水下水輪機用NSK軸承簡(jiǎn)介
2023-02-27 11:21:44
在德國，約52%的電力來(lái)自化石燃料，法國80%依賴(lài)核裂變，相比之下，挪威已經(jīng)通過(guò)水力發(fā)電滿(mǎn)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(jìn)發(fā)，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(jiǎn)稱(chēng)AH公司）是水力發(fā)電廠(chǎng)機電系統和服務(wù)的領(lǐng)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(gè)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(dòng)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(cháng)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(gè)直徑18米的三翼螺旋槳旋轉，它的轉子表面受到了13小時(shí)/公里的水流的影響，這些水流是由于大約350公里/小時(shí)的颶風(fēng)而在陸地上產(chǎn)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(dòng)裝置的葉片軸承不斷控制。
考慮到該特定現場(chǎng)對安裝技術(shù)的巨大要求，安德里茨水電從一開(kāi)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(zhuān)家Wikov MGI，其產(chǎn)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(shù)的高性能一樣”渦輪機制造廠(chǎng)拉文斯堡安德里茲水電設計部門(mén)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(jìn)行一次維修，因為在公海進(jìn)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(dòng)態(tài)和靜態(tài)力計算以及軸承的具體設計方面獲得NSK專(zhuān)家的有力支持非常重要，例如，轉子軸軸承承受來(lái)自水流的極高的軸向力，NSK的負責工程師陳工說(shuō)，“轉子葉片的寄生彎矩通過(guò)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(guò)NSK計算軟件進(jìn)行了精確模擬（包括根據整體結構變形的有限元方法進(jìn)行的計算），由于技術(shù)咨詢(xún)公司在規劃和施工階段的早期參與，NSK能夠為AH公司開(kāi)發(fā)量身定制的大型軸承，這些軸承的最佳配置能夠滿(mǎn)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(fēng)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(kāi)發(fā)和制造的密封件。SKF軸承的開(kāi)發(fā)工程師李工表示，“高度耐磨的碳化硅密封圈將在未來(lái)幾年內實(shí)現安全、低維護的運行”。
在渦輪機內部，緩慢移動(dòng)的轉子軸將極高的驅動(dòng)扭矩傳遞給特殊的Wikov MGI變速箱，該變速箱具有兩個(gè)行星級，采用專(zhuān)利的“Flex Pin”技術(shù)（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(dòng)力分支傳動(dòng)的可靠性在很大程度上取決于總共16個(gè)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(kāi)發(fā)的解決方案的結果，NSK海洋能源技術(shù)應用咨詢(xún)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(fēng)力行業(yè)的拋光滾子軸承的經(jīng)驗，由于其涂層，滑動(dòng)損壞的風(fēng)險可以降到最低。