Выбор и расчет подшипников для ветряных электростанций

Требования, предъявляемые к подшипникам для ветряных электростанций, чрезвычайно высоки. Таким образом, процедуры выбора подшипников и расчетов срока службы принципиально отличаются от процедур выбора подшипников в других областях применения.

При выборе подшипников для промышленного использования инженеры-конструкторы могут относительно легко выбрать подшипники для определенного местоположения подшипника, работая вместе со своими поставщиками, если это необходимо, и основывая свои решения на таких параметрах, как частота вращения и крутящий момент, радиальная и осевая нагрузка, а также требуемая жесткость и предварительный натяг или зазор. Широкий ассортимент, предлагаемый поставщиками комплектного оборудования, такими как NSK, означает, что нужный подшипник всегда доступен, даже для необычных применений или особых условий эксплуатации. Если это не так, можно также использовать специальные подшипники, изготовленные по индивидуальному заказу.

Высокие требования
В ветроэнергетике процедуры, ведущие к выбору подшипника, принципиально разные, в основном из-за одного параметра:срока службы подшипника. Производители ветряных электростанций и зубчатых передач для этих станций требуют, чтобы срок службы подшипников составлял 20 лет (т. Е. 175 000 часов). Это уже предельная величина, но она не покрывает всех требований. Кроме того, необходимо учитывать, что внешние нагрузки, действующие на подшипник, очень динамичны (то есть неравномерны) из-за ветра. Неблагоприятные условия окружающей среды для морских объектов, которые используются все чаще, являются еще одним фактором:морской воздух очень агрессивен. Для генераторных установок также необходимо учитывать электрическую коррозию. Наконец, варианты обслуживания, доступные операторам ветряных электростанций, чрезвычайно ограничены, и любой незапланированный простой подшипника приведет к значительным расходам.

Важность расчета срока службы
Для расчета срока службы подшипников такого типа требуется большой опыт. Вот почему выбор подшипников для ветряных электростанций сложнее, чем для других областей применения. Необходимо учитывать множество параметров. Помимо нагрузок на подшипник и скорости вращения в контексте приложения, инженеры-проектировщики должны учитывать конструкцию, в которой будет размещен подшипник, то есть конфигурацию вала и корпуса, их материалы и их допуски.

На основе этих данных сначала выполняются стандартные стандартизованные расчеты в соответствии с DIN ISO 281, также известный как метод каталога. Параметрами являются нагрузка на подшипник, частота вращения, грузоподъемность и тип подшипника. В дальнейших расчетах также учитываются такие параметры, как температура, смазка и чистота масла.

Более высокая точность, чем требуется по стандарту
Приложение 4 стандарта DIN ISO 281 предполагает упрощенную геометрию подшипника как основу для расчета измененного эталонного срока службы. В большинстве случаев такого расчета достаточно. Однако в ветроэнергетике предпочтительны более точные значения. Для этой цели компания NSK разработала программное обеспечение STIFF. При расчете срока службы подшипника STIFF также принимает во внимание точную внутреннюю геометрию, рабочий зазор и предварительную нагрузку, деформацию системы вал-подшипник, а также зону нагрузки и распределение нагрузки между телами качения и дорожкой качения подшипника.

В этой модели тела качения разделены на части. Для каждого среза определяется индивидуальный измененный срок службы эталонного подшипника. Более реалистичное представление об общем сроке службы подшипника получается на основе доли времени для каждого случая нагружения.

Целевая оптимизация дизайна
Помимо быстрого и точного расчета срока службы подшипников, программное обеспечение STIFF также позволяет проводить краткосрочный анализ версий и, таким образом, оптимизацию существующих конструкций. Кроме того, можно быстро проверить специальные приспособления подшипника. Это особое преимущество часто используется:индивидуальные подшипники часто используются в ветроэнергетике именно из-за высоких требований. Кроме того, прогнозирование жесткости, оценка потери эффективности и исследование эксплуатационной безопасности являются частью расчетных целей, которые выполняет подразделение NSK Wind Energy при выборе подшипников.

Инжиниринг на переднем плане:интенсивное сотрудничество с клиентами
Учитывая объем данных, которые необходимо учитывать в этой области, и высокие требования к сроку службы подшипников, неудивительно, что такие проекты всегда выполняются в тесном сотрудничестве с заказчиком. Наряду с инженерией, тестирование также играет важную роль. Компания NSK разработала испытательные стенды для подшипников, которые позволяют моделировать динамические нагрузки и движение. К ним относятся, например, большой испытательный стенд для подшипников, способный прикладывать динамические силы и моменты от нагрузки ротора, и испытательный стенд для моделирования процедур ускорения, замедления и торможения для быстро вращающихся роликовых подшипников.

Технология Super-TF для ветроэнергетики
Помимо выбора конструкции подшипника, выбор материала также играет решающую роль:срок службы подшипника в 175 000 часов, например, в неблагоприятных условиях и динамических нагрузках может быть достигнут только за счет использования специальных материалов. Вот почему компания NSK, опираясь на свой многолетний опыт работы с материалами, разработала специальные материалы, подходящие для экстремальных условий эксплуатации. Одна из таких разработок - технология Super-TF. В этой технологии используется подшипниковая сталь высокой чистоты в сочетании со специальной технологией термообработки, гарантирующей оптимальное содержание остаточного аустенита. Этот материал гарантирует, что любые посторонние предметы, которые проникают в подшипник, создают меньшее напряжение в материале, чем при использовании обычной стали. В результате повреждения от примесей возникают реже.

Подшипники, изготовленные из этого материала и используемые с чистой смазкой, имеют примерно вдвое больший срок службы. Технология Super-TF может использоваться для большого количества типов подшипников, таких как цилиндрические роликоподшипники, которые являются одними из наиболее часто используемых типов подшипников в ветроэнергетике, а также для конических и сферических роликовых подшипников.

Различные типы подшипников
В современных ветроэнергетических установках мегаваттного и многомегаваттного классов многоступенчатые планетарные передачи и дифференциалы в первую очередь обеспечивают необходимое снижение скорости главной силовой передачи. В этом случае инженеры-конструкторы должны выбрать не только подходящий тип подшипника, но и определить тип подшипниковой опоры. Доступны подшипниковые узлы с фиксированными подшипниками и подшипниками со свободным концом, регулируемый подшипниковый узел или плавающий подшипниковый узел.

Каждый тип подшипника имеет определенные преимущества и недостатки. Регулируемый подшипниковый узел, который обеспечивает точное ведение вала, особенно в осевом направлении, поэтому создает риск взаимного натяжения. Следовательно, здесь необходимо выбирать типы подшипниковых узлов, такие как конические роликовые подшипники, которые позволяют воспринимать осевые силы по крайней мере в одном направлении наряду с радиальными силами. То же самое относится к узлам плавающих подшипников, в которых вал может перемещаться в осевом направлении на определенное расстояние. Неподвижные и плавающие подшипниковые узлы используются, например, в конструкциях подшипников для водила планетарной передачи и планетарных колес.

Новые конструкции главных передач
В дополнение к тенденции к все более и более высокой производительности и морских объектов, новые конструкции привода и шестерни также ставят перед инженерами-конструкторами новые задачи. NSK тесно сотрудничает с производителями ветряных электростанций и компонентов их приводов. Цель состоит в том, чтобы помочь разработать новые конструкции (например, повысить эффективность ветряных турбин или снизить вес гондолы) для рынка быстро и дать своим пользователям конкурентное преимущество. Компания NSK имеет более чем 20-летний опыт разработки подшипников для ветроэнергетики, что также приносит пользу пользователям подшипников за пределами ветроэнергетического сектора.

Для получения дополнительной информации о продуктах и ​​услугах NSK посетите сайт www.nsk.com.