업그레이드된 로터 베어링으로 ​​향상된 바람 제공

Sep 02, 2023

작성자: WPED 기여자 | 2019년 8월 30일

작성자: Andreas Bierlein, Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG, Antonio Silverio, Schaeffler Group USA Inc.

풍력 터빈의 신뢰성, 내구성 및 효율성을 높이기 위한 노력의 일환으로 셰플러는 터빈 로터 샤프트용 구형 롤러 베어링(SRB)의 전체 라인업을 업그레이드했습니다.

10,000개의 풍력 터빈에서 수집된 데이터를 사용하여 여러 손상 패턴에 대한 철저한 조사가 수행되었으며 적절한 대책과 솔루션이 개발되었습니다. 이러한 새로운 SRB 설계는 높은 내마모성과 상당히 낮은 마찰 토크 및 작동 온도를 제공하므로 터빈의 작동 수명이 크게 연장됩니다.

로터 샤프트 베어링은 다양한 동적 하중, 특히 높은 축 하중을 받습니다.

견고한 디자인로터 베어링은 풍력 터빈 내부의 중요한 구성 요소이기 때문에 Schaeffler는 표준 SRB 배열을 대폭 최적화하여 성능을 더욱 향상시켰습니다.

초기 설계 개선은 두 가지 영역에 중점을 두었습니다. 첫 번째 단계는 가장 극한 조건에서도 가장 낮은 접촉 응력을 달성하기 위해 롤러와 궤도의 프로파일을 수정하는 것이었습니다. 두 번째 단계는 축 강성을 증가시키고 모든 롤러와 궤도에서 관찰되는 조기 마모의 주요 원인인 롤러의 과도한 축 변위를 대폭 줄이는 내부 링용 중앙 리브를 설계하는 것이었습니다.

이러한 새로운 SRB 설계는 Schaeffler "X-life" 품질 인증에 대한 검증의 일환으로 광범위한 테스트를 성공적으로 완료했습니다. 이에 필요한 검증 단계는 독일 풍력 인증 기관인 Germanischer Lloyd(GL 인증서 GL-CER-002-2015)의 인증을 받았습니다. 특허 받은 비대칭 구면 롤러 베어링(ASRB) 설계도 터빈 효율을 더욱 향상시키기 위해 개발되었습니다.

ASRB는 두 롤러 열 사이에 보다 균형 잡힌 내부 하중 분포를 달성하는 동시에 축방향 하중 전달 능력을 크게 증가시킵니다. 롤러 열 사이의 향상된 하중 분포는 소성 변형에 대한 저항력을 높이고 베어링 서비스 수명을 크게 연장합니다.

두 가지 서로 다른 접촉각을 특징으로 하는 ASRB는 두 배의 하중 전달 능력을 갖추고 있습니다. 축방향 하중은 접촉각이 더 높은 행 측(바람 방향)에 의해 전달되는 반면, 방사형 하중은 대부분 접촉각이 낮은 행 측(바람 방향)에 의해 지지됩니다.

운영 데이터 조사 고장난 베어링을 조사하는 동안 상당한 비율의 고장이 주로 3점 및 4점 지지 로터 샤프트 시스템의 베어링 위치를 찾는 데 발생했다는 사실이 밝혀졌습니다. 또한 대부분의 손상은 위치 베어링의 축 방향 하중 열(바람 방향)에 집중되었습니다. 대부분 표면 수준에서 발견된 손상은 ISO15243에 따라 표면 근처에서 발생하는 피로(표면 조난) 또는 연마 마모로 분류됩니다.

셰플러의 혁신적인 비대칭 구면 롤러 베어링은 축방향 변위를 줄여 베어링 롤러와 궤도의 손상 위험을 크게 줄입니다.

무작위 조건에서 작동하는 풍력 터빈 메인 베어링의 마모는 이미 널리 알려진 문제입니다. 이러한 유형의 손상은 주로 윤활막이 매우 얇거나 존재하지 않을 수 있는 다양한 샤프트 속도와 하중으로 인해 발생합니다. 롤러와 궤도 표면 사이의 분리된 윤활막이 저하되면 마이크로피팅, 번짐 및 결과적으로 표면 수준에 광범위한 손상이 발생하게 됩니다.

표면 근처에서 발견된 손상 패턴에 대한 최상의 솔루션을 정의하기 위해 포괄적인 내부 테스트 시뮬레이션 배터리가 수행되었습니다. 최첨단 도구와 테스트 장비를 사용하여 여러 관련 베어링 기능을 식별, 시뮬레이션 및 테스트했습니다. 경계선 윤활 조건으로 인한 표면 마모를 줄이거나 제거하기 위해 다양한 솔루션이 고안되고 구현되었습니다.