Crissement

Résumé

Afin de produire de l’électricité, une éolienne doit s’orienter de manière à être face au vent. Cette rotation est assurée par un système de giration placé entre le mât et la nacelle appelé « yaw ». C’est lors de la phase de yawing que peut apparaître le phénomène de « crissement » à cause du contact frottant entre les garnitures des freins et le disque, l’effort de freinage n’étant pas relâché afin de contrôler la giration de la nacelle. Dans un objectif de réduction voire de suppression du bruit, une démarche scientifique de compréhension du phénomène comprenant un volet structure et un volet matériau a été mise en place, aucune étude sur le sujet n’ayant jamais été réalisée dans le domaine éolien. La première étape de l’étude a consisté en une caractérisation du problème en conditions réelles sur éolienne. Les données collectées complétées par une étude bibliographique élargie ont permis de définir une stratégie d’étude : de manière globale, cette recherche est basée à la fois sur une approche expérimentale et sur une approche numérique. L’accent est mis sur l’influence du matériau de friction : plusieurs matériaux ont été investigués dont l’un correspond à une « amélioration » d’une formulation industrielle initialement relativement « bruyante ». Ces matériaux sont également décrits et caractérisés en termes de propriétés mécaniques et les surfaces frottées sont observées après essai. Au final, cette étude a permis de maitriser et d’identifier certains paramètres influents tels que le rôle des garnitures, amenant de nombreux éléments de compréhension des phénomènes mis en jeu afin d’appréhender des voies d’amélioration pour la réduction du bruit.

In order to produce electricity, a wind turbine needs to be face to the wind. The system allowing its orientation is placed between the tower and the nacelle and is called ‘yaw’. Due to the contact between friction pads and disc during the rotation phases, squeal noise can occur, the braking forces being used to control the nacelle rotation. In the aim of reducing and even suppressing the noise, a scientific approach has been set up to understand the phenomena involved, including the structure and the friction material aspects, no such study has ever been carried on in the wind turbine domain. The first step has consisted in characterizing the problem in real conditions on wind turbines. The collected data and an extended bibliographic study have been used to define a strategy: globally, the study is based both on experimental investigations and numerical simulations. The influence of the friction material has been highlighted: several materials have been investigated, one of them being a “improvement” of a commercial material initially “noisy”. Those friction materials are also described and characterized regarding their mechanical properties and the rubbing surfaces have been observed after tests. In the end, that study has enable to control and identify some influent parameters as the role of the friction pads, bringing a better understanding of the phenomena involved in that squealing noise problematic in order to develop new improvement solutions to reduce noise.