Είναι τα ρουλεμάν υπεράκτιων ανεμογεννητριών διαφορετικά στο σχεδιασμό;

Τα υπεράκτια αιολικά μηχανήματα πρέπει να λειτουργούν σε αέρα γεμάτο αλάτι, κύματα που κινούνται συνεχώς, τεράστιες αλλαγές θερμοκρασίας και είναι δύσκολο να επισκευαστούν. Λόγω αυτών των προβλημάτων, οι μηχανικοί πρέπει να επανεξετάσουν κάθε εξάρτημα και Ρουλεμάν για Ανεμογεννήτριες δεν διαφέρουν. Οι υπεράκτιες μονάδες πρέπει να λειτουργούν για χρόνια χωρίς διακοπή από τη στιγμή που ο ρότορας αρχίζει να περιστρέφεται. Αυτό σημαίνει ότι το σχήμα του αγωγού, η επιλογή υλικού, η στρατηγική στεγανοποίησης και η διάρκεια ζωής της λίπανσης πρέπει να διαφέρουν από αυτά που γίνονται συνήθως στην ξηρά. Αυτό το άρθρο εξετάζει γιατί οι υπεράκτιες ανάγκες οδηγούν σε διαφορετικά σχέδια ρουλεμάν, ποιες αλλαγές συμβαίνουν στη δομή ως αποτέλεσμα και πώς αλλάζουν οι απαιτήσεις υλικών για να διατηρείται η αξιόπιστη περιστροφή των υπεράκτιων ανεμογεννητριών.

​

Γιατί τα υπεράκτια περιβάλλοντα απαιτούν εξειδικευμένο σχεδιασμό ρουλεμάν

Έκθεση σε αλάτι, διάβρωση και πρόσβαση σε συντήρηση

Οι υπεράκτιες ανεμογεννήτριες τοποθετούνται σε αλμυρά περιβάλλοντα όπου οι μεταλλικές επιφάνειες διαβρώνονται συνεχώς. Όταν οι ανεμογεννήτριες χρησιμοποιούνται στη θάλασσα, πρέπει να είναι κατασκευασμένες από υλικά υψηλής ποιότητας που δεν σκουριάζουν, όπως 42CrMo4 με ειδικές επιφανειακές επεξεργασίες ή εκδόσεις από ανοξείδωτο χάλυβα, και χρειάζονται συστήματα κλεισίματος που κρατούν έξω το νερό και τα σωματίδια πολύ πιο σφιχτά από τις εκδόσεις ξηράς. Η πρόσβαση για συντήρηση είναι ακόμη πιο δύσκολη, επειδή η τοποθέτηση ενός ρουλεμάν 30 χιλιόμετρα από την ακτή κοστίζει δέκα φορές περισσότερο από την τοποθέτησή του στην ξηρά. Εξαιτίας αυτού, τα υπεράκτια ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες έχουν σχεδιαστεί για να διαρκούν περισσότερο μεταξύ των κύκλων λίπανσης και έχουν αυτοτελή σφράγιση, πράγμα που σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να λιπαίνονται ξανά τόσο συχνά. Πριν από την επιλογή σχεδιασμού, τίθεται το ερώτημα "Μπορεί αυτό το ρουλεμάν να λειτουργήσει χωρίς να αγγιχτεί για πέντε χρόνια ή περισσότερο χωρίς φθορά στον διάδρομο;".

Δυναμική φόρτιση από τον άνεμο, τα κύματα και την κίνηση του πύργου

Μια ανεμογεννήτρια στον ωκεανό δεν μένει ακίνητη. Οι ανομοιόμορφες ριπές ανέμου φορτίζουν τον ρότορα, τα κύματα κινούν την πλατφόρμα και η ταλάντωση του πύργου δημιουργεί δυνάμεις ροπής που οι πύργοι στην ξηρά δεν χρειάζεται ποτέ να αντιμετωπίσουν. Για τις ωκεάνιες τοποθεσίες, ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζεται αυτά τα πρόσθετα δυναμικά φορτία - υψηλότερες αιχμές ροπής, συχνότερες αναστροφές και συνεχείς δονήσεις - χωρίς να προκαλεί ρωγμές λόγω φθοράς ή διαβροχή του αγωγού. Οι στατικές και δυναμικές ονομαστικές τιμές φορτίου έχουν μεγαλύτερα περιθώρια ασφαλείας από τα σχέδια που χρησιμοποιούνται στην ξηρά και το σχήμα του αγωγού είναι ιδανικό για την κατανομή της τάσης επαφής όταν οι βαρυτικές, οι αεροδυναμικές και οι υδροδυναμικές δυνάμεις συνεργάζονται. Ο πίνακας δείχνει πώς διαφέρουν τα δύο μέρη:

Δομικές διαφορές στα ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες που χρησιμοποιούνται στην ανοικτή θάλασσα

Διαμορφώσεις ρουλεμάν περιστροφής και ενσωμάτωση γραναζιών

Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι ρουλεμάν περιστροφής για ανεμογεννήτριες, ο καθένας με το δικό του σύνολο δομικών απαιτήσεων για φορτίο και ακαμψία. Αυτοί περιλαμβάνουν την μπάλα επαφής τεσσάρων σημείων, την μπάλα γωνιακής επαφής διπλής σειράς, τον διασταυρούμενο κυλινδρικό κύλινδρο, τον διασταυρούμενο κωνικό κύλινδρο και τον κυλινδρικό κύλινδρο τριών σειρών. Για τα ρουλεμάν ανοιχτής θάλασσας, τα σχέδια διασταυρούμενων κυλίνδρων ή κωνικών κυλίνδρων προτιμώνται συχνά επειδή το σχήμα γραμμικής επαφής τους παρέχει υψηλότερη δυναμική ικανότητα φορτίου και μεγαλύτερη ακαμψία υπό μεταβαλλόμενη ροπή, τα οποία είναι σημαντικά όταν η κίνηση του πύργου που προκαλείται από τα κύματα αυξάνει τις δυνάμεις ανατροπής. Η ενσωμάτωση των γραναζιών αλλάζει επίσης. Τα σχέδια ανοιχτής θάλασσας, όπως τα εσωτερικά γρανάζια που στεγάζονται μέσα στον δακτύλιο ρουλεμάν για να προστατεύουν τα δόντια από ζημιές από αλάτι και κρούση. Τα σχέδια στην ξηρά, από την άλλη πλευρά, συνήθως χρησιμοποιούν εξωτερικά γρανάζια που είναι πιο εύκολο να κατασκευαστούν αλλά είναι πιο ορατά. Ο πίνακας δείχνει ποιοι τύποι περιστροφής είναι καλύτεροι για χρήση στην ανοιχτή θάλασσα:

Στρατηγικές στεγανοποίησης, λίπανσης και προφόρτισης

Κοντά στη στεριά Ρουλεμάν για Ανεμογεννήτριες Χρησιμοποιήστε μεταλλικά θωρακισμένα φράγματα ή ελαστομερείς σφραγίδες πολλαπλών χειλιών που μπορούν να μπλοκάρουν το αλμυρό νερό και την άμμο πολύ καλύτερα από τις απλές σφραγίδες O-ring που βρίσκονται στα μοντέλα ξηράς. Επίσης, τα λιπαντικά που χρησιμοποιούνται είναι διαφορετικά. Για παράδειγμα, τα ρουλεμάν ωκεανού χρησιμοποιούν γράσα θαλάσσιας ποιότητας που είναι πιο ανθεκτικά στο νερό, έχουν αντιδιαβρωτικά χημικά και έχουν μεγαλύτερη σταθερότητα διάτμησης για να διατηρούν το πάχος της μεμβράνης για χρόνια λειτουργίας χωρίς να χρειάζεται να εφαρμοστούν ξανά. Η προφόρτιση είναι μια άλλη προσαρμογή που χρησιμοποιείται μόνο στην ανοιχτή θάλασσα. Τα διασταυρούμενα κωνικά ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες είναι συμπιεσμένα για να αφαιρούν εσωτερικό χώρο. Αυτό κάνει τα ρουλεμάν πιο άκαμπτα και τα εμποδίζει να ολισθαίνουν κατά τη διάρκεια ταλάντωσης χαμηλής ταχύτητας, κάτι που είναι συνηθισμένο στην ανοιχτή θάλασσα και θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιά σε ένα άδειο ρουλεμάν. Όταν επιλέγετε τις σωστές επιλογές στεγανοποίησης, λιπαντικού και προφόρτισης, μπορείτε να μετατρέψετε ένα κανονικό ρουλεμάν περιστροφής σε ένα εξάρτημα που έχει σκληρυνθεί στη θάλασσα και είναι κατασκευασμένο για να διαρκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Απαιτήσεις υλικών και απόδοσης για εφαρμογές υπεράκτιας αιολικής ενέργειας

Ανθεκτικά στη διάβρωση υλικά και επιφανειακές επεξεργασίες

Όταν επιλέγετε υλικά για ωκεάνια ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες, η προστασία από τη σκουριά και η μηχανική αντοχή είναι τα δύο πιο σημαντικά πράγματα που πρέπει να λάβετε υπόψη. Οι βασικές ποιότητες είναι 42CrMo4 και 50Mn. Οι εκδόσεις για υπεράκτιες εγκαταστάσεις υποβάλλονται σε επιπλέον βήματα ενίσχυσης της επιφάνειας, όπως επαγωγική ψύξη, νιτρίδωση ή φωσφάτωση, για να επιβραδυνθεί η δημιουργία κοιλοτήτων που προκαλείται από το αλάτι. Οι σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα ή κεραμική επικάλυψη είναι ο καλύτερος τρόπος για να κρατήσετε το νερό μακριά από τις πιο επικίνδυνες θαλάσσιες περιοχές. Αυτές οι επεξεργασίες κοστίζουν περισσότερο, αλλά εμποδίζουν την επιδείνωση της ζημιάς, η οποία θα απαιτούσε μια δαπανηρή εργασία επισκευής σε άλλη χώρα. Τα ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες που θα χρησιμοποιηθούν στην υπεράκτια εγκατάσταση δοκιμάζονται επίσης με ψεκασμό αλατιού σύμφωνα με το πρότυπο ISO 12944, για να διασφαλιστεί ότι η προστασία της επιφάνειας διαρκεί όσο ορίζει ο σχεδιασμός.

Πρότυπα Διάρκειας Κόπωσης και Πιστοποίησης

Τα υπεράκτια αιολικά πάρκα έχουν σχεδιαστεί για να διαρκέσουν 20 έως 25 χρόνια, και το ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες πρέπει να αξιολογούνται για τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα υπό συνδυασμένη δυναμική φόρτιση. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της διάρκειας ζωής σε περίπτωση κόπωσης βασίζεται στο πρότυπο ISO 281, αλλά επεκτείνεται με φάσματα φορτίου ειδικά για την υπεράκτια περιοχή που περιλαμβάνουν κύκλους συχνότητας κύματος και ταλάντωσης πύργου που δεν βρίσκονται σε σύνολα δεδομένων ηπειρωτικής χώρας. Η πιστοποίηση προσθέτει ένα ακόμη επίπεδο. Τα πρότυπα DNV-GL και IEC 61400-4 απαιτούν δοκιμές πρωτοτύπων, αναθεώρηση σχεδιασμού και ιχνηλασιμότητα υλικών, με τα οποία δεν ασχολούνται πάντα τα ρουλεμάν στην ξηρά. Πρέπει να ακολουθείτε αυτά τα πρότυπα για υπεράκτιες αναπτύξεις. Αυτά είναι ο φύλακας που αποφασίζει εάν ένας προμηθευτής ρουλεμάν μπορεί καν να υποβάλει προσφορά για ένα έργο στη θάλασσα.

Συμπέρασμα

Τα ρουλεμάν χερσαίων και υπεράκτιων ανεμογεννητριών είναι πολύ διαφορετικά. Τα ρουλεμάν ανοικτής θάλασσας πρέπει να είναι πιο ανθεκτικά στη σκουριά, να λιπαίνονται με προστατευτικό τρόπο, ώστε να μπορούν να λειτουργούν για χρόνια χωρίς να αγγίζονται, να έχουν υψηλότερα όρια δυναμικού φορτίου για την κίνηση των κυμάτων και των πύργων και να είναι πιστοποιημένα σύμφωνα με τα πρότυπα DNV-GL και IEC 61400-4. Η μετάβαση σε τύπους διασταυρούμενων κυλίνδρων με εσωτερικά γρανάζια, οι διαμορφώσεις περιστροφής αλλάζουν και τα υλικά υποβάλλονται σε επιφανειακές επεξεργασίες που είναι ασφαλείς για θαλάσσια χρήση. Κάθε εργασία θαλάσσιων ρουλεμάν χειρίζεται η Luoyang Huigong Bearing Technology Co., Ltd., η οποία λειτουργεί από το 1998 και διαθέτει περισσότερα από 50 διπλώματα ευρεσιτεχνίας και πιστοποίηση ISO9001/14001. Τα ρουλεμάν CHG κάνουν τη διαφορά στο σχεδιασμό που έχει σημασία για τις ανεμογεννήτριες που πρέπει να περιστρέφονται σταθερά, μακριά από την ακτή.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Διαφέρουν πραγματικά τα ρουλεμάν των υπεράκτιων ανεμογεννητριών από τα χερσαία;

 A1: Ναι. Οι υπεράκτιες μονάδες αντιμετωπίζουν διάβρωση από άλατα, σύνθετα δυναμικά φορτία κύματος + ανέμου και περιορισμένη πρόσβαση στη συντήρηση, απαιτώντας εξειδικευμένη στεγανοποίηση, υλικά ναυτιλιακής ποιότητας και αυξημένα περιθώρια ασφαλείας που δεν χρειάζονται τα ρουλεμάν στην ξηρά.

Ε2: Ποιοι τύποι ρουλεμάν περιστροφής προτιμώνται για υπεράκτια κλίση και εκτροπή;

 A2: Προτιμώνται τα σχέδια με διασταυρούμενο κυλινδρικό κύλινδρο και διασταυρούμενο κωνικό κύλινδρο, επειδή η γεωμετρία επαφής γραμμής και η προφορτωμένη ακαμψία τους ανταποκρίνονται στα υψηλότερα δυναμικά φορτία και τις ταλαντώσεις που αντιμετωπίζουν οι υπεράκτιοι πύργοι.

​

Ε3: Ποιες μέθοδοι προστασίας από τη διάβρωση χρησιμοποιούνται σε υπεράκτια ρουλεμάν; 

A3: Επαγωγική σβέση, νιτρίδωση, φωσφορίωση αγωγών 42CrMo4/50Mn, καθώς και γράσο θαλάσσης και ελαστομερείς ή μεταλλικές θωρακισμένες σφραγίδες πολλαπλών χειλιών — επαληθευμένα μέσω δοκιμών ψεκασμού αλατιού ISO 12944.

Ε4: Ποια πρότυπα πιστοποίησης διέπουν τα ρουλεμάν υπεράκτιων στροβίλων; 

A4: Η αναθεώρηση σχεδιασμού DNV-GL και το πρότυπο IEC 61400-4 καθορίζουν την ιχνηλασιμότητα των υλικών, την ανάλυση φάσματος φορτίου και τις δοκιμές κόπωσης πρωτοτύπου — υποχρεωτικά για την πιστοποίηση υπεράκτιων έργων.

Ε5: Η CHG Bearing προσφέρει προσαρμοσμένα ρουλεμάν υπεράκτιας ανεμογεννήτριας; 

A5: Απολύτως. Η CHG Bearing παρέχει εξατομικευμένες λύσεις — προσαρμοσμένη ενσωμάτωση γραναζιών, επεξεργασίες θαλάσσιων επιφανειών, στεγανοποίηση με παρατεταμένη διάρκεια ζωής και γεωμετρία διαδρόμου ειδικά για το φορτίο — για οποιαδήποτε πλατφόρμα αιολικής ενέργειας ανοικτής θάλασσας.

Τροφοδοτήστε την υπεράκτια τουρμπίνα σας με ρουλεμάν CHG

Η Luoyang Huigong Bearing Technology Co., Ltd. λειτουργεί μια εγκατάσταση παραγωγής 39,330 τετραγωνικών μέτρων, εξοπλισμένη με πάνω από 150 μηχανήματα παραγωγής και πάνω από 70 όργανα δοκιμών — CMM, μεταλλογραφικά μικροσκόπια, UT, MT, ET — διασφαλίζοντας ότι κάθε ρουλεμάν πληροί τις αυστηρές προδιαγραφές των πιστοποιήσεων DNV-GL και IEC. Με ετήσια δυναμικότητα 30,000 σετ ρουλεμάν φρεζαρίσματος μακράς διαρκείας, 40,000 σετ λεπτής διατομής και 10 εκατομμυρίων στοιχείων κύλισης, υποστηριζόμενη από ISO9001, ISO14001 και πάνω από 50 διπλώματα ευρεσιτεχνίας, η CHG Bearing παρέχει υπεράκτια σκληρυμένα ρουλεμάν για ανεμογεννήτριες, προσαρμοσμένα στο φορτίο, το περιβάλλον και τους στόχους διάρκειας ζωής της πλατφόρμας σας. Επικοινωνήστε μαζί μας στη διεύθυνση sale@chg-bearing.com για να καθορίσετε τις υπεράκτιες απαιτήσεις σας και να αφήσετε την CHG Bearing να σχεδιάσει την αξιοπιστία που απαιτεί η τουρμπίνα σας.

Αναφορές

1. Harris, TA, & Kotzalas, MN Ανάλυση Ρουλεμάν: Βασικές Έννοιες της Τεχνολογίας Ρουλεμάν. 5η έκδοση. CRC Press, 2007.

2. DNV-GL. DNVGL-ST-036: Σχεδιασμός και Κατασκευή Ρουλεμάν Ανεμογεννητριών. Πρότυπο DNV-GL, 2019.

3. Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή. IEC 61400-4: Απαιτήσεις Σχεδιασμού Κιβωτίου Ταχυτήτων και Ρουλεμάν Ανεμογεννητριών. Πρότυπο IEC, 2012.

4. Όμιλος SKF. Κατάλογος ρουλεμάν ανεμογεννητριών SKF: Οδηγίες για εφαρμογές σε υπεράκτιες και χερσαίες εγκαταστάσεις. Έκδοση SKF, 2022.

5. Eschmann, P., Hasbargen, L., & Weigand, K. Ρουλεμάν με σφαιρίδια και κυλίνδρους: Θεωρία, Σχεδιασμός και Εφαρμογή. John Wiley & Sons, 2015.

6. Hau, E. Ανεμογεννήτριες: Βασικές Αρχές, Τεχνολογίες, Εφαρμογή, Οικονομικά. 3η έκδοση. Springer, 2013.