Nejvýkonnější centrum pro testování velkorozměrových ložisek na světě je v provozu

Testování hranic

Společnost SKF nedávno slavnostně uvedla do provozu Testovací centrum Svena Wingquista, nejvýkonnější středisko pro zkoušení velkorozměrových ložisek na světě. Centrum, které se nachází v německém Schweinfurtu, je vybaveno dvěma novými obrovskými zkušebními zařízeními pro testování ložisek v extrémních podmínkách. Tento průkopnický projekt pomůže ještě více optimalizovat konstrukci velkorozměrových ložisek a zefektivnit výrobu. Zákazníci pak budou profitovat z optimalizovaných řešení.

Autoři:
Dr. Martin Göbel, manažer divize Global Testing, SKF Germany, Schweinfurt, Německo
Dr. Thomas Zika, manažer testovacího centra LSB, SKF Germany, Schweinfurt, Německo.

Simulace a teorie

SKF využívá širokou škálu velmi výkonného softwaru pro výpočet a simulaci všech typů valivých ložisek, včetně mj. vysoce propracovaných systémů na sledování chování ložisek ve virtuálním prostředí. Např. nástroj SimPro Expert umožňuje vysoce kvalifikovaným specialistům vypočítat únavu ložisek na základě teorie trvanlivosti ložisek podle SKF. Tento software je založen nejen na mnohaletém výzkumu a vývoji, ale také na zkušenostech z provozu nashromážděných za mnoho desetiletí. To samé platí pro ještě výkonnější nástroj nazvaný BEAST, který technici SKF používají k podrobnému simulování dynamických jevů uvnitř ložiska. BEAST je vlastně virtuální zkušební zařízení, které umožňuje studovat působení sil, momentů atd. uvnitř ložiska v podstatě při jakýchkoli zatěžovacích podmínkách.
 

Obchodní kontakty

evolution@skf.com

Software příliš měkký na reálné podmínky
Tento software ani jiný simulační program však nedokáže skutečně realistickým způsobem reprodukovat, co se děje uvnitř velkorozměrového ložiska. To se nyní změnilo. Zkušenosti ukázaly, že v případě některých velkorozměrových ložisek dochází k předčasnému poškození a selhání, ačkoli příslušné výpočty byly provedeny s nejvyšší pečlivostí, při konstrukci byla zahrnuta bezpečnostní rezerva a výroba splňovala vysoké standardy. Je tedy zřejmé, že ve skutečných aplikacích se vyskytují jevy, které nelze plně zahrnout do algoritmu „příčina-následek“ současných simulačních modelů.

Shrnutí

V současné době žádný simulační program na světě nedokáže reprodukovat všechny dynamické procesy uvnitř velkorozměrových ložisek skutečně realistickým způsobem. Dvě nová zkušební zařízení v nejmodernějším Testovacím centru Svena Winquista SKF v německém Schweinfurtu umožní získat více poznatků, které pomohou zdokonalit stávající simulační modely a provést výpočty odpovídající realitě. Získané poznatky budou dále využity ve vývoji a pomohou budoucí generaci velkorozměrových ložisek dosáhnout maximální trvanlivosti v příslušné aplikaci při zajištění nejnižší možné hmotnosti a tření. Vše dohromady šetří zdroje – nejen v průběhu testování a výroby budoucích velkorozměrových ložisek, ale také v jejich provozním využití. Výhody pocítí rovným dílem životní prostředí i zákazníci.

Ve dvojici budov Testovacího centra Svena Wingquista se nacházejí nejvýkonnější zařízení pro testování ložisek na světě.

Obr. 1: Ve dvojici budov Testovacího centra Svena Wingquista se nacházejí nejvýkonnější zařízení pro testování ložisek na světě.

Zjištění dosud skrytých prvotních příčin takových poškození představuje jeden z důvodů, proč společnost SKF investovala cca 40 mil. eur do Testovacího centra Svena Winquista – nejvýkonnějšího centra na testování velkorozměrových ložisek na světě, které bylo vybudováno v německém Schweinfurtu. Uvnitř dvojice stejných budov s futuristickým vzhledem (obr. 1) lze na dvou obrovských zkušebních zařízeních testovat ložiska až na absolutní hranici jejich schopností.

Ohromné síly pro větrné elektrárny
Větší ze zkušebních zařízení (obr. 2) je prvním zařízení tohoto druhu na světě schopným testovat nejen jednotlivá ložiska pro větrné elektrárny (s vnějším průměrem až do 6 m), ale také úplná uložení včetně souvisejících dílů dodaných zákazníkem. Obrovské zkušební zařízení o celkových rozměrech 9 x 11 x 8 m váží cca 700 tun. Je vybaveno 64 radiálními a axiálními válci schopnými vyvinout dynamické zatížení v řádu několika meganewtonů.

Největší zkušební zařízení – pohled seshora

Obr. 2: Největší zkušební zařízení – pohled seshora

Hydraulické válce působí na obrovský ocelový disk (obr. 3), který se otáčí uvnitř zařízení. Disk o průměru 7 m váží 125 tun. Přenáší síly vyvolané hydraulickými válci na zkoušený vzorek prostřednictvím adaptéru, k němuž je testované ložisko upevněno.

Přenos sil na testované ložisko prostřednictvím disku má zásadní výhodu: síly působící na zkušební vzorek nejsou omezeny vlastní stabilitou zatěžovaného ložiska. Systém sestavený z válců a disku dokáže vyvíjet zatížení ve všech osách. Tímto způsobem lze dosáhnout několikanásobně vyššího zatížení, než dosud umožňovalo nejvýkonnější zkušební zařízení. Navíc nové zkušební zařízení SKF dosahuje velmi vysokých otáček vzhledem k rozměrům testovaného ložiska.

Montáž největšího zkušebního zařízení.

Obr. 3: Montáž největšího zkušebního zařízení. Zdvíhání masivního disku s hmotností 125 tun a jeho ukládání do provozní polohy ve spodní části zkušebního zařízení.

20 let za několik týdnů
Jedinečná kombinace dynamického namáhání, maximálních sil a ohybových momentů spolu s otáčkami přispěje v konečném důsledku k zásadním ekonomickým výhodám pro zákazníka. V zájmu zajištění ziskovosti větrné turbíny by použitá velkorozměrová ložiska měla po montáži pracovat bez poruch dvacet a více let. Těchto dvacet let včetně všech myslitelných zatížení, která se vyskytnou v průběhu této doby, reprodukuje nové zkušební zařízení velmi realisticky zrychleným postupem v průběhu několika týdnů. Tím se ušetří nejen mnoho času a peněz, ale i energie. Ještě větší množství energie však ušetří systém na regeneraci tepla: teplo, které vznikne ve zkušebním zařízení, se využívá v budově testovacího centra a v sousedním závodu na výrobu velkorozměrových ložisek. Vzhledem k energetické účinnosti podpořilo bavorské Ministerstvo pro hospodářství, média, energie a technologie obrovské zkušební zařízení částkou cca 1,9 mil. eur.

Síly pod kontrolou
Segmenty spodní části tělesa jsou upevněny k příslušným podstavcům 200 šrouby M80 předepjatými silou několika meganewtonů, aby byla zajištěna dokonalá kontrola nad obrovskými silami, kterými působí zkušební zařízení na testované ložisko. Podstavce, do nichž jsou ukotveny tyto šrouby, jsou částí základů o váze 3000 tun, které jsou odděleny od konstrukce otevřené a vzdušné budovy, aby nedocházelo k zatěžování vlastního objektu.

Vzhledem k neobyčejně vysoké tuhosti pomocné konstrukce je překvapivé, s jakou přesností byla vyrobena styková plocha mezi podstavci a tělesem: stykové plochy vykazují úchylku rovinnosti pouhých několik desetin milimetru na délce cca 10 m (obr. 4).

Montáž velkého zkušebního zařízení se blíží ke konci.

Obr. 4: Montáž velkého zkušebního zařízení se blíží ke konci.

Menší, flexibilnější, rychlejší
Menší ze dvou zkušebních zařízení SKF (obr. 5) vypadá méně monumentálně, ale i přesto je to jedinečný nástroj. Jeho 130tunová zkušební hlava je vybavena čtyřmi axiálními a dvěma radiálními válci, které působí na velkorozměrová ložiska prostřednictvím adaptérů vnitřních a vnějších ložiskových kroužků. Např. zkoušená ložiska lze použít v uloženích určených pro stavbu lodí, pro doly, hutní a ocelářský průmysl, celulózky a papírny nebo cementárny. Je to tedy neobyčejně univerzální zkušební zařízení. Přes tuto flexibilitu se jedná také o skutečně jedinečné mistrovské dílo mechatroniky. Zařízení váží cca 300 tun.

Konec montáže menšího zkušebního zařízení.

Obr. 5: Konec montáže menšího zkušebního zařízení. Menší z obou nových zkušebních zařízení umožňuje testovat ložiska určená pro stavbu lodí, doly, hutní a ocelářský průmysl, celulózky a papírny i cementárny na samé hranici jejich schopností.

Toto zkušební zařízení vyvine sílu větší než šest meganewtonů (která přibližně odpovídá tahu jednoho motoru rakety Saturn V vyslané k Měsíci) a dosahuje 200 otáček za minutu. Možnost kombinace takových zatížení a otáček dokazuje, že ani tento „David“ nemá ve světě konkurenci. Tyto jedinečné schopnosti umožňují zkušebnímu zařízení odhalit možnosti podstatné úspory energie a materiálu při výrobě velkorozměrových ložisek. To je jeden z důvodů, proč zkušební zařízení bylo zařazeno do Programu inovací na ochranu životního prostředí německého Spolkového ministerstva pro životní prostředí, ochranu přírody, bezpečnost ve stavebnictví a jadernou bezpečnost a získalo podporu ve výši cca 1,6 mil. euro.

Mazání na limitu
Menší zkušební zařízení testovacího centra se vyznačuje dalším neobvyklým řešením: Je vybaveno speciálním mazacím zařízením SKF Lubrication Systems (obr. 6). Toto zařízení zpravidla přivádí správné množství maziva ve správnou dobu k ložiskům v různých aplikacích. Systém vyrobený přímo pro testovací centrum však dokáže přesný opak: Při testování pracuje ložisko až na hranici svých možností při nedostatečném mazání. Výsledky mohou poskytnout důležité poznatky pro další zvyšování odolnosti velkorozměrových ložisek.

Zařízení, které má šířku cca 6 m a hloubku 1,6 m, pojme 3000 litrů mazacího oleje a váží celkem 7,2 tun. V zásadě se jedná o technické řešení převzaté z celulózového a papírenského průmyslu, avšak specialisté SKF na mazací systémy ho upravili podle požadavků testovacího centra. Pozoruhodný je rovněž výjimečný vzhled zařízení a poměrně neobvyklé řešení pro snížení hlučnosti.

Jedinečný mazací systém umožňuje velkorozměrová ložiska pro těžký průmysl vystavit nejnáročnějším mazacím podmínkám při působení nejrůznějších zatížení.

Obr. 6: Jedinečný mazací systém umožňuje velkorozměrová ložiska pro těžký průmysl vystavit nejnáročnějším mazacím podmínkám při působení nejrůznějších zatížení.

Kritická teplota
Společnost SKF navrhla systém schopný pracovat při dvakrát vyšší teplotě oleje v porovnání s běžnými systémy, aby zkoušené ložisko bylo vystaveno působení nejen extrémních zatěžovacích podmínek, ale i extrémních mazacích podmínek. V dostupném rozsahu teplot lze tedy vytvořit tribologické namáhání testovaných ložisek.

Dále byl instalován chladicí systém s deskovými výměníky, aby nedošlo k poškození vlastního mazacího systému v průběhu „boje ložiska s vysokou teplotou“.
 

Sponsored

Sponsored by

Bavorské Ministerstvo pro hospodářství, média, energie a technologie poskytlo finanční podporu většímu zkušebnímu zařízení ve výši cca 1,9 mil. euro. Menší zkušební zařízení bylo zařazeno do Programu inovací na ochranu životního prostředí německého Spolkového ministerstva pro životní prostředí, ochranu přírody, bezpečnost ve stavebnictví a jadernou bezpečnost a získalo podporu ve výši cca 1,6 mil euro.

Přesná měření
Z olejové stanice je mazací olej dopravován do testovaného ložiska tuctem vedení. Připojená rozdělovací konzole zajišťuje přesné dávkování oleje do jednotlivých potrubí a mazacích míst. Díky tomu zkušební pracovníci mohou rovněž vytvořit velmi nepříznivé mazací podmínky při působení nejrůznějších zatížení. Navíc variabilní dávkování ve spojení s velkým počtem mazacích míst umožňuje sledovat rozvod oleje nebo průtok oleje ložiskem přesně na určitých místech. Z tohoto důvodu je adaptér, k němuž je upevněno testované ložisko, opatřen nespočtem přídavných snímačů. Tyto snímače zjišťují nejen místní teploty a jejich trendy, ale také vibrace, zatížení a polohu kritických dílů. Specialisté SKF mohou tedy přesně zjistit, k jakým dynamickým jevům dochází v ložisku, kdy vznikají a za jakých podmínek.

Právě nyní se technici SKF snaží ze všech sil, aby jejich průkopnická práce v oblasti testování ložisek splnila neobyčejně vysoká očekávání z odhalení skrytých tajemství uvnitř velkorozměrových ložisek. V současnosti pracují na validaci impozantního hardwaru a kalibraci citlivé měřicí techniky.

Související obsah