Dietro ai recenti progressi dei generatori eolici stanno soluzioni appositamente studiate nel campo dei cuscinetti e del condition monitoring. La SKF ha dato il proprio apporto allo sviluppo di una nuova generazione di generatori di elevata potenza per applicazioni sia offshore che a terra.

L’elettricità proveniente dai generatori eolici sta diventando sempre più ricercata in quanto ecologicamente compatibile. Infatti si prevede che, entro 20 anni, il 10 per cento dell’elettricità mondiale verrà prodotta dal vento. La SKF sta lavorando con le maggiori industrie mondiali del settore nella realizzazione di generatori efficienti e senza problemi.

Negli ambienti dal clima estremo e spesso poco accessibili in cui le centrali eoliche sono localizzate, quali quelli offshore, è imperativo avere strutture robuste che richiedano pochi interventi e lunghi intervalli di manutenzione. Man mano che cresce la fiducia in questo tipo di impianti cresce la potenza dei generatori, che è già arrivata a 5 MW. La SKF ha collaborato con l’importante costruttore tedesco REpower per un nuovo progetto offshore, fornendo sia i cuscinetti per il rotore, compreso un nuovo sistema di bloccaggio con ghiera, sia i sistemi di condi-tion monitoring e lubrificazione.

Le centrali eoliche con generatori di grandi dimensioni possono offrire prestazioni paragonabili a quelle degli impianti tradizionali, sufficienti a fornire energia a 4.500 alloggi abitati da tre persone. Grazie alla costruzione modulare e alla flessibilità logistica, un’unità da 5 MW può essere installata sia offshore che sulla terraferma. La versione offshore deve tenere conto delle rigorose esigenze di affidabilità del funzionamento in alto mare, ad esempio prevedendo l’adozione di componenti ridondanti e di un sistema di monitoraggio permanente e proteggendo nel modo migliore possibile l’impianto dalla corrosione.

 

Dato che non è sempre possi-bile costruire installazioni sulla terraferma, l’interesse si sta spostando verso quelle offshore, nelle quali però le macchine hanno maggiori esigenze, in quanto devono essere estremamente affidabili, richiedere pochi interventi e lunghi intervalli di manutenzione.

Nelle applicazioni offshore, i generatori vengono dotati di un sistema di condition monitoring, che sovrintende una serie di parametri, quali temperatura, rumorosità e vibrazioni. In tal modo componenti quali il moltiplicatore di giri, i denti degli ingranaggi e i cuscinetti del generatore vengono tenuti continuamente sotto controllo. La scoperta tempestiva di eventuali variazioni di regime di funzionamento potenzialmente pericolose consente di program­mare a tempo debito gli interventi di manutenzione atti a porvi rimedio.

La macchina da 5 MW ha un diametro del rotore di 126 m, è a tre pale e ha una velocità di regime variabile da 6,9 a 12,1 giri/min. Essa è dotata di una scatola ad ingranaggi con rotismi epicicloidali e ruote a denti diritti. Tutti i relativi cuscinetti sono lubrificati direttamente da un sistema di lubrificazione provvisto di filtro. I cuscinetti e le coppie di ingra-naggi sono ottimizzati per otte-nere un elevato rendimento e una bassa rumorosità strutturale. L’intelaiatura di base è collegata alla torre tramite una ralla a rotolamento a quattro punti di contatto. Nel funzionamento a regime la gondola è tenuta in posizione da pinze freno e si può orientare rispetto al vento tramite motoriduttori.

 

Il maggior contributo della SKF è stato dato al rotore, che è la parte più impegnativa, con la fornitura di un cuscinetto toroidale a rulli CARB^®, a cui affidare la posizione non di vincolo, e di un cuscinetto orientabile a rulli per quella di vincolo, secondo una sistemazione ottimale che offre elevata capacità di carico, basso peso e tolleranza ai disallineamenti. Il cuscinetto CARB, che pesa 2.700 kg, è il più grande di questo tipo mai costruito dalla SKF. Per riscaldarlo durante il montaggio, insieme a quello orientabile a rulli, che pesa 3.320 kg, la stessa SKF ha dovuto realizzare un attrezzo altrettanto grande: si tratta di un potente riscaldatore a induzione tipo TIH 1000E/C950 da 100 kVA. Anche i due alloggiamenti, che pesano ciascuno circa 8.000 kg, sono stati riscaldati con la stessa attrezzatura.

Per essere certi di affidare agli operatori un sistema capace di soddisfare le loro esigenze e per metterli successivamente nelle condizioni di monitorare le prestazioni dei cuscinetti durante il funzionamento, gli ingegneri SKF hanno eseguito una nutrita serie di calcoli, utilizzando programmi per analizzare la distribuzione dei carichi e le sollecitazioni di contatto e determinare la durata a fatica dei cuscinetti.

Il fissaggio assiale dei cuscinetti rappresentava un problema, in quanto, a causa delle dimensioni del generatore non era possibile per motivi pratici impiegare ghiere di bloccaggio tradizionali. Gli ingegneri SKF hanno previsto una nuova ghiera divisa di sicurezza, il tipo SKF HMS. In tal modo non è stato necessario praticare sull’albero un taglio di chiavetta, a vantaggio della robustezza dell’insieme e dei costi di lavorazione. Il sistema è facile da montare e smontare in occasione della manutenzione o delle eventuali riparazioni e non ci sono problemi di ruggine di contatto nello smontaggio.

La lubrificazione è un altro aspetto importante che contri-buisce all’affidabilità del gene-ratore e assicura lunghi intervalli di manutenzione. La SKF ha una notevole esperienza nella tecnologia della lubrificazione, particolarmente nel progetto dei generatori eolici (si veda a questo proposito l’articolo “Sinergie tra SKF e Vogel per il primato nella lubrificazione”, in questo numero).

Per questa applicazione la SKF ha fornito il grasso LGEP 2. Per ogni tipo di industria i costi di manutenzione sono una voce importante di bilancio. Nelle centrali eoliche anche il 25% dei costi dell’energia prodotta va in manutenzione e per vari motivi non si possono impiegare le tecniche comunemente adottate in altre industrie meccaniche.

 

L’impegno SKF nel ridurre i costi dei propri clienti in questo settore ha portato allo sviluppo del sistema WindCon. Si tratta di un sistema personalizzato di condition-monitoring per i generatori eolici, lanciato nel 2002, che consente agli operatori delle centrali di migliorare la disponibilità del macchinario e di conoscere tempestivamente l’esistenza dei problemi. Il sistema comprende una “Intelligent Monitoring Unit” che misura in continuo i parametri più critici delle macchine, quali le condizioni dei cuscinetti, la quantità di olio e la temperatura del generatore. I dati si possono trasmettere via Internet a specialisti situati lontano, quali gli ingegneri della SKF Reliability Systems, che possono mettere gli operatori nelle condizioni di migliorare la manutenzione tempestivamente ed efficacemente. In poco tempo sono state ordinate alcune centinaia di questi sistemi.

Con il generatore da 5 MW, la REpower è convinta di aver portato con successo la propria tecnologia, già ben nota a livello internazionale, a una nuova dimensione. Tale generatore è il più grande e il più efficiente del mondo e si pone come punto di riferimento in questo settore.

Finora, il generatore ha funzionato senza problemi e si sta progettando di installarne altri il prossimo anno nelle zone costiere per iniziare a produrre elettricità nel 2006. Per la SKF e per le sue soluzioni specifiche è questa una grande opportunità nei prossimi decenni.

L’industria eolica offre una chiara dimostrazione di come la SKF opera con i propri clienti: in questo settore, nel corso di parecchi anni, essa ha acquisito una posizione di preminenza con la fornitura di cuscinetti, anelli di tenuta, sopporti, sistemi di lubrificazione, giunti e bulloni tenditori, oltre a programmi di simulazione e calcolo.