Łożysko odchylenia
Łożysko odchylenia jest najważniejszym i najbardziej kosztownym elementem systemu odchylenia , który można znaleźć w nowoczesnych turbinach wiatrowych o poziomej osi obrotu . Łożysko odchylające musi radzić sobie z ogromnymi statycznymi i dynamicznymi obciążeniami i momentami podczas pracy turbiny wiatrowej oraz zapewniać płynną charakterystykę obrotu dla orientacji gondoli w każdych warunkach pogodowych. Musi być również na korozję i zużycie oraz wyjątkowo trwały. Powinien wystarczyć na cały okres eksploatacji turbiny wiatrowej), a jednocześnie jest opłacalny.
Historia
Wiatraki z XVIII wieku zaczęły wdrażać obrotowe gondole do wychwytywania wiatru wiejącego z różnych kierunków. Systemy odchylania tych „prymitywnych” wiatraków były zaskakująco podobne do tych w nowoczesnych turbinach wiatrowych. Gondole obracały się za pomocą napędzanych wiatrem napędów odchylających , zwanych fantailami lub siłą zwierząt, i były montowane na wieżach wiatraków za pomocą osiowego łożyska ślizgowego.
Te łożyska ślizgowe składały się z wielu bloków ślizgowych zamocowanych na konstrukcji wieży wiatraka. Bloki te utrzymywały kontakt ślizgowy z pierścieniem ślizgowym na gondoli. Bloki ślizgowe były drewnianymi kawałkami przypominającymi sześciany z wypukłą powierzchnią ślizgową pokrytą tłuszczem zwierzęcym lub nawet wyłożoną blachą miedzianą (lub mosiężną) jako środkiem zmniejszającym tarcie . Te drewniane klocki mocowano w drewnianych szczelinach, wykutych w drewnianej podkonstrukcji nośnej, za pomocą gwoździ lub klinów i zostały starannie wypoziomowane, aby stworzyć płaską powierzchnię, na której mógłby ślizgać się pierścień ślizgowy gondoli. Klocki ślizgowe mimo smarowania dość często się zużywały i wymagały wymiany. Ta operacja była stosunkowo prosta dzięki klinowemu połączeniu podkonstrukcji z blokami ślizgowymi. Bloki ślizgowe były dodatkowo blokowane za pomocą ruchomych urządzeń blokujących, które w innej postaci pozostają rozwiązaniem technicznym w nowoczesnych ślizgowych łożyskach odchylających.
Pierścień ślizgowy gondoli wiatraka został wykonany z wielu drewnianych części i pomimo starych technik konstrukcyjnych był zwykle dość poziomy, umożliwiając płynne obracanie się gondoli wokół osi wieży.
Hybrydowy system łożysk odchylających łączy w sobie rozwiązania stosowane w starych wiatrakach. Ten system składa się z wielu wyjmowanych promieniowych podkładek ślizgowych w połączeniu z osiowym łożyskiem wałeczkowym.
typy
Główne kategorie łożysk odchylających to:
- Łożysko wałeczkowe odchylające: łożysko o dużej średnicy (zwykle łożysko czteropunktowe)
- Ślizgające się łożysko odchylające: suche lub smarowane łożysko ślizgowe z wieloma osiowymi i promieniowymi podkładkami ślizgowymi stykającymi się ciernie ze stalową tarczą o dużej średnicy, zwykle połączone z wieńcem zębatym jako pojedynczy element
Łożysko wałeczkowe
Łożysko wałeczkowe jest powszechnym technicznym rozwiązaniem łożyska odchylającego, stosowanym przez wielu producentów turbin wiatrowych, ponieważ zapewnia niskie tarcie toczenia i płynny obrót gondoli. Niskie tarcie przy skręcaniu pozwala na zastosowanie nieco mniejszych napędów odchylenia (w porównaniu z rozwiązaniem z łożyskiem ślizgowym), ale z drugiej strony wymaga układu hamowania odchylenia.
Niektórzy producenci stosują wiele mniejszych napędów odchylających (zwykle sześć), aby ułatwić łatwą wymianę. Taka konfiguracja z wieloma napędami odchylania często oferuje możliwość aktywnego hamowania odchylenia z wykorzystaniem różnicowego momentu obrotowego z napędów odchylenia. W tym przypadku połowa napędów odchylających przykłada niewielką ilość momentu obrotowego do obrotu w prawo, a druga połowa przykłada moment obrotowy w przeciwnym kierunku, a następnie uruchamia wewnętrzne hamulce magnetyczne silnika elektrycznego. W ten sposób wyeliminowany zostaje luz na wieńcu koła zębatego, a gondola jest unieruchomiona.
Łożysko ślizgowe
Ślizgające się łożysko odchylające jest połączonym łożyskiem osiowym i promieniowym , które służy jako obrotowe połączenie gondoli turbiny wiatrowej i wieży. W przeciwieństwie do starej koncepcji wiatraka, nowoczesne łożyska odchylające podtrzymują gondolę również od [ wymagane wyjaśnienie ] , powstrzymując w ten sposób obrót gondoli wokół osi Y z powodu momentów wywołanych przez górną połowę tarczy zmiatającej wirnika i Oś X ze względu na moment obrotowy układu napędowego (tj. wirnika, wału, generatora itp.).
Zasadniczo najprostszym sposobem wykonania zadań związanych z łożyskami odchylającymi za pomocą elementów ślizgowych są dwie płaszczyzny ślizgowe dla obciążeń osiowych (góra i dół) oraz promieniowa powierzchnia ślizgowa dla obciążeń promieniowych. W konsekwencji ślizgowe łożysko odchylenia zawiera trzy ogólne powierzchnie pokryte wieloma podkładkami ślizgowymi. Te podkładki ślizgowe stykają się ślizgowo ze stalową tarczą, która jest zwykle wyposażona w zęby koła zębatego , tworząc tarczę ślizgową/obręcz koła zębatego. Zęby mogą być usytuowane na wewnętrznej lub zewnętrznej części cylindrycznej powierzchni dysku, podczas gdy rozmieszczenie podkładek ślizgowych oraz ich dokładna liczba i położenie różnią się znacznie między istniejącymi projektami. Aby zmontować ślizgowe łożyska odchylające, ich koszyki dzielą się na kilka segmentów, które są montowane razem podczas instalacji lub produkcji turbiny wiatrowej .
W najprostszej postaci łożysko ślizgowe odchylające wykorzystuje podkładki (zwykle wykonane z polimerów ) rozmieszczone wokół trzech powierzchni styku, aby zapewnić odpowiedni system prowadzenia ruchu promieniowego i osiowego przy stosunkowo niskim współczynniku tarcia. Takie systemy są ekonomiczne i bardzo wytrzymałe , ale nie pozwalają na indywidualną regulację osiowych i promieniowych elementów ślizgowych. Ta funkcja w istotny sposób minimalizuje osiowy i promieniowy „luz” łożyska ślizgowego z powodu tolerancji produkcyjnych, jak również z powodu zużycia podkładek ślizgowych podczas pracy.
Aby rozwiązać ten problem, systemy odchylania zawierają wstępnie naprężone łożyska ślizgowe. Łożyska te mają podkładki ślizgowe, które są dociskane za pomocą elementów dociskowych do tarczy ślizgowej w celu ustabilizowania gondoli przed niepożądanym ruchem. Elementami dociskowymi mogą być zwykłe stalowe sprężyny , pneumatyczne lub hydrauliczne elementy napinające itp. Zastosowanie pneumatycznych lub hydraulicznych elementów napinających umożliwia aktywną kontrolę naprężenia wstępnego łożyska odchylającego, co zapewnia funkcję hamulca odchylenia.
Zużycie i smarowanie
We wszystkich łożyskach ślizgowych zużycie jest kwestią niepokojącą, podobnie jak smarowanie. Konwencjonalne ślizgowe łożyska odchylające zawierają elementy ślizgowe wykonane z tworzyw polimerowych, takich jak tworzywo polioksymetylenowe (POM) lub poliamid (PA). Aby zmniejszyć tarcie, zużycie i uniknąć efektu stick-slip (często występujące w takich wolno poruszających się układach o dużym tarciu), często wprowadza się smarowanie. To rozwiązanie generalnie rozwiązuje problemy związane z poślizgiem, ale wprowadza więcej elementów do systemów i zwiększa ogólną komplikację (np. trudne procedury konserwacji w celu usunięcia zużytego smaru). Niektórzy producenci turbin wiatrowych stosują obecnie samosmarujące elementy ślizgowe zamiast centralnego układu smarowania. kompozytów o niskim współczynniku tarcia (np. politetrafluoroetylen (teflon)), które umożliwiają niezawodne działanie suchych (niesmarowanych) ślizgowych systemów odchylania.
Konserwacja i naprawa
Pomimo faktu, że ślizgowe łożyska odchylenia i ich komponenty są zaprojektowane i skonstruowane tak, aby służyły przez cały okres użytkowania turbiny wiatrowej powinna istnieć możliwość wymiany zużytych elementów ślizgowych łożyska wahacza lub innych elementów układu odchylania. Aby umożliwić wymianę zużytych elementów, systemy odchylania są zaprojektowane w segmentach. Zwykle jedna lub więcej płaszczyzn ślizgowych zawiera kilka podelementów, które zawierają pewną liczbę elementów ślizgowych (promieniowych lub osiowych lub ich kombinacji). Te podelementy można indywidualnie wyjmować i naprawiać, ponownie montować lub wymieniać. W ten sposób łożysko odchylenia może być serwisowane bez konieczności demontażu całego łożyska odchylenia ślizgowego (np. w przypadku łożyska wałeczkowego, demontażu całej turbiny wiatrowej). Ta zdolność do naprawy oferowana przez segmentową konstrukcję łożyska ślizgowego jest jedną z najważniejszych zalet tego systemu w porównaniu z łożyskiem tocznym.
Pozostała tylko kwestia wymiany elementów ślizgowych ślizgowej powierzchni nośnej odchylenia, która nie jest segmentowana. Jest to zwykle górna powierzchnia osiowa łożyska ślizgowego, które stale podtrzymuje ciężar całego zespołu gondola-wirnik. Aby wymienić elementy ślizgowe tej powierzchni ślizgowej, zespół gondoli-wirnika musi zostać podniesiony za pomocą zewnętrznego dźwigu . Alternatywnym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie podnośników mechanicznych lub hydraulicznych w stanie częściowo lub całkowicie podnieść zespół gondoli z wirnikiem, gdy ślizgowe łożysko odchylenia jest nadal na swoim miejscu. W ten sposób i przez zapewnienie małego prześwitu pomiędzy elementami ślizgowymi a tarczą ślizgową, możliwa jest wymiana elementów ślizgowych bez demontażu ślizgowego łożyska odchylającego.
Regulacja łożyska
Po umieszczeniu gondoli turbiny wiatrowej na wieży i zakończeniu montażu łożyska odchylenia konieczne jest wyregulowanie nacisku na poszczególne podkładki ślizgowe łożyska. Jest to konieczne, aby uniknąć nierównomiernego zużycia podkładek ślizgowych i nadmiernego obciążenia niektórych sektorów łożyska odchylającego. Aby to osiągnąć, niezbędny jest mechanizm regulacji, który umożliwia technikom regulację nacisku każdego pojedynczego elementu ślizgowego w kontrolowany i bezpieczny sposób. Najczęstszym rozwiązaniem jest zastosowanie dolnych płyt nośnych wyposażonych w duże otwory, które mieszczą regulowane systemy łożysk ślizgowych. Te regulowane łożyska ślizgowe zawierają zespół ślizgowy (tj. podkładkę ślizgową) i regulowaną płytkę rozprowadzającą nacisk. Pomiędzy podkładką ślizgową a płytką dociskową znajduje się kilka elementów sprężynowych (napinających). Pionowe położenie płytek dociskowych jest zwykle kontrolowane za pomocą śruby regulacyjnej. Ta śruba regulacyjna naciska na płytkę dociskową, będąc przytrzymywana przez płytkę nośną przeciwnaciskową, zamocowaną do zespołu łożyska mocnymi śrubami. W ten sposób możliwe jest zastosowanie różnych poziomów nacisku stykowego między różnymi podkładkami ślizgowymi, a tym samym zapewnienie, że każdy element ślizgowy układu łożyska odchylającego działa zgodnie z oczekiwaniami.
Zobacz też
Dalsza lektura
- Elektrownie wiatrowe, R. Gasch i J. Twele, Solarpraxis, ISBN 3-934595-23-5
- Podręcznik energii wiatrowej, T. Burton [i in.], John Wiley & Sons, Ltd, ISBN 0-471-48997-2
- Molenbouw, A. Sipman, Zutphen, 2002, ISBN 90-5730-119-9
