Applicazione del settore

Introduzione all'applicazione dei paraolio nelle apparecchiature per l'energia eolica

Nel settore dell'energia eolica, le apparecchiature devono affrontare condizioni operative difficili, tra cui variazioni estreme di temperatura, forti venti e sabbia, nebbia salina umida, vibrazioni continue e lunghi periodi di funzionamento senza sorveglianza. Pertanto, l'affidabilità dei paraolio, che fungono da "guardiani" dei componenti chiave, è direttamente correlata all'efficienza della produzione di energia, ai costi di manutenzione e alla durata delle turbine eoliche.

1. Funzioni principali e importanza

I paraolio nelle apparecchiature per l'energia eolica hanno due missioni principali:

1. 1. Mantenimento della lubrificazione: previene la fuoriuscita di olio lubrificante o grasso dalla scatola del cambio, dall'albero principale e dai cuscinetti di imbardata e beccheggio, garantendo che ingranaggi e cuscinetti siano completamente lubrificati e riducendo l'usura.
2. 2. Esclusione della contaminazione: blocca efficacemente l'ingresso di contaminanti esterni come polvere, umidità e nebbia salina nei componenti interni della trasmissione di precisione, prevenendo corrosione, usura e degrado del lubrificante.

Poiché le turbine sono spesso ubicate in aree remote o offshore, il costo di una singola operazione di manutenzione è estremamente elevato. Il guasto di un paraolio del valore di poche centinaia di dollari può portare a danni al cambio che costano centinaia di migliaia o addirittura milioni di perdite di entrate dovute ai tempi di inattività. Pertanto, l’affidabilità della tenuta è fondamentale per garantire il ritorno sull’investimento per una turbina eolica.

Punti e requisiti principali dell'applicazione

1. 1. Cuscinetto dell'albero principale

• Condizioni: velocità da media a bassa, carico pesante, resiste a momenti flettenti e carichi d'urto significativi del rotore.
• Requisiti di sigillatura:

◦ Eccellente resistenza all'abrasione e alla fatica.

◦ Buona capacità di seguire il labbro di adattarsi a piccole deflessioni e vibrazioni dell'albero.

◦ Efficace tenuta dei grassi a base di litio.

• Tipi comuni: guarnizioni in gomma con involucro metallico di grandi dimensioni, spesso con design a doppio labbro (il labbro principale sigilla il grasso, il labbro ausiliario esclude la polvere).

2. 2. Cambio

Questo è uno degli ambienti tecnologicamente più impegnativi e severi per i paraolio.

• Estremità albero ad alta -velocità:

◦ Condizioni: velocità di rotazione elevata (oltre 1500 giri/min), temperatura elevata.

◦ Requisiti: perdita di potere di attrito molto bassa, eccellente resistenza alle alte-temperature, resistenza all'essiccazione delle labbra causata dall'elevata forza centrifuga.

◦ Tipi comuni: guarnizioni in PTFE (politetrafluoroetilene) energizzate a molla. Sono diventati la scelta più diffusa grazie al basso coefficiente di attrito, alla resistenza alle alte temperature e all'eccellente resistenza chimica.

• Estremità dell'albero a bassa velocità e stadi intermedi:

◦ Condizioni: velocità inferiore, ma coppia elevata.

◦ Requisiti: buone prestazioni di tenuta e durata.

◦ Tipi comuni: guarnizioni in gomma nitrilica idrogenata ad alte prestazioni o guarnizioni in PTFE.

3. 3. Cuscinetti di imbardata e beccheggio

• Condizioni: bassa velocità, carico pesante, movimento intermittente, esposizione diretta all'ambiente esterno, esposizione prolungata al sole, alla pioggia e alla corrosione.
• Requisiti di sigillatura:

◦ Eccezionale resistenza agli agenti atmosferici (resistenza ai raggi UV, all'ozono, alle alte e basse temperature).

◦ Eccezionale resistenza alla corrosione e all'acqua di mare (per turbine offshore).

◦ Buona resistenza all'usura per resistere all'usura abrasiva dovuta alla rotazione dei cuscinetti e ai contaminanti.

• Tipi comuni: Spesso anelli di tenuta compositi multi-labbro, interamente in gomma o in gomma-metallo. Il materiale è tipicamente EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer), noto per la sua eccellente resistenza agli agenti atmosferici.

4. 4.Cuscinetto del generatore

• Condizioni: velocità di rotazione elevata, temperatura relativamente elevata.
• Requisiti: resistenza al calore, resistenza all'usura, compatibilità con i mezzi di raffreddamento del generatore.
• Tipi comuni: paraolio in gomma standard o ad alte prestazioni.

1. Materiali comuni per paraolio

• Gomma nitrilica idrogenata: prestazioni complessive eccellenti, resistente al calore (fino a 150°C), all'usura-resistente e all'olio-resistente. Una scelta economicamente vantaggiosa comunemente utilizzata nei riduttori e in altri settori.
• Politetrafluoroetilene: resistente a quasi tutti i prodotti chimici, coefficiente di attrito molto basso, resistente al calore (fino a 200°C+). La scelta preferita per le tenute per alberi ad alta velocità, spesso utilizzate con una molla per garantire un adattamento stabile del labbro.
• Monomero di etilene propilene diene: eccellente resistenza agli agenti atmosferici, all'ozono, all'invecchiamento e al vapore. La scelta principale per le guarnizioni dei cuscinetti di imbardata e beccheggio, ma non resistente agli oli minerali.
• Fluoroelastomero: offre una migliore resistenza al calore e all'olio rispetto all'HNBR, utilizzato in applicazioni più severe, ma a un costo maggiore.

Sfide e tendenze di sviluppo

1.Sfide:

• Requisiti di longevità: le turbine moderne sono progettate per oltre 20 anni di servizio, richiedendo una durata delle guarnizioni corrispondente per un funzionamento esente o a bassa manutenzione.
• Requisiti di consumo energetico: la coppia di attrito delle guarnizioni consuma energia, riducendo l'efficienza complessiva. Ridurre l’attrito è un obiettivo chiave.
• Ambienti estremi: l'elevata salinità e l'umidità al largo, il freddo estremo nelle regioni settentrionali e la sabbia nelle aree desertiche impongono requisiti più severi alle foche.

2.Tendenze:

1. Innovazione dei materiali: sviluppo di nuovi materiali compositi ed elastomeri che combinano minore attrito, maggiore resistenza all'usura e maggiore durata.
2. Ottimizzazione strutturale: adozione di design dei bordi idrodinamici. Piccoli motivi o creste sul labbro di tenuta creano un effetto di pompaggio durante la rotazione dell'albero, spingendo indietro qualsiasi fluido accidentalmente intruso nell'alloggiamento, migliorando significativamente l'affidabilità della tenuta.
3. Integrazione e modularizzazione: integrazione della funzione di tenuta nelle unità cuscinetto o nei riduttori come parte di una soluzione completa, semplificando l'installazione e migliorando l'affidabilità complessiva.
4. Monitoraggio delle condizioni: sviluppo di "tenute intelligenti" con interfacce di sensori per monitorare le condizioni del lubrificante o lo stato della tenuta in tempo reale, consentendo una manutenzione predittiva.

3.Riepilogo

Sebbene piccoli, i paraolio sono la pietra angolare del funzionamento affidabile delle apparecchiature per l'energia eolica. Dall'albero principale e dalla scatola del cambio ai sistemi di imbardata e beccheggio, le soluzioni di paraolio ad alte prestazioni sono fondamentali per garantire un funzionamento stabile della turbina in ambienti difficili e ridurre il costo totale di proprietà. Man mano che le turbine eoliche si evolvono verso dimensioni più grandi, maggiore efficienza e implementazione offshore, le richieste sulla tecnologia dei paraolio continueranno ad aumentare, guidando una costante innovazione in questo campo.