Останніми роками спостерігається тенденція до підвищення обізнаності про глобальне збереження навколишнього середовища, і очікування щодо виробництва енергії вітру як відновлюваного джерела енергії зростають. Хоча вітряна турбіна розрахована на 20 років експлуатації, існує кілька технологічних тенденцій для підвищення ефективності виробництва електроенергії, таких як більші агрегати та морське розгортання. Як наслідок, складність і вартість заміни деталей під час технічного обслуговування стали проблемою. Отже, висока-надійність потрібна для підшипників, установлених у вітрових турбінах1). Підшипники головного вала вітрової турбіни витримують зовнішні навантаження від сил вітру та ваги лопатей і трансмісії (рис.1). Тому сферичні роликові підшипники, які мають вищу навантажувальну здатність і більший допуск до помилок монтажу порівняно з іншими типами підшипників, використовувалися для застосування на головному валу вітрових турбін. Проте було підтверджено, що пошкодження поверхні, наприклад знос і відшарування, є основною причиною відмови сферичних роликових підшипників для головного вала вітрової турбіни. Тому необхідні контрзаходи, щоб зменшити-час простою, пов’язаний із заміною компонентів. Цього разу компанія NSK розробила та випустила високонадійний сферичний роликовий підшипник для головного вала вітрової турбіни, що забезпечує високу навантажувальну здатність і відмінну стійкість до пошкоджень поверхні (рис. 2)1).

Підшипники головного вала вітряної турбіни повинні витримувати коливальні навантаження, викликані вітром і вагою лопатей і трансмісії. Оскільки застосовуються великі радіальні та осьові навантаження, потрібна дуже висока вантажопідйомність. У той же час вони використовуються при дуже низьких швидкостях обертання приблизно від 10 до 20 хв-1. Таким чином, передбачається, що достатнього утворення масляної плівки важко досягти в підшипниках головного вала вітрової турбіни. Крім того, основна проблема сферичних роликових підшипників полягає в тому, що власна структура дозволяє ковзати між тілами кочення та поверхнями кільцевих доріжок кочення, що може призвести до швидкого погіршення характеристик поверхні внаслідок контакту -метал з металом. Як результат, основною проблемою є те, що він схильний до пошкоджень поверхні, таких як знос і відшарування2).

Цей нещодавно розроблений продукт використовує клітку типу ECA-зі спеціальною формою кишені, яка усуває потребу в направляючому кільці. Традиційно стандартні сферичні роликопідшипники (тип CA-, рис. 3) мають напрямні кільця для спрямування сепаратора, нові сферичні роликопідшипники (тип ECA-, рис. 4) не мають цих напрямних кілець. Це усуває ковзання між направляючим кільцем і сепаратором, зменшуючи утворення металевих часток зносу. Крім того, оптимізувавши форму клітки, стовпи клітки було зроблено тоншими, а також покращено міцність клітки. Відповідно, внутрішню конструкцію підшипника було переглянуто, розмір і кількість тіл кочення збільшено, що призвело до більш високої навантажувальної здатності та нижчого контактного тиску1).

Відомо, що пошкодження поверхні виникає через вм’ятини, спричинені сторонніми речовинами в середовищах, де утворюються забруднюючі речовини, такі як металеві частинки зносу. Компанія NSK розробила технологію для зменшення концентрації напруги, спричиненої поглибленнями, коли присутні сторонні речовини, шляхом оптимізації кількості залишкового аустеніту. Крім того, на основі цієї технології було розроблено унікальну технологію обробки матеріалів і термічної обробки NSK (Super-TF™), яка збільшує загальну кількість залишкового аустеніту, одночасно покращуючи твердість поверхні шляхом додавання відповідної кількості карбідо-утворюючих елементів (хрому, молібдену) до сталі, а потім піддаючи її спеціальній термічній обробці3). Застосувавши цю технологію до внутрішніх і зовнішніх кілець цього нещодавно розробленого продукту, вони досягли покращеної зносостійкості поверхонь доріжок кочення порівняно зі стандартними-підшипниками-сталевими підшипниками.

Елементи кочення мають покриття високої-твердості DLC (Diamond-Like-Carbon) товщиною кілька мікрометрів. У цій розробленій специфікації продукту спеціальна шарувата структура забезпечує як адгезію до основного матеріалу, так і твердість покриття, тим самим покращуючи довговічність покриття (рис.6). Покриття DLC запобігає пошкодженню поверхні, спричиненому контактом металу між елементами кочення та поверхнями доріжок кочення, коли утворення масляної плівки недостатнє. Це також сприяє зменшенню збільшення тангенціальної сили між тілами кочення та поверхнею доріжки кочення. Відповідно, поверхневий знос доріжок кочення зменшиться до менш ніж однієї-десятої порівняно зі стандартними продуктами без покриття.

Компанія NSK розробила сферичний роликовий підшипник для головного вала вітрової турбіни, який забезпечує високу-надійність і довговічність навіть за низьких обертів і високих навантажень. Це було досягнуто шляхом перегляду внутрішньої конструкції підшипника з новим типом обойми та застосуванням матеріалів, термічної обробки та технологій покриття. Ключовою особливістю цього нового продукту є те, що він досягає приблизно в 1,3 рази довшого терміну служби підшипників, ніж у звичайних стандартних виробів, при цьому зменшуючи знос менше ніж на одну-десяту. Продажі цього продукту почалися в червні 2024 року для вітрових турбін у Північній Америці. NSK продовжуватиме розширювати наш бізнес, насамперед на вторинному ринку, сприяючи стабільній роботі вітряних турбін у міру їх збільшення та переміщення в море.