Centralsmörjning för vindturbiner ger bättre effektivitet

Ett framgångsrikt samarbete mellan företag inom SKF-koncernen har lett till en förbättrad pumpenhet för centralsmörjsystem för vindturbiner.

Smörjkraven för lager i vindturbiner har gett upphov till intensivt utvecklingsarbete som ytterligare förbättrar funktionen hos SKF centralsmörjsystem. Satsningarna har resulterat i SKFs smörjningspaket för vindparker världen över, vilka får ökad livslängd och högre tillförlitlighet med centralsmörjning.

Vissa lager i vindturbiner kräver smörjning vid specifika intervall (fig 1). För att uppnå detta krävs automatiska centralsmörjsystem (fig 2). Ett centralsmörj­system består av en pump i SKFs serie KFG, en eldriven påfyllnings­pump, en tryckomkopplare (fig 3) och en pump för förbrukat smörjmedel.

Pumpenheten KFG
Pumpenheten KFG (fig 4) är nyckel­komponenten i ett centralsmörjsystem. Många egenskaper hos pumpen är specifikt optimerade för att uppfylla vind­industrins krav.

En viktig konstruktionsförbättring är möjligheten att fylla pumpen uppifrån. Denna lösning möjliggör homogent byte av smörjmedel, enligt principen ”först in, först ut”. Smörjmedlet matas in i systemet ovanifrån och pumpas ut underifrån. I tidigare versioner har fettet pressats in underifrån, vilket ledde till att oanvänt fett ansamlades i pumpens överdel. Denna konstruktion, med påfyllning ovanifrån, har patentsökts av SKF Lubrication Systems i Tyskland.

Den nya utformningen krävde även ett nytt koncept för följekolven (fig 5), som behövs för att rotationspumpen ska fungera. Kolven matar kontinuerligt fett med hög viskositet till pumpen inuti pumpkapslingen. Den nya följekolven krävde i sin tur en ny speciell tätningslösning, som utvecklades tillsammans med SKF Economos Deutschland GmbH, ett företag som ingår i SKFs tätningsverksamhet.

För att förverkliga den innovativa fyllningsmetoden utvecklades en ny följekolv och det nya tätningssystemet K01-R ECOVAR. Kolven är så konstruerad att smörjmedlet matas fram genom en distributionskanal och anländer ovanifrån och exakt centrerat till fettbehållaren. Denna nya konstruktion och det special­utvecklade tätningssystemet K01-R ECOVAR gör det möjligt för följekolven att fungera med smörjmedel med olika viskositet och därmed täcka ett brett temperaturområde.

De nya komponentkoncepten är resultatet av ett unikt SKF-program, ”Innovation in a Day”, som går ut på att konstruera och tillverka en ny komponent inom loppet av en dag. Arbetssättet gjorde det möjligt att snabbt och effektivt reagera på problem som uppstod under testfasen.

Fördelar med det nya utförandet
Modulkonceptet hos den nya KFG-pumpen gör pumpinstallationen enkel. Installationen underlättas ytterligare av den nya fettbehållaren, som ger högre tillförlitlighet även under svåra förhållanden. De drivna kolvstyrningarna matar fram rätt mängd smörjmedel även vid mycket låga temperaturer. Detta minskar underhållsbehovet och ökar tillförlitligheten.

På utsidan har pumpen försetts med aluminiumprofiler, för att få högre stabilitet, så att pumpens dimensioner kan ökas utan att hållfasthetsproblem uppstår. För närvarande finns versioner med behållare från 4 till 15 kg för roterande applikationer och upp till 20 kg (fig 6) för stationära installationer.

Behovsstyrd utveckling
Det var nödvändigt att utveckla pumpen för att kunna svara på kraven från vindkraftindustrin. Den nya pumpkonstruktionen uppfyller korrosionskraven enligt C5M, som har begärts av operatörer av vindparker till havs.

Konstruktion, materialkvalitet och förenlighet med C5M-kraven har verifierats av ”Germanischer Lloyd Certification”, DAA-GL-426-2010 den 14 september 2010 (fig 7).

Under utvecklingen av pumpen utfördes många experiment för att testa de nya funktionerna. Flera smörjmedel i klasserna NLGI 1 och 2 testades med avseende på sina frammatningsegenskaper vid alla temperaturer inom området –30 °C till +70 °C. Bland annat bekräftades kontinuerlig funktion hos följekolven med den specialframtagna tätningen K01-R ECOVAR – oberoende av om pumpen roterar eller ej, och om den är upp och ner eller ligger på sidan. Efter att ett antal prototyper testats utan problem lanserades pumpen vid branschmässan 2010 HUSUM Wind Fair. Nästan sam­tidigt levererades 40 KFG-pumpar till Sinovel, Kinas största vind­turbintillverkare.

Som kompletterande produkt har en elektrisk påfyllningspump utvecklats. Den gör det enkelt att fylla KFG-pumpen ovanifrån (fig 8). Påfyllningspumpen kräver elektrisk matning. Den är mobil och servicepersonalen kan enkelt flytta den mellan olika vindturbiner, vilket förenklar service och underhåll betydligt.

Tillsammans med andra tidigare nämnda SKF WindLub-produkter markerar den nya KFG-pumpen en viktig milstolpe i utvecklingen av centralsmörj­system för vindkraft.

Bland de specifika egenskaperna för vindenergiapplikationer kan nämnas: 

• C5 – korrosionsskydd 
• Specialgodkännande för off­shore­installationer
• Praktisk påfyllning med en elektrisk pump
• Patenterad påfyllning ovanifrån
• Brett temperaturområde, från –30 °C till +70 °C
• Mekaniskt mycket stabil

Slutsats
Ett effektivt och fruktsamt sam­arbete mellan SKF Sealing Solutions och SKF Lubrication Systems har resulterat i en ny pump med pålitlig smörjförmåga för lagerinbyggnader i vindkraftverk. Tekniken medför ökad brukbarhetstid och min­skat under­hålls­behov för vind­turbinen.

Viktiga förbättringar i den nya KFG-pumpen:

• Påfyllning av pumpen ovanifrån
• Följekolven är utrustad med den special­framtagna tätningslösningen K01-R ECOVAR med integrerat magnetband och anslutning för påfyllningsrör.
• Robust konstruktion, förstärkt med aluminiumprofiler, tillåter mycket stora pumpar.
•   Nytt koncept för behållaren med integrerad pumpdel tillåter ett drifttemperatur­område från –30 °C till 70 °C, med hållfasthet ner till –40 °C.
•  Specialflänsar är en del av modulkonceptet och gör pumpen enkel att installera. 
•   Nivån i smörjmedelsbehållaren kan övervakas med upp till tre externa magnet­omkopplare.