Модернизированные подшипники ротора обеспечивают улучшенный ветер.

Sep 02, 2023

Автор: Участник WPED | 30 августа 2019 г.

Андреас Бирляйн, Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG и Антонио Сильверио, Schaeffler Group USA Inc.

Стремясь повысить надежность, долговечность и эффективность ветряных турбин, компания Schaeffler обновила всю линейку сферических роликоподшипников (SRB) для вала ротора турбины.

Используя данные, собранные по 10 000 ветряных турбин, было проведено тщательное исследование нескольких моделей повреждений и разработаны соответствующие контрмеры и решения. Эти новые конструкции SRB обеспечивают высокую износостойкость и значительно более низкий момент трения и рабочие температуры, что значительно продлевает срок службы турбины.

Подшипники вала ротора подвергаются ряду динамических нагрузок, особенно высоким осевым нагрузкам.

Прочная конструкцияПоскольку подшипник ротора является важнейшим компонентом ветряных турбин, компания Schaeffler существенно оптимизировала набор стандартных SRB, чтобы еще больше повысить их производительность.

Первоначальные улучшения конструкции были сосредоточены на двух областях: первым шагом было изменение профилей роликов и дорожек качения для достижения минимальных контактных напряжений даже в самых экстремальных условиях. Вторым шагом было создание центрального ребра для внутреннего кольца, которое увеличило осевую жесткость и радикально уменьшило чрезмерное осевое смещение ролика, которое является основным фактором преждевременного износа, наблюдаемого на всех роликах и дорожках качения.

Эти новые конструкции SRB успешно прошли широкий спектр испытаний в рамках подтверждения знака качества Schaeffler «X-life». Необходимые для этого этапы проверки были сертифицированы немецким органом по сертификации ветроэнергетики Germanischer Lloyd (сертификат GL GL-CER-002-2015). Запатентованная конструкция асимметричного сферического роликоподшипника (ASRB) также была разработана для дальнейшего повышения эффективности турбины.

ASRB значительно увеличивает осевую грузоподъемность, обеспечивая при этом более сбалансированное распределение внутренней нагрузки между обоими рядами катков. Улучшенное распределение нагрузки между рядами роликов обеспечивает повышенную устойчивость к пластической деформации и значительно продлевает срок службы подшипников.

Благодаря двум различным углам контакта ASRB имеет удвоенную грузоподъемность. Осевые нагрузки воспринимаются стороной ряда с более высоким углом контакта (с подветренной стороны), тогда как радиальные нагрузки воспринимаются в основном со стороны ряда с меньшим углом контакта (с наветренной стороны).

Исследование эксплуатационных данных В ходе исследования вышедших из строя подшипников было отмечено, что значительный процент отказов произошел в основном в фиксирующих подшипниках 3-точечных, а также 4-точечных опорных систем вала ротора. Кроме того, большая часть повреждений была сосредоточена на аксиально нагруженном ряду фиксирующих подшипников (с подветренной стороны). Повреждение, которое, как выяснилось, происходит в основном на уровне поверхности, классифицируется в соответствии со стандартом ISO15243 как либо усталость, возникающая вблизи поверхности (поверхностное повреждение), либо абразивный износ.

Инновационный асимметричный сферический роликоподшипник Schaeffler обеспечивает меньшие осевые смещения, что существенно снижает риск повреждения роликов подшипника и дорожек качения.

Абразивный износ коренных подшипников ветряных турбин, работающих в случайных условиях, уже является широко признанной проблемой. Этот тип повреждения в первую очередь вызван изменением скорости вала и нагрузками, которые могут привести к образованию очень тонкой или отсутствующей смазочной пленки. Если позволить разделительной смазочной пленке между поверхностями ролика и дорожек качения разрушаться, результатом станет микропиттинг, размазывание и, в конечном итоге, обширное повреждение на уровне поверхности.

Была проведена обширная серия собственных тестовых симуляций, чтобы определить лучшее решение для моделей повреждений, обнаруженных вблизи поверхности. Некоторые важные особенности подшипников были идентифицированы, смоделированы и протестированы с помощью современных инструментов и испытательного оборудования. Были разработаны и внедрены различные решения для уменьшения или даже устранения поверхностного износа, вызванного пограничными условиями смазки.