Aplicación de la industria

Introducción a la aplicación de sellos de aceite en equipos de energía eólica

En la industria de la energía eólica, los equipos enfrentan duras condiciones operativas que incluyen variaciones extremas de temperatura, fuertes vientos y arena, niebla salina húmeda, vibración continua y largos períodos de funcionamiento sin supervisión. Por lo tanto, la confiabilidad de los sellos de aceite, que actúan como "guardianes" de componentes clave, está directamente relacionada con la eficiencia de la generación de energía, los costos de mantenimiento y la vida útil de las turbinas eólicas.

1. Funciones principales e importancia

Los sellos de aceite en equipos de energía eólica tienen dos misiones principales:

1. 1.Retener la lubricación: prevenir la fuga de aceite lubricante o grasa de la caja de cambios, el eje principal y los cojinetes de guiñada y paso, asegurando que los engranajes y cojinetes estén completamente lubricados y reduciendo el desgaste.
2. 2.Excluyendo la contaminación: bloquea eficazmente la entrada de contaminantes externos como polvo, humedad y niebla salina a los componentes internos de la transmisión de precisión, evitando la corrosión, el desgaste y la degradación del lubricante.

Dado que las turbinas suelen estar ubicadas en zonas remotas o en alta mar, el coste de una sola operación de mantenimiento es extremadamente alto. La falla de un sello de aceite que vale solo unos pocos cientos de dólares puede provocar daños en la caja de cambios que cuestan cientos de miles, o incluso millones, en ingresos perdidos por el tiempo de inactividad. Por lo tanto, la confiabilidad del sello es crucial para garantizar el retorno de la inversión de una turbina eólica.

Principales puntos y requisitos de aplicación

1. 1.Cojinete del eje principal

• Condiciones: Velocidad media a baja, carga pesada, soporta momentos de flexión significativos y cargas de impacto del rotor.
• Requisitos de sellado:

◦ Excelente resistencia a la abrasión y a la fatiga.

◦ Buena capacidad de seguimiento del labio para adaptarse a deflexiones y vibraciones menores del eje.

◦ Sellado eficaz de grasas a base de litio.

• Tipos comunes: Sellos grandes de caucho con carcasa metálica, a menudo con un diseño de doble labio (el labio principal sella la grasa, el labio auxiliar excluye el polvo).

2. 2.Caja de cambios

Este es uno de los entornos tecnológicamente más exigentes y severos para los sellos de aceite.

• Extremo del eje de alta velocidad:

◦ Condiciones: alta velocidad de rotación (más de 1500 rpm), alta temperatura.

◦ Requisitos: Pérdida de potencia por fricción muy baja, excelente resistencia a altas temperaturas, resistencia al secado de labios causado por una alta fuerza centrífuga.

◦ Tipos comunes: Sellos de PTFE (politetrafluoroetileno) energizados por resorte. Estos se han convertido en la opción principal debido a su bajo coeficiente de fricción, resistencia a altas temperaturas y excelente resistencia química.

• Extremo del eje de baja velocidad y etapas intermedias:

◦ Condiciones: velocidad más baja, pero par alto.

◦ Requisitos: Buen rendimiento de sellado y durabilidad.

◦ Tipos comunes: Sellos de caucho de nitrilo hidrogenado de alto rendimiento o sellos de PTFE.

3. 3.Rodamientos de guiñada y cabeceo

• Condiciones: baja velocidad, carga pesada, movimiento intermitente, exposición directa al ambiente externo, sol, lluvia y corrosión duraderos.
• Requisitos de sellado:

◦ Excepcional resistencia a la intemperie (resistencia a los rayos UV, ozono, altas y bajas temperaturas).

◦ Excelente resistencia a la corrosión y al agua de mar (para turbinas marinas).

◦ Buena resistencia al desgaste para resistir el desgaste abrasivo debido a la rotación de los rodamientos y los contaminantes.

• Tipos comunes: A menudo, anillos de sellado compuestos de caucho o metal, con múltiples labios, totalmente de caucho. El material suele ser EPDM (monómero de etileno propileno dieno), conocido por su excelente resistencia a la intemperie.

4. 4.Cojinete del generador

• Condiciones: Alta velocidad de rotación, temperatura relativamente alta.
• Requisitos: Resistencia al calor, resistencia al desgaste, compatibilidad con medios de refrigeración del generador.
• Tipos comunes: Sellos de aceite de caucho estándar o de alto rendimiento.

1. Materiales comunes de sellos de aceite

• Caucho de nitrilo hidrogenado: Excelente rendimiento general, resistente al calor (hasta 150 °C), resistente al desgaste y al aceite. Una opción rentable comúnmente utilizada en cajas de cambios y otras áreas.
• Politetrafluoroetileno: Resistente a casi todos los productos químicos, coeficiente de fricción muy bajo, resistente al calor (hasta 200°C+). La opción preferida para sellos de eje de alta velocidad, a menudo se usa con un resorte para garantizar un seguimiento estable del labio.
• Monómero de etileno propileno dieno: Excelente resistencia a la intemperie, al ozono, al envejecimiento y al vapor. La opción principal para sellos de rodamientos de guiñada y cabeceo, pero no es resistente a los aceites minerales.
• Fluoroelastómero: Ofrece mejor resistencia al calor y al aceite que el HNBR, utilizado en aplicaciones más severas, pero a un costo mayor.

Desafíos y tendencias de desarrollo

1.Desafíos:

• Requisitos de longevidad: Las turbinas modernas están diseñadas para más de 20 años de servicio, lo que exige una vida útil equivalente del sello para un funcionamiento sin mantenimiento o con poco mantenimiento.
• Requisitos de consumo de energía: el par de fricción de los sellos consume energía, lo que reduce la eficiencia general. Reducir la fricción es un objetivo clave.
• Ambientes extremos: La alta sal y humedad en alta mar, el frío extremo en las regiones del norte y la arena en las zonas desérticas imponen exigencias más estrictas a las focas.

2.Tendencias:

1. Innovación de materiales: desarrollo de nuevos materiales compuestos y elastómeros que combinen menor fricción, mayor resistencia al desgaste y mayor vida útil.
2. Optimización estructural: Adopción de diseños de labios hidrodinámicos. Pequeños patrones o crestas en el labio de sellado crean un efecto de bombeo durante la rotación del eje, empujando cualquier fluido introducido accidentalmente de regreso a la carcasa, mejorando significativamente la confiabilidad del sellado.
3. Integración y modularización: integrar la función de sellado en unidades de rodamientos o cajas de engranajes como parte de una solución completa, simplificando la instalación y mejorando la confiabilidad general.
4. Monitoreo de condición: desarrollo de "sellos inteligentes" con interfaces de sensores para monitorear la condición del lubricante o el estado del sello en tiempo real, permitiendo el mantenimiento predictivo.

3.Resumen

Aunque son pequeños, los sellos de aceite son la piedra angular del funcionamiento fiable de los equipos de energía eólica. Desde el eje principal y la caja de cambios hasta los sistemas de guiñada y cabeceo, las soluciones de sellos de aceite de alto rendimiento son clave para garantizar el funcionamiento estable de la turbina en entornos hostiles y reducir el costo total de propiedad. A medida que las turbinas eólicas evolucionen hacia un mayor tamaño, mayor eficiencia y despliegue en alta mar, las demandas de tecnología de sellos de aceite seguirán aumentando, impulsando una innovación constante en este campo.