Подшипники SKF Nautilus

12.04.2017
Подшипники SKF Nautilus в турбинах c редуктором

За последние несколько лет были реализованы очень компактные трансмиссии с полуинтегрированными подшипниками SKF Nautilus для турбин мощностью от 2 до 6 МВт с диаметром ротора около 125 м. В таких конструкциях в главной раме в передней части гондолы устанавливается подшипник для восприятия моментных нагрузок (рис. 7). Подшипник обеспечивает оптимальную передачу всех усилий и изгибающих моментов вала ротора на главную раму турбины. Подшипник установлен на коротком валу ротора между ступицей и редуктором.

Рис. 7: Подшипниковый узел с полуинтегрированным подшипником SKF Nautilus, компактная конструкция трансмиссии.

Рис. 7: Подшипниковый узел с полуинтегрированным подшипником SKF Nautilus, компактная конструкция трансмиссии.





Данный двухрядный коничес­кий роликоподшипник, установленный по О-образной схеме, имеет большой диаметр и создаёт основу для массивного центра давления подшипника, что позволяет компенсировать и передавать большие опрокидывающие моменты. Внутренний угол контакта 45° и относительно небольшой угол конического ролика в вершинной точке обеспечивают полноценный контакт качения с дорожками качения по всей длине роликов без разрушительного проскальзывания. Конструкция с использованием сегментных сепараторов SKF обеспечивает необходимую упругость при больших отклонениях системы в условиях тяжёлого нагружения.

В случае диаметров ротора до 180 м в новой категории турбин мощностью 8 МВт вылет от центра ступицы до центра башни становится ещё больше, что обеспечивает достаточное пространство для изгиба концов лопастей. Это означает, что гондола имеет достаточную длину для установки модульной трансмиссии с двухподшипниковой опорой и фланцевым редуктором. При использовании подшипника SKF Nautilus важно уменьшить вылет ступицы, чтобы максимально сократить расстояние от точки крепления ступицы лопастей до подшипника и расположить центр тяжести редуктора массой от 80 до 110 тонн как можно ближе к центру опоры или позади него.

Это относится и к концепциям гибридной турбины мощностью 8 МВт, в которой вся трансмиссия (подшипник ротора, редуктор и генератор) интегрирована в единый узел. При интеграции подшипника ротора в узел редуктора важно обеспечить, чтобы деформации в подшипнике ротора и сопряжённых конструкциях не оказывали влияние на последующую (планетарную) ступень редуктора. Этим обеспечивается подача чистого крутящего момента на первичный вал ведущей шестерни (номинальной величиной до 10 000 кНм) и отсутствие помех для точного зацепления шестерён.


Подшипники SKF Nautilus в безредукторных приводах.
Выбор типов подшипников и их расположение оказывает влияние на общую деформацию и жёсткость трансмиссии, а следовательно, на конструкцию электрогенератора в отношении силы и массы магнита и необходимого воздушного зазора генератора. Уменьшение воздушного зазора генератора всего на 1 мм может привести к значительной экономии и заметному повышению производительности турбины на протяжении всего срока её службы.

В дополнение к концепциям с двумя коническими роликоподшипниками, двухрядным коническим роликоподшипником и цилиндрическим подшипником ротора, изначально собранным на стационарном шкворне, в мире всё большее распространение получает вариант с подшипником, компенсирующим моментные нагрузки (рис. 8). Такой подшипник служит в качест­ве центрального звена между ступицей и низкооборотным генератором, который устанавливается в передней части башни («bug generator»).

Рис. 8: Узел с подшипником SKF Nautilus между ступицей лопас­тей и генератором.

Рис. 8: Узел с подшипником SKF Nautilus между ступицей лопас­тей и генератором.






Исполнения подшипника SKF Nautilus требуют детальной проработки рабочих характеристик подшипника и оптимизации воздушного зазора генератора (эксцентриситет, отклонение, угловая несоосность) с учётом деформации всей конструкции. Дополнительно необходимо учитывать также практические аспекты в отношении доступности для замены уплотнений, а также повторного заполнения пластичной смазкой и удаления старой смазки. Для этого SKF предлагает соответствующие уплотнения большого диаметра в цельном и разъёмном исполнениях.

Для удовлетворения требований стандартов SKF для ветряных установок и сторонних требований DNV-GL к сертификации ветряных турбин требуется очень высокая статическая и динамическая грузоподъёмность подшипников, чтобы обеспечить заявленный срок эксплуатации в 20 лет.

Для турбин мощностью 8 МВт потребуется обеспечить ещё более высокую грузоподъёмность с использованием увеличенных роликов и сечений колец. SKF получает запросы на усовершенствование подшипниковых узлов, включая применение новых уплотнений для смазывания маслом, с учётом физических ограничений.