Một ngành năng lượng gió đang bùng nổ có nghĩa là các tuabin lớn hơn, làm việc trong môi trường khắc nghiệt hơn. Để đạt được hiệu suất chịu lực tối ưu trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe này, các OEM cần phải thực hiện một cách tiếp cận toàn hệ thống, Steffen Beck, Kỹ sư ứng dụng gió của SKF cho biết.
Thị trường năng lượng gió toàn cầu đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, đạt được sự gia tăng công suất và giảm chi phí đã vượt quá mong đợi của nhiều nhà quan sát trong ngành. Một yếu tố chính của sự mở rộng của ngành công nghiệp là sự phát triển của các thiết kế tuabin lớn hơn, mạnh hơn.
Ngoài ra, việc sử dụng các vị trí phát sinh ngoài khơi, được hưởng điều kiện gió ổn định và cho phép lắp đặt các mảng tuabin lớn, cũng giúp ngành công nghiệp tăng cường công suất với tốc độ lớn. Vào cuối năm 2017, công suất năng lượng gió ngoài khơi của châu Âu đã đạt gần 16 gigawatt, với hơn 4.000 tuabin kết nối lưới hoạt động trong vùng biển của khu vực. Các tuabin lớn nhất hiện đang hoạt động có công suất 8,8MW. Các tổ máy 9,5MW đầu tiên đang được xây dựng vào mùa hè năm 2018, với các máy 12MW đang trong giai đoạn phát triển.
Những cỗ máy khổng lồ này, có thể có tổng chiều cao lên tới 230m và đường kính cánh quạt vượt quá 160m, đưa ra một số thách thức kỹ thuật quan trọng. Một yếu tố quan trọng là sự sắp xếp ổ trục chính. Các vòng bi, bạc đạn này, nằm trong vỏ bọc trên đỉnh tháp tuabin, phải đỡ trọng lượng của rôto, cùng với các tải trọng bổ sung do gió tạo ra, đồng thời cho phép nó quay tự do và truyền mô-men xoắn tới máy phát.
Vòng bi trục chính của tuabin gió hoạt động trong điều kiện khó khăn. Chúng quay với tốc độ tương đối thấp khoảng 10 vòng / phút và trải nghiệm các tải biến thiên liên tục được tạo ra bởi sự dao động của luồng không khí trên tuabin và các điều chỉnh được thực hiện bởi hệ thống điều khiển của nó. Trong các ứng dụng ngoài khơi, vòng bi tuabin cũng có thể tiếp xúc với nước biển ăn mòn. Trong các tua-bin lớn nhất, các ổ trục này có lỗ khoan bên trong hơn 2m, và chi phí kỹ thuật cao và khó khăn liên quan đến việc thay thế chúng có nghĩa là các nhà khai thác muốn một ổ trục sẽ kéo dài đến 25 năm hoạt động của tuabin.
Một vấn đề, nhiều giải pháp
Không có cấu hình lý tưởng duy nhất cho vòng bi trục chính tuabin. Thiết kế truyền công suất cơ của tuabin phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm không gian có sẵn trong vỏ bọc, cấu hình của hộp số và chế độ vận hành cụ thể của từng bộ phận.
Một số thiết kế tuabin sử dụng phương pháp truyền động trực tiếp, ví dụ, trong đó máy phát được gắn xung quanh trục chính không có bánh răng trung gian. Những người khác, đặc biệt là các tuabin lớn nhất, sử dụng một trục tương đối dài bên trong xà cừ để giữ cho đầu lưỡi khỏi tháp khi chúng bị lệch do tải trọng gió.
Tua bin lớn, hiện đại sử dụng nhiều thiết lập ổ trục.
• Định vị và không định vị liên quan đến ít nhất hai ổ trục riêng biệt giữa trục chính và máy phát: ổ trục định vị tiếp xúc với cả tải trọng trục và hướng tâm, và ổ trục không định vị chỉ chịu tải trọng hướng tâm.
• Vòng bi côn
• Vòng bi
• Đình chỉ ba điểm - liên quan đến một ổ trục và hộp số định vị.
Các nhà sản xuất tuabin cũng áp dụng các triết lý thiết kế khác nhau trong việc lựa chọn vòng bi cho các vai trò khác nhau. Một số tua-bin linh hoạt hơn các loại khác và có thể điều chỉnh sai lệch mà không gặp phải tải ký sinh từ độ lệch trục. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng hai bộ vòng bi tang trống (SRB) (một định vị và không định vị khác), hoặc một vòng bi SRB và vòng bi SKF CARB kết hợp (vì vòng bi CARB có thể điều chỉnh độ lệch và lệch trục). Trong thiết kế SRB, các con lăn có một số tự do để ổn định vị trí trong ổ trục, điều chỉnh độ lệch và sai lệch trong khi đảm bảo rằng tải được phân phối đều trên bề mặt của các con lăn.
Các nhà sản xuất khác thường sử dụng nhiều thiết lập cứng nhắc hơn, như hai TRB nằm chéo. Thiết lập này phù hợp với tải trọng trục rất cao mà các tuabin lớn gặp phải, nhưng vì các ổ trục phải hoạt động với một tải trước được thiết lập nên chúng đòi hỏi độ chính xác lắp ráp cao để thực hiện chính xác.
Mặc dù có sự tranh luận đáng kể trong ngành về giá trị tương đối của các cách bố trí ổ trục khác nhau, phân tích, thử nghiệm và kinh nghiệm thực tế đã chỉ ra rằng tất cả các cấu hình hiện được chấp nhận có thể hoạt động đáng tin cậy. Báo cáo trên Tạp chí Quốc tế về Nghiên cứu Năng lượng tái tạo, chẳng hạn, các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Troyes, Pháp, phát hiện ra rằng cả loại ổ trục được sử dụng cũng như vị trí của nó đều không ảnh hưởng đến tỷ lệ hao mòn của vòng bi tuabin gió.
Các chi tiết tạo ra sự khác biệt
Cũng như rất nhiều vấn đề kỹ thuật, do đó, loại ổ trục và sự sắp xếp không phải là liều thuốc cho những thách thức về độ tin cậy của tuabin gió. Thay vào đó, các nhà sản xuất cần đảm bảo rằng, bất kỳ cấu hình nào họ áp dụng, vòng bi được thiết kế, kích thước và sản xuất phù hợp với điều kiện hoạt động mà họ sẽ trải nghiệm. Và như trong các lĩnh vực khác của kỹ thuật hiệu suất cao, đó là chi tiết quan trọng: đảm bảo rằng tất cả các ổ trục trong một hệ thống được thiết kế để làm việc cùng nhau, ví dụ, với hình học và độ hở thích hợp.
Cấu hình con lăn được tối ưu hóa làm giảm ứng suất cực đại khi vòng bi tiếp xúc với điều kiện quá tải thoáng qua do gió giật hoặc rung động bên trong. Vật liệu có độ tinh khiết cao và xử lý nhiệt được kiểm soát cẩn thận trong quá trình sản xuất thúc đẩy khả năng chịu tải cao hơn và tuổi thọ dài hơn.
Các nhà sản xuất cũng cần phải có một quan điểm toàn hệ thống. Việc tích hợp các bộ phận truyền động khác nhau trong tuabin ngày càng trở nên mong muốn để giảm yêu cầu về trọng lượng và không gian. Ví dụ, một số thiết kế tích hợp một trong các vòng bi rôto chính với hộp số. Nếu điều này được thực hiện, việc tách cặp ổ trục và các cấu trúc xung quanh của nó khỏi các giai đoạn bánh răng tiếp theo là điều cần thiết, để đảm bảo rằng các biến dạng trong ổ trục không ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của hộp số.
Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực và thành tích hợp tác mạnh mẽ với nhiều nhà sản xuất tuabin gió hàng đầu thế giới, SKF tiếp tục làm việc đi đầu trong thiết kế và sản xuất vòng bi, bạc đạn SKF gió. Và khi sự phát triển của ngành công nghiệp tiếp tục tạo ra những thách thức mới, chúng tôi đang phát triển các khả năng mới để đáp ứng chúng. Chẳng hạn, Trung tâm kiểm tra cánh của SKF Sven ở Bavaria, là giàn thử nghiệm đầu tiên trên thế giới không chỉ kiểm tra một ổ đỡ năng lượng gió duy nhất (với đường kính ngoài lên đến 6 m), mà còn là bộ phận chịu lực hoàn chỉnh - bao gồm cả các thành phần khách hàng liền kề - trong điều kiện tải thực tế.
0 coment rios: