Buscar
CONTACTO

Rodamientos - 2018-10-19

Location of the main rotor bearings in gearless wind turbine systems

Se requieren dos factores clave para los rodamientos utilizados en los sistemas de generación de energía eólica: alto rendimiento y una larga vida útil en condiciones adversas. Esta observación se aplica especialmente en el segmento de aerogeneradores marinos, en el que las capacidades de los aerogeneradores siguen aumentando. Como resultado, NSK comenzó recientemente la fabricación de rodamientos para aerogeneradores de 9,5 MW y ya está desarrollando rodamientos para generadores eólicos marinos en el rango de 12 MW.

Sin embargo, no son solo las capacidades de rendimiento las que plantean altas exigencias a los rodamientos para aerogeneradores. En el mar, debido a las altas velocidades del viento, las cargas estáticas y dinámicas que actúan sobre los rotores son incluso más fuertes y, en consecuencia, sobre todo el sistema de transmisión. En los aerogeneradores terrestres, los rodamientos principales soportan cargas de hasta 1 MN; en el caso de los aerogeneradores marinos, estos valores pueden llegar a ser incluso superiores.

Las expectativas de vida útil aumentan

Las demandas sobre la vida útil de los rodamientos para aerogeneradores se están incrementando. Para los aerogeneradores eólicos terrestres, los fabricantes tradicionalmente especificaban que los rodamientos debían estar diseñados para una vida útil de 175.000 horas, lo que equivalía a 20 años. Sin embargo, como resultado de los altos costes de inversión y la dificultad para acceder a los sistemas de energía eólica marina, se especifica una vida útil de 25 años, que es un desafío importante teniendo en cuenta las cargas dinámicas extremadamente altas que soportan.

Rodamientos principales

Estas cargas influyen claramente en la elección de los rodamientos. En las turbinas eólicas de accionamiento directo, los rodamientos de rodillos cónicos de doble hilera se eligen cada vez más como rodamientos principales. En comparación con los rodamientos de rodillos cilíndricos, que se utilizaban con frecuencia en el pasado, los rodamientos de rodillos cónicos ofrecen la ventaja de una precarga ajustable, lo que permite lograr una mayor rigidez del sistema. Estos rodamientos tienen diámetros interiores de hasta 2,7 m, lo que representa un enorme desafío incluso para el diseño y los conceptos de fabricación más modernos.

En el caso de los sistemas con multiplicadora, el peso de los componentes adicionales del sistema de transmisión se compensa por el hecho de que el generador puede tener un diseño más reducido. Existen diferentes pautas para el diseño del rodamiento del rotor principal en cada una de las clases según su potencia. Los sistemas de hasta 5 MW generalmente utilizan rodamientos de rodillos esféricos, mientras que para las turbinas de 6 MW y superiores, la preferencia es para disposiciones con dos rodamientos de rodillos cónicos o rodamientos de rodillos cónicos de doble hilera combinados con un rodamiento de rodillos cilíndricos..

Rodamientos integrados

En los sistemas de transmisión por engranajes, las multiplicadoras con sistemas planetarios de dos o tres etapas son muy comunes en la actualidad. A menudo, estas etapas planetarias se combinan con una etapa de engranajes helicoidales. Durante varios años, la tendencia ha sido hacia el uso de los denominados engranajes planetarios integrados. Para esta aplicación, NSK ha desarrollado (en estrecha colaboración con el fabricante de los engranajes) unos rodamientos de rodillos cónicos y cilíndricos de múltiples hileras sin anillo exterior. De esta forma, el orificio interior de las ruedas planetarias se usa como camino de rodadura exterior del rodamiento.

En algunas aplicaciones, se utilizan rodamientos de rodillos cilíndricos integrados de hasta cuatro filas. En combinación con cuatro sistemas planetarios por etapa, un juego de rodamientos incluye un total de hasta 16 filas. Para obtener una carga uniforme en todos los rodamientos, el diámetro interior y el diámetro circunscrito para todo el conjunto debe tener unas tolerancias muy ajustadas.

Otra tendencia es instalar todos los rodamientos para un aerogenerador de un único proveedor. Esta tendencia del mercado fue una de las razones específicas por las que NSK decidió ampliar la cartera de productos de su Wind Business Unit (Unidad de Negocio Eólico), aunque la compañía ya ha estado desarrollando y fabricando varios tipos de rodamientos para multiplicadoras y generadores durante 20 años.

Investigación de las WEC (grietas blancas por fatiga bajo la superficie)

Debido al tamaño de los rodamientos requeridos para las turbinas eólicas marinas y el difícil acceso a las mismas, la industria eólica es obviamente muy sensible a los daños en los rodamientos. La experiencia técnica permite superar casi todas las formas típicas de daños en los rodamientos. Por ejemplo, los avanzados métodos de diseño en combinación con altos niveles de pureza de acero aseguran que los fallos clásicos por fatiga de rodamientos se hayan eliminado prácticamente en los rodamientos para turbinas eólicas

Un área que la industria de los rodamientos todavía está investigando, sin embargo, es el área de las WEC (grietas por fatiga bajo la superficie). Estas grietas producen de daños en los rodamientos que aparecen relativamente temprano en la vida útil del rodamiento. Los síntomas típicos de daños son estructuras blancas debajo del camino de rodadura (de ahí el nombre en inglés white etching cracks) que provocan la formación de grietas y, en última instancia, el fallo del rodamiento.

La causa exacta de las grietas por fatiga bajo la superficie (WEC) permaneció desconocida por un largo período de tiempo y aunque una serie de experimentos ha demostrado que este defecto es causado muy probablemente por la penetración de hidrógeno, la presencia de hidrógeno todavía no se ha logrado explicar de forma satisfactoria

Otros trabajos de investigación sugieren que el hidrógeno se genera durante el funcionamiento. El supuesto inicial era que el hidrógeno provenía de las cadenas de hidrocarburos de los lubricantes y sus aditivos; una teoría que se corroboró después de que los síntomas típicos de daños se pudieran reproducir en un laboratorio con ciertos tipos de aceites y grasas.

Como consecuencia, NSK desarrolló un nuevo material que demostraba una mayor resistencia a la penetración del hidrógeno y a la formación de grietas causadas por la fragilidad propiciada por el hidrógeno. Mientras que las pruebas de laboratorio se han completado con éxito, los rodamientos fabricados con este material están siendo sometidos a pruebas de campo.

Monitorización de las condiciones de trabajo

Como resultado de las características de seguridad y de la necesidad de una prolongada vida útil, los rodamientos en los sistemas de energía eólica son los candidatos ideales para sistemas de monitorización de las condiciones de trabajo (CMS), que usan sensores integrados o montados externamente con el fin de monitorizar de forma continua el estado del rodamiento. Las anomalías que indican daños en los rodamientos se pueden detectar y ser gestionadas de manera adecuada.

Los parques eólicos marinos despliegan sistemas CMS modernos para detectar anomalías de forma suficientemente temprana como para permitir que el ciclo de mantenimiento del sistema se planifique en consecuencia. NSK anticipa un potencial de mercado significativo para este tipo de sistemas.



NSK ha ofrecido una amplia cartera de rodamientos para aerogeneradores durante más de 20 años


 
Una tendencia importante en la industria de los aerogeneradores es la integración de etapas de engranajes planetarios y rodamientos de varias filas



Síntomas de daños en un anillo de rodamiento debido a las WEC (grietas por fatiga bajo la superficie)



Los rodamientos se pueden equipar con sensores montados externamente o integrados y vinculados a sistemas CMS (sistemas monitorización de las condiciones de trabajo)

Buscar Contacto

Por favor, escoja

Su Resultado

Consentimiento

NSK utiliza servicios de terceros que nos ayudan a mejorar nuestro sitio web y mostrarle el contenido más interesante. Para utilizar estos servicios, necesitamos su consentimiento. Esto puede ser revocado en cualquier momento. Puede encontrar más información aquí enlace a la política de privacidad.