Повышенная мощность, повышенная эффективность: трансформация ветроэнергетики благодаря коническим роликовым подшипникам

Marlé Fernandes является менеджером по стратегическому развитию направления ветроэнергетики. Ее задача состоит в том, чтобы сохранить позиции компании Timken как мирового лидера процесса перехода к возобновляемым источникам энергии во всем мире.

Timken — это инженерная компания, секрет успеха которой заключается в инновационных разработках. Наблюдается тенденция более активного использования конических роликовых подшипников в ветряных турбинах. Это те технологии, которые компания Timken постоянно совершенствует уже более века.

Fernandes оценивает макротенденции на рынке, а затем следит за тем, чтобы у инженеров Timken были ресурсы и технологии, которые могут помочь заказчикам, являющимся операторами и производителями ветряных турбин стать лидерами в отрасли с очень высоким уровнем конкуренции.

Постоянно растущая и развивающаяся отрасль

Макротенденции выявить не сложно. «Ветровая энергетика развивается. Мы растем, — говорит Fernandes. Возобновляемая энергетика сейчас на подъеме, и во многом это связано с ветроэнергетикой». По мере того, как крупные корпорации ставят новые цели в сфере ESG (экологии, социальной политики и корпоративного управления) и корпоративной социальной ответственности, они все чаще используют для их достижения возобновляемые источники энергии.

Физический размер ветряных турбин также растет, поскольку чем больше турбина, тем более эффективна она для производства электроэнергии. «Сейчас все работают над выпуском очередной самой большой турбины, — говорит Fernandes. Пока мы работаем над одной, параллельно начинается разработка новой. Это очень агрессивный рынок».

В конце концов эти огромные турбины должны показать себя как очень надежные, — говорит она. Возобновляемые источники должны производить качественную доступную электроэнергию, чтобы они могли конкурировать со всеми другими источниками, поэтому надежность и стоимость имеют решающее значение».

Ограничения применения сферических роликовых подшипников на главном валу

Современная коммерческая ветровая энергетика начала появляться в Европе в 1990-х годах, когда в большинстве турбин на главном валу был установлен двухрядный сферический роликовый подшипник. Проектировщики предвидели большие отклонения от оси во время порывов шквалов ветра, сферические роликовые подшипники хорошо выдерживали подобные отклонения от оси.

Затем к середине 2000-х мощность турбина достигла нескольких мегаватт, однако стал наблюдаться рост числа отказов сферических роликовых подшипников, установленных на главном валу.

«Инженеры Timken изучили проблему и выдали свое заключение, что несмотря на то, что сферические роликовые подшипники хорошо выдерживают отклонение от оси, они плохо переносят осевую нагрузку, — говорит Fernandes. Большая осевая нагрузка на сферический роликовый подшипник может привести к повреждению самого подшипника и, как следствие, к передаче нежелательной нагрузки на следующий компонент (в данном случае редуктор), который не рассчитан на такую нагрузку».

Компания Timken помогла заказчикам продлить срок эксплуатации турбин с помощью нанесения на сферические роликовые подшипники на главном валу керамического покрытия ES302, которое повышает устойчивость к износу. Инженеры Timken завоевали хорошую репутацию благодаря использованию надежных конических цилиндрических роликовых подшипников в редукторах турбин.

Они также разработали двухконусный внутренний подшипник (TDI) для использования в ветроэнергетике, который стал использоваться вместо сферических роликовых подшипников на главном валу.

«Некоторые производители по-прежнему выпускают новые турбины с использованием очень больших подшипников, размер которых составляет от четырех до шести метров, — говорит Fernandes, — однако подобные конструкции имеют свои минусы. В этом случае увеличение размера не дает преимуществ. При использовании таких больших подшипников очень быстро упираешься в ограниченные возможности их производства. В мире не так часто используются кольца диаметром шесть метров».

Будущее двухконусных внутренних подшипников

По мере увеличения размеров турбин разработчики обнаружили, что они могут дополнительно уменьшить размер подшипников путем увеличения расстояния между двумя рядами подшипников благодаря передовым технологиям Timken. Вместо установки одного двухрядного подшипника они начали устанавливать два однорядных, разнесенных на расстояние друг от друга. Благодаря этому система стала жестче и получила возможность выдерживать более высокие нагрузки. Сейчас при увеличении размеров турбин подшипники и вспомогательные компоненты могут сохранять разумные размеры, что позволяет исключить их удорожание.

Поскольку производители подшипников проектируют два однорядных подшипника отдельно друг от друга, они могут точно учитывать потребности в каждой точке нагрузки. «Конструкция с двумя подшипниками помогает нам значительно повысить надежность. Конический роликовый подшипник является более предпочтительным решением, поскольку его можно проектировать и использовать под нужным углом, чтобы он мог выдерживать как осевые, так и радиальные нагрузки», — говорит Fernandes.

Компания Timken успешно развивает направление ветроэнергетики. Она производит не только подшипники, но также муфты и автоматические системы смазки. «Наша доля на рынке редукторов является для нас подтверждением того, что клиенты нам доверяют», — говорит она.

Сейчас наблюдается повышенный интерес к коническим роликовым подшипникам, особенно к конфигурации из двух однорядных конических подшипников, установленных на основном валу турбины, и Fernandes надеется, что репутация компании Timken как поставщика компонентов для ветроэнергетики в ближайшие десятилетия еще больше укрепится.

«Мы давно являемся ведущим производителем конических роликовых подшипников, — говорит Fernandes. — «У нас также есть уникальный подход, связанный с опытом в различных областях применения, в линейках продуктов, используемых в редукторах и силовых передачах. Подобный опыт помогает нам лучше понимать особенности продуктов для ветроэнергетики и предлагать свои инновационные решения в области возобновляемой энергетики, — говорит она.

___________________________________________________________________

Проектировщики ветряных турбин обращаются в Timken за техническими решениями для всех компонентов трансмиссии. Узнайте о том, как муфты и другие компоненты решений для передачи мощности нашей компании способствуют повышению технической и экономической эффективности в ветроэнергетике.

Published: 2022/03/17