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風力発電設備におけるオイルシールの応用紹介

風力エネルギー産業では、機器は極端な温度変化、強風と砂、湿った塩水噴霧、継続的な振動、長時間の無人運転などの過酷な動作条件に直面しています。そのため、重要部品の“守り手”であるオイルシールの信頼性は、風車の発電効率やメンテナンスコスト、寿命に直結します。

中核となる機能と重要性

風力エネルギー機器のオイルシールには、次の 2 つの主な使命があります。

1.潤滑の保持：ギアボックス、メインシャフト、ヨーベアリングとピッチベアリングからの潤滑油やグリースの漏れを防ぎ、ギアとベアリングに完全に潤滑を与え、摩耗を軽減します。
2.汚染の排除：粉塵、湿気、塩水噴霧などの外部汚染物質が内部の精密トランスミッション部品に侵入するのを効果的にブロックし、腐食、摩耗、潤滑剤の劣化を防ぎます。

タービンは遠隔地や沖合に設置されることが多いため、1 回のメンテナンス作業のコストが非常に高くなります。わずか数百ドルの価値があるオイルシールの故障は、ギアボックスの損傷につながり、ダウンタイムによる数十万、さらには数百万の収益損失につながる可能性があります。したがって、風力タービンの投資収益率を確保するには、シールの信頼性が非常に重要です。

主な申請ポイントと要件

1.メインシャフトベアリング

条件:中低速、重荷重、重大な曲げモーメントおよびローターからの衝撃荷重に耐えます。
シール要件:

◦耐摩耗性、耐疲労性に優れています。

◦ リップ追従性に優れ、シャフトのわずかなたわみや振動にも適応します。

◦ リチウム系グリースの効果的なシール。

一般的なタイプ: 大きな金属製のケースのゴム製シール。多くの場合、二重リップ設計になっています (メインリップはグリースをシールし、補助リップは塵を排除します)。

2.ギアボックス

これは、オイルシールにとって最も技術的に要求の厳しい厳しい環境の 1 つです。

高速-シャフトエンド:

◦ 条件: 高速回転速度 (1500 rpm 以上)、高温。

◦ 要件: 非常に低い摩擦力損失、優れた高温耐性、高い遠心力による唇の乾燥に対する耐性。

◦ 一般的なタイプ: スプリング付き PTFE (ポリテトラフルオロエチレン) シール。これらは、摩擦係数が低く、高温耐性があり、耐薬品性に優れているため、主流の選択肢となっています。

低速-シャフト端および中間ステージ:

◦ 条件: 速度は遅いが、トルクは高い。

◦ 要件: 優れたシール性能と耐久性。

◦ 一般的なタイプ: 高性能水素化ニトリルゴムシールまたは PTFE シール。

3.ヨーおよびピッチベアリング

条件：低速、重荷重、断続動作、外部環境に直接さらされる、日光、雨、腐食に耐える。
シール要件:

◦ 優れた耐候性（紫外線、オゾン、高温、低温に対する耐性）。

◦耐食性、耐海水性に優れています（洋上タービン用）。

◦ ベアリングの回転や汚れによる摩耗に耐える優れた耐摩耗性。

一般的なタイプ: 多くの場合、マルチ-リップ、全ゴムまたはゴム-金属複合シールリング。材質には耐候性に優れたEPDM（エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー）が代表的です。

4.発電機軸受

条件: 回転速度が高く、温度が比較的高い。
要件: 耐熱性、耐摩耗性、発電機冷却媒体との適合性。
一般的なタイプ: 標準または高性能ゴムオイルシール。

一般的なオイルシール材質

水素化ニトリルゴム：耐熱性（150℃まで）、耐摩耗性、耐油性など、総合的な性能に優れています。ギアボックスやその他の分野で一般的に使用される、コスト効率の高い選択肢です。
ポリテトラフルオロエチレン: ほぼすべての化学薬品に対して耐性があり、摩擦係数が非常に低く、耐熱性 (最大 200°C+) があります。高速シャフトシールに最適な選択肢で、安定したリップ追従を確保するためにスプリングと併用されることがよくあります。
エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー：耐候性、耐オゾン性、耐老化性、耐蒸気性に優れています。ヨーおよびピッチベアリングシールの主な選択肢ですが、鉱物油には耐性がありません。
フルオロエラストマー: HNBR よりも優れた耐熱性と耐油性を備え、より過酷な用途に使用されますが、コストは高くなります。

課題と開発傾向

1.課題:

長寿命要件: 最新のタービンは 20 年以上の耐用年数を想定して設計されており、メンテナンスフリーまたはメンテナンス頻度の低い運転に適合するシール寿命が求められます。
エネルギー消費要件: シールからの摩擦トルクによりエネルギーが消費され、全体の効率が低下します。摩擦の低減が重要な焦点です。
極端な環境: 沖合の高塩分と湿気、北部地域の極度の寒さ、砂漠地帯の砂は、アザラシに対してより厳しい要求を課します。

2.トレンド:

材料の革新: 低摩擦、高い耐摩耗性、長寿命を兼ね備えた新しい複合材料とエラストマーを開発します。
構造の最適化：流体力学的リップデザインを採用。シールリップの小さなパターンまたは隆起は、シャフトの回転中にポンピング効果を生み出し、誤って侵入した流体をハウジングに押し戻し、シールの信頼性を大幅に向上させます。
統合とモジュール化: 完全なソリューションの一部としてベアリングユニットまたはギアボックスにシール機能を統合し、取り付けを簡素化し、全体的な信頼性を向上させます。
状態監視: 潤滑剤の状態やシールの状態をリアルタイムで監視するセンサーインターフェイスを備えた「スマートシール」を開発し、予知保全を可能にします。

3.まとめ

小さいながらも、オイルシールは風力エネルギー設備の信頼性の高い動作の基礎です。メインシャフトやギアボックスからヨーおよびピッチシステムに至るまで、高性能オイルシールソリューションは、過酷な環境下でタービンの安定した動作を確保し、総所有コストを削減するための鍵となります。風力タービンが大型化、高効率化、洋上配備に向けて進化するにつれて、オイルシール技術に対する需要は増加し続け、この分野での絶え間ない革新を推進します。