Con il crescere del mercato delle turbine eoliche, cresce di pari passo la richiesta di cuscinetti di grandi dimensioni, in grado di offrire affidabilità, lunga durata e ridotta manutenzione. Nell’ambito del proprio lavoro di sviluppo, la SKF ha realizzato un banco prova per i cuscinetti di tale tipo, da impiegare nell’industria eolica.

Le energie alternativestanno assumendo una sempre maggiore importanza. Con il crescere dell’esperienza nella costruzione dei nuovi sistemi di generazione, come le turbine eoliche, si mettono in gioco sempre maggiori potenze: in attività troviamo già turbine da 5MW. Dal momento che si stanno imponendo forti riduzioni all’emissione di CO₂ è da attendersi un generale aumento sia della potenza eolica installata sia delle dimensioni dei generatori.

Con installazioni di 90 metri di altezza, al cuore del generatore occorrono sistemi di cuscinetti di grandi dimensioni. Per eseguire sperimentazioni in scala 1:1 di cuscinetti di nuova esecuzione e per supportare i relativi strumenti di calcolo la SKF ha realizzato uno speciale banco prova (figure 1e 2).

La Germania, che vanta centrali eoliche sia a terra sia offshore, è l’utilizzatore più convinto di questa fonte di energia alternativa ed è quindi la nazione più indicata per la localizzazione di tale struttura.

Con il crescere della potenza installata crescono le dimensioni dei cuscinetti delle turbine. Il cuscinetto SKF più comune per l’albero principale del rotore è un tipo speciale a doppia corona di rulli conici con un diametro esterno di quasi 2,4 metri (figure 2e 3). È il più grande cuscinetto costruito in serie per questa applicazione. Finora ne sono stati prodotti circa 1.500 esemplari per un solo cliente.

I generatori eolici sono spesso situati in zone remote di difficile accesso, il che esige una grande affidabilità per turbine e cuscinetti. Nonostante una lunga storia di successi nello sviluppo di cuscinetti prodotti con tecniche e strumenti di progetto e calcolo avanzati, gli ingegneri SKF si trovano a dover rispondere ai clienti che vogliono preventivamente sapere se i calcoli trovano una conferma pratica.

Dopo un’attenta valutazione, è stato deciso di realizzare un banco prova in scala 1:1 per sperimentare in condizioni realistiche il comportamento dei cuscinetti molto grandi.

Per progettare, costruire e gestire il banco è stato scelto il centro prove SKF di Schweinfurt in Germania, per la cui scelta sono state decisive la vicinanza all’esistente fabbrica di cuscinetti di grandi dimensioni e la presenza di personale esperto nello sviluppo di questi prodotti.

Il progetto e la costruzione del banco prova, completata nel giro di 18 mesi, hanno comportato

• la definizione dei parametri di prova e di misurazione
• il lavoro di sviluppo vero e proprio
• la ricerca di fornitori affidabili per i componenti
• calcoli avanzati dei componenti e dei cuscinetti sottoposti a carico.

I cuscinetti di grandi dimensioni, in questo caso a doppia corona di rulli conici, si possono ora sperimentare nei pressi dello stabilimento anziché sul campo, evitando tutte le problematiche legate all’accessibilità e al variare delle condizioni di lavoro. I cuscinetti si possono provare a 60 giri/min, ossia a più di tre volte la velocità effettiva. Il banco permette di monitorare i lubrificanti, la loro distribuzione (fig. 4) e le condizioni di lubrificazione; i carichi si possono portare fino a due volte la capacità di carico del cuscinetto. Nello stesso tempo si fanno valutazioni su attrito, deformazioni elastiche (fig. 5), temperature e altri parametri.

I progettisti e i tecnici d’officina della SKF ritengono che si siano aperte nuove opportunità nella progettazione dei cuscinetti di grandi dimensioni. Alcuni dei primi visitatori del banco, nel notare la presenza di numerosi cilindri idraulici fissati sull’anello interno, lo hanno infatti paragonato ad un fantascientifico razzo interplanetario capace di aprire le porte a nuove frontiere.

Il nuovo banco prova consente di convalidare gli strumenti avanzati di calcolo della SKF per le applicazioni di grandi dimensioni in termini di attrito, prestazioni della lubrificazione, comportamento delle tenute e durate. I nuovi progetti e i nuovi processi di fabbricazione possono essere convalidati in scala 1:1; dai test si possono trarre importanti informazioni sulle reazioni dei materiali. Le apparecchiature SKF per il monitoraggio delle condizioni installate sul banco consentono al personale che si dedica a tale attività di acquisire esperienza senza dover recarsi in località remote.

Sin dalle prime battute il banco prova SKF ha suscitato viva attenzione presso clienti e autorità politiche. Esso testimonia la leadership SKF nella tecnologia dei cuscinetti di grandi dimensioni, il suo contributo alla riduzione dei consumi energetici e l’attività nello sviluppare un’energia “verde”. Il banco rappresenta un’importante pietra miliare nell’evoluzione del mercato delle turbine eoliche, che è attualmente orientato verso maggiori dimensioni e maggiori potenze.