Forschungskooperation von SKF und NREL: Mehr Zuverlässigkeit von Windenergie-Triebsträngen

SKF und das National Renewable Energy Laboratory (NREL, Nationales Labor für Erneuerbare Energien) des US-Energieministeriums haben eine dreijährige Forschungskooperation vereinbart. Ziel ist es, die Leistung der Triebstränge von Windenergieanlagen unter verschiedenen Bedingungen zu analysieren und weitere Erkenntnisse über die möglichen Ursachen entsprechender Lagerausfälle zu gewinnen. Schwerpunkt dieser Partnerschaft ist die Untersuchung der Ausfallmodi von Getriebe- und Hauptwellenlagern. Daraus sollen neue, verbesserte Konstruktionen mit höherer Zuverlässigkeit hervorgehen.

Die Untersuchungen werden an einer bestehenden GE 1,5 MW-Anlage durchgeführt, die im National Wind Technology Center (NWTC, Nationales Windtechnologiezentrum) in Colorado, USA, steht. Dort bringt SKF eine Vielzahl von Komponenten und Systemen in das Projekt ein. Dazu gehört u. a. das neue, speziell für Windenergieanlagen optimierte Pendelrollenlager 240/600 BC samt Lagergehäuse und Dichtungen. Hinzu kommen Hard- und Software für die Zustandsüberwachung (IMx-8 und @ptitude Observer v10.2) sowie ein automatisches Schmiersystem.

Zur Messung der klimatischen, statischen und dynamischen Bedingungen innerhalb des Getriebes und des Hauptwellenlagers werden verschiedene Sensoren installiert. Ergänzt wird dieses Arsenal durch ein Werkzeug auf Basis einer Rogowski-Spule, um auch die Kriechströme in den Lagern zu erfassen. Die gesammelten Daten sollen tiefere Einblicke in die Ursachen von Getriebelagerausfällen (z.B. Feuchtigkeit, mechanische Überlastung, Kriechströme, Rollschlupf) vermitteln. Dabei können insbesondere die von SKF patentierten Drehzahlmessungen für ein besseres Verständnis des tatsächlichen kinematischen Verhaltens der Lager in der Turbine sorgen, ohne dass dafür wesentliche Änderungen am Lager vorgenommen werden müssen.

Das NWTC liefert reale Witterungs- und Lastbedingungen für die Turbine, so dass die Auswirkungen von starken Winden, unterschiedlichen Netzspannungen und Störungen der mechanischen Systeme der Turbine untersucht werden können. Die Langzeitdaten der von SKF installierten Systeme dienen u. a. dazu, die Ursachen von Axialrissen an der Hochgeschwindigkeitswelle zu ermitteln. Außerdem werden mit ihrer Hilfe allerlei Bedingungen analysiert, die die Zuverlässigkeit der Hauptlager beeinträchtigen. Diese beiden Fehlerquellen führen in der Windindustrie häufig zu hohen Betriebs- und Wartungskosten.

Im Rahmen des Forschungsprojekts mit ENREL plant SKF u. a. eine weitere Validierung der Leistungsfähigkeit ihres neuen, speziell für die Windenergie optimierten Pendelrollenlagers (Bild: NREL / SKF)

Das Projekt bietet SKF eine ideale Gelegenheit für eine weitere Validierung der Leistungsfähigkeit ihres neuen, speziell für die Windenergie optimierten Pendelrollenlagers. Unterstützt wird diese Arbeit durch das SKF Design Verification Support Tool, mit dessen Hilfe die Leistungsfähigkeit des Hauptwellenlagers unter realen Betriebsbedingungen nachgewiesen werden kann. Die optimierte Version des Pendelrollenlagers für die Hauptwelle zeichnet sich durch eine modifizierte Innengeometrie aus, die eine längere berechnete Lebensdauer, geringere Kontaktspannungen, einen höheren Kontaktwinkel, eine verbesserte Schmiegung und einen minimierten Gleitkontakt für geringeren Verschleiß aufweist. Der Käfig ist mit Manganphosphat beschichtet, um einen hervorragenden Korrosionsschutz zu erzielen. Außerdem wurde die interne Schmierung des Lagers verbessert.

Die in dieser Studie gewonnenen Erkenntnisse dürften zusätzliche Optimierungspotenziale für künftige Getriebe- und Hauptwellenlagerkomponenten ans Tageslicht fördern. Grundlage dafür wird ein besseres Verständnis davon sein, wie eine Turbine auf die härtesten atmosphärischen und stromnetztechnischen Bedingungen reagiert. Indem SKF und NREL der Zuverlässigkeit eines Triebstrangs somit genauestens auf den Grund gehen, unterstützen die beiden Partner die Windenergiebranche in ihrem Bestreben, ihre Kosten zu senken und gleichzeitig die Leistung und Effizienz ihrer Anlagen zu maximieren.