Världens kraftfullaste testcenter för stora lager i drift

Testar gränser

Nyligen invigde SKF officiellt Sven Wingquist Test Center, världens kraftfullaste testcenter för stora lager. Centret ligger i tyska Schweinfurt och är utrustat med två nybyggda enorma testriggar som kan testa lagren till det yttersta. Detta tekniska grundarbete kommer att bidra till att optimera konstruktionen hos stora lager och göra tillverkningen effektivare. Kunderna kommer å sin sida att dra nytta av optimerade lösningar.

Författare:
Dr Martin Göbel, Manager Global Testing, SKF Tyskland, Schweinfurt, Tyskland.
Dr Thomas Zika, Manager LSB Test Center, SKF Tyskland, Schweinfurt, Tyskland.

Simulering och programvara

SKF har ett stort utbud av extremt kraftfull programvara för beräkning och simulering av alla typer av rullningslager. Bland annat erbjuds mycket komplexa system som, i en virutell miljö, kan undersöka hur lager beter sig. Med hjälp av verktyget SimPro Expert kan högkvalificerade specialister beräkna utmattningsfenomen i rullningslager baserat på SKFs utökade livslängdsteori. Programvaran speglar inte bara mångårig forskning och utveckling, utan tar även hänsyn till erfarenheterna från decennier av faktisk drift. Detsamma gäller ett ännu kraftfullare instrument, kallat Beast, som SKFs ingenjörer använder för att simulera den detaljerade dynamiken inuti ett lager. Beast är en virtuell testrigg som utför studier av belastningar, moment etc. inuti ett lager under praktiskt taget alla belastningsförhållanden.
 

Försäljning och råd

evolution@skf.com

Programvaran snällare än verkligheten
Men varken denna programvara eller något annat simuleringsprogram har tidigare på ett verkligt realistiskt sätt lyckats reproducera vad som faktiskt händer inuti stora lager. Erfarenheten visar att vissa stora lager, trots att de har beräknats med största noggrannhet, tenderar att skadas eller haverera i förtid, även med extra säkerhetsmarginaler och noggrann tillverkning. Det är uppenbart att det i verkliga applikationer förekommer fenomen som inte fullt ut beaktas av orsak-verkan-algoritmerna i nuvarande simuleringsmodeller.

Sammanfattning

Inga simuleringsprogram i världen kan återskapa alla dynamiska processer i stora lager på ett verkligt realistiskt sätt. Två nya testriggar vid SKFs toppmoderna Sven Wingquist Test Center i tyska Schweinfurt kan leverera djupare insikter om sådana processer. Detta kommer att bidra till att förbättra nuvarande simuleringsmodeller och möjliggöra beräkningar som ligger närmare verkligheten. Den vunna kunskapen kommer att införlivas i produktutveckling och förväntas bidra till att framtida generationer av stora lager uppnår maximal hållbarhet i respektive tillämpning med lägsta möjliga vikt och friktion. Allt detta kan sammantaget spara resurser – inte bara under testning och tillverkning, utan även ekonomiskt i framtida applikationer av SKFs stora lager. Detta kommer till nytta för såväl miljö som kunder.

Världens kraftfullaste testcenter för stora lager i drift

Fig. 1: Tvillingbyggnaderna i Sven Wingquist Test Center, platsen för världens mest kraftfulla lagertestriggar.

För att avslöja de hittills okända grundorsakerna till sådana skador har SKF investerat cirka 40 miljoner euro i världens kraftfullaste testcenter för stora lager – Sven Wingquist Test Center i tyska Schweinfurt. I centrets futuristiska tvillingbyggnader (fig. 1) kan två nya enorma testriggar driva stora lager till deras bokstavliga bristningsgräns.

Enorma krafter på vindturbinlager
Den största av de båda riggarna (fig. 2) är den första testriggen i världen som inte bara kan testa ett enskilt vindturbinlager (med ytterdiameter upp till 6 meter), utan även den kompletta lagringen – inklusive anslutande kundkomponenter. Testriggen är 9 x 11 x 8 meter stor och väger cirka 700 ton. Den är utrustad med 64 radiellt och axiellt anordnade cylindrar som kan utveckla dynamiska belastningar på flera meganewton.

Den största testriggen – sedd från ovan.

Fig. 2: Den största testriggen – sedd från ovan.

Hydraulcylindrarna verkar primärt mot en stor stålskiva (fig. 3) som roterar inuti riggen. Skivan är 7 meter i diameter och väger 125 ton. Den överför krafterna som levereras av hydraulcylindrarna till det testade lagret med hjälp av en adapter som lagret är monterat på.

Metoden att låta skivan överföra tillgängliga krafter till det testade lagret har en avgörande fördel – krafterna som verkar på lagret begränsas inte av den inneboende stabiliteten hos ett separat lager som överför belastningen. Ett system med cylindrar och skiva kan applicera belastningar längs alla axlar. Kombinationer av olika angreppsriktningar är flera gånger mer belastande för ett lager än vad de tidigare mest kraftfulla testanläggningarna kunnat åstadkomma. Dessutom kan den nya testriggen komma upp i mycket höga varvtal i förhållande till storleken hos det testade lagret.

Montering av den största testriggen.

Fig. 3: Montering av den största testriggen. 125-tonsskivan lyfts och placeras i riggens underdel.

20 år på några veckor
Den unika möjligheten att kombinera dynamisk belastning med stora krafter, böjmoment och höga varvtal ger sammantaget en avgörande ekonomisk fördel för kunden. För att ett vindkraftverk ska återbetala sig måste dess stora lager fungera felfritt i minst 20 år efter installation. Den nya testriggen reproducerar med stor realism 20 års drift – inklusive alla tänkbara belastningar som kan uppstå under den tiden – och det på bara några veckor. Lösningen sparar inte bara mycket tid och pengar utan sparar dessutom energi. Ännu mer energi sparas genom att värmen som alstras i riggen används för att värma både testlokalerna och den närliggande tillverkningsanläggningen för stora lager. Anläggningens energieffektivitet gjorde att Bayerns ministerium för ekonomi och media, energi och teknik valde att bidra med cirka 1,9 miljoner euro till finansieringen av den stora testriggen.

Krafter under kontroll
För att säkerställa att testriggen överför sina enorma krafter mot det testade lagret på ett fullständigt kontrollerat sätt så är det nedre hussegmentet fixerat på sina fötter med cirka 200 gängade M80-skruvar, med en förspänning på flera meganewton. Fötterna utgör i sin tur integrerade delar av ett 3 000 ton tungt fundament som är avkopplat från resten av den öppna och luftiga lokalen – i syfte att förebygga störande interferens med själva byggnaden.

Med tanke på den extremt kraftiga bärande strukturen är precisionen vid gränssnittet mellan fötterna och huset än mer anmärkningsvärd. Kontaktytorna har en nivåavvikelse på bara några tiondelar av en millimeter över ett avstånd på cirka 10 meter (fig. 4).

Den största testriggen – nästan färdigmonterad.

Fig. 4: Den största testriggen – nästan färdigmonterad.

Mindre, flexiblare, snabbare
Den mindre av de två nya testriggarna (fig. 5) är inte fullt lika monumental – men är icke desto mindre ett mäktigt verktyg. Testhuvudet på 130 ton är utrustat med fyra axiella och två radiella cylindrar, som kan appliceras mot stora lager av många olika typer med hjälp av inner- och ytterrings­adaptrar. De typer av lager som testas förekommer inom bland annat varvs-, gruv-, pappers- och cementindustrin samt inom järn- och stålindustrin. Riggen är med andra ord extremt mångsidig. Den kan samtidigt ses som ett mästerverk av mekatronik. Enheten väger cirka 300 ton.

Slutmontering av den mindre av de båda nya riggarna.

Fig. 5: Slutmontering av den mindre av de båda nya riggarna. Den är avsedd att till det yttersta testa lager som förekommer inom bland annat varvsindustrin, gruvindustrin, järn- och stålindustrin, pappersindustrin och cementindustrin.

Riggen utvecklar krafter på mer än sex meganewton (ungefär lika mycket som en motor i en månraket av typ Saturn V) och genererar varvtal över 200 r/min. Genom att kunna kombinera sådana belastningar och varvtal är även denna mindre av SKFs båda nya testriggar oöverträffad i sin klass. Med sin unika kapacitet kan testriggen avslöja viktig potential för energi- och materialbesparingar vid tillverkning av stora lager. Det är därför riggen uppmärksammades av Tysklands förbundsministerium för miljö, naturskydd, byggande och kärnsäkerhet, och tilldelades cirka 1,6 miljoner euro inom ramen för ministeriets miljöinnovationsprogram.

Smörjning på gränsen
Centrets mindre testrigg har en annan ovanlig funktion – den är utrustad med speciell smörjutrustning från SKF Lubrication Systems (fig. 6). Företagets lösningar har vanli­gen till uppgift att säkerställa att lagren i olika applikationer får rätt mängd smörjmedel vid rätt tidpunkt. Smörjsystemet vid testcentret kan även åstadkomma motsatsen. I samband med test kan lagersmörjningen utarmas till lagrets yttersta gräns. Resultaten från ett sådant test kan ge viktiga data för att göra stora lager mera robusta.

Det ungefär 6 meter breda och 1,6 meter djupa smörjaggregatet rymmer 3 000 liter smörjolja och väger totalt 7,2 ton. I princip handlar det om teknik som lånats från massa- och pappersindustrin, men SKFs smörjsystemsexperter har byggt om aggregatet från grunden för att det ska motsvara testcentrets specifika krav. Anmärkningsvärd är även enhetens speciella utformning och ovanliga bullerskyddande åtgärder.

Fig. 6: Ett unikt smörjsystem gör det möjligt att utsätta stora industrilager för svårast tänkbara smörjbetingelser under en mängd olika belastningsförhållanden.

Fig. 6: Ett unikt smörjsystem gör det möjligt att utsätta stora industrilager för svårast tänkbara smörjbetingelser under en mängd olika belastningsförhållanden.

Temperaturen avgörande
För att exponera det testade lagret, inte bara för extrema belastningar utan även för extrema smörjförhållanden, har SKF konstruerat systemet för oljetemperaturer ungefär dubbelt så höga som i konventionella lösningar. Med detta temperaturområde går det att utsätta lagret för enorma tribologiska påfrestningar.

För att undvika skador på själva smörjsystemet när lagret drivs upp till extrema temperaturer har ett kylsystem med plattvärmeväxlare installerats.
 

Sponsored

Sponsored by

Bayerns ministerium för ekonomi och media, energi och teknik bidrar till den större testriggen med cirka 1,9 miljoner euro. Den mindre riggen har införlivats i det miljöinnovationsprogram som drivs av Tysklands förbundsministerium för miljö, naturskydd, byggande och kärnsäkerhet och har finansierats med ca 1,6 miljoner euro.

Noggranna mätningar
Från matningsstationen pumpas smörjoljan till det testade lagret genom ett dussin linjer. Via en distributionskonsol doseras oljan precist per linje och smörjpunkt. Testpersonalen kan därmed utsätta lager för svårast tänkbara smörjförhållandena under en mängd olika belastningar. Den variabla doseringen i kombination med många smörjpunkter gör att oljefördelningen eller det interna flödet inom testobjektet kan undersökas extremt lokalt. För detta ändamål har adaptern som fixerar det testade lagret försetts med en hel arsenal av kompletterande sensorer. Sensorerna övervakar dels lokala temperaturer och deras trender, dels vibrationer, belastningar och positioner hos kritiska komponenter. Med denna samlade information kan SKFs experter ta reda på exakt vilka dynamiska effekter som uppstår i lagret, var de uppstår och under vilka förhållanden.

SKF-ingenjörernas grundarbete kan förväntas ge mycket ny och värdefull information och avslöja väl dolda hemligheter i stora lager. För närvarande arbetar de med validering av den tunga maskinvaran och kalibrering av de känsliga instrumenten.

Relaterat innehåll