Aumento dell'affidabilità dei cuscinetti nel sistema di supporto dell'albero principale

Sep 04, 2023

Di Nic Sharpley | 21 gennaio 2014

L'albero principale di una turbina eolica richiede un cuscinetto affidabile per il funzionamento. È noto che alcuni modelli di cuscinetti si guastano prematuramente, con conseguenti costose riparazioni di manutenzione. I recenti aggiornamenti e progressi nella progettazione dei cuscinetti aumentano l'affidabilità e garantiscono la stabilità dell'albero principale.

Bradley Baldwin • Direttore generale dell'energia eolica • Timken • www.timken.com

L'SRB resistente all'usura di Timken riduce le sollecitazioni di taglio e le interazioni tra le asperità che proteggono dall'usura, come il micropitting.

I progetti modulari delle turbine eoliche utilizzano comunemente cuscinetti orientabili a rulli (SRB) per supportare e trasportare i carichi dell'albero principale. Il design SRB singolo, noto come attacco a 3 punti supportato da un unico cuscinetto principale e due bracci di reazione reazionari del cambio, è comunemente selezionato per consentire:

• Un pacchetto gondola più corto • Elevata deflessione e disallineamento del sistema • Una catena di fornitura commercialmente economica

Sfortunatamente, alcuni operatori hanno riscontrato guasti sul campo molto prima del previsto con alcuni progetti SRB singoli, che hanno ridotto significativamente la durata di servizio. La sostituzione non pianificata dei cuscinetti dell’albero principale può costare agli operatori dei parchi eolici fino a 450.000 dollari e avere un evidente impatto sulle prestazioni finanziarie.

Fattori che contribuiscono Carico assiale elevato su un cuscinetto radiale SRB : Sebbene non esista un limite massimo ufficiale, il rapporto convenzionale tra carico assiale e carico radiale ammissibile per i cuscinetti orientabili a due corone di rulli è compreso tra 0,15 e 0,20. Pertanto, il carico assiale dovrebbe essere solo il 15-20% della reazione radiale del cuscinetto a due corone. In alcune applicazioni, questo rapporto può arrivare a 0,30 o 0,35. Quando ciò si verifica, si manifestano diverse modalità di danneggiamento, legate al disarmo della fila di cuscinetti. Questo spostamento dalla sede può influenzare la distribuzione del carico tra le file, l'inclinazione dei rulli, la sollecitazione del fermo, l'eccessiva generazione di calore e l'imbrattamento dei rulli. Nella posizione fissa dell'albero principale, questo rapporto è spesso vicino a 0,60, il che fa sì che solo una delle due file supporti il ​​carico radiale e di spinta. Con questa reazione diseguale, il cuscinetto potrebbe non funzionare come previsto o progettato originariamente.

Il design SRB con attacco a 3 punti supporta il cuscinetto dell'albero principale e due bracci di reazione reazionari sulla scatola del cambio.

Generazione inadeguata del film lubrificante: In generale, le condizioni operative del cuscinetto dell'albero principale non sono ideali per la formazione del film lubrificante. Con una velocità operativa massima di ~20 giri/min, la velocità della superficie del cuscinetto e la generazione del film lubrificante potrebbero essere insufficienti per mantenere separate le asperità tra rullo e pista. Inoltre, i cambiamenti dei momenti di beccheggio e di imbardata modificano costantemente e quasi istantaneamente la posizione e la direzione della zona di carico. Ciò interrompe la formazione e la qualità del film lubrificante. Lo spostamento è accelerato negli SRB con montaggio a 3 punti, che operano con gioco radiale, e aumenta il rischio di micropitting o sbavature.

Una ripartizione ineguale del carico si verifica quando il rapporto ammissibile tra spinta e carico radiale per i cuscinetti orientabili a due corone di rulli aumenta oltre 0,15 - 0,20. La fila portante sopravento viene spostata e il risultato è che solo la fila sottovento supporta il carico.

Progettare soluzioni per migliorare le prestazioniFortunatamente, sul mercato sono facilmente disponibili aggiornamenti per le turbine esistenti, nonché soluzioni di progettazione ingegneristica più sofisticate per le piattaforme di turbine più recenti.

Nelle prime fasi di usura nell'SRB con attacco a 3 punti, il percorso di usura distinto nella fila sottovento può erodere la geometria di contatto progettata, portando a sollecitazioni sulle piste più elevate del previsto e potenziali guasti ai cuscinetti.

Aggiornamenti SRB per turbine esistenti Per un interscambio diretto con le flotte esistenti, un'azienda offre un SRB resistente all'usura che utilizza la tecnologia delle superfici ingegnerizzate in combinazione con finiture superficiali migliorate. I cuscinetti resistenti all'usura aumentano la protezione delle piste contro il micropitting riducendo le sollecitazioni di taglio e le interazioni delle asperità. La superficie ingegnerizzata è un rivestimento durevole ed esclusivo in carburo di tungsteno e idrocarburo amorfo (WC/aC:H). In generale, i rivestimenti WC/aC:H sono moderatamente più duri dell'acciaio HRC60, hanno uno spessore compreso tra 1 e 2 micrometri e hanno coefficienti di attrito bassi quando scivolano contro l'acciaio. La superficie avanzata dei rulli lucida e ripara le piste danneggiate durante il funzionamento. Con finiture superficiali migliorate, il film lubrificante aumenta lo spessore, contribuendo a migliorare i contatti delle asperità. La superficie ingegnerizzata riduce le interazioni delle asperità e le sollecitazioni di taglio superficiale che causano l'usura. I vantaggi si traducono in una maggiore durata calcolata dei cuscinetti e anche in una riduzione della coppia di rotolamento.