В последние годы наблюдается тенденция к повышению осведомленности о глобальной охране окружающей среды, и ожидания от производства энергии ветром как возобновляемого источника энергии растут. Несмотря на то, что ветряная турбина рассчитана на 20 лет эксплуатации, существует несколько технологических тенденций, направленных на повышение эффективности производства электроэнергии, таких как более крупные установки и развертывание на море. В результате сложность и стоимость замены деталей во время технического обслуживания стали проблемой. Следовательно, от подшипников, установленных в ветряных турбинах1), требуется высокая-надежность. Подшипники главного вала ветряной турбины выдерживают внешние нагрузки от силы ветра, а также веса лопастей и привода (рис.1). Поэтому сферические роликоподшипники, которые имеют более высокую грузоподъемность и большую устойчивость к ошибкам монтажа по сравнению с другими типами подшипников, используются для главного вала ветряных турбин. Однако повреждение поверхности, такое как износ и отслаивание, было подтверждено как основной вид отказа сферических роликоподшипников главного вала ветряных турбин. Поэтому необходимы контрмеры для сокращения времени простоя,-связанного с заменой компонентов. На этот раз компания NSK разработала и выпустила высоконадежный сферический роликоподшипник для главного вала ветряной турбины, обеспечивающий высокую грузоподъемность и превосходную устойчивость к повреждениям поверхности (рис. 2)1).

Подшипники главного вала ветряной турбины должны выдерживать переменные нагрузки, вызванные ветром, а также весом лопастей и трансмиссии. Поскольку применяются большие радиальные и осевые нагрузки, требуется очень высокая грузоподъемность. В то же время они используются при очень низких скоростях вращения, примерно от 10 до 20 мин-1. Поэтому ожидается, что в подшипниках главного вала ветряной турбины трудно добиться достаточного образования масляной пленки. Кроме того, основная проблема сферических роликоподшипников заключается в том, что их собственная конструкция допускает скольжение между телами качения и поверхностями дорожек качения колец, что может привести к быстрому ухудшению характеристик поверхности, вызванному контактом металла-металла. В результате серьезной проблемой является склонность поверхности к повреждениям, таким как износ и отслаивание2).

В этом новом продукте используется сепаратор типа ECA-со специальной формой кармана, которая устраняет необходимость в направляющем кольце. Обычно стандартные сферические роликоподшипники (тип CA-, рис. 3) имеют направляющие кольца для направления сепаратора, но недавно разработанные сферические роликоподшипники (тип ECA-, рис. 4) не имеют этих направляющих колец. Это исключает скольжение между направляющим кольцом и сепаратором, уменьшая образование металлических частиц при износе. Кроме того, за счет оптимизации формы клетки ее стойки стали тоньше, одновременно увеличив прочность клетки. Следовательно, внутренняя конструкция подшипника была пересмотрена: размер и количество тел качения были увеличены, что привело к повышению грузоподъемности и снижению контактного давления1).

Известно, что повреждение поверхности возникает в результате вмятин, вызванных посторонними веществами в средах, где образуются такие загрязнения, как металлические частицы износа. Компания NSK разработала технологию, позволяющую снизить концентрацию напряжений, вызванную вмятинами при наличии посторонних веществ, за счет оптимизации количества остаточного аустенита. Кроме того, на основе этой технологии была разработана уникальная технология NSK по обработке материалов и термообработки (Super-TF™), которая увеличивает общее количество остаточного аустенита и одновременно улучшает твердость поверхности за счет добавления соответствующего количества карбидообразующих элементов-(хрома, молибдена) в сталь и последующей ее специальной термообработке3). Применяя эту технологию к внутреннему и наружному кольцам этого недавно разработанного продукта, они добились повышенной износостойкости поверхностей дорожек качения по сравнению со стандартными -подшипниковыми-стальными подшипниками.

Тела качения покрыты DLC (алмазный-подобный-углерод) высокой-твердости толщиной в несколько микрометров. В этой разработанной спецификации продукта специальная слоистая структура обеспечивает как сцепление с основным материалом, так и твердость покрытия, тем самым повышая долговечность покрытия (рис.6). Покрытие DLC предотвращает ухудшение поверхности, вызванное контактом металла между телами качения и поверхностями дорожек качения, когда образование масляной пленки недостаточно. Это также способствует уменьшению увеличения касательной силы между телами качения и поверхностью дорожки качения. Следовательно, поверхностный износ дорожек качения снизится менее чем на одну-десятую по сравнению со стандартными изделиями без-покрытия.

Компания NSK разработала сферический роликоподшипник для главного вала ветряной турбины, который обеспечивает высокую-надежность и долговечность даже при низкой скорости вращения и высоких нагрузках. Это было достигнуто за счет пересмотра внутренней конструкции подшипника с использованием нового типа сепаратора и применения технологий материалов, термической обработки и нанесения покрытий. Ключевой особенностью этого нового продукта является то, что срок его службы подшипников увеличивается примерно в 1,3 раза по сравнению с обычными стандартными продуктами, при этом износ снижается менее чем на одну-десятую часть. Продажи этого продукта начались в июне 2024 года для ветряных турбин в Северной Америке. NSK продолжит расширять свой бизнес, в первую очередь на рынке послепродажного обслуживания, способствуя стабильной работе ветряных турбин по мере того, как они становятся больше и перемещаются за границу.