Zrównoważone zużycie szczotek i pierścieni ślizgowych na generatorach elektrowni wiatrowych
Szczątki węglowe to małe, lecz zasadnicze elementy elektrowni wiatrowej. Starannie dobrane materiały do produkcji szczotek w połączeniu z pierścieniami ślizgowymi i inteligentnymi uchwytami szczotek zapewniają bezproblemową pracę generatorów asynchronicznych z podwójnym zasilaniem (DFIG) w elektrowniach wiatrowych – pisze dr Urich Ringleb z firmy Schunk Kohlenstofftechnik GmbH.
Dla zapewnienia bezproblemowej i bezpiecznej pracy ważna jest optymalna szybkość zużywania się obu współpracujących elementów, zarówno pierścieni ślizgowych, jak i szczotek węglowych. Ze względu na to, iż wymiana uszkodzonego lub zużytego pierścienia ślizgowego jest kosztowna, a pociąga za sobą przerwy w pracy elektrowni, konieczne jest zapewnienie jak najmniejszego zużywania się pierścieni ślizgowych przy stosownym zużywaniu się szczotek węglowych.
Pierścienie ślizgowe na generatorach typu DFIG pracują standardowo przy prędkości obwodowej od 25 do 30 m/s. Generalnie podaje się, że zwykła wartość zużycia szczotek pracujących przy prędkości w powyższym zakresie mieści się w granicach od 2 do 4 mm/1000 godz. (zob. rys. 1).
Rysunek 1: Zalecane zużycie szczotek w zależności od prędkości obwodowej
Tłumaczenie opisów na wykresie: Brush wear – Zużycie szczotek, Peripheral speed – Prędkość obwodowa, Too high – Zbyt duże, Normal – Zwykłe, Acceptable – Dopuszczalne, Too low – Zbyt małe
Istnieje oczywiście wiele innych czynników, które wpływają na zużywanie się szczotek. Niemniej powyższa informacja posłuży jako dobra wartość odniesienia. Jednak niektórzy użytkownicy będą zawsze twierdzili, że taka wartość jest zbyt wysoka oraz że istnieją materiały grafitowe, które zużywają się wolniej.
Co jednak stanie się, jeżeli prędkość zużywania się szczotek będzie mniejsza niż 2 mm/1000 godz.?
Optymalna praca szczotki węglowej wymaga utworzenia na powierzchni kontaktu pierścienia powłoki ochronnej, inaczej patyny (zob. rys. 2). Utworzenie niewystarczającej patyny prowadzi do niezupełnie idealnej pracy szczotek.
Rysunek 2: Utworzenie właściwej patyny
Kolor patyny jest uzależniony od materiału szczotki oraz stosunku użytego metalu i grafitu w kompozycji materiału. Im więcej grafitu zawiera materiał szczotki, tym ciemniejsza będzie patyna.
Do najważniejszych funkcji dobrej patyny należy ustalenie współczynnika tarcia szczotek węglowych. W przypadku, gdy zużywanie się szczotek następuje powoli, to na powierzchni pierścienia może nie osadzać się wystarczająco dużo grafitu. To może prowadzić do zwiększenia współczynnika tarcia szczotek. Na poniższym rysunku jest pokazane, jakie może wystąpić zużycie pierścieni w wyniku wyższego współczynnika tarcia (zob. rys. 3).
Rysunek 3: Utworzenie niedoskonałej patyny – wysoki współczynnik tarcia – zużycie pierścieni
Dla zapewnienia utworzenia właściwej patyny ważna jest odpowiednia chropowatość powierzchni nowego lub zregenerowanego pierścienia ślizgowego. Zalecana wartość to 5 do 8 µm w skali Rz.
Jakie są pierwsze oznaki zużycia pierścieni?
Pierwszymi oznakami możliwego nadmiernego zużywania się pierścienia są błyszczące cząsteczki metalu w górnej części szczotki, na sprężynie, izolacji oraz wokół zespołu pierścieni ślizgowych (zob. rys. 4).
Rysunek 4: Widoczne oznaki zużycia pierścieni
Co dzieje się w przypadku nadmiernego zużywania się pierścieni?
Pierścienie brązowe są generalnie bardziej podatne na zużywanie, aniżeli pierścienie ze stali. Jak zostało powiedziane wyżej, współczynnik tarcia szczotek może ulec zwiększeniu w wyniku utworzenia niewystarczającej patyny. W pewnych warunkach pracy szczotki mogą także zacząć odskakiwać. To może prowadzić do iskrzenia, a w najgorszym przypadku nawet do utraty właściwej owalności pierścienia ślizgowego.
Wymiana szczotek jednak nie musi oznaczać rozwiązania tego problemu. Zainstalowany zespół nowych szczotek nigdy nie będzie „pasował” do tego samego toru utworzonego przez poprzednie szczotki. Z tego powodu nowe szczotki mogą mieć gorszy kontakt, a znowu może występować iskrzenie. W konsekwencji stopień zużycia szczotek prawdopodobnie ulegnie podwyższeniu.
Ponadto mocne iskrzenie szczotek może spowodować nieodwracalną zmianę struktury materiału pierścieni ślizgowych, szczególnie brązowych. Iskrzenie może więc stać się przyczyną utraty owalności pierścienia ślizgowego.
Ponadto zawsze występuje nieznaczny ruch osiowy pierścienia ślizgowego. Szczotki będą zatem narażone na ruchy także w kierunku osi wału. Rowki na pierścieniach będą wtedy powodować większe mechaniczne zużywanie się szczotek.
Cały zespół, tzn. szczotka, szczotkotrzymadło oraz pierścień ślizgowy, stanie się niestabilnym. Jego awaria oznacza nie tylko zagrożenie bezpieczeństwa, ale przede wszystkim znaczące konsekwencje ekonomiczne płynące z nadzwyczajnego przerwania eksploatacji oraz z wyższych kosztów serwisu i konserwacji.
Celem nadrzędnym spółki Schunk jest zachowanie przez cały czas stopnia zużycia pierścieni ślizgowych na jak najniższym poziomie. Doskonale zrównoważone zużycie szczotek i pierścieni ślizgowych sprawia, iż materiały Schunk cieszą się zaufaniem najważniejszych światowych producentów generatorów OEM oraz elektrowni wiatrowych.
W przypadku pytań albo zainteresowania dostawą oryginalnych części OEM (szczotki węglowe, szczotkotrzymadła pierścienie ślizgowe, systemy ochrony odgromowej, klocki hamulcowe), czy też w przypadki potrzeby konsultacji lub jakiejkolwiek pomocy technicznej, prosimy skontaktować się z naszym lokalnym specjalistą, panem Robertem Doleckim, telefon komórkowy: +48 538281233, e-mail: robert.dolecki@schunk-group.com.
Schunk Carbon Technology S.R.O. Sp. z o.o. – Oddział w Polsce, Ul. Bonifraterska 17, 00-203 Warszawa
artykuł sponsorowany
