Più potenza, più efficienza: in che modo i cuscinetti a rulli conici stanno trasformando l’industria eolica

In qualità di responsabile della crescita strategica dell’energia eolica, è compito di Marlé Fernandes tenere Timken in prima linea nella transizione mondiale verso le energie rinnovabili.

Timken è un’azienda orientata all’ingegneria che vive di innovazione, e le tendenze indicano una crescente necessità di cuscinetti a rulli conici (TRB) nelle turbine eoliche, una tecnologia che gli ingegneri Timken hanno impiegato più di un secolo a perfezionare.

Fernandes trascorre il suo tempo a valutare i macrotrend del mercato e ad assicurarsi che gli ingegneri Timken dispongano delle risorse e della tecnologia in atto per aiutare i produttori di turbine eoliche e i clienti degli operatori a ricoprire una posizione di comando in un settore estremamente competitivo.

Un settore in continua crescita ed evoluzione

I macrotrend non sono difficili da identificare. “L’energia eolica sta crescendo. Siamo ottimisti”, afferma Fernandes. “C’è un enorme slancio intorno alle energie rinnovabili e il vento rappresenta un grande pilastro”. Mentre gli attori aziendali promuovono nuovi obiettivi ambientali, sociali, di governance (ESG) e di responsabilità sociale d’impresa (CSR), si affidano alle fonti di energia rinnovabile per raggiungerli.

Anche la dimensione fisica delle turbine eoliche sta crescendo poiché più grande è la turbina, più efficiente è la sua produzione di energia. “Tutti attendono con impazienza la prossima turbina più grande”, afferma Fernandes. “Mentre lavoriamo su una, ne viene lanciata un’altra. È un mercato molto aggressivo.

Alla fine, queste enormi turbine devono dimostrarsi estremamente affidabili”, afferma. “Le energie rinnovabili devono generare un costo dell’energia elettrica accessibile per competere con chiunque altro, quindi affidabilità e costi sono fondamentali”.

I limiti degli SRB nella posizione dell’albero principale

L’odierna industria dell’energia eolica commerciale ha iniziato a decollare in Europa negli anni ‘90, quando il cuscinetto orientabile a rulli (SRB) a due file occupava la posizione dell’albero principale nella maggior parte delle turbine. I progettisti avevano previsto un disallineamento elevato del cuscinetto durante raffiche di vento e burrasche, che gli SRB avrebbero gestito bene.

Facciamo un salto avanti fino alla metà degli anni 2000, quando le turbine raggiunsero una capacità di multimegawatt, mentre la disposizione dell’albero principale SRB registrava tassi di guasto elevati.

“Gli ingegneri Timken esaminarono la situazione e affermarono: ‘In realtà, gli SRB sono validi per il disallineamento, ma non per il carico assiale’”, afferma Fernandes. “Un carico assiale pesante su un SRB può causare danni al cuscinetto stesso e provocare un trasferimento indesiderato del carico al componente successivo, in questo caso la scatola di trasmissione, che non è progettata per questo scopo”.

Timken ha aiutato i clienti aftermarket ad aumentare la durata delle turbine rivestendo gli SRB dell’albero principale con il rivestimento in ceramica resistente all’usura ES302 dell’azienda. Gli ingegneri Timken si sono anche guadagnati la reputazione di utilizzare cuscinetti a rulli conici e cilindrici affidabili nelle scatole di trasmissione delle turbine.

Lungo il tragitto, hanno anche progettato il cuscinetto a rulli conici doppio interno (TDI) per le applicazioni eoliche, che ha fornito una soluzione pronta all’uso per molti SRB dell’albero principale.

“Alcuni OEM montano ancora nuove turbine utilizzando cuscinetti ultra-large nella gamma da quattro a sei metri”, afferma Fernandes, “ma quei progetti fanno sorgere delle perplessità. Per prima cosa, manca la dimensione. Con i cuscinetti ultra-large, ti scontri con una capacità di produzione industriale. Non ci sono molte applicazioni al mondo che necessitano di un anello di sei metri di diametro”.

Il futuro 2TS

Con l’aumento delle dimensioni delle turbine, i progettisti OEM hanno scoperto di poter ridurre ulteriormente le dimensioni dei cuscinetti aumentando la distanza tra le due file grazie alla guida di Timken. Invece di installare un cuscinetto a due file, hanno iniziato a progettare due cuscinetti a fila singola separati, il che ha reso il sistema più rigido e in grado di gestire carichi maggiori. Ora, con l’aumento delle dimensioni delle turbine, i cuscinetti e i componenti ausiliari possono conservare dimensioni ragionevoli e convenienti.

Poiché i produttori di cuscinetti progettano i due cuscinetti a fila singola indipendentemente l’uno dall’altro, possono stabilire esattamente ciò di cui l’applicazione ha bisogno in ogni punto di carico. “Il design a due cuscinetti ci aiuta a coprire molto più terreno in termini di affidabilità. Un TRB è la soluzione migliore perché puoi gestirlo e progettarlo con la giusta angolazione per gestire il carico assiale e radiale”, afferma Fernandes.

Timken ha creato un’attività fiorente al servizio del settore dell’energia eolica, non solo con i cuscinetti ma anche con i giunti e i sistemi di lubrificazione automatica. “La nostra posizione nella quota di mercato delle scatole di trasmissione è una testimonianza del fatto che il settore si fida di noi”, afferma.

Con un interesse sempre maggiore verso i TRB, in particolare due singoli conici (2TS) nelle posizioni dell’albero principale della turbina, Fernandes prevede che l’esperienza di Timken nel settore dell’energia eolica si rafforzerà nel prossimo decennio.

“Ricopriamo una posizione di leadership di lunga data nel settore dei cuscinetti a rulli conici”, afferma Fernandes. “Abbiamo anche una prospettiva unica, con una visione di diverse applicazioni, posizioni nella scatola di trasmissione e linee di prodotti per la trasmissione di potenza. Questo background ci aiuta a capire le applicazioni dell’energia eolica in modo innato per poter guidare ulteriormente l’innovazione nel settore delle energie rinnovabili”, afferma.

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I progettisti di turbine eoliche contattano Timken per ottenere soluzioni tecniche per le trasmissioni. Leggete come le competenze dell’azienda in materia di giunti e altri componenti per la trasmissione di potenza contribuiscono a rendere l’energia eolica più fattibile dal punto di vista tecnico ed economico.

Published: 2022/03/17