تطبيق الصناعة

مقدمة لتطبيق أختام الزيت في معدات طاقة الرياح

في صناعة طاقة الرياح، تواجه المعدات ظروف تشغيل قاسية بما في ذلك التغيرات الشديدة في درجات الحرارة، والرياح القوية والرمال، ورذاذ الملح الرطب، والاهتزاز المستمر، وفترات طويلة من التشغيل غير المراقب. ولذلك، فإن موثوقية موانع تسرب الزيت، التي تعمل بمثابة "حراس" للمكونات الرئيسية، ترتبط ارتباطًا مباشرًا بكفاءة توليد الطاقة، وتكاليف الصيانة، وعمر خدمة توربينات الرياح.

1. الوظائف الأساسية والأهمية

أختام الزيت في معدات طاقة الرياح لها مهمتان أساسيتان:

1. 1. الاحتفاظ بالتشحيم: منع تسرب زيت التشحيم أو الشحوم من علبة التروس، والعمود الرئيسي، ومحامل الانعراج والميل، مما يضمن تشحيم التروس والمحامل بالكامل وتقليل التآكل.
2. 2. باستثناء التلوث: يمنع بشكل فعال الملوثات الخارجية مثل الغبار والرطوبة ورذاذ الملح من دخول مكونات النقل الدقيقة الداخلية، مما يمنع التآكل والتآكل وتدهور مواد التشحيم.

نظرًا لأن التوربينات غالبًا ما تكون موجودة في مناطق نائية أو بحرية، فإن تكلفة عملية الصيانة الواحدة مرتفعة للغاية. يمكن أن يؤدي فشل ختم الزيت الذي تبلغ قيمته بضع مئات من الدولارات فقط إلى تلف علبة التروس بتكلفة مئات الآلاف، أو حتى الملايين من الإيرادات المفقودة بسبب التوقف عن العمل. وبالتالي، فإن موثوقية الختم أمر بالغ الأهمية لضمان العائد على الاستثمار لتوربينات الرياح.

نقاط التطبيق الرئيسية والمتطلبات

1. 1. تحمل العمود الرئيسي

• الظروف: سرعة متوسطة إلى منخفضة، وحمل ثقيل، ويتحمل لحظات الانحناء الكبيرة وأحمال التصادم من الدوار.
• متطلبات الختم:

◦ مقاومة ممتازة للتآكل ومقاومة التعب.

◦ شفة جيدة-بعد القدرة على التكيف مع الانحرافات والاهتزازات البسيطة في العمود.

◦ الختم الفعال للشحوم القائمة على الليثيوم.

• الأنواع الشائعة: سدادات مطاطية ذات غلاف معدني كبير، وغالبًا ما تكون ذات تصميم مزدوج الشفة (شحم أختام الشفة الرئيسية، الشفة المساعدة تستبعد الغبار).

2. 2. علبة التروس

هذه هي واحدة من البيئات الأكثر تطلبًا من الناحية التكنولوجية لأختام الزيت.

• نهاية عمود السرعة العالية:

◦ الظروف: سرعة دوران عالية (أكثر من 1500 دورة في الدقيقة)، درجة حرارة عالية.

◦ المتطلبات: فقدان طاقة احتكاك منخفض جدًا، ومقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية، ومقاومة لتجفيف الشفاه الناتج عن قوة الطرد المركزي العالية.

◦ الأنواع الشائعة: أختام زنبركية من مادة PTFE (بولي تترافلوروإيثيلين). لقد أصبحت هذه الاختيارات السائدة نظرًا لانخفاض معامل الاحتكاك، ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية، ومقاومتها الممتازة للمواد الكيميائية.

• منخفض-نهاية عمود السرعة والمراحل المتوسطة:

◦ الظروف: سرعة أقل، لكن عزم الدوران مرتفع.

◦ المتطلبات: أداء جيد في الغلق ومتانة.

◦ الأنواع الشائعة: أختام مطاط النتريل المهدرج عالية الأداء أو أختام PTFE.

3. 3. محامل الانعراج والملعب

• الشروط: سرعة منخفضة، حمل ثقيل، حركة متقطعة، تعرض مباشر للبيئة الخارجية، تحمل الشمس والأمطار والتآكل.
• متطلبات الختم:

◦ مقاومة استثنائية للطقس (مقاومة للأشعة فوق البنفسجية والأوزون ودرجات الحرارة العالية والمنخفضة).

◦ مقاومة ممتازة للتآكل ومياه البحر (للتوربينات البحرية).

◦ مقاومة جيدة للتآكل لتحمل التآكل الناتج عن دوران المحمل والملوثات.

• الأنواع الشائعة: في كثير من الأحيان حلقات مانعة للتسرب مركبة متعددة الشفتين، كلها مطاطية أو مطاطية. المادة عادة ما تكون EPDM (إيثيلين بروبيلين ديين مونومر)، المعروفة بمقاومتها الممتازة للطقس.

4. 4. تحمل المولد

• الظروف: سرعة دوران عالية، درجة حرارة مرتفعة نسبياً.
• المتطلبات: مقاومة الحرارة، مقاومة التآكل، التوافق مع وسائط تبريد المولد.
• الأنواع الشائعة: أختام زيت مطاطية قياسية أو عالية الأداء.

1. مواد ختم الزيت المشترك

• مطاط النتريل المهدرج: أداء عام ممتاز، ومقاوم للحرارة (حتى 150 درجة مئوية)، ومقاوم للتآكل، ومقاوم للزيت. خيار فعال من حيث التكلفة يُستخدم بشكل شائع في علب التروس والمناطق الأخرى.
• بولي تترافلوروإيثيلين: مقاوم لجميع المواد الكيميائية تقريبًا، ومعامل احتكاك منخفض جدًا، ومقاوم للحرارة (حتى 200 درجة مئوية+). الخيار المفضل لأختام العمود عالية السرعة، والتي غالبًا ما تستخدم مع زنبرك لضمان ثبات الشفة.
• إيثيلين بروبيلين ديين مونومر: مقاومة ممتازة للطقس والأوزون والشيخوخة والبخار. الخيار الأساسي للأختام التي تحمل الانعراج والميل، ولكنها ليست مقاومة للزيوت المعدنية.
• المطاط الصناعي الفلوري: يوفر مقاومة أفضل للحرارة والزيت من مادة HNBR، المستخدمة في التطبيقات الأكثر شدة، ولكن بتكلفة أعلى.

التحديات واتجاهات التنمية

1. التحديات:

• متطلبات طول العمر: تم تصميم التوربينات الحديثة لأكثر من 20 عامًا من الخدمة، مما يتطلب عمرًا مطابقًا للختم للصيانة - المجانية أو المنخفضة - لعمليات الصيانة.
• متطلبات استهلاك الطاقة: يستهلك عزم الاحتكاك الناتج عن موانع التسرب الطاقة، مما يقلل من الكفاءة الإجمالية. الحد من الاحتكاك هو التركيز الرئيسي.
• البيئات القاسية: ارتفاع نسبة الملوحة والرطوبة في البحر، والبرد الشديد في المناطق الشمالية، والرمال في المناطق الصحراوية تفرض متطلبات أكثر صرامة على الفقمات.

2.الاتجاهات:

1. ابتكار المواد: تطوير مواد مركبة جديدة ومواد مطاطية تجمع بين الاحتكاك الأقل ومقاومة التآكل الأعلى والعمر الأطول.
2. التحسين الهيكلي: اعتماد تصاميم الشفاه الهيدروديناميكية. تخلق الأنماط أو النتوءات الصغيرة الموجودة على شفة الغلق تأثير ضخ أثناء دوران العمود، مما يدفع أي سائل يتم اقتحامه عن طريق الخطأ مرة أخرى إلى الهيكل، مما يحسن بشكل كبير من موثوقية الختم.
3. التكامل والنموذجية: دمج وظيفة الختم في وحدات المحامل أو علب التروس كجزء من الحل الكامل، مما يؤدي إلى تبسيط عملية التثبيت وتحسين الموثوقية العامة.
4. مراقبة الحالة: تطوير "موانع تسرب ذكية" مع واجهات استشعار لمراقبة حالة مادة التشحيم أو حالة الختم في الوقت الفعلي، مما يتيح الصيانة التنبؤية.

3. ملخص

على الرغم من صغر حجمها، إلا أن موانع تسرب الزيت تعتبر حجر الزاوية في التشغيل الموثوق لمعدات طاقة الرياح. بدءًا من العمود الرئيسي وعلبة التروس وحتى أنظمة الانعراج والميل، تعد حلول ختم الزيت عالية الأداء أمرًا أساسيًا لضمان التشغيل المستقر للتوربينات في البيئات القاسية وتقليل التكلفة الإجمالية للملكية. ومع تطور توربينات الرياح نحو الحجم الأكبر، والكفاءة الأعلى، والنشر البحري، فإن الطلب على تكنولوجيا ختم الزيت سوف يستمر في الزيادة، مما يدفع الابتكار المستمر في هذا المجال.