Dispositif et procédé de démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne, ainsi qu'une éolienne pourvue d'un tel dispositif

L'invention est relative au domaine des éoliennes et concerne plus particulièrement un dispositif de démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne.

En outre, l'invention concerne une éolienne pourvue d'un tel dispositif, ainsi qu'un procédé de démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne.

Le dispositif de démontage rapide selon l'invention est principalement destiné à être utilisé en cas de prévision de cyclones afin de mettre rapidement à l'abri le rotor et la nacelle de l'éolienne. La nacelle contient la génératrice de l'éolienne, alors que le rotor est composé d'un moyeu relié à l'arbre dé la génératrice et de deux ou trois pales fixées à équidistance sur le moyeu. Ce sont les éléments les plus exposés et les plus fragiles de l'éolienne en cas de vents très forts.

Aujourd'hui, l'éolienne présentant la meilleure résistance aux vents peut supporter des vents linéaires de 180 km/h (50 m/s), et des rafales pouvant atteindre jusqu'à 252 km/h (70 m/s) pendant approximativement 3 secondes.

Cependant, il en est autrement des vents cycloniques qui sont des vents plus durables et qui près du coeur du cyclone sont tourbillonnants, ascendants ou descendants. Ces vents cycloniques sont classés de la manière suivante :

• Catégorie 1 : des vents atteignant une vitesse de 118 à 152 km/h

• Catégorie 2 : des vents atteignant une vitesse de 153 à 176 km/h

• Catégorie 3 : des vents atteignant une vitesse de 177 à 208 km/h • Catégorie 4 : des vents atteignant une vitesse de 209 à 248 km/h

• Catégorie 5 : des vents atteignant une vitesse de supérieure à 248 km/h.

Il ressort de ce qui précède que dans l'hypothèse où un cyclone est prévu de la catégorie 2, 3 et plus, la seule façon pour ne pas exposer l'éolienne à des risques majeurs consiste à démonter le rotor et la nacelle du mât de

l'éolienne, les abaisser au sol, et les mettre à l'abri des vents cycloniques bien avant l'arrivée du cyclone.

Cependant, on dispose d'un laps de temps relativement court, ne dépassant pas les 96 heures, pour effectuer ce démontage et les grues ayant servi au montage du mât, de la nacelle et du rotor ne sont plus rapidement disponibles sur place.

Nous sommes est ainsi confrontés à un véritable problème qui devient encore plus précaire si en plus le rotor et la nacelle doivent être démontés de plusieurs éoliennes, ce qui est pratiquement toujours le cas du fait que les éoliennes sont en général regroupées en parcs d'éoliennes.

Par ailleurs, si en plus la ou les éoliennes se trouvent sur une île ou dans des régions montagneuses ou autrement difficiles d'accès pour d'autres raisons, nous ne disposons d'aucune possibilité de démonter le rotor et la nacelle avant l'arrivée du cyclone et le risque est très grand de voir la ou les éoliennes pratiquement détruites.

On a déjà essayé de résoudre ce problème de protection du rotor et de la nacelle, mais sans démontage.

Ainsi, le document FR 2 832 784 propose d'utiliser un mât support en combinaison avec un mât de levage. Les deux mâts forment un angle d'environ 90° l'un par rapport à l'autre et sont articulés en un même point sur un pied fixé au sol. Le mât de levage permet de basculer le mât de support qui porte la nacelle et le rotor pour poser ces éléments sur le sol. Cependant, cette construction exige une très grande surface libre dans le sens de basculement du mât de support. En outre, avec ce dispositif, tout l'ensemble doit être aussi léger que possible, ce qui entraîne l'inconvénient de limiter la puissance de la génératrice. La plus forte puissance que l'on puisse obtenir avec cette technologie est de 275 kW, alors que le dispositif selon l'invention n'entraîne aucune limitation de ce genre et permet d'atteindre, voire dépasser, une hauteur de 120 m du mât.

Une autre solution pour protéger le rotor et la nacelle consiste à rendre le mât de l'éolienne télescopique de manière à pouvoir abaisser ces éléments vers le sol pour les démonter. Cependant, une telle solution est très difficile à mettre en oeuvre et extrêmement coûteuse. Même si on connaît un grand nombre de dispositifs permettant l'assemblage d'une éolienne et le montage d'une nacelle et d'un rotor au sommet de celle- ci, ces dispositifs ne sont pas conçus pour permettre à n'importe quel moment le démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne. Tel est le cas du dispositif décrit dans le DE 197 41 988 qui concerne un ensemble grue-support utilisé pour l'assemblage d'une éolienne et qui peut être hissé segment par segment vers le haut à l'aide d'un câble accroché à un oeillet de retenue fixé près du bord supérieur de chaque segment. L'ensemble grue-support est retenu contre le mât par deux éléments en U entourant le mât et comprenant chacun une paire de bras de retenue. Ce dispositif peut difficilement être utilisé dans une situation d'urgence. Par ailleurs, ces moyens de levage à crochet et oeillet sans moyens de blocage dans une position haute ne sont pas fiables.

Un dispositif similaire est décrit dans le DE 196 47 515 qui présente les mêmes inconvénients.

Un autre dispositif destiné au montage d'une éolienne est connu du JP 11082285 qui décrit l'utilisation d'une grue "grimpante" se déplaçant vers le haut segment par segment. Cependant, ce dispositif est complexe et lourd et ne peut pas être utilisé pour le démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne.

On connaît également des documents US 2002/171247 et US 4311 434 des dispositifs de montage dépourvus de grue et qui comportent comme moyen de levage une plate-forme qui peut se déplacer le long du mât de l'éolienne. Cependant, ces dispositifs ne conviennent que pour les structures d'éolienne légères, généralement en treillis.

Par conséquent, il y a un très grand besoin dans les zones cycloniques d'un dispositif simple et efficace permettant le démontage rapide du rotor et de la nacelle de l'éolienne dès prévision d'un cyclone de la catégorie 2, 3 ou plus.

Le but de l'invention est de remédier à ce problème et aux inconvénients des dispositifs connus en proposant un dispositif de démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne, ce dispositif étant en permanence disponible sur le site de l'éolienne de manière à pouvoir immédiatement procéder au démontage du rotor et de la nacelle pour les mettre à l'abri des vents cycloniques. Ce dispositif est en outre simple, fiable et facile d'utilisation.

Un objet de l'invention est un dispositif de démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne, comprenant un ensemble grue-support formé par une grue montée sur un support, ledit ensemble grue-support étant apte à se déplacer le long du mât à l'aide de moyens de levage, et des moyens de blocage dudit ensemble grue-support en haut du mât, caractérisé par le fait que ledit ensemble grue-support est apte à coulisser sur des rails de guidage fixés à demeure d'un côté du mât, que lesdits moyens de levage sont au moins partiellement intégrés dans celui-ci et comportent un treuil disposé en bas dudit mât et dont un câble passe sur une première poulie de renvoi fixée à demeure en haut de celui-ci.

Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention :

- ledit treuil est placé à l'intérieur du mât ;

- ledit treuil est un treuil modulaire apte à être fixé par des moyens de liaison rapide à un emplacement prévu à proximité du mât de chaque éolienne pourvue d'un dispositif du même genre, et que ledit câble s'étend par une ouverture dans la partie inférieure du mât pour d'abord passer sur une deuxième poulie de renvoi qui est fixée à demeure à l'intérieur du mât, dans la partie inférieure de celui-ci ;

- des moyens de butée sont prévus en haut et/ou en bas du mât afin d'arrêter ledit ensemble grue-support dans une position de blocage respectivement

pour opérer la descente du rotor et de la nacelle et/ou dans une position de séparation dudit ensemble grue-support du mât ;

- lesdits rails présentent une forme en T afin de recevoir par complémentarité de formes des organes de retenue en forme de C prévus d'un côté dudit support ;

- lesdits moyens de blocage comportent des premiers organes de blocage prévus sur ledit support et aptes à coopérer avec des deuxièmes organes de blocage prévus sur ledit mât ;

- lesdits premiers et deuxièmes organes de blocage comportent des plaques faisant saillie de la périphérie dudit support respectivement dudit mât et qui sont pourvues de trous aptes à être alignés les uns sur les autres lorsque ledit support se trouve en haut du mât, et des tiges de verrouillage aptes à être introduites dans lesdits trous alignés ;

- lesdites tiges sont commandées par des moyens hydrauliques faisant partie d'un circuit hydraulique embarqué sur ledit support ;

- lesdits moyens de levage comportent un treuil disposé en bas dudit mât et dont un câble passe sur une première poulie de renvoi fixée à demeure en haut de celui-ci ;

- ledit ensemble grue-support comprend des moyens de commande de la grue comportant des moyens de télécommande permettant de commander à distance toutes les fonctions de la grue ;

- lesdits moyens de télécommande permettent en outre de commander à distance lesdits moyens de blocage dudit ensemble grue-support, au moins pour le déverrouillage de ceux-ci ; - ledit ensemble grue-support est apte à être disposé sans désassemblage préalable sur un véhicule de transport afin d'être utilisé sur plusieurs éoliennes équipées dudit dispositif de démontage rapide.

Un autre objet de l'invention est une éolienne pourvue d'un tel dispositif.

L'invention a en outre pour objet un procédé de démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne. Ce procédé est caractérisé par le fait qu'il comprend les phases consistant à :

- prévoir sur l'éolienne lors de la construction de celle-ci des rails de guidage fixés à demeure d'un côté du mât et aptes à guider un ensemble formé par une grue montée sur un support ;

- intégrer dans le mât, au moins partiellement, des moyens de levage dudit ensemble grue-support comprenant un treuil disposé en bas dudit mât et dont un câble passe sur une première poulie fixée à demeure en haut du mât;

- prévoir des moyens de blocage dudit ensemble grue-support en haut du mât ; et lors dudit démontage rapide du rotor et de la nacelle :

- connecter ledit ensemble grue-support auxdits rails en bas du mât ;

- hisser ledit ensemble grue-support en haut du mât à l'aide desdits moyens de levage ;

- bloquer ledit ensemble grue-support en haut du mât à l'aide desdits moyens de blocage ;

- placer la flèche de la grue au-dessus du rotor et relier celui-ci à un câble de la flèche ; - désolidariser le rotor de la nacelle et le descendre à l'aide de la grue pour le poser sur le sol ;

- placer la flèche de la grue au-dessus de la nacelle et relier celle-ci au câble de la flèche ;

- désolidariser la nacelle du mât et le descendre à l'aide de la grue pour la poser sur le sol ; et, après le temps nécessaire de séjour sur le sol du rotor et de la nacelle :

- remonter la nacelle et le rotor à l'aide de la grue dans l'ordre inverse. Selon d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention : le procédé comprend en outre les phases consistant à :

- libérer ledit ensemble grue-support desdits moyens de blocage pour le faire descendre vers le sol tout en gardant le rotor et la nacelle sur le sol ;

- séparer ledit ensemble grue-support desdits rails de guidage. Le procédé consiste en outre à : - placer ledit ensemble grue-support sur un véhicule de transport ;

- transporter ledit ensemble grue-support devant au moins une autre éolienne du même genre et effectuer de la même manière le démontage du rotor et de la nacelle de celle-ci ; et, après le temps nécessaire de séjour sur le sol du rotor et de la nacelle respectifs :

- remonter la nacelle et le rotor dans l'ordre inverse en transportant ledit ensemble grue-support entre les éoliennes ainsi démontées.

Selon le procédé, on utilise un treuil modulaire faisant partie desdits moyens de levage et apte à être fixé par des moyens de liaison rapide à un emplacement prévu à l'extérieur du mât de chaque éolienne du même genre, et en ce que l'on fixe à demeure une deuxième poulie de renvoi à l'intérieur du mât, dans la partie inférieure de celui-ci, et que l'on fait passer un câble dudit treuil modulaire par une ouverture en bas du mât.

Selon le procédé, toutes les opérations de la grue sont télécommandées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue latérale schématique montrant un mât d'éolienne pourvu du dispositif de démontage rapide selon l'invention qui comprend un ensemble grue-support en position basse ;

- la figure 2 est une vue latérale partielle montrant la disposition des rails de guidage en bas du mât de l'éolienne ;

- la figure 3 est une vue partielle en coupe montrant la partie inférieure du mât de l'éolienne et un treuil disposé à l'extérieur du mât ;

- la figure 4 est une vue partielle en perspective montrant l'ensemble grue- support selon l'invention engagé sur des rails fixés d'un côté du mât, ainsi qu'un treuil placé à l'extérieur du mât du côté opposé à cet ensemble grue- support ; - la figure 5 est une vue partielle latérale montrant la partie haute du mât de l'éolienne avec la nacelle et l'ensemble grue-support en position haute ;

- la figure 6 est une vue en perspective montrant le support de grue et son dispositif de blocage et de guidage selon l'invention ;

- la figure 7 est une vue de dessus, partiellement en coupe, montrant le support de grue dans sa position haute et les moyens de blocage de l'ensemble grue-support dans cette position ;

- la figure 8 est une vue de dessus illustrant la position de la grue au début de l'opération de descente du rotor ;

- la figure 9 est une vue latérale illustrant la position de la grue au début de l'opération de démontage de la nacelle ;

- la figure 10 est une vue latérale, partiellement arrachée, illustrant schématiquement l'ensemble grue-support au début de son déplacement vers le haut et un treuil placé à l'intérieur du mât pour le levage de l'ensemble grue-support ; - la figure 11 est une vue latérale illustrant schématiquement l'ensemble grue-support en haut du mât avant le début du démontage du rotor ;

- la figure 12 est une vue en perspective illustrant schématiquement le rotor désolidarisé pour son abaissement sur le sol à l'aide de l'ensemble grue- support ; - la figure 13 est une vue similaire à la vue de la figure 12 illustrant schématiquement la nacelle désolidarisée pour son abaissement sur le sol à l'aide de l'ensemble grue-support ; et

- la figure 14 est une vue schématique en perspective illustrant l'ensemble grue-support disposé sur une remorque pour son déplacement.

Dans les figures, les éléments identiques ou équivalents porteront les mêmes signes de référence.

Les figures 1 à 9 montrent les éléments essentiels du dispositif de démontage rapide selon l'invention d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne.

L'éolienne comporte de manière classique en soi un mât 1 portant une nacelle 2 dans laquelle une génératrice (non illustrée) est placée. La nacelle 2 est montée rotative sur une couronne d'orientation (non illustrée). L'arbre de la génératrice est relié à un rotor 3 de l'éolienne, plus précisément à un moyeu 4 sur lequel les pales 5 du rotor sont fixées. Tous ces éléments sont bien connus dans ce domaine technique et comme ils ne se rapportent pas directement à l'invention, ils ne seront pas décrits plus en détail ici.

La figure 1 montre un mât d'éolienne 1 associé à un dispositif de démontage rapide selon l'invention. Ce dispositif comprend un ensemble 6 formé par une grue 7 montée pivotante sur un support 8. La grue 7 comporte une flèche 7a montée basculante et portant un câble de levage 7b embobiné sur un tambour 7c disposé à l'extrémité arrière de la flèche.

Le support 8 est apte à coulisser le long du mât 1 sur des rails de guidage parallèles 9, 10 fixés à demeure d'un côté du mât 1. Ces rails de guidage permettent à l'ensemble grue-support 6 de se déplacer le long du mât 1 à l'aide de moyens de levage.

Ces moyens de levage comprennent un treuil 11 qui dans la variante illustrée sur les figures 1 , 3, 4 et 8 est disposé à l'extérieur du mât 1 , alors que dans la variante illustrée à la figure 10, il est disposé à l'intérieur de celui-ci. L'ensemble grue-support 6 est relié au treuil 11 par un câble 12 qui passe sur une première poulie 13 disposé en haut du mât 1. Dans la variante où le treuil est placé à l'extérieur, le câble passe sur une deuxième poulie 14 en s'étendant par une ouverture 15 aménagée en bas du mât 1. Bien entendu, il est possible de prévoir encore une poulie de renvoi en haut de sorte que le câble descende à peu près parallèlement à l'axe du mât 1.

Le point d'attache 16 du câble 12 sur l'ensemble grue-support 6 se trouve en bas du support 8.

Les rails 9, 10 présentent avantageusement une forme en T afin de recevoir par complémentarité de formes deux paires d'organes de retenue 17 à 20 en forme de C prévus d'un côté du support de grue 8.

Sur la partie basse du mât 1 , les rails présentent des interruptions formées par deux paires d'espaces libres 21, 22 permettant d'engager les organes de retenues 17 à 20 sur les rails et par la suite de libérer ces organes de ceux- ci. Le dispositif de démontage rapide selon l'invention comporte en outre des moyens de blocage de l'ensemble grue-support 6 en haut du mât 1. Ces moyens de blocage comportent des premiers organes de blocage prévus sur le support de grue 8 et des deuxièmes organes de blocage 24 prévus sur le mât 1. Ces premiers et deuxièmes organes de blocage 23, 24 comportent des plaques faisant saillie de la périphérie du support 8 respectivement du mât 1. Ces plaques sont pourvues de trous 25 aptes à être alignés les uns sur les autres lorsque le support de grue 8 se trouve en haut du mât 1 afin de recevoir des tiges de verrouillage 26. Les tiges de verrouillage 26 sont commandées par des moyens hydrauliques sous forme de vérins hydrauliques 27 faisant partie d'un circuit hydraulique (non représenté) embarqué dans le support de grue 8.

L'ensemble grue-support 6 comprend des moyens de commande de la grue 7 comportant avantageusement des moyens de télécommande (non représentés) permettant de commander à distance toutes les fonctions de la grue 7 à partir du sol.

Ces moyens de télécommande permettent en outre de commander à distance les moyens de blocage 23, 24, 26 de l'ensemble grue-support 6, au moins pour le déverrouillage de ces moyens de blocage. Par contre, le verrouillage par les tiges de verrouillage 26 peut être déclenché automatiquement lorsque l'ensemble grue-support 6 vient en haut et y est

arrêté par des moyens de butée (non représentés) sur le mât 1 qui arrêtent l'ensemble dans une position dans laquelle les trous 25 recevant les tiges 26 sont alignés les uns sur les autres.

D'autres moyens de butée (non représentés) peuvent également être prévus en bas du mât pour arrêter l'ensemble grue-support 6 dans une position dans laquelle les organes de retenue 17 à 20 de l'ensemble peuvent être libérés des rails 9, 10.

L'ensemble grue-support 6 est avantageusement apte à être disposé sur un véhicule de transport 28 sans désassemblage préalable de l'ensemble grue- support. La flèche 7a de la grue 7 peut dans ce cas faire légèrement saillie de la plate-forme du véhicule de transport. De cette manière, l'ensemble grue-support 6 peut être déplacé pour être utilisé sur plusieurs éoliennes équipées du dispositif de démontage selon l'invention.

Selon une variante, le treuil 11 constitue un treuil modulaire apte à être fixé par des moyens de liaison rapide à un emplacement prévu à proximité du mât 1 de chaque éolienne pourvue d'un dispositif de démontage selon l'invention. Le treuil 11 peut ainsi être libéré de ses moyens de liaison pour être transporté avec l'ensemble grue-support 6 afin d'être utilisé sur plusieurs éoliennes. Par ailleurs, les moyens hydrauliques embarqués dans le support de grue 8 sont à leur tour alimentés électriquement par l'intermédiaire d'un câble électrique 29 présentant une longueur suffisante pour relier l'ensemble grue- support 6 à une source électrique (non représentée) se trouvant au niveau du sol. Le dispositif de démontage rapide d'un rotor et d'une nacelle du mât d'une éolienne fonctionne selon l'invention de la manière suivante.

Suite à une prévision de cyclone fort qui est susceptible d'endommager le rotor 3 et la nacelle 2 d'une éolienne pourvue de rails de guidage 9, 10 fixés à demeure d'un côté du mât 1 et aptes à guider un ensemble 6 formé par une grue 7 montée sur un support 8, de moyens de levage 11 à 14 au moins partiellement intégrés dans le mât 1 de l'éolienne, et de moyens de blocage

23 à 26 de l'ensemble grue-support 6 en haut du mât 1 , on transporte d'abord l'ensemble grue- support 6 devant l'éolienne en question.

Ensuite, l'ensemble grue-support 6 est engagé sur les rails 9, 10 et relié au treuil 11 par le câble 12 passant sur la première poulie 13 disposée en haut du mât. Le treuil 11 peut être fixé sur le sol à proximité du mât 1 , ou bien être monté à demeure à l'intérieur de celui-ci. Dans le premier cas, il faut prévoir une deuxième poulie 14 en bas du mât 1 et une ouverture 15 en bas de celui-ci pour le passage du câble 12. Le treuil peut être un treuil modulaire pouvant être utilisé sur plusieurs éoliennes équipées de la même manière. L'ensemble grue-support 6 est ensuite hissé en haut du mât et bloqué en position de travail en haut du mât.

Par la suite, la flèche 7a de la grue 7 est placée au-dessus du rotor 3 et reliée à celui-ci par un câble 7b de la flèche 7. Le rotor 3 est ensuite désolidarisé de la nacelle 2 pour être abaissé et posé sur le sol. La nacelle 2 est ensuite démontée de la même manière pour être posée sur le sol. L'ensemble grue-support 6 peut ensuite être descendu vers le sol et libéré des rails de guidage 9, 10.

Le rotor 3, la nacelle 2 et l'ensemble grue-support lui-même 6 peuvent ainsi être transportés sur un véhicule de transport 28 à un endroit sûr pour être mis à l'abri du cyclone.

Les opérations de la grue 7 en haut du mât peuvent être télécommandées à partir du sol.

L'ensemble des opérations de démontage du rotor 3 et de la nacelle 2 d'une éolienne prennent environ 24 heures, ce qui veut dire qu'en général on a le temps de démonter le rotor 3 et la nacelle 2 de trois ou quatre éoliennes prééquipées du dispositif de démontage selon l'invention.

Dans le cas d'un parc d'éoliennes comprenant un nombre plus important d'éoliennes (>4), il est nécessaire de disposer de plusieurs ensembles grue- support 6 et de préférence de plusieurs véhicules de transport 28 ou remorques pour le démontage simultané de plusieurs éoliennes.

Grâce à l'invention, il est ainsi possible de démonter rapidement le rotor et la nacelle de plusieurs éoliennes qui sont susceptibles d'être exposées à un risque majeur à cause d'un cyclone fort qui se prépare. Contrairement à ce qui est actuellement le cas, on n'a plus besoin d'une très puissante grue pour ce démontage et de toute manière, une telle grue n'est en général pas immédiatement disponible pour effectuer ce démontage qui doit être fait dans un laps de temps extrêmement court. L'invention permet de commencer le démontage dès qu'il y a une prévision de cyclone fort, même dans le cas où les éoliennes sont installées dans des régions montagneuses ou sur des îles ou dans d'autres endroits difficiles d'accès.

Par ailleurs, il est évident que le dispositif de démontage selon l'invention peut également être utile pour des travaux de maintenance et de réparation ; dans ce cas, l'ensemble grue-support 6 peut bien évidemment rester dans sa position bloquée en haut du mât 1 le temps nécessaire pour ces travaux. Le dispositif de démontage selon l'invention pourra également être utilisé lors de la dernière phase d'assemblage d'une éolienne afin de mettre en place la nacelle 2 au sommet du mât 1 et ensuite le rotor 3 sur celle-ci. La hauteur de l'éolienne est ainsi sans importance et grâce au dispositif selon l'invention, il est possible d'atteindre des hauteurs encore plus importantes. L'invention apporte également un autre avantage économique puisque le coût du dispositif de l'invention est nettement inférieur au coût d'achat d'une grue de forte capacité.

Les coûts d'immobilisation du matériel en cas d'intempérie ou de conditions météorologiques difficiles sont également réduits.