Selección de rodamientos en turbinas eólicas

Las turbinas eólicas consisten en un rotor fijado a la góndola, que se encuentra en lo alto de la torre. Dentro de la góndola está el rotor principal, caja de engranajes, generador, controlador y freno. La góndola completa pivota para alinearse óptimamente con el viento en orden de prevenir cargas extremas y permitir operaciones efectivas en costes. .

Las turbinas eólicas están diseñadas para una vida útil aproximada de unos 20 años. Por lo tanto, los cálculos de vida de los rodamientos apuntan a unas 120.000 o 170.000 horas. Debido a su localización las turbinas eólicas están expuestas a fuertes vientos por lo que es crítico que los intervalos de mantenimiento sean largos. .

En las turbinas eólicas, el eje del rotor es de importancia fundamental, ya que es donde todas las fuerzas eólicas inducidas (radial y axial) y momentos actúan directamente. En consecuencia, los rodamientos están sujetos a cargas dinámicas y condiciones de operación altas. Además de condiciones de operación normales, que incluyen extremos de velocidad y cargas, los engranajes deben arreglárselas con cargas transitorias altas tanto al arrancar como al parar y estarán ociosos en otros periodos pero expuestos al rozamiento.

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Otro desafío es el ensamblaje e instalación de rodamientos en ejes de rotor principal, ya que pueden pesar cientos de kilogramos y tener diámetros exteriores de más de un metro. Se requieren por ello herramientas especiales, además de un medio de calentamiento uniforme de los rodamientos. .

De importancia clave es el diseño de las cajas de engranajes, donde pueden producirse pares de entrada típicos de 2 MNm (en turbinas de 3,2 MW) y ello somete a grandes desafíos a la configuración de los engranajes. Estos pares de entrada imponen altas fuerzas dinámicas en los rodamientos con cargas pico extremas y cargas mínimas, inversiones de carga repentinas y temperaturas de operación fluctuantes. Schaeffer ha desarrollado software sofisticado que simula las condiciones de operación de rodamientos, incluyendo la deformación de la carcasa de la caja de engranajes, que en si mismo puede imponer cargas adicionales a los engranajes. .

Un generador operando en la góndola de una turbina eólica está sometido a unas cargas de vibración superiores a sus equivalentes en el suelo. Esto también puede producir mayores tensiones en los rodamientos y en el lubricante. En el diseño de rodamientos para un generador, la velocidad, tamaño y diseño juegan un papel importante. Otra consideración de diseño a tener en cuenta es la protección del lubricante ante el paso de corriente. .

Además de las consideraciones de diseño y métodos de fabricación precisos, la fiabilidad y vida de operación de un engranaje queda influenciado en gran extensión por la lubricación. La selección de la grasa correcta, la capacidad de rendimiento del aceite, el efecto de los aditivos, la limpieza en relación con los contaminantes, y la adherencia a intervalos de lubricación especificados, contribuyen a determinar la fiabilidad total del sistema.

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Bibliografía: .

Bearings keep on rolling with the wind. Power motion September 2009