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풍력 에너지 장비의 오일 씰 적용 소개

풍력 에너지 산업에서 장비는 극심한 온도 변화, 강한 바람과 모래, 습한 염수 분무, 지속적인 진동, 장기간의 무인 작동 등 가혹한 작동 조건에 직면해 있습니다. 따라서 핵심 부품의 '보호자' 역할을 하는 오일 씰의 신뢰성은 풍력 터빈의 발전 효율, 유지 관리 비용 및 서비스 수명과 직접적인 관련이 있습니다.

1. 핵심 기능 및 중요성

풍력 에너지 장비의 오일 씰에는 두 가지 주요 임무가 있습니다.

1. 1. 윤활 유지: 기어박스, 메인 샤프트, 요 및 피치 베어링에서 윤활유나 그리스의 누출을 방지하여 기어와 베어링이 완전히 윤활되도록 하고 마모를 줄입니다.
2. 2. 오염 배제 : 먼지, 습기, 염수 분무 등 외부 오염 물질이 정밀 변속기 부품 내부로 유입되는 것을 효과적으로 차단하여 부식, 마모 및 윤활유 열화를 방지합니다.

터빈은 종종 외딴 지역이나 연안 지역에 위치하기 때문에 단일 유지 관리 작업 비용이 매우 높습니다. 단지 수백 달러에 불과한 오일 씰의 고장으로 인해 가동 중지 시간으로 인해 수십만 또는 심지어 수백만 달러의 손실이 발생하는 기어박스 손상이 발생할 수 있습니다. 따라서 씰 신뢰성은 풍력 터빈에 대한 투자 수익을 보장하는 데 매우 중요합니다.

주요 적용 포인트 및 요구사항

1. 1.메인 샤프트 베어링

• 조건: 중저속, 고하중, 로터의 상당한 굽힘 모멘트와 충격 하중을 견딥니다.
• 밀봉 요구 사항:

◦ 내마모성, 내피로성이 우수합니다.

◦ 작은 샤프트 편향 및 진동에 적응하는 우수한 립-추종 능력.

◦ 리튬-기반 그리스의 효과적인 밀봉.

• 일반적인 유형: 대형 금속 케이스 고무 씰, 종종 이중 립 디자인(메인 립 씰 그리스, 보조 립 제외 먼지).

2. 2.기어박스

이는 오일 시일에 있어서 기술적으로 가장 까다롭고 가혹한 환경 중 하나입니다.

• 고속-스피드 샤프트 엔드:

◦ 조건: 높은 회전 속도(1500rpm 이상), 고온.

◦ 요구사항 : 마찰력 손실이 매우 적고, 내열성이 우수하며, 높은 원심력에 의한 입술 건조에 대한 저항성이 우수함.

◦ 일반적인 유형: 스프링-활성화된 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 씰. 이는 낮은 마찰계수, 높은 내열성, 우수한 내화학성으로 인해 주류 선택이 되었습니다.

• 저속 샤프트 엔드 및 중간 단계:

◦ 조건: 속도는 낮지만 토크는 높습니다.

◦ 요구사항: 씰링 성능과 내구성이 우수합니다.

◦ 일반적인 유형: 고성능 수소화 니트릴 고무 씰 또는 PTFE 씰.

3. 3. 요 및 피치 베어링

• 조건: 저속, 무거운 하중, 간헐적인 움직임, 외부 환경에 직접 노출, 햇빛, 비 및 부식에 강함.
• 밀봉 요구 사항:

◦ 탁월한 내후성(UV, 오존, 고온 및 저온에 대한 저항성).

◦ 내식성 및 내해수성이 우수함(해양터빈용)

◦ 베어링 회전 및 오염 물질로 인한 마모를 견딜 수 있는 우수한 내마모성.

• 일반적인 유형: 종종 다중-립형, 전체-고무 또는 고무-금속 복합 씰 링. 소재는 일반적으로 내후성이 뛰어난 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)을 사용합니다.

4. 4.발전기 베어링

• 조건: 높은 회전 속도, 상대적으로 높은 온도.
• 요구 사항: 내열성, 내마모성, 발전기 냉각 매체와의 호환성.
• 일반적인 유형: 표준 또는 고성능 고무 오일 씰.

1. 일반적인 오일 시일 재료

• 수소화 니트릴 고무: 전체 성능이 우수하고 내열성(최대 150°C), 내마모성, 내유성. 기어박스 및 기타 분야에서 일반적으로 사용되는 비용 효율적인 선택입니다.
• 폴리테트라플루오로에틸렌: 거의 모든 화학 물질에 대한 내성이 있고 마찰 계수가 매우 낮으며 내열성(최대 200°C+). 안정적인 립 추종을 보장하기 위해 스프링과 함께 자주 사용되는 고속 샤프트 씰에 선호되는 선택입니다.
• 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체: 우수한 내후성, 오존, 노화 및 증기 저항. 요 및 피치 베어링 씰에 대한 기본 선택이지만 광유에는 내성이 없습니다.
• 플루오로엘라스토머(Fluoroelastomer): 더 가혹한 용도에 사용되는 HNBR보다 내열성 및 내유성이 우수하지만 비용이 더 높습니다.

과제 및 개발 동향

1.도전과제:

• 수명 요구 사항: 최신 터빈은 20년 이상 사용할 수 있도록 설계되었으며 유지 관리가 필요 없거나 유지 관리가 적은 작동을 위해 씰 수명이 일치해야 합니다.
• 에너지 소비 요구 사항: 씰의 마찰 토크는 에너지를 소비하여 전반적인 효율성을 감소시킵니다. 마찰을 줄이는 것이 핵심입니다.
• 극한 환경: 앞바다의 높은 염도와 습도, 북부 지역의 극한 추위, 사막 지역의 모래는 물개에 대한 요구를 더욱 엄격하게 만듭니다.

2.트렌드:

1. 재료 혁신: 더 낮은 마찰, 더 높은 내마모성, 더 긴 수명을 결합한 새로운 복합 재료 및 엘라스토머를 개발합니다.
2. 구조적 최적화: 유체역학적 립 디자인 채택. 씰링 립의 작은 패턴이나 융기 부분은 샤프트 회전 중에 펌핑 효과를 만들어 우발적으로 침입한 유체를 하우징 안으로 다시 밀어넣어 씰링 신뢰성을 크게 향상시킵니다.
3. 통합 및 모듈화: 씰링 기능을 완전한 솔루션의 일부로 베어링 유닛이나 기어박스에 통합하여 설치를 단순화하고 전반적인 신뢰성을 향상시킵니다.
4. 상태 모니터링: 윤활유 상태나 씰 상태를 실시간으로 모니터링하는 센서 인터페이스를 갖춘 "스마트 씰"을 개발하여 예측 유지 관리가 가능합니다.

3.요약

비록 작지만 오일 씰은 풍력 에너지 장비의 안정적인 작동을 위한 초석입니다. 메인 샤프트와 기어박스부터 요 및 피치 시스템까지, 고성능 오일 씰 솔루션은 열악한 환경에서 안정적인 터빈 작동을 보장하고 총 소유 비용을 줄이는 데 핵심입니다. 풍력 터빈이 더 큰 크기, 더 높은 효율성 및 해상 배치로 발전함에 따라 오일 씰 기술에 대한 수요가 계속 증가하여 이 분야에서 지속적인 혁신을 주도할 것입니다.