Une application de freinage sans friction

Les structures de levage sur un système de forage consistent en un grand tambour de treuil, des freins et une source d’alimentation. Elles élèvent et abaissent la ligne de forage selon les besoins, souvent pour soutenir l’installation de la tuyauterie à mesure que le trou de forage s’approfondit. Les freins du système arrêtent le mouvement de la ligne de forage de façon dynamique, tandis qu’un frein à friction supplémentaire la maintient en position haute lors de l’installation d’un nouveau tuyau, avant de la relâcher de façon contrôlée pour permettre la poursuite du forage. Des forces de freinage importantes sont nécessaires pour que le système arrête la ligne. Défi supplémentaire : le freinage des structures de levage peut se produire fréquemment : toutes les 180 secondes dans certains cas. Par conséquent, un système ne comptant que sur la friction pour arrêter la ligne s’userait rapidement. Sa durée de vie serait grandement réduite.

Pour ces applications de freinage, une solution sans friction est la seule option. Les freins à courant de Foucault utilisent l’électromagnétisme au lieu de la friction pour fournir les forces de freinage titanesques et la durabilité requises pour cette application. Des bobines électromagnétiques stationnaires entourant le noyau magnétique à l’intérieur du frein produisent un flux magnétique. Ce flux induit un courant de Foucault dans un rotor extérieur rotatif, dont les pôles dentés amplifient l’effet de freinage. Le courant de Foucault électromagnétique créé entraîne le rotor extérieur, ce qui permet de freiner et de dissiper l’énergie sous forme de chaleur. Ceci permet des forces de freinage importantes de façon répétée et très fiable.

Le frein à courant de Foucault personnalisé

Un fabricant mondial de systèmes de forage a contacté Stromag, une marque phare d’Altra Industrial Motion Corp., pour fournir un frein à courant de Foucault personnalisé afin de répondre aux spécifications d’un appareil de forage spécifique. Le frein requis était particulièrement grand et devait permettre un fonctionnement fiable dans des environnements à la fois arctiques et déserts, ce qui est courant dans les secteurs du pétrole, du gaz et de la géothermie.

Michael Frank, spécialiste produit pour la division ‘Embrayages et freins’ chez Stromag, explique : « Nous sommes un leader mondial dans le domaine des technologies de freinage à usage intensif. Nous proposons un frein à courant de Foucault standard, l’IBV, qui est disponible dans une large gamme de tailles. Après avoir parlé aux équipes de conception et d’ingénierie du fabricant de systèmes de forage, et après avoir précédemment fourni des freins IBV 110 pour une conception plus petite, il était évident que nous devions développer une toute nouvelle variante IBV qui répondait aux exigences de l’équipement plus grand. Au final, nous avons développé un frein à courant de Foucault IBV 130 de 6,5 tonnes classé ATEX qui a permis une force de freinage maximale d’environ 70 000 Nm. Ceci a garanti des performances optimales pour répondre aux spécifications du client. »

Refroidissement par air

Un avantage clé de l’IBV est que c’est un frein à refroidissement par air. Cette conception peut nécessiter beaucoup moins de maintenance, par rapport à un frein à courant de Foucault refroidi par eau dans certaines conditions de forage. Des temps d’arrêt des freins imprévus en raison de la maintenance sur les systèmes de forage sont vraiment indésirables, puisque le coût de la maintenance et les temps de forage perdus doivent être pris en compte.

« Les problèmes de fiabilité potentiels associés aux freins à courant de Foucault refroidis par eau sont nombreux », continue Michael Frank. « L’eau à l’intérieur du système de freinage des structures de levage doit être préparée avec des équipements supplémentaires, particulièrement dans les conditions arctiques glaciales ou dans les environnements désertiques chauds. Cet équipement de préparation de l’eau supplémentaire fait augmenter les exigences en termes de maintenance. L’eau elle-même présente aussi un risque de corrosion interne, qui peut grandement raccourcir la durée de vie opérationnelle du frein. »

Stromag a conçu l’IBV personnalisé pour répondre aux exigences de débit d’air des ventilateurs de refroidissement fournis par le client. Ceci permet un refroidissement optimal pour le système lors du fonctionnement.

Un expert mondial du freinage

« En tant que fournisseur de freins à la pointe du secteur, en plus d’offrir les fonctionnalités d’ingénierie globales pour produire l’IBV personnalisé, nous fournissons également un accès local pratique à toutes les pièces détachées requises. Ceci signifie que, si besoin, les clients peuvent effectuer la maintenance des freins IBV sur le terrain avec plus de facilité », ajoute Michael Frank.

« Nos capacités nous permettent de répondre à des exigences strictes en matière de fiabilité et de performances. Pour le fabricant des systèmes de forage, ceci nous a permis de fournir une solution personnalisée en fonction de spécifications précises. Cela permet de garantir que le temps de fonctionnement du forage n’est pas compromis. »