Детали турбины: подшипники

Aug 24, 2023

Джошуа Смолли | 16 июня 2015 г.

Фото предоставлено Тимкеном

Где используются подшипники в ветряной турбине?

Хотя подшипники используются во многих местах гондолы, например, в подшипниках рыскания и тангажа, а также в генераторах, наиболее проблематичными являются подшипники на главных валах и коробках передач.

В подшипниках главного вала модульных конструкций ветряных турбин обычно используются сферические роликоподшипники (SRB) диаметром более 1 м. Конструкторы часто выбирают одиночные конструкции SRB, одна из которых опирается на один главный подшипник и два моментных рычага, которые несут реактивные нагрузки коробки передач.

По крайней мере, два фактора способствуют раннему выходу из строя подшипников первичного вала. Одним из них является высокая осевая нагрузка на радиальный SRB. Хотя официального максимального предела не существует, общепринятое соотношение допустимой осевой нагрузки к радиальной нагрузке для двухрядных сферических роликоподшипников составляет от 0,15 до 0,20. Второй – недостаточное образование смазочной пленки. Как правило, условия эксплуатации подшипника главного вала не идеальны для образования смазочной пленки. При максимальной рабочей скорости около 20 об/мин скорость поверхности подшипника и образование смазочной пленки могут оказаться недостаточными для разделения неровностей между роликом и дорожкой качения.

Конструкция первичного вала с коническим роликоподшипником (TRB) с предварительным натягом также может улучшить характеристики трансмиссии. TRB помогают обеспечить стабильность и жесткость системы, распределение нагрузки между рядами и прогнозируемое взаимодействие катков с дорожками качения. Эта конструкция допускает несколько конфигураций.

В одном широко распространенный одиночный конический роликоподшипник представляет собой экономичную конструкцию, которая может предварительно нагружать всю систему двумя разными TRB. Серия подшипников с подветренной и подветренной стороны может затем выдерживать нагрузку, регулируя угол контакта и несущую способность по мере необходимости. Благодаря широкому эффективному центру подшипники обычно более компактны.

В другой конфигурации конического роликоподшипника большого диаметра между кольцами конуса используется проставка. Этот вариант стал привлекательным благодаря своим эксплуатационным характеристикам и простоте сборки. Крутые углы качения создают высокую жесткость при наклоне в коротком осевом пространстве для противодействия приложенным моментам тангажа и рыскания. Отдельные компоненты подшипников могут включать уплотнения и смазку для упрощения обращения и установки. Заводская предварительная нагрузка обеспечивает правильную установку.

В третьей конфигурации один конический роликоподшипник с предварительным натягом обеспечивает высокую грузоподъемность и справляется с комбинированными радиально-осевыми нагрузками по сравнению с одиночным SRB. Единый предварительный натяг обеспечивает распределение нагрузки между обоими рядами подшипников и допускает большую несоосность системы по сравнению с конструкцией с пространством между дорожками конусов.

Подшипники также используются в редукторах ветряных турбин. Одна сервисная компания сообщает, что некоторые модели коробок передач имеют особый конструктивный недостаток: использование четырехрядного цилиндрического подшипника со сквозной закалкой в ​​планетарных шестернях. Это не оптимальная конфигурация подшипника для данного применения. В компании добавляют, что при восстановлении такой коробки передач лучше всего использовать науглероженный корпусной подшипник внутреннего кольца с роликами с покрытием. Покрытие здесь тоже вольфрамовый вариант карабина.

Кроме того, изменение зазора между отдельными рядами улучшает распределение нагрузки, тем самым обеспечивая более длительный срок службы подшипника. Это также может предотвратить распространенные поломки корпуса из-за мусора, который скапливается в нижней части коробки передач. Также необходимо использовать цементированные подшипники с покрытием на высоких скоростях и в промежуточных положениях. Эти простые обновления могут значительно улучшить общую производительность коробки передач, что приведет к значительному продлению срока службы.

Надежность коробки передач значительно улучшилась за последние 10 лет благодаря лучшему пониманию нагрузок на подшипники. Одна компания дает гарантию на свои восстановленные коробки передач в течение пяти лет, тогда как некоторые OEM-гарантии дают всего лишь два года. Тенденции к модернизации подшипников главного вала и коробки передач обусловлены неожиданными неисправностями в этих узлах. Внеплановая замена подшипника первичного вала может обойтись операторам в сумму до 450 000 долларов США и оказать очевидное влияние на финансовые показатели.