水下水輪機(jī)用NSK軸承簡(jiǎn)介
2023-02-27 11:21:44
在德國(guó)，約52%的電力來(lái)自化石燃料，法國(guó)80%依賴核裂變，相比之下，挪威已經(jīng)通過(guò)水力發(fā)電滿足了98%以上的能源需求，蘇格蘭希望在三年內(nèi)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(tái)1.5兆瓦的潮汐渦輪機(jī)。ANDRITZ HYDRO（以下簡(jiǎn)稱AH公司）是水力發(fā)電廠機(jī)電系統(tǒng)和服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商，已在當(dāng)?shù)靥峁┝怂呐_(tái)試驗(yàn)渦輪機(jī)中的三臺(tái)。
該項(xiàng)目位于一個(gè)相對(duì)平坦的海峽（北蘇格蘭大陸和斯特羅馬島之間）。潮汐達(dá)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(qū)動(dòng)力和機(jī)器負(fù)載，安裝在那里的水下裝置必須非常堅(jiān)固，僅安德里茨水電站的11米長(zhǎng)水輪機(jī)就重達(dá)130噸左右，帶有輪轂、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子葉片的調(diào)節(jié)角由帶驅(qū)動(dòng)裝置的葉片軸承不斷控制。
考慮到該特定現(xiàn)場(chǎng)對(duì)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(jī)的軸承系統(tǒng)和主軸密封必須符合最高標(biāo)準(zhǔn)，為此，該公司已引入了強(qiáng)大的合作伙伴，包括NSK軸承和捷克變速器專家Wikov MGI，其產(chǎn)品還包括各種NSK解決方案。
“必須保證設(shè)備可靠的運(yùn)行，正如所用技術(shù)的高性能一樣”渦輪機(jī)制造廠拉文斯堡安德里茲水電設(shè)計(jì)部門的卡斯滕·赫爾曼強(qiáng)調(diào)，“應(yīng)至少持續(xù)使用25年以上，確保每五年才進(jìn)行一次維修，因?yàn)樵诠＿M(jìn)行維修操作是困難、危險(xiǎn)和昂貴的”。
這使得AH公司在轉(zhuǎn)子軸軸承設(shè)計(jì)、使用壽命計(jì)算、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)力計(jì)算以及軸承的具體設(shè)計(jì)方面獲得NSK專家的有力支持非常重要，例如，轉(zhuǎn)子軸軸承承受來(lái)自水流的極高的軸向力，NSK的負(fù)責(zé)工程師陳工說(shuō)，“轉(zhuǎn)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(jī)器托架，主軸和葉片軸承通過(guò)NSK計(jì)算軟件進(jìn)行了精確模擬（包括根據(jù)整體結(jié)構(gòu)變形的有限元方法進(jìn)行的計(jì)算），由于技術(shù)咨詢公司在規(guī)劃和施工階段的早期參與，NSK能夠?yàn)锳H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足蘇格蘭北岸強(qiáng)烈潮流的特殊要求。
除了30米深的水流和持續(xù)的高水壓外，還有海水的鹽度以及腐蝕風(fēng)險(xiǎn)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(nèi)實(shí)現(xiàn)安全、低維護(hù)的運(yùn)行”。
在渦輪機(jī)內(nèi)部，緩慢移動(dòng)的轉(zhuǎn)子軸將極高的驅(qū)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(jí)，采用專利的“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(fù)載分布，從而允許更緊湊的齒輪箱設(shè)計(jì)，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(xì)檢查了軸承、軸和殼體的系統(tǒng)行為，并基于該“虛擬測(cè)試臺(tái)”開(kāi)發(fā)的解決方案的結(jié)果，NSK海洋能源技術(shù)應(yīng)用咨詢公司的王工表示，“這將最大負(fù)載能力與高性能結(jié)合在一起”，此外，還結(jié)合了主要用于風(fēng)力行業(yè)的拋光滾子軸承的經(jīng)驗(yàn)，由于其涂層，滑動(dòng)損壞的風(fēng)險(xiǎn)可以降到最低。