アップグレードされたローターベアリングにより風力が向上

Sep 02, 2023

WPED 寄稿者 | 2019年8月30日

シェフラー テクノロジーズ GmbH & Co.、アンドレアス ビアライン著 KG、アントニオ・シルヴェリオ、シェフラー・グループUSA Inc.

風力タービンの信頼性、耐久性、効率を向上させる取り組みの一環として、シェフラーはタービンのローターシャフト用自動調心ころ軸受 (SRB) の全ラインナップをアップグレードしました。

10,000基の風車から収集したデータを用いて、いくつかの被害パターンを徹底的に調査し、適切な対策とソリューションを開発しました。 これらの新しい SRB 設計は、高い耐摩耗性を提供し、摩擦トルクと動作温度を大幅に低下させることで、タービンの動作寿命を大幅に延長します。

ローター シャフト ベアリングは、さまざまな動的荷重、特に高いアキシアル荷重にさらされます。

堅牢な設計ローターベアリングは風力タービン内部の重要な部品であるため、シェフラーは標準 SRB の配列を大幅に最適化し、性能をさらに向上させました。

最初の設計改善は 2 つの領域に焦点を当てました。最初のステップは、最も極端な条件下でも最低の接触応力を達成するために、ローラーと軌道の両方のプロファイルを変更することでした。 2 番目のステップは、軸方向の剛性を高め、すべてのころと軌道面で観察される早期摩耗の主な原因であるころの過度の軸方向変位を大幅に低減する内輪の中央リブを設計することでした。

これらの新しい SRB 設計は、シェフラーの「X-life」品質シールの検証の一環として、広範囲にわたるテストを正常に完了しました。 これに必要な検証手順は、ドイツの風力認証機関である Germanischer Lloyd によって認証されています (GL 証明書 GL-CER-002-2015)。 タービン効率をさらに向上させるために、特許取得済みの非対称自動調心ころ軸受 (ASRB) 設計も開発されました。

ASRB は、両方のローラー列の間でよりバランスのとれた内部荷重分散を達成しながら、軸方向の耐荷重能力を大幅に向上させます。 ローラー列間の荷重分散が改善されたことで、塑性変形に対する耐性が向上し、ベアリングの耐用年数が大幅に延長されました。

2 つの異なる接触角を備えた ASRB は、2 倍の耐荷重能力を備えています。 アキシアル荷重は接触角の高い列側（風下）で支えられ、ラジアル荷重は主に接触角の低い列側（風上）で支えられます。

稼働データ調査故障したベアリングの調査中に、かなりの割合の故障が主に 3 点支持および 4 点支持ローター シャフト システムの位置決めベアリングで発生していることが判明しました。 また、損傷のほとんどは、位置決めベアリングの軸方向荷重がかかった列 (風下) に集中していました。 損傷は主に表面レベルで発生することが判明し、ISO15243 に従って表面付近で発生する疲労 (表面損傷) または摩耗として分類されます。

シェフラーの革新的な非対称自動調心ころ軸受は、軸方向の変位を低減し、軸受のころや軌道面の損傷のリスクを大幅に低減します。

ランダムな条件下で動作する風力タービンの主軸受における摩耗は、すでに広く認識されている問題です。 このタイプの損傷は主に、シャフト速度と負荷の変化によって引き起こされ、潤滑膜が非常に薄いか存在しなくなる可能性があります。 ローラー表面と軌道表面の間の分離潤滑膜が劣化すると、マイクロピッチング、汚れが生じ、最終的には表面レベルで広範囲の損傷が発生します。

表面付近で見つかった損傷パターンに対する最適な解決策を定義するために、社内で一連の包括的なテスト シミュレーションが実行されました。 いくつかの関連するベアリング機能が、最先端のツールと試験装置を使用して特定、シミュレーション、およびテストされました。 境界線の潤滑条件によって引き起こされる表面摩耗を軽減または排除するために、さまざまな解決策が考案され、実装されました。

最初の対策の 1 つは、低速シャフト速度や極度の負荷など、さまざまな動作条件に対して適切な耐荷重特性を備えた潤滑剤を開発し、検証することでした。 潤滑条件の改善に加えて、非常に厳しい表面仕上げの制限や特殊なローラーコーティングなどの強化により、ベアリング設計の最適化に重点が置かれました。 最後に、すべての製造ステップと生産プロセスが再評価され、最適化されました。

非対称自動調心ころ軸受を取り付けると、ギアボックスの遊星キャリア軸受にかかる軸力を 70% 削減できます。

その結果、新しい SRB 設計は、劣悪な潤滑条件や粒子汚染によって引き起こされる摩耗に対して、はるかに優れた耐性を提供します。

デザインの改善前述の通り、標準SRBの表面仕上げ品質を向上させることで設計を最適化しました。

その他の設計強化には以下が含まれます。

シェフラーは、既存の標準設計の最適化に加えて、風力タービンのメインシャフト軸受用のまったく新しい軸受ソリューションである非対称自動調心ころ軸受を開発し、特許を取得しました。 異なる接触角により、この革新的な設計により、両方のベアリング列間の荷重分散が改善され、接触圧力と摩擦トルクが低下し、軸方向の剛性が約 50% 増加します。

軸方向の剛性の向上により、メインシャフトの軸方向の変位が大幅に減少し、ローラーの軸方向の滑りと滑りが減少し、ギアボックスのベアリングとトルクアームエラストマーマウントの信頼性が向上します。 耐摩耗性のためにローラに Triondur C ダイヤモンドライク カーボン コーティングを施したり、フレッチング 腐食を防ぐために内輪に適用された Durotect CK クロム コーティングなどのオプションのコーティングを適用することで、さらなる改善を実現できます。

検証シェフラーの新しい ASRB 設計は、社内と現場の両方で広範な一連の検証テストを受けました。 標準設計と比較して、ASRB のテスト結果では、軸方向の変位が 50% 減少し、両方のベアリング列のローラー負荷分散が改善され、ギアボックスの遊星キャリア ベアリングに伝達される力が 70% 減少し、67% 増加したことが確認されました。レーティングライフで。