풍력 터빈 기어박스에 기여할 수 있는 저널 베어링

May 24, 2023

폴 드보르작 | 2017년 4월 27일

최근 국립 재생 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory) 프로그램에서는 저널 베어링이 있는 1MW 기어박스의 내구성을 평가했습니다. 더 폭넓은 사용과 보다 안정적인 기어박스에 대한 결과는 고무적입니다.

기술자가 저널 베어링 4개로 기어박스를 조립합니다.

풍력 터빈 기어박스가 아직 유성 단계에서 업그레이드된 롤러 베어링 배열로 장착되지 않은 경우 새로운 베어링 설계는 더 높은 부하 용량을 갖기 때문에 곧 수리될 것입니다. 최근 설계 선호 사항에는 예압형 테이퍼 롤러 베어링이나 유성 기어에 통합된 궤도가 있는 원통형 롤러가 포함됩니다. 그러나 이러한 배열도 결국 구름 접촉 피로로 인해 파손 손상을 입게 되어 교체가 필요합니다. 저널 베어링이 있는 기어박스가 풍력 터빈이 가하는 가혹한 조건을 더 잘 견딜 수 있을까요?

차세대 기어박스의 목표 중 하나는 구동계 효율성을 높이는 것입니다.

NREL의 엔지니어와 Romax Technology 및 기타 업계 파트너는 최근 에너지 균등화 비용 절감을 목표로 하는 차세대 기어박스, 발전기 및 전력 변환기 기술을 테스트하기 위해 미국 에너지부가 지원하는 프로젝트를 완료했습니다. 기어박스 레이아웃에는 플렉스 핀과 저널 베어링 기술이 통합되어 행성 부하 공유를 개선하고 저속-고부하 응용 분야에서 저널에 대한 이해를 더욱 향상시켰습니다. 프로젝트 내에서 드라이브트레인은 국립 풍력 기술 센터(National Wind Technology Center)의 동력계에서 설계, 제작 및 테스트되었습니다.

Romax Insight의 엔지니어링 글로벌 부사장인 Ashley Crowther 박사는 최근 NREL에서 열린 드라이브트레인 신뢰성 협업 회의에서 유망한 테스트 결과를 발표했습니다. 프로그램 목표는 풍력 산업을 발전시킬 차세대 구동계를 제안하는 것이었습니다. "우리는 풍력 산업이 시스템 비용과 유지 관리를 줄이면서 효율성을 높이려는 목표로 기술을 테스트할 수 있는 고급 기어박스 배열을 조사하고 있었습니다."라고 그는 말했습니다. 최근 유럽 기어박스 OEM(Original Equipment Manufacturer)에서 제공하는 저널 베어링이 몇 가지 있지만 풍력 기어박스의 저널 베어링은 흔하지 않습니다.

이전 NREL 프로젝트에서는 두 개의 테이퍼 베어링으로 ​​지지되고 중속 발전기를 포함하는 메인 샤프트를 갖춘 개조용 드라이브트레인을 제공했습니다. 기존 기어박스는 단일 단계의 저널 베어링이 장착된 기어박스로 교체되었으며 4개의 플래닛이 플렉서블 또는 플렉스 핀에 장착되었습니다. 비용 효율성을 위해 테스트 기어박스는 1단계로 구성되었지만 개념 연구 중에 NREL의 프로그램 책임자인 Jon Keller는 팀이 일련의 비율을 조사한 결과 다음과 같은 2단계 기어박스를 사용하면 가장 낮은 에너지 비용이 가능하다는 사실을 발견했다고 말했습니다. 비율은 30정도.

그림의 단면은 스핀들을 지지하는 썬 기어와 플렉스 핀, 그리고 유성을 지지하는 저널 베어링을 보여줍니다.

스핀들 내부의 플렉스 핀을 사용하면 유성 하중이 변경됨에 따라 약간 이동할 수 있습니다. 저널 베어링이 각 스핀들에 장착됩니다.

이 응용 분야에서 행성은 저널 재료 위의 얇은 오일 필름 위에서 회전하고 링은 고정되어 있습니다. 소재는 유럽 제조업체의 독점 특수 합금으로 코팅된 강철입니다.

기어박스에 있는 스트레인 게이지의 플롯은 정격 토크에서 거의 동일한 부하 분포로 부하에 따라 부하 공유가 향상되었음을 보여줍니다.

플렉스 핀의 목적은 4행성 시스템을 통해 부하 공유를 향상시키는 것입니다. 세 다리 의자가 비유를 제공합니다. 세 다리가 모두 땅에 닿아 있어 의자가 흔들리지 않습니다. 하지만 다리가 뻣뻣하면 네 다리 의자가 쉽게 흔들릴 수 있습니다. 마찬가지로, 3개 이상의 행성이 있는 행성계는 행성 부하를 고르지 않게 공유할 수 있습니다. 시스템 편향, 작은 간격 및 기본 오류(일반적으로 허용 오차 범위 내)는 모두 고르지 않은 하중 공유 크기에 영향을 미칩니다. 그러나 시스템에 어느 정도 유연성이 있다면 각 의자 다리에 스프링이 있어 항상 네 다리에 놓이게 하는 것과 같을 것입니다. 플렉스 핀은 4개 행성 시스템에서 이를 수행하는 방법을 제공합니다. 이전 기사(http://tinyurl.com/bearings-journal 또는 WPE&D 2016년 5월)에서는 기어박스 재구축에 대한 자세한 내용을 제공합니다.