La forte espansione in atto nel settore dell\u2019energia eolica impone turbine pi\u00f9 grandi, che spesso devono operare in ambienti estremamente ostili. Per ottenere dai cuscinetti prestazioni ottimali in applicazioni impegnative, gli OEM devono adottare un approccio di sistema globale.<\/p>\n\n\n\n
di Steffen Beck<\/em><\/p>\n\n\n\n Negli ultimi anni il mercato globale dell\u2019energia eolica \u00e8 cresciuto rapidamente, ottenendo incrementi di capacit\u00e0 e riduzioni dei costi oltre le aspettative di molti osservatori del settore. Sono molti i fattori che influenzano il design della trasmissione meccanica <\/strong> Esempi di disposizioni dei cuscinetti nelle grandi turbine<\/strong> Oltre alla disposizione, altri elementi vanno presi in considerazione<\/strong> Nota sull\u2019autore: Steffen Beck \u00e8 ingegnere dell\u2019applicazione SKF per il settore eolico.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" La forte espansione in atto nel settore dell\u2019energia eolica impone turbine pi\u00f9 grandi, che spesso devono operare in ambienti estremamente ostili. Per ottenere dai cuscinetti prestazioni ottimali in applicazioni impegnative, gli OEM devono adottare un approccio di sistema globale. di Steffen Beck Negli ultimi anni il mercato globale dell\u2019energia eolica \u00e8 cresciuto rapidamente, ottenendo incrementi …<\/p>\n","protected":false},"author":9,"featured_media":6611,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[50],"tags":[21],"class_list":["post-6610","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-applicazioni","tag-skf"],"openstation_lock":null,"openstation_contributors":[],"openstation_attached_media":[6611],"yoast_head":"\n
\nUn elemento chiave di tale espansione \u00e8 stato lo sviluppo di design di turbine pi\u00f9 grandi e pi\u00f9 potenti.
\nAnche le piattaforme offshore, che possono beneficiare di condizioni di vento costante e consentono l\u2019installazione di grandi sistemi di turbine, hanno contribuito alla crescita del settore.
\nLe turbine pi\u00f9 grandi attualmente in funzione hanno una capacit\u00e0 di 8,8 MW. Nell\u2019estate del 2018 erano in fase di costruzione le prime unit\u00e0 da 9,5 MW, con unit\u00e0 da 12 MW in fase di sviluppo. Queste enormi unit\u00e0, che possono raggiungere 230 metri di altezza con rotori di oltre 160 metri di diametro, pongono una serie di importanti sfide di progettazione. Un elemento critico \u00e8 la disposizione di cuscinetti per l\u2019albero principale. Collocati all\u2019interno della navicella in cima alla torre della turbina, questi cuscinetti devono supportare il peso del rotore, oltre a compensare carichi aggiuntivi generati dal vento, e, al contempo, consentire al rotore di girare liberamente e trasmettere la coppia al generatore.
\nI cuscinetti dell\u2019albero principale delle turbine eoliche operano in condizioni difficili: ruotano a velocit\u00e0 relativamente basse, circa 10 giri\/min, e sono costantemente esposti ai carichi mutevoli prodotti dalle variazioni del flusso d\u2019aria sulla turbina e dalle regolazioni effettuate dal suo sistema di controllo. Nelle applicazioni offshore, i cuscinetti delle turbine possono anche essere esposti all\u2019effetto corrosivo dell\u2019acqua di mare. Nelle turbine eoliche di maggiori dimensioni, questi cuscinetti hanno un foro interno di oltre 2 metri e, dati gli elevati costi e le difficolt\u00e0 tecniche associate alla loro sostituzione, gli operatori richiedono cuscinetti che assicurino la stessa durata operativa delle turbine, ovvero 25 anni.<\/p>\n\n\n\n
Non esiste una sola configurazione ideale per i cuscinetti dell\u2019albero principale delle turbine. Il design della trasmissione meccanica delle turbine dipende da molteplici fattori, tra cui lo spazio disponibile all\u2019interno della navicella, la configurazione del moltiplicatore e il regime operativo specifico di ciascuna unit\u00e0.
Alcune configurazioni di turbine, ad esempio, prevedono un sistema di trasmissione diretta, in cui il generatore \u00e8 montato sull\u2019albero principale senza ingranaggi intermedi. Altre, soprattutto nel caso delle turbine di grandi dimensioni, utilizzano un albero relativamente lungo all\u2019interno della navicella per mantenere le punte delle pale lontane dalla torre, poich\u00e9 sono esposte a deflessioni determinate dai carichi del vento.<\/p>\n\n\n\n
Le grandi turbine moderne utilizzano molteplici disposizioni diverse di cuscinetti. Ecco alcuni esempi.
– Disposizioni con posizione di vincolo e posizione libera, che richiedono almeno due cuscinetti separati tra l\u2019albero principale e il generatore: un cuscinetto nella posizione di vincolo, esposto a carichi sia assiali sia radiali, e un cuscinetto nella posizione libera per compensare solo carichi radiali.
– TRB in disposizione a vincolo incrociato
– Cuscinetti per carichi momentanei
– Sospensioni a tre punti, che prevedono un cuscinetto per la posizione di vincolo e un moltiplicatore.
I produttori di turbine adottano anche approcci di progettazione differenti per la scelta dei cuscinetti in base alla loro funzione. Alcune turbine sono pi\u00f9 flessibili di altre e possono sopportare i disallineamenti, senza essere gravate da carichi parassiti dovuti alla deflessione dell\u2019albero. In questo caso, la disposizione prevede due gruppi di cuscinetti orientabili a rulli (SRB) (uno nella posizione di vincolo e uno nella posizione libera), oppure un cuscinetto SRB abbinato a un cuscinetto CARB (perch\u00e9 i cuscinetti CARB possono sopportare la deflessione dell\u2019albero e il disallineamento). L\u2019SRB presenta un design per cui i rulli sono relativamente liberi di stabilizzarsi in posizione all\u2019interno del cuscinetto per compensare la deflessione e il disallineamento, assicurando, al contempo, una distribuzione uniforme dei carichi sulla superficie dei rulli stessi.
Altri produttori utilizzano configurazioni pi\u00f9 \u201crigide\u201d, come due TRB in disposizione a vincolo incrociato. Questa disposizione \u00e8 ottimale per compensare i carichi assiali molto pesanti a cui sono esposte le grandi turbine, ma dato che i cuscinetti devono operare con un determinato precarico, \u00e8 necessario un elevato grado di precisione di montaggio per assicurarne il corretto funzionamento.
Bench\u00e9 si discuta molto sui vantaggi relativi delle diverse disposizioni di cuscinetti, analisi, test ed esperienza sul campo hanno dimostrato che tutte le configurazioni adottate attualmente possono operare in maniera affidabile. Secondo quanto riportato nell\u2019International Journal of Renewable Energy Research, ad esempio, i ricercatori della University of Technology di Troyes, Francia, hanno scoperto che n\u00e9 il tipo di cuscinetto utilizzato n\u00e9 la sua posizione sono fattori che influenzano l\u2019usura dei cuscinetti delle turbine eoliche.<\/p>\n\n\n\n
Analogamente a molti altri problemi ingegneristici, il tipo e la disposizione di cuscinetti non offrono un rimedio universale per superare le sfide associate all\u2019affidabilit\u00e0 delle turbine eoliche. I produttori devono piuttosto assicurarsi che, indipendentemente dalla disposizione scelta, i cuscinetti siano progettati, dimensionati e prodotti per soddisfare i requisiti imposti dalle condizioni di esercizio delle applicazioni specifiche. Inoltre, come per altre aree dell\u2019ingegneria per alte prestazioni, sono i dettagli che contano: assicurare che tutti i cuscinetti in un sistema siano progettati per lavorare insieme, ad esempio, prevedendo una geometria e un gioco adeguati.
Profili dei rulli ottimizzati consentono di ridurre le sollecitazioni di picco, quando i cuscinetti sono esposti a condizioni di sovraccarico transitorio a causa di raffiche di vento o vibrazioni indotte internamente. Materiali altamente puri e trattamento termico rigorosamente controllato durante la produzione favoriscono una maggiore capacit\u00e0 di carico e il prolungamento della durata di esercizio dei cuscinetti.
I produttori devono anche adottare un approccio di sistema globale. Per soddisfare i requisiti in termini di peso e ingombri ridotti, si sta rivelando sempre pi\u00f9 vantaggioso integrare componenti del sistema di trasmissione differenti all\u2019interno della turbina. Alcuni design, ad esempio, integrano uno dei cuscinetti del rotore principale nel moltiplicatore In questo caso, \u00e8 essenziale disaccoppiare il cuscinetto del rotore e le sue strutture circostanti dagli stadi successivi dell\u2019ingranaggio, per assicurare che le deformazioni nel cuscinetto non si ripercuotano negativamente sulle prestazioni e l\u2019affidabilit\u00e0 del moltiplicatore.
Grazie all\u2019esperienza maturata sul campo e all\u2019intensa collaborazione con i maggiori produttori di turbine, SKF \u00e8 all\u2019avanguardia nella progettazione e produzione di cuscinetti per le turbine eoliche. La multinazionale sviluppa costantemente nuove competenze per restare al passo con l\u2019evoluzione del settore. Un esempio \u00e8 l\u2019SKF Sven Wingquist Test Center in Baviera, il primo centro di collaudo al mondo dotato di un banco prova in grado di testare non solo singoli cuscinetti per il settore eolico (con diametro esterno fino a 6 metri), ma anche disposizioni di cuscinetti complete, compresi i componenti adiacenti del cliente, in condizioni di carico realistiche. <\/p>\n\n\n\n