Какие опорные подшипники могут использоваться в редукторах ветряных турбин

May 24, 2023

Пол Дворжак | 27 апреля 2017 г.

Недавняя программа Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии оценила долговечность редуктора мощностью 1 МВт с опорными подшипниками. Результаты обнадеживают в пользу более широкого использования и более надежных коробок передач.

Техник собирает коробку передач с четырьмя опорными подшипниками.

Если редуктор ветряной турбины еще не оснащен модернизированными роликоподшипниковыми узлами на планетарной ступени, то вскоре это произойдет, когда он будет отремонтирован, поскольку новые конструкции подшипников имеют более высокую грузоподъемность. Последние дизайнерские предпочтения включают конические роликоподшипники с предварительным натягом или цилиндрические ролики с дорожками качения, встроенными в сателлиты. Но даже эти устройства в конечном итоге пострадают от растрескивания из-за усталости при контакте качения и потребуют замены. Возможно ли, что коробка передач с опорными подшипниками сможет лучше противостоять суровым условиям, которые создают ветряные турбины?

Одной из целей коробки передач следующего поколения является повышение эффективности трансмиссии.

Инженеры NREL и Romax Technology, а также другие отраслевые партнеры недавно завершили проект, поддерживаемый Министерством энергетики США, по тестированию технологий редукторов, генераторов и преобразователей энергии нового поколения, направленных на снижение приведенной стоимости энергии. В конструкции коробки передач использована технология гибких штифтов и опорных подшипников, позволяющая улучшить распределение нагрузки на планету и улучшить понимание шеек в условиях низкой скорости и высоких нагрузок. В рамках проекта трансмиссия была спроектирована, изготовлена ​​и испытана на динамометрическом стенде в Национальном центре ветровых технологий.

Доктор Эшли Кроутер, глобальный вице-президент по инжинирингу компании Romax Insight, представил многообещающие результаты испытаний на недавнем совещании по вопросам надежности трансмиссии в NREL. Цель программы заключалась в том, чтобы предложить трансмиссию следующего поколения, которая будет способствовать развитию ветроэнергетики. «Мы рассматривали усовершенствованный редуктор для ветроэнергетической отрасли, чтобы протестировать технологию с целью снижения затрат на систему и ее технического обслуживания при одновременном повышении эффективности», - сказал он. Опорные подшипники в ветровых редукторах встречаются редко, хотя некоторые из них недавно были предложены европейскими производителями оригинального оборудования (OEM) коробок передач.

Предыдущий проект NREL предусматривал модификацию трансмиссии с главным валом, поддерживаемым двумя коническими подшипниками и включающим среднескоростной генератор. Обычная коробка передач была заменена коробкой передач с одноступенчатыми опорными подшипниками с четырьмя сателлитами, установленными на гибких или гибких пальцах. В целях экономической эффективности тестовая коробка передач имела одну ступень, но в ходе концептуального исследования руководитель программы NREL Джон Келлер рассказал, что команда изучила ряд передаточных чисел и обнаружила, что наименьшие затраты энергии возможны при использовании двухступенчатой ​​коробки передач с соотношение около 30.

На рисунке в поперечном сечении показаны солнечная шестерня и гибкие штифты, поддерживающие шпиндели, а также опорные подшипники, поддерживающие сателлиты.

Гибкий штифт внутри шпинделя позволяет ему слегка перемещаться при изменении нагрузки на сателлиты. На каждом шпинделе установлен опорный подшипник.

В этом случае планета вращается на тонкой пленке масла над материалом шейки, а кольцо неподвижно. Материал — сталь, покрытая специальными сплавами, запатентованными европейским производителем.

Графики тензодатчиков в коробке передач показали, что распределение нагрузки улучшается с увеличением нагрузки до почти равного распределения нагрузки при номинальном крутящем моменте.

Целью гибкого штифта является улучшение распределения нагрузки через систему четырех планет. Табурет на трех ножках представляет собой аналогию. Все три ножки касаются земли, поэтому табурет не раскачивается. Но табурет на четырех ножках может легко раскачиваться, если ножки жесткие. Точно так же планетная система с более чем тремя планетами может неравномерно распределять планетную нагрузку. Прогиб системы, небольшие зазоры и конструктивные ошибки (обычно в пределах допуска) — все это влияет на величину неравномерного распределения нагрузки. Но если бы в системе была некоторая гибкость, это было бы похоже на наличие пружины на каждой ножке табурета, позволяющей ему всегда опираться на четыре ножки. Гибкий штифт предлагает способ сделать это в системе с четырьмя планетами. Более ранняя статья (http://tinyurl.com/bearings-journal или WPE&D, май 2016 г.) содержит более подробную информацию о восстановлении коробки передач.