Dyskusja nad trendem projektowania turbin wiatrowych dużej mocy
Obecnie projekt wspólnej turbiny wiatrowej można z grubsza podzielić na cztery kategorie: tradycyjny silnik o dużej prędkości, silnik o niskiej prędkości z napędem bezpośrednim, silnik o średniej prędkości średniej prędkości jazdy i typ z wieloma generatorami (patrz rysunek 1). Bez względu na rodzaj konstrukcji turbiny wiatrowej, wyższą niezawodność, niższe zużycie surowców i lżejszą jakość głowicy zawsze były głównym celem optymalizacji projektu turbiny wiatrowej. Wytwarzanie energii / jakość głowicy (kW / kg), jeden ze wskaźników pomiaru zaawansowanej konstrukcji jednostki, jest czynnikiem decydującym o dalszej optymalizacji konstrukcji turbin wiatrowych o dużej mocy, pomagając w osiągnięciu bardziej wydajnego wytwarzania energii przy użyciu lżejszych turbin wiatrowych.
Obecnie istnieje wiele opinii na temat trendów projektowych turbin wiatrowych dużej mocy. Jednym z punktów widzenia jest to, że turbiny wiatrowe o małej i średniej mocy mogą przyjąć tradycyjny projekt z silnikami o dużej prędkości, podczas gdy średnie i duże turbiny wiatrowe mogą wykorzystywać napędy bezpośrednie. Konstrukcja jest większa, a większe turbiny wiatrowe nadają się do konstrukcji napędów pół-bezpośrednich. Zakres mocy dla tych projektów turbin wiatrowych nie jest ściśle określony. Niezależnie jednak od konstrukcji, łożysko zawsze stanowi ważną część łańcucha napędowego, a jego optymalizacja poprawi łańcuch napędowy.
Ponieważ łożyska wrzecion są poddawane zmiennym zewnętrznie siłom, momentom zginającym i obciążeniom udarowym, stawia to wysokie wymagania w zakresie projektowania, wyboru i montażu łożysk. W istniejących konstrukcjach małe turbiny wiatrowe o małej mocy, takie jak mniej niż 1 MW lub 1,5 MW, mają więcej łożysk baryłkowych i więcej turbin wiatrowych o średniej i dużej mocy. Jako łożysko wrzeciona stosowane jest stożkowe łożysko wałeczkowe. Jeżeli łożysko wrzeciona używa łożysk baryłkowych, niezależnie od tego, czy jest to łożysko trójskładnikowe z pojedynczym łożyskiem wrzeciona z wałkiem kulkowym, czy też łożysko czteropunktowe z dwoma łożyskami wrzecion wałeczkowych, ze względu na zasadę konstrukcyjną łożyska baryłkowego, gdy poddany działaniu dużej siły osiowej, może wystąpić obciążenie pojedynczej kolumny, a także z powodu obecności luzu promieniowego i osiowego (jak pokazano na rys. 2), kiedy turbina wiatrowa jest hamowana lub inne obciążenia osiowe zmieniają się naprzemiennie podczas zmiany kierunku pracy stan, główny wał i połączony z nim nośnik planetarny mogą być pochylone w kierunku osiowym, co może spowodować uderzenie na nośniku podtrzymującym łożysko, a ponieważ wewnętrzne koło koronowe i obudowa skrzyni biegów są integralnie połączone, przekładnia planetarna i nośnik planety jest osiowo przechylony, powodując zużycie uzębienia koła planetarnego.
Rozwiązanie wrzeciona obejmuje: jednorzędowe łożysko stożkowe z przegubem, jedno podwójne łożysko zewnętrzne o bardzo dużym stożkowym łożysku stożkowym, podwójne łożysko stożkowe z pierścieniem wewnętrznym oraz kombinację cylindrycznego łożyska wałeczkowego (jak pokazano na rys. 3). Wszystkie trzy rozwiązania mogą rozwiązać problem sił jednorzędowych poprzez wstępne dokręcenie stożkowych łożysk tocznych, eliminując wpływ osiowej i promieniowej turbulencji głównego wału, optymalizując obszar łożysk wstępnie naprężonych łożysk stożkowych i redukując naprężenie bieżni. , ostatecznie poprawić sztywność systemu. Spośród nich, podwójne połączenie stożkowe łożyska walcowego i cylindrycznego łożyska wałeczkowego łączy w sobie doskonałą nośność kompozytową stożkowego łożyska wałeczkowego i doskonałą nośność promieniową cylindrycznego łożyska wałeczkowego; konstrukcja łożyska wałeczkowego z pojedynczym podwójnym pierścieniem zewnętrznym przebiega z dużym kątem stożkowym, aby zoptymalizować nośność kompozytową i efektywny rozpiętość podpory, poprawić odporność na momenty wywrotne i uczynić konstrukcję konstrukcyjną całej maszyny bardziej zwartą; a jednomiejscowy układ składania krzyżowego łożyska stożkowego zmniejsza rozmiar łożyska fabrycznego, zmniejszając koszty. Wszystkie trzy rozwiązania zostały zastosowane do wrzecion turbiny o dużej mocy.
Rozwiązanie skrzyni biegów
Zoptymalizowana konstrukcja głównej skrzyni biegów dla turbin wiatrowych dużej mocy wymaga użycia wielu podziałów planetarnych. Zintegrowany zespół przekładni planetarnej z elastycznym sworzniem Timken (pokazany na rys. 4) jest jednym z najlepszych rozwiązań poprawiających niezawodność linii. Zintegrowana konstrukcja koła zębatego i pierścienia zewnętrznego łożyska eliminuje możliwość uruchomienia pierścienia zewnętrznego, zapewniając jednocześnie większą przestrzeń wewnętrzną, projektując większe i większe rolki, aby poprawić nośność. Poprzez wstępne zaciśnięcie dwóch rzędów zwężających się rolek, można nie tylko zoptymalizować obszar łożyska, a także zmniejszyć obciążenie i prawdopodobieństwo ześliźnięcia się rolki, a obciążenie można równomierniej rozłożyć w dwóch kolumnach. Elastyczna konstrukcja sworznia umożliwia zespołowi koła planetarnego uzyskanie elastycznego przesunięcia, zapewniającego wysoki stopień zazębienia powierzchni zębów i równomierny kontakt.
