Последние достижения в технологиях ветряных турбин основаны на индивидуальных решениях в конструкции подшипников и систем мониторинга. Компания SKF приняла участие в разработке нового поколения больших турбин для наземного и морского применения.

 

Электроэнергия, генерируемая силой ветра, становится все более привлекательной благодаря своей экологической безопасности. Cогласно прогнозам, через 20 лет около 10% всей энергии в мире будет производиться с помощью ветра.

Новейшее поколение ветряных турбин способно достигать производительности в 5 МВт (5 MW – это крупнейшая турбина на сегодняшний день). SKF совместно с немецкой компанией REpower приняла участие в разработке новой установки, предназначенной для использования в условиях открытого моря. SKF поставила подшипниковые системы для ротора, включая новейшую систему зажима гаек для фиксации подшипников, а также системы смазывания и мониторинга состояния.

Ветряные электростанции с турбинами таких размеров способны достигать производительности обычных электростанций и обеспечивать электроэнергией около 4500 семей, из расчёта 3 человека в семье. Благодаря модульной конструкции эта ветряная турбина может устанавливаться как в открытом море, так и на суше. Среди специальных конструктивных особенностей можно выделить, например, дублирование отдельных узлов и агрегатов, постоянный эксплуатационный контроль и улучшенные антикоррозийные свойства.

Ветряные турбины для эксплуатации в морских условиях оснащены системой мониторинга, которая следит за диапазоном температур, шумом и вибрациями. Это позволяет контролировать состояние главной коробки передач, зубчатых передач и подшипников генератора. Своевременная диагностика возможных неблагоприятных изменений рабочих параметров выявляет проблему на ранних стадиях в ходе планового технического обслуживания.

Ветряной электрогенератор 5 MW представляет собой трехлопастную установку с ротором диаметром 126 м. В нормальном эксплуатационном режиме скорость вращения ротора варьируется в диапазоне от 6,9 до 12,1 об/мин. Установка оснащена планетарным редуктором с цилиндрическими шестернями. Смазка на все подшипники коробки передач подается через смазочные системы с функцией фильтрации. Подшипники и зубчатые пары оптимизированы для обеспечения максимальной мощности и уменьшения уровня шума. Несущая рама соединена с вышкой посредством опорноповоротного устройства с четырехточечным контактом. В нормальном режиме эксплуатации гондола удерживается на месте дисковыми тормозными зажимами. Электромоторы-редукторы позволяют гондоле отклоняться в сторону ветра.

Основным вкладом SKF стал роторный узел, являющийся ключевым элементом конструкции. Опорная система состоит из тороидального роликоподшипника CARB® в комбинации со сферическим роликоподшипником, обеспечивающим фиксацию в осевом направлении. Такая система обладает высокой грузоподъёмностью, малым весом и способна компенсировать угловой перекос и линейное смещение вала одновременно. Подшипник CARB является самым большим подшипником этого типа, когда-либо произведенным SKF. Компании также пришлось создать соответствующий по размеру индукционный нагреватель для нагревания подшипников и их корпусов перед монтажом. Нагреватель TIH 1000E/C950 мощностью в 100 кВ А использовался для нагрева подшипника CARB весом 2700 кг и сферического роликоподшипника весом 3320 кг. Корпуса этих подшипников весом около 8000 кг каждый нагревались также с помощью этого индукционного нагревателя.

Фиксирование подшипников в осевом направлении являлось основной трудностью. Принимая во внимание большой размер ветряной турбины, было понятно, что стандартный принцип, основанный на использовании крепежных гаек, в данном случае невозможен. Инженерам SKF удалось адаптировать фиксирующий механизм, применив безопасную разрезнуюгайку типа SKF HMS. В результате была создана система фиксации, не требующая шпоночной канавки на валу, что обеспечило дополнительную жесткость конструкции и снизило производственные издержки. Система легко монтируется и разбирается для целей ремонта и техобслуживания. Также исчезла проблема фреттинг-коррозии при демонтаже.

Смазка является еще одним важным аспектом обеспечения надежности и периодичности техобслуживания турбины. SKF обладает значительным опытом в смазочных технологиях, который может быть с успехом применен в конструкциях ветряных турбин.

Издержки на техобслуживание представляют собой значительную статью расхода в промышленности. До 25% стоимости энергии, произведенной ветряными электростанциями, затрачивается на техническое обслуживание.

Традиционно использующиеся в других отраслях машиностроения методики по ряду причин практического характера не могут использоваться на  ветряных электростанциях. SKF поставила смазку LGEP 2 для решения этой задачи.

Стремление SKF снизить издержки своих заказчиков в данной отрасли промышленности привело к созданию системы WindCon. Это система мониторинга состояния для ветряных турбин, запущенная в 2002 г., которая изготавливается по конкретным требованиям заказчика. Она позволяет операторам турбинных установок увеличить работоспособное состояние механизмов и своевременно получать информацию о проблемах. Система оснащена программируемым устройством отслеживания («Intelligent Monitoring Unit»), которое непрерывно измеряет наиболее критичные параметры работы механизма, например, состояние подшипника, качество смазочного масла и температуру в генераторе. Данные передаются через Интернет специалистам SKF Reliability Systems, которые могут находиться в любой точке мира. За сравнительно короткое время присутствия на рынке было размещено уже несколько сотен заказов на подобные системы.

Проект REpower 5MW ознаменовал успешный переход всемирно известных технологий SKF на новый уровень. 5MW – это крупнейшая и наиболее производительная ветряная турбина в мире, появление которой положило начало новым стандартам экономической эффективности для ветряных турбин.

На следующий год планируется ввести в эксплуатацию еще несколько наземных турбин в прибрежных областях. Первые морские турбины начнут вырабатывать электроэнергию в 2006 г.