Aplicatina do setor

Introdução à aplicação de vedações de óleo em equipamentos de energia eólica

Na indústria de energia eólica, os equipamentos enfrentam condições operacionais adversas, incluindo variações extremas de temperatura, ventos fortes e areia, névoa salina úmida, vibração contínua e longos períodos de operação autônoma. Portanto, a confiabilidade dos retentores de óleo, que atuam como “guardiões” de componentes-chave, está diretamente relacionada à eficiência da geração de energia, aos custos de manutenção e à vida útil das turbinas eólicas.

1. Funções principais e importância

Os selos de óleo em equipamentos de energia eólica têm duas missões principais:

1. 1. Lubrificação de retenção: Evita o vazamento de óleo lubrificante ou graxa da caixa de engrenagens, eixo principal e rolamentos de guinada e passo, garantindo que as engrenagens e rolamentos estejam totalmente lubrificados e reduzindo o desgaste.
2. 2. Excluindo contaminação: Bloqueando efetivamente contaminantes externos, como poeira, umidade e névoa salina, de entrar nos componentes internos de transmissão de precisão, evitando corrosão, desgaste e degradação do lubrificante.

Como as turbinas estão frequentemente localizadas em áreas remotas ou offshore, o custo de uma única operação de manutenção é extremamente elevado. A falha de um selo de óleo no valor de apenas algumas centenas de dólares pode levar a danos na caixa de velocidades que custam centenas de milhares, ou mesmo milhões, em receitas perdidas devido ao tempo de inatividade. Assim, a confiabilidade da vedação é crucial para garantir o retorno do investimento em uma turbina eólica.

Principais Pontos e Requisitos de Aplicação

1. 1. Rolamento do eixo principal

• Condições: Velocidade média a baixa, carga pesada, suporta momentos de flexão significativos e cargas de impacto do rotor.
• Requisitos de vedação:

◦ Excelente resistência à abrasão e resistência à fadiga.

◦ Boa capacidade de seguimento dos lábios para se adaptar a pequenas deflexões e vibrações do eixo.

◦ Vedação eficaz de graxas à base de lítio.

• Tipos comuns: Grandes vedações de borracha com revestimento metálico, geralmente com design de lábio duplo (a borda principal veda graxa, a borda auxiliar exclui poeira).

2. 2. Caixa de velocidades

Este é um dos ambientes mais exigentes tecnologicamente e severos para retentores de óleo.

• Extremidade do eixo de alta velocidade:

◦ Condições: Alta velocidade de rotação (acima de 1500 rpm), alta temperatura.

◦ Requisitos: Perda de potência por atrito muito baixa, excelente resistência a altas temperaturas, resistência ao ressecamento dos lábios causado por alta força centrífuga.

◦ Tipos comuns: vedações de PTFE (politetrafluoretileno) energizadas por mola. Eles se tornaram a escolha principal devido ao seu baixo coeficiente de atrito, resistência a altas temperaturas e excelente resistência química.

• Extremidade do eixo de baixa velocidade e estágios intermediários:

◦ Condições: Velocidade mais baixa, mas torque alto.

◦ Requisitos: Bom desempenho de vedação e durabilidade.

◦ Tipos comuns: vedações de borracha nitrílica hidrogenada de alto desempenho ou vedações de PTFE.

3. 3. Rolamentos de guinada e passo

• Condições: Baixa velocidade, carga pesada, movimento intermitente, exposição direta ao ambiente externo, sol duradouro, chuva e corrosão.
• Requisitos de vedação:

◦ Excepcional resistência às intempéries (resistência a UV, ozônio, altas e baixas temperaturas).

◦ Excelente resistência à corrosão e à água do mar (para turbinas offshore).

◦ Boa resistência ao desgaste para resistir ao desgaste abrasivo causado pela rotação do rolamento e contaminantes.

• Tipos comuns: Freqüentemente, anéis de vedação compostos de borracha ou metal com vários lábios. O material é tipicamente EPDM (Monômero de Etileno Propileno Dieno), conhecido por sua excelente resistência às intempéries.

4. 4. Rolamento do Gerador

• Condições: Alta velocidade de rotação, temperatura relativamente alta.
• Requisitos: Resistência ao calor, resistência ao desgaste, compatibilidade com meios de resfriamento do gerador.
• Tipos comuns: Vedações de óleo de borracha padrão ou de alto desempenho.

1. Materiais comuns de vedação de óleo

• Borracha Nitrílica Hidrogenada: Excelente desempenho geral, resistente ao calor (até 150°C), resistente ao desgaste e resistente ao óleo. Uma escolha econômica comumente usada em caixas de engrenagens e outras áreas.
• Politetrafluoroetileno: Resistente a quase todos os produtos químicos, coeficiente de atrito muito baixo, resistente ao calor (até 200°C+). A escolha preferida para vedações de eixo de alta velocidade, geralmente usadas com uma mola para garantir um seguimento estável dos lábios.
• Monômero de Etileno Propileno Dieno: Excelente resistência a intempéries, ozônio, envelhecimento e vapor. A principal escolha para vedações de rolamentos de orientação e inclinação, mas não resistentes a óleos minerais.
• Fluoroelastômero: Oferece melhor resistência ao calor e ao óleo que o HNBR, utilizado em aplicações mais severas, mas com custo mais elevado.

Desafios e Tendências de Desenvolvimento

1.Desafios:

• Requisitos de longevidade: Turbinas modernas são projetadas para mais de 20 anos de serviço, exigindo vida útil de vedação correspondente para operação sem ou com pouca manutenção.
• Requisitos de consumo de energia: O torque de fricção das vedações consome energia, reduzindo a eficiência geral. Reduzir o atrito é um foco principal.
• Ambientes extremos: O alto teor de sal e umidade no mar, o frio extremo nas regiões do norte e a areia nas áreas desérticas impõem exigências mais rigorosas às focas.

2.Tendências:

1. Inovação de materiais: Desenvolvimento de novos materiais compósitos e elastômeros que combinam menor atrito, maior resistência ao desgaste e maior vida útil.
2. Otimização Estrutural: Adotando designs de lábios hidrodinâmicos. Pequenos padrões ou saliências no lábio de vedação criam um efeito de bombeamento durante a rotação do eixo, empurrando qualquer fluido acidentalmente introduzido de volta para dentro do alojamento, melhorando significativamente a confiabilidade da vedação.
3. Integração e Modularização: Integração da função de vedação em unidades de rolamentos ou caixas de engrenagens como parte de uma solução completa, simplificando a instalação e melhorando a confiabilidade geral.
4. Monitoramento de Condição: Desenvolvimento de "vedações inteligentes" com interfaces de sensores para monitorar a condição do lubrificante ou o status da vedação em tempo real, permitindo manutenção preditiva.

3. Resumo

Embora pequenos, os retentores são a base da operação confiável de equipamentos de energia eólica. Do eixo principal e da caixa de engrenagens aos sistemas de guinada e inclinação, as soluções de vedação de óleo de alto desempenho são essenciais para garantir a operação estável da turbina em ambientes agressivos e reduzir o custo total de propriedade. À medida que as turbinas eólicas evoluem para um tamanho maior, maior eficiência e implantação offshore, as exigências sobre a tecnologia de vedação de óleo continuarão a aumentar, impulsionando a inovação constante neste campo.