Tipi di cuscinetti per pale eoliche: pitch, yaw e albero principale: quali prove sui cuscinetti volventi generici sono supportate

Escludere i tipi che non possono sopportare carichi combinati radiali e assiali

Iniziare dal lato fisso. In una disposizione fissa/libera, il cuscinetto fisso posiziona l'albero assialmente e quindi sopporta carichi assiali in entrambe le direzioni.

Quindi deve essere un tipo che porta carichi radiali e assiali insieme¹⁰. Il lato libero è il caso opposto: sopporta solo carichi radiali ed è costruito per assorbire la dilatazione termica.

Ciò avviene tramite un cuscinetto separabile solo radiale o un accoppiamento con gioco tra anello esterno e alloggiamento¹⁰.

Per la posizione fissa, i candidati per carichi combinati indicati nella guida generica sono coppie accoppiate di cuscinetti a sfere a contatto angolare, cuscinetti a contatto angolare a doppia corona, cuscinetti a rulli conici a doppia corona (TDO), cuscinetti a rulli sferici e cuscinetti a rulli conici^1,10.

La gravosità del carico restringe poi la lista: un carico combinato leggero indica cuscinetti a sfere a gola profonda o a contatto angolare, un carico combinato pesante indica rulli conici¹⁹.

Dove il carico assiale è pesante in entrambe le direzioni, la guida è di accoppiare due o più cuscinetti o passare a un design a doppia corona¹⁹.

Questo fornisce un primo taglio difendibile per le posizioni pitch, yaw e albero principale: Cuscinetti a sfere a contatto angolare accoppiati, Cuscinetti a rulli conici e Cuscinetti a rulli sferici superano lo screening per carichi combinati. E i tipi solo radiali non appartengono al lato fisso.

Quale dei sopravvissuti si adatta a una data posizione eolica è una questione separata, risolta dai due controlli successivi.

Autoallineamento versus capacità di carico, e la velocità che si paga per il carico

La tolleranza al disallineamento e la capacità di carico tirano in direzioni opposte, e il rating di velocità segue la scelta del carico. I cuscinetti a rulli sferici si articolano tramite rulli a botte che scorrono su una pista esterna sferica.

Quindi continuano a funzionare sotto deflessione dell'albero pur sopportando carichi combinati radiali e assiali pesanti⁹. Il compromesso è la capacità: un cuscinetto autoallineante funziona a capacità di carico inferiore rispetto a un cuscinetto a gola profonda comparabile.

Ecco perché è riservato ai casi in cui l'allineamento non può essere realmente controllato³⁶. Tra i tipi per carichi combinati, il rullo conico sopporta un carico combinato sostanzialmente superiore rispetto a un cuscinetto a sfere a contatto angolare di dimensioni simili, ma a una velocità massima inferiore⁹.

Quindi l'ordine per una posizione eolica è il seguente. Se l'albero non può essere mantenuto in allineamento, il rullo sferico acquista tolleranza a costo di capacità.

Se l'allineamento è controllato e il carico combinato è pesante, il rullo conico acquista capacità a costo di velocità. Se la velocità domina e il carico combinato è moderato, il contatto angolare a sfere accoppiato rimane in gioco^9,36.

Prima di fissare il tipo, mettere sul tavolo il servizio effettivo: il disallineamento che il montaggio può tollerare e il carico combinato di picco. Includere anche la velocità di rotazione massima, perché ciascuno dei tre candidati vince su uno diverso di questi fattori.

Impostare la durezza delle piste come termine di durata, non come dettaglio estetico

La durezza appartiene alla specifica perché influisce sulla durata calcolata. Si riporta che i cuscinetti pitch e yaw sono cementati a circa 58 HRC o temprabili a induzione a circa 56 HRC.

E si riporta che una variazione di durezza della pista da 58 a 56 HRC riduce la durata L10 del 30%¹⁸. Due punti sulla scala di durezza valgono quindi circa un terzo della durata calcolata.

Ciò rende la specifica del trattamento termico e la sua verifica un elemento critico per il progetto piuttosto che un dettaglio di officina. L'acciaio generico per cuscinetti si colloca in un punto diverso.

L'acciaio ad alto carbonio e cromo (GCr15/AISI 52100, circa 1% carbonio e 1,5% cromo) raggiunge HRC60+ con un trattamento termico adeguato, offrendo elevata resistenza all'usura e resistenza alla fatica¹¹. Questo è un percorso di tempra a cuore, mentre i valori eolici sopra sono superfici cementate e temprabili a induzione¹⁸.

Non si deve presumere che i due siano intercambiabili. Chiedere al fornitore di dichiarare il processo di indurimento, la durezza superficiale target e la profondità di cementazione per la pista pitch o yaw.

Chiedere inoltre di mostrare i risultati delle misurazioni di durezza per cuscinetto piuttosto che solo un certificato del materiale. Se una pista in 52100 temprabile a cuore a HRC60+ sia accettabile per il servizio pitch o yaw eolico non è stabilito da queste fonti.

Fissare la base di calcolo della durata prima di confrontare le offerte

Due offerte di cuscinetti sono comparabili solo se entrambi i numeri L10 sono stati calcolati allo stesso modo. I carichi combinati radiali e assiali devono prima essere convertiti in un carico dinamico equivalente P.

Tale conversione dipende dal rapporto tra carico radiale e assiale e dall'angolo di contatto del cuscinetto, prima che P sia confrontato con il coefficiente di carico dinamico di base C²¹. La formula della durata nominale utilizza quindi un esponente di 3,0 per i cuscinetti a sfere e 10/3 per i cuscinetti a rulli²¹.

L'affidabilità cambia il numero che si sta quotando. L10 è la base di affidabilità del 90% con a1 = 1,00; un obiettivo del 95% utilizza a1 = 0,64 e un obiettivo del 99% utilizza a1 = 0,25.

E se la durata modificata è inaccettabile, la risposta è un cuscinetto con maggiore capacità dinamica⁸. La sensibilità al carico è ripida: raddoppiare il carico dinamico equivalente riduce la durata L10 calcolata a circa un ottavo³⁶.

Scrivere la base nella RFQ — metodo del carico equivalente, esponente, obiettivo di affidabilità e fattore a1 — e chiedere a ciascun fornitore di restituire L10 (o Ln) con gli input mostrati. Senza ciò, una durata quotata più lunga potrebbe significare solo un'ipotesi di affidabilità diversa.

Scegliere la famiglia di tenute in base alla velocità, poi chiedere lo schema di lubrificazione

La scelta della tenuta segue la velocità e la temperatura dell'albero più che il carico. Le tenute non a contatto — tipi a fessura, labirinto e guarnizione — sono adatte per posizioni ad alta velocità e alta temperatura.

Le tenute a contatto come feltro, coppa in cuoio e design in gomma sono adatte per servizio a media e bassa velocità²⁶. Le tenute in gomma resistono all'ingresso di polvere e acqua e trattengono il lubrificante, il che è l'argomento a loro favore in ambienti umidi o sporchi²⁶.

Per una posizione eolica ad alta velocità, ciò indirizza verso un concetto a labirinto o fessura. Per una posizione a rotazione lenta esposta alle intemperie, una tenuta a contatto è la famiglia da valutare.

Ciò che le prove non forniscono è il metodo di lubrificazione o l'intervallo di manutenzione effettivamente utilizzato sui cuscinetti pitch, yaw o albero principale. Quindi trattare grasso versus olio e intervallo di rilubrificazione come dati del fornitore da richiedere, non da presumere.

Controlli pre-RFQ che impediscono di accettare un'offerta solo in base al tipo

Un tipo di cuscinetto corretto è l'inizio della specifica, non la fine. Questi controlli colmano le lacune che una designazione di tipo lascia aperte.

• ✓Dichiarare esplicitamente la classe di tolleranza — le classi JIS B 1514 vanno da 0, 6X, 6, 5, 4, 2 in precisione crescente, e la classe si basa sugli standard ISO.
• ✓Richiedere il processo di indurimento, la durezza superficiale target e la profondità di cementazione per le piste pitch e yaw, con risultati di misurazione per cuscinetto.
• ✓Fissare la base di durata nella RFQ: metodo del carico dinamico equivalente, esponente per sfere o rulli, obiettivo di affidabilità e fattore a1.
• ✓Nominare la famiglia di tenute (labirinto non a contatto o fessura versus gomma a contatto) e la velocità e temperatura che deve sopportare.
• ✓Chiedere se è necessario un diametro primitivo della gabbia personalizzato o un complemento di rulli, poiché l'utensileria unica può comportare costi elevati indipendentemente dall'idoneità.
• ✓Chiedere al fornitore di confermare il metodo di lubrificazione e l'intervallo di rilubrificazione per la posizione, poiché le fonti non li specificano.

Perché vale la pena lo sforzo di specifica

La scelta del cuscinetto comporta un rischio di costo sproporzionato rispetto al suo numero di parti. Più del 60% dei guasti dei riduttori è attribuito ai cuscinetti.

Sebbene tali guasti siano meno frequenti dei guasti elettrici, sono molto più costosi da riparare¹⁸. Questo è l'argomento per dedicare sforzi di specifica a durezza, base di durata e tenute prima dell'ordine piuttosto che dopo un guasto.

La cifra è un'attribuzione di guasto del riduttore, non una statistica di affidabilità sul campo eolico. Quindi usarla per giustificare lo sforzo e non per prevedere una durata in servizio.

Dove le prove sulla durezza discordano, e cosa richiedere

Le due posizioni sulla durezza di seguito descrivono processi diversi e applicazioni diverse, e le fonti non le riconciliano per il servizio eolico. Mantenere entrambe visibili quando si scrive la clausola sul trattamento termico.

Prima di richiedere un'offerta

• Il quadro delle fonti lascia aperto questo punto — sottoponetelo al fornitore: nessuna geometria interna specifica per pitch o yaw (contatto a quattro punti, rulli su tre file) né progettazione di piste di rotolamento e montaggio.
• Il quadro delle fonti lascia aperto questo punto — sottoponetelo al fornitore: nessun layout del supporto dell'albero principale, né capacità di carico dinamico o statico effettive per i cuscinetti dell'albero principale eolici.
• Richiedete la scheda tecnica completa con unità, condizioni di prova e ipotesi di configurazione.
• Il quadro delle fonti lascia aperto questo punto — sottoponetelo al fornitore: nessuno schema di tenuta o lubrificazione per cuscinetti eolici, nessuna scelta tra grasso e olio, nessun lubrificatore automatico né intervalli di manutenzione.
• Il quadro delle fonti lascia aperto questo punto — sottoponetelo al fornitore: nessun requisito di certificazione DNV GL o IEC 61400, né validazione del progetto, prova di durata o spettro di carico specifici per le turbine eoliche.
• Il quadro delle fonti lascia aperto questo punto — sottoponetelo al fornitore: nessuna classe di tolleranza per cuscinetti eolici, metodo di ispezione, requisito di tracciabilità né capacità di volume produttivo.
• Confermate la copertura di servizio con nomi precisi, le aspettative di risposta e le condizioni di garanzia per la vostra destinazione.
• Il quadro delle fonti lascia aperto questo punto — sottoponetelo al fornitore: nessun dato di vita L10 in campo, modalità di guasto o MTBF da installazioni comparabili.