Különbözőek a tengeri szélturbinák csapágyai a kialakításukban?

A tengeri szélerőműveknek sós levegőben, állandóan mozgó hullámokban, hatalmas hőmérséklet-változásokban kell működniük, és nehezen hozzáférhető helyeken kell javítás céljából hozzáférniük. Ezen problémák miatt a mérnököknek minden alkatrészt újra kell gondolniuk, és... Csapágyak szélturbinákhoz Nincsenek azonban másképp. A tengeri egységeknek évekig megállás nélkül kell működniük attól a pillanattól kezdve, hogy a rotor forogni kezd. Ez azt jelenti, hogy a futópálya alakjának, az anyagválasztásnak, a tömítési stratégiának és a zsírzási élettartamnak el kell térnie a szárazföldön megszokottól. Ez a cikk azt vizsgálja, hogy a tengeri igények miért vezetnek eltérő csapágykialakításokhoz, milyen változások történnek ennek eredményeként a szerkezetben, és hogyan változnak az anyagkövetelmények ahhoz, hogy a tengeri turbinák megbízhatóan forogjanak.

​

Miért igényelnek speciális csapágytervezést a tengeri környezetek?

Sóexpozíció, korrózió és karbantartási hozzáférés

A tengeri szélturbinákat sós környezetben helyezik el, ahol a fémfelületek folyamatosan korrodálódnak. Amikor a szélturbinákat tengeren használják, azokat kiváló minőségű, rozsdaálló anyagokból kell készíteni, például speciális felületkezeléssel ellátott 42CrMo4-ből vagy rozsdamentes acélból, és olyan zárórendszerekre van szükségük, amelyek sokkal szorosabban zárják ki a vizet és a részecskéket, mint a szárazföldi változatok. A karbantartáshoz való hozzáférés még nehezebb, mivel egy csapágy javítása a parttól 30 kilométerre tízszer annyiba kerül, mint a szárazföldi javítás. Emiatt a tengeri szélturbinák csapágyait úgy tervezték, hogy hosszabb ideig tartsanak a kenési ciklusok között, és önálló tömítéssel rendelkezzenek, ami azt jelenti, hogy nem kell olyan gyakran újrazsírozni őket. Mielőtt döntést hoznának a tervezésről, felmerül a kérdés: "Működhet ez a csapágy öt évig vagy tovább érintés nélkül a futópálya kopása nélkül?".

Dinamikus terhelés szél, hullámok és toronymozgás miatt

Egy óceánban lévő szélerőmű nem áll nyugton. Az egyenetlen széllökések terhelik a rotort, a hullámok elmozdítják a platformot, és a torony kilengése olyan nyomatékerőket hoz létre, amelyekkel a szárazföldi tornyoknak soha nem kell megküzdeniük. Óceáni helyszínek esetén... csapágyak szélturbinákhoz képesnek kell lennie kezelni ezeket a további dinamikus terheléseket – nagyobb nyomatékcsúcsokat, gyakoribb irányváltásokat és állandó rezgést – kopási repedések vagy futópálya-sérülések nélkül. A statikus és dinamikus terhelési névleges értékek nagyobb biztonsági tartalékokkal rendelkeznek, mint a szárazföldi kivitelek, és a futópálya alakja tökéletes az érintkezési feszültség elosztására, amikor a gravitációs, aerodinamikai és hidrodinamikai erők együttesen hatnak. A táblázat bemutatja, hogyan különbözik a két hely:

Szerkezeti különbségek a tengeri szélturbinák csapágyaiban

Forgócsapágy-konfigurációk és fogaskerék-integráció

A szélturbinákhoz különböző típusú forgócsapágyak léteznek, mindegyiknek megvannak a saját szerkezeti követelményei a terhelés és a merevség tekintetében. Ezek közé tartozik a négypontos érintkezőgolyó, a kétsoros szögletes érintkezőgolyó, a keresztezett hengergörgő, a keresztezett kúpgörgő és a háromsoros hengergörgő. A tengeri osztás- és elfordulási csapágyak esetében gyakran előnyben részesítik a keresztezett hengeres vagy kúpgörgős kialakítást, mivel vonal menti érintkezési alakjuk nagyobb dinamikus teherbírást és nagyobb merevséget biztosít változó nyomatékok esetén, amelyek mindkettő fontos, amikor a hullámok okozta toronymozgás növeli a billenőerőket. A fogaskerekek integrációja is változik. A tengeri kialakításoknál, például a csapágygyűrű belsejében elhelyezett belső fogaskerekek védik a fogakat a só és az ütés okozta károktól. A szárazföldi kialakításoknál viszont általában külső fogaskerekeket használnak, amelyeket könnyebb elkészíteni, de jobban láthatók. A táblázat bemutatja, hogy mely forgócsapágy-típusok a legalkalmasabbak tengeri használatra:

Tömítési, kenési és előfeszítési stratégiák

Offshore Csapágyak szélturbinákhoz Használjon fémmel védett gátakat vagy többajkas elasztomer tömítéseket, amelyek sokkal jobban blokkolják a sós vizet és a homokot, mint a szárazföldi modelleken található egyszerű O-gyűrűs tömítések. A használt kenőanyagok is eltérőek. Például az óceáni csapágyak tengeri minőségű zsírokat használnak, amelyek jobban ellenállnak a víznek, korróziógátló vegyszereket tartalmaznak, és hosszabb nyírási stabilitással rendelkeznek, hogy a film vastagságát évekig megőrizzék anélkül, hogy újra kellene felvinni. Az előterhelés egy másik olyan adaptáció, amelyet csak a tengeren használnak. A szélturbinák keresztezett kúpgörgős csapágyai tömörek, hogy eltávolítsák a belső teret. Ez merevebbé teszi a csapágyakat, és megakadályozza a megcsúszást alacsony sebességű rezgések során, ami gyakori a tengeren, és károsítaná az üres csapágyat. Ha a megfelelő tömítést, kenőanyagot és előterhelési lehetőségeket választja, egy hagyományos forgócsapágyat tengeri edzésű alkatrészsé alakíthat, amely hosszú ideig tartós.

Anyag- és teljesítménykövetelmények tengeri szélerőmű-alkalmazásokhoz

Korrózióálló anyagok és felületkezelések

A szélturbinák óceáni csapágyainak anyagainak kiválasztásakor a rozsdavédelem és a mechanikai szilárdság a két legfontosabb szempont, amelyet figyelembe kell venni. Az alapminőségek a 42CrMo4 és az 50Mn. A tengeri változatok extra felületerősítő lépéseken mennek keresztül, mint például indukciós hűtés, nitridálás vagy foszfátozás, hogy lelassítsák a só okozta gödrösödést. A rozsdamentes acél vagy kerámia bevonatú futópályák a legjobb módja annak, hogy a víz távol maradjon a legveszélyesebb tengeri területekről. Ezek a kezelések többe kerülnek, de megakadályozzák a kár súlyosbodását, ami költséges javítási munkát igényelne egy másik országban. A tengeri használatra szánt szélturbinák csapágyait az ISO 12944 szabvány szerint sópermet-tesztnek is alávetik, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a felületvédelem a terv szerint ideig tart.

Fáradási élettartam és tanúsítási szabványok

A tengeri szélerőművek várhatóan 20-25 évig működnek, csapágyak szélturbinákhoz ennyi ideig kombinált dinamikus terhelés alatt kell méretezni. A kifáradási élettartam meghatározására használt módszer az ISO 281 szabványon alapul, de kibővült a tengeri alkalmazásokra jellemző terhelési spektrumokkal, amelyek magukban foglalják a hullám-frekvencia és a torony-oszcillációs ciklusokat, amelyek nem találhatók meg a szárazföldi adatkészletekben. A tanúsítás egy újabb réteget ad hozzá. A DNV-GL és az IEC 61400-4 szabványok prototípus-tesztelést, tervfelülvizsgálatot és anyagkövetést írnak elő, amelyekkel a szárazföldi csapágyaknak nem mindig kell megbirkózniuk. Ezeket a szabványokat tengeri telepítések esetén is be kell tartani; ezek a kapuőrök döntik el, hogy egy csapágybeszállító egyáltalán pályázhat-e egy tengeri projektre.

Összegzés

A szárazföldi és a tengeri szélturbinák csapágyai nagyon különböznek egymástól. A tengeri csapágyaknak ellenállóbbaknak kell lenniük a rozsdával szemben, védett módon kell kenni őket, hogy évekig érintés nélkül működhessenek, magasabb dinamikus terhelési határértékekkel kell rendelkezniük a hullám- és toronymozgás esetén, és DNV-GL és IEC 61400-4 szabványok szerint kell tanúsítani őket. A belső fogaskerekekkel ellátott keresztgörgős típusok felé haladva a forgási konfigurációk megváltoznak, és az anyagok olyan felületkezelést kapnak, amely biztonságos a tengeri használatra. Minden tengeri csapágyazási munkát a Luoyang Huigong Bearing Technology Co., Ltd. végez, amely 1998 óta működik, és több mint 50 szabadalommal és ISO9001/14001 tanúsítvánnyal rendelkezik. A CHG Bearing jelenti azt a tervezési különbséget, ami számít azoknál a turbináknál, amelyeknek a parttól távol is folyamatosan forogniuk kell.

FAQ

1. kérdés: Valóban különböznek-e a tengeri szélturbinák csapágyai a szárazföldiektől?

 V1: Igen. A tengeri egységek sókorróziónak, összetett hullám- és szélterhelésnek, valamint korlátozott karbantartási hozzáférésnek vannak kitéve, ami speciális tömítést, tengeri minőségű anyagokat és megnövelt biztonsági ráhagyásokat igényel, amelyekre a szárazföldi csapágyaknak nincs szükségük.

2. kérdés: Mely forgócsapágy-típusokat részesítik előnyben a tengeri bólintás és elfordulás esetén?

 A2: A keresztezett hengergörgős és a keresztezett kúpgörgős kialakítások előnyösebbek, mivel ezek érintkezési geometriája és előfeszített merevsége elbírja a nagyobb dinamikus terheléseket és rezgéseket, amelyeket a tengeri tornyok tapasztalnak.

​

3. kérdés: Milyen korrózióvédelmi módszereket alkalmaznak a tengeri csapágyakon? 

A3: 42CrMo4/50Mn futópályák indukciós edzése, nitridálása, foszfátozása, valamint hajózási minőségű zsír és többajkas elasztomer vagy fémmel védett tömítések – ISO 12944 sópermet-vizsgálattal igazolva.

4. kérdés: Milyen tanúsítási szabványok vonatkoznak a tengeri turbinacsapágyakra? 

A4: A DNV-GL tervfelülvizsgálata és az IEC 61400-4 szabvány előírja az anyagok nyomon követhetőségét, a terhelési spektrum elemzését és a prototípus fáradási vizsgálatát – ezek kötelezőek a tengeri projektek minősítéséhez.

5. kérdés: A CHG Bearing kínál-e egyedi tengeri szélturbina-csapágyakat? 

A5: Teljesen egyetértek. A CHG Bearing testreszabott megoldásokat kínál – egyedi fogaskerék-integrációt, tengeri felületkezeléseket, hosszabb élettartamú tömítéseket és terhelésspecifikus futópálya-geometriát – bármilyen tengeri szélerőmű platformhoz.

Hajtsa meg tengeri turbináját CHG csapággyal

A Luoyang Huigong Bearing Technology Co., Ltd. egy 39 330 négyzetméteres gyártóközpontot üzemeltet, amely több mint 150 gyártógéppel és több mint 70 vizsgálóműszerrel – koordináta-mérőgépekkel, metallográfiai mikroszkópokkal, UT, MT, ET – van felszerelve, biztosítva, hogy minden csapágy megfeleljen a DNV-GL és az IEC tanúsítvány szigorú követelményeinek. A CHG Bearing évi 30 000 hosszú élettartamú marócsapágy-készlet, 40 000 vékony profilú készlet és 10 millió gördülőelem gyártási kapacitásával, ISO9001, ISO14001 és több mint 50 találmányi szabadalommal védve, offshore-edzett csapágyakat szállít szélturbinákhoz, amelyeket az Ön platformjának terheléséhez, környezetéhez és élettartam-céljaihoz igazítunk. Lépjen kapcsolatba velünk a következő címen: sale@chg-bearing.com hogy meghatározza a tengeri igényeit, és bízza a CHG Bearingre a turbina megbízhatóságának megtervezését.

Referenciák

1. Harris, TA és Kotzalas, MN: Gördülőcsapágy-elemzés: A csapágytechnológia alapvető fogalmai. 5. kiadás, CRC Press, 2007.

2. DNV-GL. DNVGL-ST-036: Szélturbina-csapágyak tervezése és gyártása. DNV-GL szabvány, 2019.

3. Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság. IEC 61400-4: Szélturbinák hajtóműveinek és csapágyainak tervezési követelményei. IEC szabvány, 2012.

4. SKF Csoport. SKF szélturbina csapágykatalógus: Tengeri és szárazföldi alkalmazási útmutató. SKF Kiadvány, 2022.

5. Eschmann, P., Hasbargen, L. és Weigand, K. Golyós- és görgőscsapágyak: Elmélet, tervezés és alkalmazás. John Wiley & Sons, 2015.

6. Hau, E. Szélturbinák: Alapismeretek, Technológiák, Alkalmazások, Közgazdaságtan. 3. kiadás. Springer, 2013.