水下水輪機用NSK軸承簡介
2023-02-27 11:21:44
在德國，約52%的電力來自化石燃料，法國80%依賴核裂變，相比之下，挪威已經通過水力發電滿足了98%以上的能源需求，蘇格蘭希望在三年內從可再生能源獲得全部電力，他們充分利用自己的水電潛力，蘇格蘭人正在向北海岸的最深處進發，在彭特蘭灣，他們第一步在海底安裝了四臺1.5兆瓦的潮汐渦輪機。ANDRITZ HYDRO（以下簡稱AH公司）是水力發電廠機電系統和服務的領先供應商，已在當地提供了四臺試驗渦輪機中的三臺。
該項目位于一個相對平坦的海峽（北蘇格蘭大陸和斯特羅馬島之間）。潮汐達到3.5 m/s的流速，由于水的密度大約是空氣的八百倍，所以這里釋放了巨大的力量。
為了承受這些驅動力和機器負載，安裝在那里的水下裝置必須非常堅固，僅安德里茨水電站的11米長水輪機就重達130噸左右，帶有輪轂、轉子葉片和與底座的連接，總重量約為200噸。在座艙頂部，一個直徑18米的三翼螺旋槳旋轉，它的轉子表面受到了13小時/公里的水流的影響，這些水流是由于大約350公里/小時的颶風而在陸地上產生的，為了承受不斷變化的潮流和水流湍流，轉子葉片的調節角由帶驅動裝置的葉片軸承不斷控制。
考慮到該特定現場對安裝技術的巨大要求，安德里茨水電從一開始就很清楚，渦輪機的軸承系統和主軸密封必須符合最高標準，為此，該公司已引入了強大的合作伙伴，包括NSK軸承和捷克變速器專家Wikov MGI，其產品還包括各種NSK解決方案。
“必須保證設備可靠的運行，正如所用技術的高性能一樣”渦輪機制造廠拉文斯堡安德里茲水電設計部門的卡斯滕·赫爾曼強調，“應至少持續使用25年以上，確保每五年才進行一次維修，因為在公海進行維修操作是困難、危險和昂貴的”。
這使得AH公司在轉子軸軸承設計、使用壽命計算、動態和靜態力計算以及軸承的具體設計方面獲得NSK專家的有力支持非常重要，例如，轉子軸軸承承受來自水流的極高的軸向力，NSK的負責工程師陳工說，“轉子葉片的寄生彎矩通過帶有滾子軸承的主軸很好地傳遞到機器托架，主軸和葉片軸承通過NSK計算軟件進行了精確模擬（包括根據整體結構變形的有限元方法進行的計算），由于技術咨詢公司在規劃和施工階段的早期參與，NSK能夠為AH公司開發量身定制的大型軸承，這些軸承的最佳配置能夠滿足蘇格蘭北岸強烈潮流的特殊要求。
除了30米深的水流和持續的高水壓外，還有海水的鹽度以及腐蝕風險的增加，為了承受這種條件，需要合適的軸承密封件，例如SKF軸承開發和制造的密封件。SKF軸承的開發工程師李工表示，“高度耐磨的碳化硅密封圈將在未來幾年內實現安全、低維護的運行”。
在渦輪機內部，緩慢移動的轉子軸將極高的驅動扭矩傳遞給特殊的Wikov MGI變速箱，該變速箱具有兩個行星級，采用專利的“Flex Pin”技術（帶有柔性行星螺栓），確保了所接合的所有行星齒輪的更好的負載分布，從而允許更緊湊的齒輪箱設計，這種動力分支傳動的可靠性在很大程度上取決于總共16個NSK圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承。NSK還詳細檢查了軸承、軸和殼體的系統行為，并基于該“虛擬測試臺”開發的解決方案的結果，NSK海洋能源技術應用咨詢公司的王工表示，“這將最大負載能力與高性能結合在一起”，此外，還結合了主要用于風力行業的拋光滾子軸承的經驗，由于其涂層，滑動損壞的風險可以降到最低。