Повышение надежности подшипников в системе опор главного вала

Sep 04, 2023

Ник Шарпли | 21 января 2014

Для работы главного вала ветряной турбины требуется надежный подшипник. Известно, что некоторые конструкции подшипников преждевременно выходят из строя, что приводит к дорогостоящему ремонту. Недавние модернизации и усовершенствования в конструкции подшипников повышают надежность и обеспечивают стабильность главного вала.

Брэдли Болдуин • Генеральный директор Wind Energy • Timken • www.timken.com

Износостойкий материал SRB от Timken снижает напряжения сдвига и взаимодействие неровностей, что защищает от износа, например микропиттинга.

В модульных конструкциях ветряных турбин обычно используются сферические роликоподшипники (SRB) для поддержки и восприятия нагрузок на главном валу. Единая конструкция SRB, известная как трехточечное крепление, поддерживаемое одним главным подшипником и двумя реактивными моментными рычагами коробки передач, обычно выбирается, чтобы обеспечить:

• Укороченная гондола • Большие отклонения и перекосы системы • Коммерчески выгодная цепочка поставок

К сожалению, некоторые операторы столкнулись с отказами в эксплуатации гораздо раньше, чем ожидалось, при использовании отдельных конструкций SRB, что значительно сократило срок службы. Незапланированная замена подшипника главного вала может обойтись операторам ветряных электростанций в сумму до 450 000 долларов США и оказать очевидное влияние на финансовые показатели.

Способствующие факторы Высокая осевая нагрузка на радиальный подшипник SRB : Хотя официального максимального предела не существует, общепринятое соотношение допустимой осевой нагрузки к радиальной для двухрядных сферических роликоподшипников составляет от 0,15 до 0,20. Следовательно, осевая нагрузка должна составлять всего лишь 15–20 % радиальной реакции двухрядного подшипника. В некоторых приложениях это соотношение может достигать 0,30 или 0,35. При этом становятся очевидными различные виды повреждений, связанные с выходом из строя подшипникового ряда. Такое смещение может повлиять на распределение нагрузки между рядами, перекос роликов, напряжение фиксатора, чрезмерное выделение тепла и размазывание роликов. В фиксированном положении главного вала это соотношение часто составляет около 0,60, что приводит к тому, что только один из двух рядов воспринимает радиальную и осевую нагрузку. При такой неравномерной реакции подшипник может работать не так, как было изначально задумано или спроектировано.

Конструкция SRB с 3-точечным креплением поддерживает подшипник главного вала и два реактивных реактивных рычага на коробке передач.

Недостаточное образование смазочной пленки: Вообще говоря, условия эксплуатации подшипника первичного вала не идеальны для образования смазочной пленки. При максимальной рабочей скорости ~20 об/мин скорость поверхности подшипника и образование смазочной пленки могут оказаться недостаточными для разделения неровностей между роликом и дорожкой качения. Кроме того, изменяющиеся моменты тангажа и рыскания постоянно и почти мгновенно смещают расположение и направление зоны нагрузки. Это нарушает образование и качество смазочной пленки. Переключение ускоряется в SRB с 3-точечным креплением, которые работают при радиальном зазоре, и увеличивает риск микропиттинга или размазывания.

Неравномерное распределение нагрузки возникает, когда допустимое соотношение осевой нагрузки к радиальной для двухрядных сферических роликоподшипников превышает 0,15–0,20. Несущий ряд, расположенный с наветренной стороны, становится нефиксированным, в результате чего нагрузка приходится только на ряд с подветренной стороны.

Проектные решения для повышения производительностиК счастью, на рынке легко доступны модификации существующих турбин, а также более сложные инженерно-конструкторские решения для новых турбинных платформ.

На ранних стадиях износа трехточечного крепления SRB четко выраженная траектория износа в подветренном ряду может разрушить расчетную геометрию контакта, что приведет к более высоким, чем прогнозировалось, напряжениям на дорожках качения и потенциальным отказам подшипников.

Модернизация SRB для существующих турбин Для прямой замены существующих автопарков одна компания предлагает износостойкий SRB, в котором используется специальная технология обработки поверхности в сочетании с улучшенной отделкой поверхности. Износостойкие подшипники повышают защиту дорожек качения от микропиттинга за счет снижения напряжения сдвига и взаимодействия неровностей. Инженерная поверхность представляет собой прочное и уникальное покрытие из карбида вольфрама и аморфного углеводорода (WC/aC:H). Как правило, покрытия WC/aC:H умеренно тверже стали HRC60, имеют толщину от 1 до 2 микрометров и имеют низкие коэффициенты трения при скольжении по стали. Усовершенствованная поверхность роликов полирует и восстанавливает дорожки качения, поврежденные во время работы. Благодаря улучшенной обработке поверхности толщина смазочной пленки увеличивается, что помогает улучшить контакт неровностей. Разработанная поверхность уменьшает взаимодействие неровностей и поверхностные напряжения сдвига, вызывающие износ. Преимущества приводят к увеличению расчетного срока службы подшипников, а также к снижению крутящего момента качения.