Smörjning är A och O

Smörjning är A och O, såväl i luften som i djupen

Optimal smörjning är en avgörande faktor när det gäller tillförlitlig drift av turbiner för elproduktion. Applikationer i krävande miljöer, som vind- och tidvattenkraftverk, kräver smarta lösningar för smörjning för ett optimerat resultat.

Författare:
Andreas Bittorf, key account manager South West Europe, SKF Lubrication Business Unit, Hockenheim, Tyskland
Michael Slembeck, manager business segment Renewable Energy, SKF Lubrication Business Unit, Erkrath, Tyskland

El-, gas- och vattenförsörjning Smörjmedel

Sammandrag

Kraftig mekanisk belastning, föroreningar, vibrationer och fukt är faktorer som hotar att minska verkningsgraden i vind- och tidvattenturbiner. I synnerhet roterande komponenter, som lager och kugghjul, kräver uppmärksamhet på grund av de svåra driftförhållandena. Ett automatiskt smörjsystem matar optimal mängd smörjmedel till turbinerna medan maskinen är i drift och bidrar därmed till att minska såväl friktion som kontaminering. Resultatet är optimerad lagerlivslängd, långa serviceintervall och sänkta driftkostnader. Automatiska smörjsystem är avgörande i sådana applikationer.

Smörjsystem för vindturbiner
Det var länge sedan vindenergi sågs som en riskabel nischsektor för visionärer. I dag står vindenergi för 14 procent av den europeiska energimixen [1], vilket ger energislaget en fjärdeplats i betydelse efter gas, kol och vatten. Vind-energisektorn sysselsätter omkring 600 000 personer runt om i världen [2] och kännetecknas av högt utvecklad teknik och ständigt förbättrade processer, standarder och normer. Det är omöjligt att föreställa sig dagens industrilandskap utan vindenergi.

Under årens lopp har vindkraftverken genomgått kontinuerlig utveckling och ökat spektakulärt i storlek. År 1990 låg de maximala rotordiametrarna på endast 23 meter, 2014 hade de nått 99 meter. Denna storleksökning, som medfört nya regler och krav, innebär utmaningar för komponenttillverkarna.

SKFs automatiska smörjsystem har från start utvecklats hand i hand med vindenergitekniken. Progressiva enlinjesmörjsystem har använts av välkända utrustningstillverkare över hela världen i mer än 20 år (fig. 1).

I takt med att vindkraftverken blivit allt större och tekniken gått framåt har smörjsystemen kommit att bli avancerade delar av girlagret och dess okapslade växel, av rotorbladslagren och deras okapslade växlar samt av lagren till huvudaxel och generator (fig. 2).

Fig. 1: SKFs smörjsystem för vindkraftverk.

Fig. 1: SKFs smörjsystem för vindkraftverk.

Fig. 2: Smörjapplikationer i ett vindkraftverk.

Fig. 2: Smörjapplikationer i ett vindkraftverk.

Med en exakt rätt mängd smörjmedel, tillförd på rätt plats och vid rätt tidpunkt, kan man uppnå driftmässiga fördelar. Men det stannar inte där. Serviceintervall kan också förlängas och vindturbinens tillgänglighet ökas. Olycksrisken minimeras, översmörjning förhindras, och oplanerade driftstopp blir mer sällsynta. Alla dessa faktorer gör SKF Lubrication Portfolio till etablerad teknik och en attraktiv uppgradering.

Men fördelarna begränsas inte bara till maskinbyggare. Efterinstallation av automatiska smörjsystem är legio på eftermarknaden. För detta ändamål används SKF Lubrication Upgrade Kits (fig. 3). Satserna kompletterar kundspecifika lösningar från maskinbyggare och erbjuder lättinstallerade plug-and-play-lösningar. Satserna består av pump, alla anslutningselement samt tillbehör. Ett brett utbud av satser ger maximal flexibilitet för de aktuella applikationerna och det aktuella antalet smörjställen.

Fig. 3: SKF Lubrication Upgrade Kit.

Fig. 3: SKF Lubrication Upgrade Kit.

På eftermarknaden används i huvudsak det progressiva smörjsystemet SKF ProFlex (fig. 4a), som är mycket enkelt att hantera. Systemet skiljer sig i konstruktion och funktion från SKFs MonoFlex-system (fig. 4b).

Det progressiva systemet går ut på att smörjmedlet kontinuerligt matas från pumpen till smörjpunkten genom en huvudledning och ibland även genom en sekundär ledning. Cykeln i det progressiva systemet fortsätter tills alla kolvar i doseringsanordningen har matat fram smörjmedel.

Om fettet är förorenat eller felaktigt påfyllt kan det medföra problem. Fettet kanske inte sugs in, eller blockerar de känsliga kolvarna i den progressiva doseringsutrustningen. I ett övervakat system utlöser detta ett felmeddelande.

Återkopplingssignaler från ett övervakat system är extremt viktiga i dagens industrimiljö. Marknaden efterfrågar intelligenta uppgraderingsalternativ som minimerar driftskostnaderna och ökar vindturbiners livslängd. För SKF Lubrication ligger fokus på utveckling av oberoende styr- och övervakningssystem. Med SKF Lubrication Remote Monitor (fig. 5) går det att övervaka eftermonterade smörjsystem med avseende på låg smörjmedelsnivå och systemfel. Om fettbehållaren är tom eller om det uppstår ett fel i smörjsystemet (till exempel en blockering i mätutrustningen) skickas en varning via SMS till en eller flera mobiltelefoner. Underhållsteknikerna meddelas omedelbart så att de kan vidta åtgärder.

SKF Lubrication Remote Monitor är enkel att använda tack vare sin förinstallerade programvara och sina förkonfigurerade komponenter. Det är lätt att lägga till eller ta bort serviceuppgifter och definiera ytterligare smörjcykler med en SMS-instruktion. Genom kombinationen av denna enhet och pumpen erbjuder SKF Lubrication en kostnadseffektiv eftermonteringslösning för övervakning av smörjsystem till landbaserade anläggningar.

Fig. 5: SKF Remote Lubrication Monitor.

Fig. 5: SKF Remote Lubrication Monitor.

Med en total installerad effekt på 11 GW i Europa 2015 (fig. 6) [3], fortsätter sektorn för havsbaserad vindkraft att visa en enorm tillväxtpotential. Storbritannien erbjuder de bästa förutsättningarna för denna genereringslösning, vilket framgår av landets totala installerade effekt som överstiger 5 GW [4].

De avlägsna installationsplatserna för vindkraftverk och de svåra förhållandena till havs, innebär att kostnaden för havsbaserad vindenergi står under kontinuerlig och noggrann granskning. Detta beror delvis på C5M standarden (ibland kallad ”C5M – high” – se ISO 12944), som komponenttillverkare måste uppfylla. Denna korrosionsskyddskategori kräver motståndskraft under mer än 15 år i kust- och havsområden med höga salthalter i luften. SKF Lubrication använder en icke-elektrisk nickelpläteringsprocess, vilket gör att företaget kan erbjuda ett kostnadseffektivt alternativ till dyrare komponenter av rostfritt stål.

Total installerad havsbaserad vindkraftverkseffekt i Europa [4].

Total installerad havsbaserad vindkraftverkseffekt i Europa [4].

Icke-elektrisk nickelplätering innebär att komponenter doppas i en speciallösning som skapar ett skikt med jämn tjocklek på exempelvis de progressiva doserings­anordningarna. Nickelplätering gör komponenten resistent mot luft, vatten, syror och baser. Vid SKF Lubrication genomgår mätutrustning, kopplingar, beslag, pumpdelar och pumphus alla denna process. För att bekräfta korrosionsskyddsklassen C5M utsätts komponenterna för ett 1440-timmars saltdimtest, varefter resultatet granskas och dokumenteras.

Som smörjsystem används i de flesta fall enlinjesystemet SKF MonoFlex. Komponenterna i ett enlinjesystem visas i fig. 7.

Ett enlinjesystem arbetar cykliskt (se fig. 4a och 4b). Detta innebär att smörjmedlet levereras från pumpen till enlinjeinjektorer via en enda huvudledning. Vid varje smörjpunkt finns en injektor som, under pumptryck, doserar smörjmedel till smörjpunkten. Till skillnad från progressiva system, där smörjmedlet doseras sekventiellt, arbetar injektorerna parallellt i ett enlinjesystem. En fördel med detta är att om en av smörjpunkterna skulle blockeras påverkas inte övriga injektorer. I vindkraftverk har tekniken visat sig vara mycket värdefull − turbinens tillgänglighet ökar. Pumpen fortsätter att dosera smörjmedlet till huvudledningen till dess att ett förinställt tryck detekteras av tryckvakten, som är inbyggd i pumpen. När den aktiveras stoppas pumpen. I större system kan trycket övervakas av ytterligare en tryckvakt i slutet av den längsta ledningen. I slutet av smörjcykeln stängs pumpen av och huvudlinjen görs trycklös med hjälp av en ventil inbyggd i pumpen. Blockeringar i enskilda smörjpunkter eller fel på en eller flera injektorer påverkar inte funktionen hos resten av systemet. Detta betyder att alla övriga injektorer kommer att fortsätta mata fett till smörjpunkterna. Tack vare tryckavlastningen mellan smörjcyklerna kan enlinjesystemet också användas för att fördela snabbt separerande smörjmedel.

Fig. 7: SKFs enlinjesmörjsystem.

Fig. 7: SKFs enlinjesmörjsystem.

Smörjsystem för tidvattenturbiner
Med sina många års erfarenhet inom havsbaserad vindkraft och den marina industrin har SKF Lubrication kommit att bli en viktig referenspunkt i den nya industrin för tidvattenkraftverk (fig. 8).

Komponenterna som måste smörjas i en tidvattenturbin liknar i många avseenden dem i en vindturbin. Smörjsituationen i denna miljö är dock betydligt mer utmanande och ett stort mått av anpassning krävs:

  • Långa serviceintervall, upp till sex år, kräver stora fettreservoarer. Det är inte ovanligt att reservoarerna innehåller mer än 20 kilo fett, eftersom turbinerna är extremt svåra att komma åt och underhållsinsatser är mycket kostsamma.
  • Automatiska påfyllningskoncept måste säkerställa att pumparna inte går torra. I konstruktionsprocessen planeras därför redundanta pumpar.
  • Redundanta system fördubblar säkerheten i fettmatningen. Om en centralsmörjningsenhet havererar tar den redundanta pumpen över uppgiften att mata fram färskt fett.
  • Överskottsfett pressas ut genom utloppshålen i lagret och måste samlas upp. SKF Lubrication erbjuder suganordningar som sitter framför utloppshålen och proaktivt suger upp fett. Fettet leds till en centralt installerad behållare för förbrukat fett. Detta förenklar underhållsarbetet, eftersom lösningen eliminerar behovet av separat installerade fettbehållare vid varje utloppshål.
  • Alla komponenter måste uppfylla korrosionsskyddskategorin C5M (se ovan).
Fig. 8: 3D presentation of a tidal turbine.

Fig. 8: 3D presentation of a tidal turbine.

Många våg- och tidvattenenheter befinner sig fortfarande i prototyp och provningsstadiet. Den brittiska kusten erbjuder optimala testförutsättningar. För närvarande är mer än 10 MW turbineffekt installerad för test under realistiska förhållanden. Det är mer än i resten av världen tillsammans [5].

SKF Lubrication har redan utrustat de första tidvattenturbinerna i MW-klassen i Storbritannien. Det är bara en tidsfråga innan de kan börja bidra kommersiellt till energimixen.

Referenser
[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/

Relaterat innehåll