I cuscinetti del rotore aggiornati offrono un vento migliore

Sep 02, 2023

Di WPED Collaboratore | 30 agosto 2019

Di Andreas Bierlein, Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG e Antonio Silverio, Schaeffler Group USA Inc.

Nel tentativo di aumentare l'affidabilità, la durata e l'efficienza delle turbine eoliche, Schaeffler ha aggiornato la sua intera gamma di cuscinetti orientabili a rulli (SRB) per l'albero del rotore della turbina.

Utilizzando i dati raccolti da 10.000 turbine eoliche, è stata condotta un'indagine approfondita su diversi modelli di danno e sono state sviluppate contromisure e soluzioni adeguate. Questi nuovi design SRB offrono un'elevata resistenza all'usura e una coppia di attrito e temperature operative notevolmente inferiori, prolungando così significativamente la vita operativa della turbina.

I cuscinetti dell'albero del rotore sono soggetti a una vasta gamma di carichi dinamici, in particolare a carichi assiali elevati.

Design robustoPoiché il cuscinetto del rotore è un componente critico all'interno delle turbine eoliche, Schaeffler ha sostanzialmente ottimizzato la sua gamma di SRB standard per migliorarne ulteriormente le prestazioni.

I miglioramenti progettuali iniziali si sono concentrati su due aree: il primo passo è stato quello di modificare i profili sia dei rulli che delle piste per ottenere le minori sollecitazioni di contatto anche nelle condizioni più estreme. Il secondo passo è stato quello di progettare una nervatura centrale per l'anello interno che aumentasse la rigidità assiale e riducesse drasticamente l'eccessivo spostamento assiale del rullo, che è uno dei principali fattori che contribuiscono all'usura prematura osservata su tutti i rulli e le piste.

Questi nuovi progetti SRB hanno completato con successo una serie completa di test come parte della loro convalida per il sigillo di qualità Schaeffler "X-life". Le fasi di validazione necessarie a tal fine sono state certificate dall'ente tedesco di certificazione per l'energia eolica Germanischer Lloyd (certificato GL GL-CER-002-2015). È stato inoltre sviluppato un design brevettato di cuscinetti orientabili a rulli asimmetrici (ASRB) per migliorare ulteriormente l'efficienza della turbina.

L'ASRB aumenta significativamente la capacità di carico assiale ottenendo al tempo stesso una distribuzione del carico interno più equilibrata tra entrambe le file di rulli. La migliore distribuzione del carico tra le file di rulli garantisce una maggiore resistenza alla deformazione plastica e prolunga notevolmente la durata di esercizio dei cuscinetti.

Dotato di due diversi angoli di contatto, l'ASRB ha una doppia capacità di carico. I carichi assiali sono supportati dal lato della fila con angolo di contatto più elevato (sottovento), mentre i carichi radiali sono supportati principalmente dal lato della fila con angolo di contatto inferiore (controvento).

Indagine sui dati operativi Durante l'indagine sui cuscinetti guasti, è stato notato che una percentuale significativa di guasti si è verificata principalmente nei cuscinetti di fissaggio dei sistemi di alberi del rotore di supporto a 3 e 4 punti. Inoltre, la maggior parte dei danni si è concentrata sulla fila caricata assialmente (sottovento) dei cuscinetti di posizionamento. Il danno, che è risultato essere per lo più a livello della superficie, è classificato secondo la norma ISO15243 come fatica che si verifica vicino alla superficie (stress superficiale) o usura abrasiva.

L'innovativo cuscinetto orientabile a rulli asimmetrico di Schaeffler genera spostamenti assiali inferiori, che riducono sostanzialmente il rischio di danni ai rulli e alle piste del cuscinetto.

L’usura abrasiva nei cuscinetti principali delle turbine eoliche che operano in condizioni casuali è già un problema ampiamente riconosciuto. Questo tipo di danno è causato principalmente dalla variazione della velocità dell'albero e dai carichi che possono portare a un film lubrificante molto sottile o inesistente. Se si lascia che il film lubrificante separatore tra le superfici del rullo e delle piste si degradi, si verificheranno micropitting, sbavature e, infine, danni estesi a livello superficiale.

È stata eseguita una serie completa di simulazioni di test interni per definire la migliore soluzione ai modelli di danno riscontrati vicino alla superficie. Diverse caratteristiche rilevanti dei cuscinetti sono state identificate, simulate e testate con strumenti e apparecchiature di prova all'avanguardia. Sono state ideate e implementate diverse soluzioni per ridurre o addirittura eliminare l'usura superficiale causata dalle condizioni limite di lubrificazione.