Competenza ingegneristica

Flessibilità e affidabilità nei rotismi delle turbine eoliche

I cuscinetti SKF ad alta capacità a rulli cilindrici trovano impiego ideale nei rotismi delle turbine eoliche. I nuovi tipi scomponibili offrono elevate prestazioni e maggiore affidabilità e facilitano l’assemblaggio, la manutenzione e le operazioni di riparazione.

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Sintesi

Turbine eoliche sempre più grandi e potenti impongono ai meccanismi di trasmissione sollecitazioni sempre più intense. Per venire incontro alle esigenze di costruttori e utilizzatori e per facilitare manutenzione, ispezioni e riparazioni, la SKF ha realizzato una nuova versione scomponibile dei cuscinetti ad alta capacità a rulli cilindrici, che all’alta capacità di carico abbina la possibilità di un montaggio separato degli anelli. Con questo prodotto sono più facili il montaggio, lo smontaggio e la manutenzione degli alberi ad alta velocità nella sezione con ingranaggi a denti diritti, mentre aumentano affidabilità e sicurezza operativa.

Contatto vendite

Andreas Urban, andreas.urban@skf.com

I cuscinetti SKF ad alta capacità a rulli cilindrici trovano impiego ideale nei rotismi delle turbine eoliche. I nuovi tipi scomponibili offrono elevate prestazioni e maggiore affidabilità e facilitano l’assemblaggio, la manutenzione e le operazioni di riparazione.

I meccanismi di trasmissione delle turbine eoliche sono molto particolari. Ci sono turbine con o senza moltiplicatore di giri, mentre ci sono turbine ibride che hanno una scatola a ingranaggi ma con solo uno o due stadi e non prevedono un generatore ad alta velocità. Finora la maggioranza delle turbine  – circa l’80% – è dotata di moltiplicatore, il resto è a presa diretta o è ibrido. Attualmente nell’industria ci sono molte discussioni sul futuro delle turbine a presa diretta. La questione è stabilire quale sistema può presentare il minore costo dell’energia, cosa molto importante. Ciò significa avere un buon controllo del costo totale di esercizio, che comprende sia il costo dell’investimento iniziale sia i costi operativi e di manutenzione. Sta di fatto che tutte le soluzioni presentano vantaggi e svantaggi e pertanto i moltiplicatori continueranno a giocare un ruolo molto importante, con l’obiettivo primario di una maggiore affidabilità e sicurezza operativa. Nei moltiplicatori i cuscinetti vanno spesso incontro a guasti prematuri che comportano fermi macchina non programmati e costi di manutenzione elevati. La SKF può ovviare ai problemi con prodotti idonei.

La situazione in breve
Gli ingranaggi planetari dei moltiplicatori sono spesso dotati di cuscinetti a pieno riempimento di rulli cilindrici, cioè senza gabbia. A seguito dell’esistenza di contatti diretti tra i rulli, tali cuscinetti, di elevata capacità di carico, sviluppano di solito più attrito dei corrispondenti tipi con gabbia. Nei piccoli rotismi sembrano funzionare in modo soddisfacente, ma in quelli delle turbine più grandi vanno incontro al rischio di guasti prematuri, dovuti al verificarsi di riporti di materiale e usura.

Per soddisfare la necessità di maggiori densità di potenza e affidabilità nelle turbine eoliche, la SKF aveva introdotto nel 2006 una gamma di cuscinetti ad alta capacità a rulli cilindrici con gabbia, disponibili nelle serie dimensionali 22 e 23. Rispetto ai cuscinetti standard di pari dimensioni e a seconda del tipo di gabbia, i tipi della serie 23 possono avere due rulli in più, mentre quelli della serie 22 possono averne anche più di tre in più.

I cuscinetti hanno una maggiore capacità di carico radiale con il vantaggio di reggere carichi elevati.

Una nuova esecuzione
La SKF ha ora realizzato una nuova versione scomponibile dei cuscinetti ad alta capacità a rulli cilindrici, i quali abbinano l’elevata capacità di carico alla possibilità del montaggio separato degli anelli interno ed esterno. Nel lanciare la nuova versione la SKF dà continui­tà al successo dei tipi ad alta capacità a rulli cilindrici nelle applicazioni sulle turbine eoliche.

La nuova versione è stata elaborata in risposta alle esigenze degli OEM e degli utilizzatori finali per quanto riguarda la posizione non di vincolo degli alberi ad alta velocità, tra cui quelli intermedi.

La scomponibilità dei cuscinetti facilita il montaggio, lo smontaggio e la manutenzione degli alberi ad alta velocità della sezione con ingranaggi a denti diritti, migliorando nello stesso tempo affidabilità e sicurezza operativa.

La gabbia è massiccia in un solo pezzo, guidata sull’anello interno e presenta alveoli idonei per l’alta capacità di carico.

La gabbia è in grado di trattenere i rulli impedendo che cadano durante il montaggio, l’assemblaggio e lo smontaggio. Prima si può montare l’anello esterno nell’alloggiamento, con il gruppo rulli-gabbia,  poi si può montare separatamente l’anello interno sull’albero facilitando l’assemblaggio.

Durante il montaggio i rulli sono protetti dalla gabbia in modo da ridurre i rischi di danneggiamento. Per facilitare l’assemblaggio la gabbia stessa presenta anche un “roller drop” ottimizzato. Il fatto che la gabbia sia guidata sull’anello interno limita il rischio di danni da slittamento alle alte velocità, nei casi in cui il carico sul cuscinetto è minimo. L’anello interno rotante, essendo in contatto con la gabbia nella zona adiacente esternamente a quella di contatto dei rulli, trascina la gabbia stessa, migliorando la cinematica del gruppo rulli.

Sono stati eseguiti vari test sullo slittamento dei rulli, specialmente in presenza di carichi molto piccoli. Rispetto ai tipi molto comuni di esecuzione NU, è stata rilevata una riduzione dello slittamento del 40-50%, il che prova come i nuovi cuscinetti scomponibili SKF ad alta capacità a rulli cilindrici siano in grado di far fronte alle esigenze di carico minimo. Anche grazie alla loro maggiore capacità di carico, questi cuscinetti riducono il rischio di guasti prematuri e incrementano la sicurezza operativa.

Esigenze crescenti
Le turbine eoliche diventano sempre più grandi e potenti, parliamo di 7,5 MW, per arrivare in futuro a 10 MW. Inoltre le centrali eoliche vengono frequentemente poste al largo delle coste o in zone isolate e in ambienti difficili e pertanto la loro affidabilità è sempre più importante. I guasti ai moltiplicatori di giri sono tra gli inconvenienti più seri, i quali possono provocare prolungati fermi macchina e comportare elevati costi di riparazione o sostituzione di parti.

Ai cuscinetti dei moltiplicatori di giri si richiede una grande affidabilità operativa, data la presenza di carichi elevati e la necessità di ridurre al più possibile gli ingombri. I cuscinetti ad alta capacità a rulli cilindrici offrono significativi miglioramenti nelle prestazioni e nella sicurezza operativa in tutte le posizioni.

I nuovi tipi ad alta capacità scomponibili sono idonei sia per le nuove costruzioni sia per soluzioni di ammodernamento delle turbine per ovviare ai guasti ai cuscinetti. Non esistono problemi di intercambiabilità in quanto le loro dimensioni d’ingombro sono conformi alla norma ISO 15.

Applicazioni
Nelle turbine eoliche la gamma esistente SKF di cuscinetti ad alta capacità a rulli cilindrici è stata impiegata con successo negli ingranaggi epicicloidali dei moltiplicatori di giri. I nuovi tipi scomponibili sono utili quando, per esigenze di manutenzione e ispezione, lo smontaggio degli alberi ad alta velocità deve essere eseguito direttamente in cima alla turbina. In tal caso essi facilitano notevolmente il lavoro.

I cuscinetti scomponibili SKF ad alta capacità a rulli cilindrici sono disponibili in due serie dimensionali: quelli della serie 22, impiegati principalmente per gli alberi ad alta velocità e quelli della serie 23, destinati agli alberi intermedi. I cuscinetti di entrambe le serie sono stati studiati per soddisfare le varie esigenze in materia di capacità di carico elevata, riduzione degli slittamenti e dell’usura e scomponibilità. La gamma dimensionale va da 100 a 240 mm di diametro.

Grazie all’aumentata capacità di carico è possibile ampliare i margini di sicurezza operativa mantenendo inalterate le dimensioni oppure si possono utilizzare cuscinetti di minore ingombro ottenendo la stessa capacità di carico. Entrambe le versioni SKF, scomponibile e non, offrono ai clienti alta affidabilità, eccellenti prestazioni e facilità di manutenzione.