Vysoko v oblacích, hluboko v moři – mazání je vždy základ

Vysoko v oblacích, hluboko v moři – mazání je vždy základ

Optimální mazání představuje základní předpoklad spolehlivé funkce turbín pro výrobu elektrické energie. Zařízení, která pracují v náročných podmínkách, jako například větrné nebo přílivové turbíny, vyžadují inteligentní řešení správy mazání, které zajistí optimální výsledky.

Autoři:
Andreas Bittorf, manažer pro klíčové zákazníky v jihozápadní Evropě, SKF Lubrication Business Unit, Hockenheim, Německo.
Michael Slembeck, obchodní manažer pro segment obnovitelné energie, SKF Lubrication Business Unit, Erkrath, Německo.

Zásobování elektřinou, plynem a vodou Maziva

Souhrn

Vysoká mechanická zatížení, znečištění, vibrace a vlhkost mají nepříznivý dopad na provozní efektivitu větrných a přílivových turbín. Především rotující díly, jako například ložiska a ozubená kola, vyžadují pozornost z důvodů velmi náročných provozních podmínek. Automatický mazací systém dodává nejúčinnější množství maziva do turbín za chodu a přispívá ke snížení tření a znečištění. Výsledkem jsou optimální trvanlivost ložiska, dlouhé servisní intervaly a nižší provozní náklady. Automatické mazací systémy představují důležitou součást těchto aplikací.

Mazací systémy pro větrné turbíny
Větrná energetika se už dávno zbavila nálepky riskantního odvětví a mezery na trhu, která přitahuje pouze vizionáře. V současné době se větrná energie podílí na evropském energetickém mixu ze 14 procent [1]. To znamená, že se zařadila ihned za plyn, uhlí a vodu. Odvětví větrné energetiky zaměstnává celosvětově na 600 000 pracovníků [2]. Pro tuto oblast je charakteristické využívání špičkových technických řešení, jakož i nepřetržité zdokonalování procesů, standardů a norem. Dnes už není možné si představit průmyslovou krajinu bez větrné energie.

Větrné turbíny se v průběhu let neustále vyvíjely a také se zvětšovaly – v současnosti dosahují ohromujících rozměrů. V roce 1990 měl rotor průměr pouhých 23 m, zatímco v roce 2014 už 99 m. Takový nárůst velikosti a související regulační zařízení spolu s novými požadavky představují pro výrobce dílů turbín velkou výzvu.

Automatické mazací systémy SKF tvořily součást výrobků pro větrnou energetiku už od vzniku tohoto odvětví. Více než 20 let používají známí výrobci originálních zařízení (OEM) na celém světě jedno­potrubní a progresivní mazací systémy (obr. 1).

S rostoucími rozměry větrných turbín a technickým pokrokem se mazací systémy stávají moderními součástmi ložiska natočení gondoly a otevřeného ozubeného převodu, ložisek naklopení listů rotoru a jejich otevřených ozubených převodů, ložisek hlavní hřídele a generátoru (obr. 2).

Obr. 1: Mazací systémy SKF pro větrné turbíny

Obr. 1: Mazací systémy SKF pro větrné turbíny

Obr. 2: Uložení mazání ve větrné turbíně

Obr. 2: Uložení mazání ve větrné turbíně

Přesné množství maziva dodávané na správné místo ve správnou dobu umožňuje nejen dosáhnout provozních výhod, ale rovněž přispívá k prodloužení servisního intervalu a zvýšení použitelnosti větrných turbín. Současně snižuje riziko poruchy na minimum, zabraňuje přemazání a také omezuje neplánované odstávky. Všechny uvedené přednosti dokazují, že nabídka systémů společnosti SKF Lubrication zahrnuje osvědčená technická řešení a představuje zajímavý způsob modernizace. Tato zařízení však nejsou určena pouze pro výrobce originálního zařízení. Již delší dobu mohou být automatické mazací systémy montovány také dodatečně. K tomuto účelu jsou nabízeny SKF Lubrication Upgrade Kits (soupravy mazacích systémů SKF pro dodatečnou montáž) – (obr. 3). Soupravy rozšiřují nabídku specifických řešení pro zákazníky v sektoru OEM a představují řešení plug-and-play, která se vyznačují snadnou instalací. Soupravy obsahují čerpadlo, veškeré spojovací prvky a příslušenství. Široká nabídka souprav zaručuje nejvyšší flexibilitu systémů pro příslušné aplikace a počty mazacích míst.

Obr. 3: Souprava pro dodatečnou montáž SKF Lubrication

Obr. 3: Souprava pro dodatečnou montáž SKF Lubrication

Vzhledem ke snadnější manipulaci se k dodatečné montáži používá především systém SKF ProFlex (obr. 4a), což je progresivní mazací systém.

Z konstrukčního i funkčního hlediska se liší od systému SKF MonoFlex (obr. 4b).

Čerpadlo progresivního systému nepřetržitě dodává mazivo do mazacího místa hlavním potrubím a v některých případech i přídavným potrubím. Progresivní systém neukončí cyklus, dokud všechny písty dávkovacího zařízení nedodají mazivo.

Znečištěné plastické mazivo nebo nedostatečné množství maziva mohou vyvolat obtíže. Plastické mazivo nemůže být nasáváno nebo zablokuje citlivé písty v progresivních dávkovacích zařízeních. Takový stav způsobí, že monitorovací systém vyšle upozornění na chybu.

Zpětnovazební signály monitorovaného systému jsou v dnešním průmyslu neobyčejně důležité. Trh požaduje inteligentní moderní řešení, které minimalizuje provozní náklady a prodlouží životnost větrné turbíny. Na vývoj nových nezávislých monitorovacích a řídicích systémů se zaměřuje SKF Lubrication. Vzdálený monitoring SKF Lubrication (obr. 5) umožňuje monitorovat stav maziva v dodatečně namontovaných systémech a vysílá upozornění na chyby. Pokud je zásobník na plastické mazivo prázdný nebo dojde k chybě v mazacím systému (např. zablokování dávkovacích zařízení), jsou odeslána stavová hlášení prostřednictvím SMS na jeden nebo několik mobilních telefonů. Informace je okamžitě předána údržbářskému týmu, který může přijmout odpovídající opatření. Vzdálený monitoring SKF Lubrication se vyznačuje snadnou obsluhou, kterou zajišťuje předem nainstalovaný software a zkonfigurované díly. Do systému lze snadno přidávat servisní čísla nebo je mazat a nastavit další mazací cykly pomocí instrukcí zaslaných prostřednictvím SMS. Kombinace tohoto zařízení a čerpadla umožňuje SKF Lubrication nabídnout hospodárné řešení pro monitorování mazacích systémů pro dodatečnou montáž na pobřežní větrné elektrárny.

Obr. 5: Vzdálený monitor mazání SKF

Obr. 5: Vzdálený monitor mazání SKF

Sektor větrných elektráren na volném moři, který v Evropě dosáhl v roce 2015 celkové instalované kapacity 11 GW (obr. 6) [3], má nadále obrovský růstový potenciál. Velká Británie nabízí nejlepší podmínky, jak dokazuje celková instalovaná kapacita větší než 5 GW [4].

Vzhledem k umístění větrných turbín a neobyčejně náročným podmínkám na moři jsou náklady na energii vyrobenou elektrárnami umístěnými na volném moři trvale pod drobnohledem. Částečně má na tom podíl i požadovaný standard C5M (nebo někdy také „C5M – vysoká protikorozní ochrana“ – viz ISO 12944), který musí výrobci dílů splňovat. Tento stupeň protikorozní ochrany vyžaduje dosažení doby odolnosti delší než 15 let v pobřežních vodách a na volném moři, kde působí sůl ve vysokých koncentracích. SKF Lubrication využívá proces bezproudého niklování, který představuje hospodárnou alternativu mnohem dražších dílů z nerezové oceli.

Obr. 6: Celková instalovaná kapacita větrných turbín na volném moři v Evropě [4]

Obr. 6: Celková instalovaná kapacita větrných turbín na volném moři v Evropě [4]

Při bezproudém niklování jsou součásti ponořeny do speciálních roztoků, které na nich vytvoří vrstvu rovnoměrné tloušťky např. na progresivních dávkovacích zařízeních. Niklování zajišťuje vyšší odolnost dílů proti působení vzduchu, vody, kyselin a zásad. SKF Lubrication používá tento postup k ochraně dávkovacích zařízení, spojovacích dílů, šroubení, čerpacích prvků a skříní čerpadel. Tyto díly jsou vystaveny zkoušce rozstřikovanou solnou mlhou v délce 1440 hodin, která prokáže třídu protikorozní ochrany C5M. Výsledky zkoušky jsou zkontrolovány a zdokumentovány.

K mazání jsou používány většinou systémy SKF MonoFlex (jednopotrubní). Díly jednopotrubního systému zachycuje obr. 7.

Jednopotrubní systém je cyklicky pracující systém (viz obr. 4b). To znamená, že mazivo je dávkováno čerpadlem do jednopotrubních vstřikovacích trysek pouze jedním hlavním potrubím. Každé mazací místo je vybaveno vstřikovací tryskou, která dodává mazivo do mazacího místa pod tlakem vyvíjeným čerpadlem. Na rozdíl od sekvence dávkování maziva v progresivních systémech jsou vstřikovací trysky jednopotrubního systému umístěny paralelně. Výhoda tohoto uspořádání spočívá v tom, že v případě ucpání jednoho mazacího místa mohou zbývající vstřikovací trysky pokračovat v dávkování plastického maziva. V turbínách na volném moři se toto technické řešení plně osvědčilo a přispělo k jejich vyšší použitelnosti. Čerpadlo pokračuje v dávkování maziva do hlavního potrubí, dokud není dosažen tlak předem nastavený na tlakovém spínači. Tím je tlakový spínač vestavěný v čerpadle aktivován a vypne čerpadlo. Ve větších systémech může být tlak monitorován přídavným tlakovým spínačem umístěným na konci nejdelší trubky. Po dosažení konce mazacího cyklu se čerpadlo vypne a tlak v hlavním potrubí klesne otevřením ventilu vestavěného v čerpadle. Zablokování jednotlivých mazacích míst anebo jedné či několika vstřikovacích trysek nemá vliv na funkci ostatních částí systému. To znamená, že všechny ostatní vstřikovací trysky budou nadále dávkovat plastické mazivo do mazacích míst. Vzhledem k poklesu tlaku mezi mazacími cykly lze jednopotrubní systém rovněž používat k dávkování maziv, z nichž se rychle uvolňuje olej.

Obr. 7: Jednopotrubní mazací systém SKF

Obr. 7: Jednopotrubní mazací systém SKF

Mazací systémy pro přílivové turbíny
Na základě mnohaletých zkušeností s větrnými elektrárnami na volném moři a v námořním průmyslu se společnost SKF Lubrication stala zcela přirozeně kompetentním partnerem pro nové průmyslové odvětví přílivových elektráren (obr. 8).

Díly turbíny pro přílivové elektrárny musí být mazány podobně jako součásti větrné turbíny. Mazání však musí splňovat mnohem vyšší nároky a musí být přizpůsobeno provoznímu prostředí:

  • Dlouhé intervaly údržby, které mohou dosahovat až šesti let, vyžadují velké zásobníky na plastické mazivo. Zásobníky často obsahují až 20 kg či ještě více plastického maziva, protože turbíny jsou velmi obtížně přístupné a údržba je neobyčejně nákladná.
  • Koncepce automatického doplňování musí zajistit, aby čerpadlo neběželo naprázdno. Je tedy třeba, aby konstrukční návrh počítal i s přídavnými doplňovacími čerpadly.
  • Použití záložních systémů zdvojnásobuje spolehlivost dodávky plastického maziva. V případě, že centrální mazací zařízení selže, záložní čerpadlo zajistí dodávku čerstvého plastického maziva.
  • Použité plastické mazivo odchází výstupními otvory v ložisku a musí být nějakým způsobem shromažďováno. SKF Lubrication nabízí sací prvky, které mohou proaktivně odsávat plastické mazivo z výstupů. Plastické mazivo je shromažďováno v centrálně instalovaném zásobníku. Tím je zjednodušena údržba, protože není nutné instalovat samostatně nádoby na plastické mazivo ke každému výstupnímu otvoru.
  • Všechny díly musí splňovat kategorii ochrany proti korozi C5M (viz výše).
Obr. 8: Zobrazení přílivové turbíny ve 3D

Obr. 8: Zobrazení přílivové turbíny ve 3D

Mnoho turbín přílivových a vlnových elektráren se stále nachází ve stádiu prototypů a zkoušek. Britské pobřeží nabízí k testování optimální podmínky. V současné době jsou v reálném provozu testovány turbíny s výkonem přes 10 MW. To je více než kapacita zbytku světa dohromady [5].

Společnost SKF Lubrication již vybavila mazacími systémy první přílivové turbíny s výkonem v řádu MW ve Velké Británii. Je jen otázkou času, kdy budou uvedeny do běžného provozu a budou se podílet na energetickém mixu.

Literatura
[1] http://www.ewea.org/publications/reports/aiming-high/
[2] http://www.gwec.net/global-figures/wind-in-numbers/
[3] https://windeurope.org/fileadmin/files/library/publications/reports/EWEA-Aiming-High.pdf
[4] https://windeurope.org/wp-content/uploads/files/about-wind/statistics/EWEA-Annual-Statistics-2015.pdf
[5] http://www.renewableuk.com/en/renewable-energy/wave-and-tidal/

Související obsah