Comment fabriquer des pales de grande taille pour éoliennes ?

La fabrication des grandes pales d'éoliennes est un processus de haute précision et à forte intensité technologique, utilisant principalement des matériaux composites tels que le plastique renforcé de fibres de verre (PRFV) ou le plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC), et produit par moulage. Voici les principales étapes de production et les points techniques clés :

1. Conception et préparation du moule

Conception pneumatique et structurelle : En fonction des exigences en matière d'efficacité de conversion de l'énergie éolienne, de résistance à la charge, de contrôle du bruit, etc., un logiciel de CAO/IAO est utilisé pour la modélisation 3D des pales et la simulation mécanique.

Fabrication des moules : Les pales sont généralement composées de deux demi-coques, supérieure et inférieure, fabriquées séparément. Les moules sont généralement en acier ou en matériaux composites, et leurs surfaces nécessitent un polissage de haute précision et l’application d’agents de démoulage afin d’obtenir des pales lisses (réduisant ainsi la résistance au vent).

2. Préparation du matériel

Matériaux principaux :

Matériaux de renforcement : tissu de fibre de verre (couramment utilisé), tissu de fibre de carbone (utilisé pour les pales ultra-longues afin de réduire le poids).

Matériau de base : Résine époxy ou résine polyester (la résine époxy offre de meilleures performances et est utilisée pour les grandes lames).

Matériau de base : mousse de balsa ou de PVC, utilisée pour remplir l’intérieur de la pale afin de former une « structure sandwich » pour améliorer la rigidité et réduire le poids.

Composants structurels : manchon de boulon encastré à la base de la pale (moyeu de liaison), poutres de cisaillement avant et arrière, etc.

3. Superposition et infusion sous vide

Il s'agit du processus de base du formage des lames, utilisant généralement la technologie d'infusion de résine assistée par le vide (VARI) :

Stratification : Disposer couche par couche le tissu de fibres, les matériaux de base et les composants structurels dans le moule. La conception des couches doit adapter l’orientation et l’épaisseur des fibres aux contraintes subies par les différentes parties de la pale.

Scellement et mise sous vide : recouvrir la couche d’un film sous vide et la sceller, faire le vide pour éliminer l’air et laisser la résine s’infiltrer uniformément dans les fibres sous pression négative.

Infusion de résine : injecter la résine mélangée dans le moule par un canal et infiltrer toutes les couches de fibres sous vide.

Durcissement : Chauffer le moule (généralement 50 ° C-80 ° C) pour durcir la résine, formant une coque composite à haute résistance.

4. Fermeture et collage du moule

Démoulage : Retirez les demi-coques supérieure et inférieure du moule après solidification.

Collage : Alignez les coques supérieure et inférieure et utilisez un adhésif structural (généralement un adhésif époxy) pour les coller ensemble. Collez simultanément la plaque d’âme à l’intérieur (pour renforcer la structure).

Traitement des racines : Renforcer la zone de la racine de la lame reliant le moyeu (par exemple, en épaississant la couche ou le revêtement métallique).

5. Post-traitement et tests

Finition : Coupez l'excédent de matière sur les bords et polissez la surface.

Revêtement : Revêtement protecteur par pulvérisation (anti-UV, antigel, anticorrosion) et couleur du logo.

Test d'équilibrage : Vérifier le centre de gravité et la répartition du poids des pales pour assurer un équilibre dynamique.

Contrôle non destructif : utilisation des ultrasons ou des rayons X pour inspecter les défauts internes (tels que les bulles, le délaminage).

Essais de charge statique et de fatigue (échantillonnage) : Simuler des charges de vent extrêmes pour des essais mécaniques afin de garantir la durée de vie prévue (généralement 20 à 30 ans).

6. Tendances du développement technologique

Fabrication intelligente : robot de pose de couches automatisé, système de surveillance de l’infusion en temps réel.

Innovation en matière de matériaux : application hybride de fibres de carbone, résine recyclable (telle que les matériaux composites thermoplastiques).

Conception modulaire : les lames segmentées facilitent le transport et l'installation

Recyclage des pales usagées : Développement de technologies de recyclage écologiques telles que la pyrolyse et le broyage mécanique en vue de leur réutilisation.

principaux défis

Limitations liées à la grande échelle : la longueur des pales a dépassé 100 mètres (pour les éoliennes offshore), ce qui pose des problèmes de transport, de taille des moules et de rigidité structurelle.

Contrôle qualité : Des défauts mineurs peuvent entraîner une rupture par fatigue, et une surveillance stricte de la constance du processus est nécessaire.

Maîtrise des coûts : Les coûts des matériaux et des procédés représentent une part relativement importante du coût total du ventilateur, et l'efficacité de la production doit être optimisée.

Grâce aux procédés de précision susmentionnés, les pales des éoliennes modernes atteignent un équilibre entre haute résistance, légèreté et longue durée de vie, devenant ainsi l'un des composants essentiels de la technologie de l'énergie éolienne.