Wydajność
Rozwiązywanie problemów z przedwczesną awarią łożysk wału głównego
Dlaczego TDI jest faworytem w dziedzinie energii wiatrowej
Wraz z rozwojem energetyki wiatrowej rośnie popyt na części i usługi, które go umożliwiają. Inwestycje firmy Timken w technologie energetyki wiatrowej w ciągu ostatnich 15 lat przynoszą firmie wymierne korzyści: Przychody z energii wiatrowej wzrosły do 17% CAGR w ciągu ostatnich 5 lat, czyli ponad dwukrotnie więcej od średnich wskaźników w branży.
Firma Timken obsługuje przemysł poprzez różnorodne produkty, takie jak powłoki inżynieryjne, systemy smarowania i produkty do układów przenoszenia mocy. W urządzeniach dla energetyki wiatrowej kluczową rolę odgrywają łożyska. Szczególnym zastosowaniem jest ułożyskowanie wału głównego, gdzie najczęściej zalecane są dwurzędowe łożyska stożkowe (TDI) z podwójnym pierścieniem wewnętrznym.
Rozmawialiśmy z Calebem Chovanem – Głównym Inżynierem ds. Zastosowań – wspierającym sektor energetyki wiatrowej, aby poznać jego opinię na temat tego, dlaczego łożysko stożkowe TDI jest tak ważne dla tych zastosowań.
Jedną z najlepszych rzeczy w mojej pracy jest swoboda projektowania i wprowadzania na rynek nowych i innowacyjnych produktów. – Caleb Chovan – Główny Inżynier Mechanik
P: Dlaczego łożysko stożkowe TDI zostało pierwotnie opracowane dla turbin wiatrowych?
Chovan: Konstrukcja ta była odpowiedzią na problemy, z którymi borykał się przemysł. Wiele rozwiązań na pierwszy montaż (OE) przy podparciu wału głównego bazowało na łożyskach baryłkowych (SRB), ale gdy moce projektowanych turbin zaczęły przekraczać 1,5 MW, łożyska te zaczęły ulegać awariom znacznie wcześniej niż planowano.
Wymiana była niezwykle kosztowna, czasami wymagała użycia dźwigu (koszt ok. 150 000 USD) – ogromnego, nieplanowanego wydatku dla każdej firmy będącej właścicielem turbiny wiatrowej, w założeniu mającej działać bezawaryjnie przez 20 lat, ale która zawiodła po sześciu lub ośmiu latach.
Jeden z naszych klientów, producent energii wiatrowej w Stanach Zjednoczonych, posiadający bardzo dużą liczbę takich turbin, zwrócił się do firmy Timken z prośbą o znalezienie odpowiedniego rozwiązania. Nasi inżynierowie wspólnie z klientem rozpoczęli pracę nad nową konstrukcją łożyska stożkowego, które mogłoby zastąpić używane dotychczas łożysko baryłkowe i zapewnić lepszą wydajność układu.
P: Inżynierowie firmy Timken otrzymali nagrody za swoje prace nad powłokami inżynieryjnymi. Dlaczego po prostu nie zastosować specjalnej powłoki w istniejącym łożysku baryłkowym?
Chovan: Powłoka Timken ES302 może znacznie wydłużyć trwałość łożyska bez zmiany jego konstrukcji, a to z pewnością jedna z opcji w przypadku łożysk wału głównego. Powłoka ochronna stanowi drugą linię obrony, aby spowolnić proces zużycia spowodowany poślizgiem pomiędzy elementami tocznymi a bieżnią. Poślizg ten powoduje nadmierne zużycie bieżni łożyska i może spowodować przedwczesne uszkodzenie łożyska.
Z drugiej strony, wymiana łożyska baryłkowego na stożkowe TDI ma na celu wyeliminowanie poślizgu elementów tocznych, a tym samym wydłużenie trwałości łożysk przekładni. Z założenia łożyska baryłkowe posiadają niewielki luz wewnętrzny, co może prowadzić do przemieszczania poosiowego wału głównego. Zbyt duże wartości przesuwu poosiowego mogą powodować powstanie dodatkowego obciążenia dla łożysk przekładni, która znajduje się tuż za łożyskiem wału głównego.
Stosując łożysko stożkowe TDI, możemy wyeliminować wstępny luz wewnętrzny, a tym samym uzyskać sztywny układ. Łożysko pełni rolę łożyska ustalonego i może przenosić każdy rodzaj obciążeń, do których jest przeznaczone. Zatem żadne dodatkowe obciążenie nie jest przenoszone na łożyska przekładni. Współpracujemy z klientami, aby zdecydować, które rozwiązanie jest najbardziej odpowiednie dla ich konkretnego zastosowania.
Łożysko stożkowe TDI zostało zaprojektowane w celu wyeliminowania poślizgu elementów tocznych w łożyskach wałów głównych turbin wiatrowych.
P: Jak łożyska stożkowe TDI poradziły sobie w rzeczywistych warunkach?
Chovan: Jeden z prototypów sprawdziliśmy po dwóch latach użytkowania i jego stan był świetny – wyglądał prawie jak nowy. Kolejne dwa zostały niedawno zdemontowane po pięciu i pół roku pracy, ponieważ turbiny, w których pracowały, miały zostać zostały zmodernizowane do wyższych mocy. Wstępne informacje wskazują, że łożyska te pracowałyby znacznie dłużej niż oryginalnie montowane łożyska baryłkowe, gdyby nie podjęto decyzji o modernizacji turbiny.
Branża przechodzi ciągłe, transformacyjne zmiany, więc pełne sprawdzenie nowej technologii może zająć dużo czasu. Jednakże zauważalnym jest, że łożyska stożkowe TDI firmy Timken stają się coraz bardziej popularne wśród klientów z branży energii wiatrowej, którzy coraz częściej zastępują nimi uszkodzone łożyska w istniejących turbinach.
W związku z tym pracujemy obecnie nad nową wersją łożyska TDI, która znacznie ułatwi obsługę serwisową turbin. Naprawdę nie mogę się doczekać, aby porozmawiać o tym z klientami.
P: Jak wygląda w tej chwili praca w branży energetyki wiatrowej ?
Chovan: To naprawdę młoda branża o bardzo szybkim tempie rozwoju. Globalnie, energia elektryczna wytwarzana z wiatru wzrosła o 11 procent w 2020 roku. Wszyscy starają się znaleźć najlepsze rozwiązania, więc wnoszenie wkładu we wszystkie konkurencyjne pomysły, które pomagają zapewnić więcej bezemisyjnej energii większej liczbie domów i firm na całym świecie jest zarówno niezwykle trudne, jak i ekscytujące.
Przyjemnie było patrzeć gdy koszty spadają, pojawia się więcej inwestycji i nagle jesteśmy tutaj, z branżą, która ma sens nie tylko z punktu widzenia klimatu, ale także z perspektywy rentowności biznesu.
Last Updated: 2021/11/29
Published: 2021/05/13