Инновационные планетарные редуктора и передачи, использующиеся в ветрянной энергетике

В статье приводиться общий обзор планетарных редукторов и передач используемые в ветряной энергетике, а также экономические показатели, преимущества и технические характеристики.

В последние три года в дизайне высокомощностных электростанций, использующих энергию ветра, сформировались два основных направления. В одном из них используется приводное оборудование с редуктором. Во втором, возникшем позднее, – оборудование без редуктора с низкоскоростным многополярным генератором. Следует упомянуть, что в первом и во втором направлении их потребители сталкиваются с определенными проблемами: в первом случае – надежностью редуктора, во втором – высокой стоимостью генераторов, которые изготавливаются из дорогостоящих редких металлов. Для дизайна электростанций именно с приводным оборудованием Wikov предлагает высоконадежные, концептуально новые редукторы. Конкурирующие производители редукторов используют для диапазона мощности 2–5 MW классическую конструкцию размещения компонентов оборудования с одной или двумя громоздкими планетарными ступенями с обычным неподвижным размещением компонентов с одной или двумя цилиндрическими передачами.

Компания Wikov MGI в сотрудничестве с компанией Czech ORBITAL 2 использует принципиально иное техническое решение, применяя гибкие элементы, которые идеально приспосабливаются к внезапным изменениям условий, преобладающих в ветряной энергетике, а не ставя целью сконструировать отдельные элементы настолько массивными, чтобы последние могли выдержать сверхнагрузки.

Такое решение позволяет Wikov MGI выпускать планетарные редукторы более компактными, с меньшим весом и, что особенно важно, с сохранением таких же или даже более высоких нагрузок. Следует так же отметить, что декларированный срок службы редукторов Wikov – 20 лет (по сравнению с 6–7 годами для редукторов, выпускаемых иными производителями).

Рисунок 1. Разделение мощности на две мощностных ветви – дифференциальная ступень

В отличии от большинства конкурирующих компаний Wikov применяет в своих редукторах разделение мощностного потока. Использование такого решения позволяет снизить общий вес редукторов, так как отдельные элементы приводного механизма уже не должны проектироваться с учетом переноса 100% мощности, а лишь на 60–70%. Разделение мощностного потока достигается использованием дифференциальной планетарной ступени вместо обычной планетарной.

Рисунок 2. Гибкие валы

Все планетарные передачи редукторов Wikov изготавливаются с использованием технологии «Гибких валов» с защитой против перегрузок. Использование такого конструктивного решения по размещению отдельных элементов обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всей ширине зубозацепления редуктора. Благодаря такому эффекту предполагается дополнительное снижение веса зубчатых деталей обеих планетарных ступеней, так как возможно использование меньшего модуля или ширины зубозацепления в результате снижения износа боковых поверхностей зубьев. Особого внимания заслуживает также снижение уровня шума и вибрации редуктора. Кроме того, благодаря технологии гибких валов в редукторах Wikov MGI возможно использование большего их количества в одной планетарной ступени, что также является положительным отличием продукции Wikov в сравнении с изделиями конкурентов. Так в конструкции редукторов конкурентов используется обычно 3, а в редукторах Wikov 5–8 планетарных деталей, что увеличивает эффект равномерного распределения нагрузки и значительно повышает срок службы всего механизма.

Преимущества редукторов Wikov

Для серии (2–5 MW) достигается оптимальное соотношение массы и крутящего момента на выходе – от 5 до 30% снижения величин. Редукторы конкурентов обычно сконструированы на срок 6–7 лет. Срок службы редукторов Wikov рассчитан на 20 лет. Средний срок службы электростанции, использующей энергии ветра – также 20 лет. В течение 20-ти лет срока службы электростанции необходимо минимум 2 раза демонтировать редуктор из гондолы и провести замену подшипников и зубчатых колес в специальном сервисном центре. Затраты на одну замену редуктора в 2MW – около 90.000–100.000 EUR плюс затраты на логистику (краны, транспорт) – около 20.000–40.000 EUR. Общие затраты за весь срок службы ветряной электростанции составляют 2x110.000–140.000 EUR, т.е. 220.000-280.000 EUR на одну ветро турбину. Инновационное решение Wikov позволяет почти полностью исключить такие затраты.

В силу того, что редукторы Wikov имеют меньший вес, значительная экономия достигается уже при строительстве электростанции, так как используются меньшие краны – экономия в среднем 6.000-10.000 EUR на турбину. Гондола может в этом случае быть также более легкой. Исходя из того, что рынок развивается в направлении высоких мощностей (более 2MW), можно с уверенностью заявить, что заказчик при использовании решений Wikov будет достигать более высоких значений экономии в сравнении с использованием изделий конкурентов.

Планетарная передача

Циклоидная (планетарно-цевочная) передача имеет ряд выдающихся преимуществ, которые позволяют ей превосходить традиционную редукторную передачу с зубчатым зацеплением. Главный секрет циклоидной (планетарно-цевочной) передачи - отсутствие напряжений изгиба (на все элементы передачи действуют только силы сжатия), а также отсутствие трения скольжения - только трение качения. Благодаря большому количеству точек контакта в любой момент времени, в отличие от зубчатой передачи, где нагрузка приходится на отдельные зубья шестерни, циклоидные (планетарно-цевочные) редукторы способны выдерживать высокие ударные нагрузки в приводе – до 500% от номинального крутящего момента. Циклоидные (планетарно-цевочные) редукторы вот уже боле 70 лет подтверждают свою отменную репутацию высоконадежного и имеющего большой ресурс вида передачи с высоким КПД.

Рисунок 3. Планетарная передача Drive 6000

Рисунок 4. Технические характеристики планетарной передачи Drive 6000

Преимущества:

·       Стойкость к ударным нагрузкам в приводе – до 500% от номинального крутящего момента;

·       Большой ресурс работы при минимальных требованиях к обслуживанию;

·       Высокий КПД (95%);

·       Низкий уровень шума, вибраций, низкий люфт;

·       Компактная конструкция при высоких передаточных отношениях;

·       В малых типоразмерах консистентная смазка закладывается на заводе на весь срок службы во все редукторы;

·       Гарантия – 2 года.