Stroj času pro větrné turbíny
Sektor větrné energetiky, jehož celosvětového růstu jsme každoročně svědky, se snaží omezit množství materiálu používaného při výrobě velkých součástí větrných elektráren. Německý projekt testuje nové konstrukční metody. Dokáže simulovat 20 let opotřebení v pouhém zlomku tohoto času.
Tlak na snižování nákladů v rostoucím odvětví větrné energetiky s sebou přináší nutnost provádění nových intenzivních zkoušek. Soustavný výzkum metod snižování nákladů hraje důležitou roli také ve snaze posílit postavení větrné energie jakožto alternativního, dlouhodobého zdroje energie, který se obejde i bez dotací.
Německý výzkumný ústav Fraunhofer Institute IWES (The Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology) pomáhá klientům, jako jsou výrobci větrných generátorů, provozovatelé větrných farem nebo distributoři elektrické energie, a nabízí jim oborově orientované výzkumné služby a spolupráci na celé řadě technických záležitostí souvisejících s větrnou energetikou.
„IWES je technologický výzkumný ústav věnující se větrné energetice,“ uvádí Hans Kyling, výzkumný spolupracovník právě probíhajícího projektu BeBen XXL, jehož cílem je zjistit, zda je možné dosahovat oborových bezpečnostních požadavků i při použití menšího množství materiálu.
Na tomto projektu naplánovaném na období mezi lety 2012 až 2017 spolupracuje výzkumný ústav Fraunhofer IWES s výrobcem větrných turbín, společností Suzlon Energy GmbH, která spolupráci iniciovala, a Univerzitou aplikovaných věd v Hamburku (HAW). Projekt je financován německým Ministerstvem průmyslu a obchodu.
Německá zkratka BeBen vychází ze spojení, které se dá přeložit jako „akcelerované experimentální ověřování provozní odolnosti velkých komponentů větrných elektráren využívající příklad hlavního hřídele.“
„Termín lehké konstrukce je mírnou nadsázkou,“ dodává Kyling, „ve skutečnosti nevytváříme konstrukce zcela lehké, pouze lehčí.“
Pozitivní výsledek tohoto projektu by byl přínosem pro všechny výrobce v sektoru větrné energetiky. Pokud budou na základě výsledků upraveny certifikační směrnice, vznikne prostor pro snížení nákladů. Nebude pak totiž nezbytné předimenzovávat komponenty pro větrné elektrárny.
Kromě hlavního cíle se projekt také snaží zjistit, zda je možné nahradit nákladné kované materiály vysokopevnostní litinou. Kyling říká: „Provádíme akcelerované zkoušky životnosti úpravou určitých parametrů. Používáme například vyšší rotační rychlost, než je rychlost běžná při provozu větrných turbín. Vystavujeme takto hlavní hřídel většímu zatížení prostřednictvím těžšího rotoru.“
Další z inovativních novinek tohoto projektu je vytvoření tzv. Wöhlerovy křivky stanovující odolnost materiálu nebo součásti (zejména velkých součástí) vůči vibracím. Automobilový průmysl obecně užívá zkoušky vibrační odolnosti pro mnohem menší součásti. I v leteckém průmyslu se z důvodu vysokých nákladů takovéto zkoušky obvykle provádějí na výrazně menších součástech.
Přestože hlavní hřídel větrných turbín je obrovskou součástí, prostor využitelný pro šroubové spoje je celkem omezený, což znesnadňuje instalaci a údržbu. V některých případech jsou tyto činnosti přímo rizikové.
„Vytvořili jsme rozdělenou zkušební soupravu,“ říká Kyling. „Skládá se z ocelové konstrukce, která je připevněna k základně, a horní ocelové konstrukce upevněné k testovanému vzorku.“
Pro obě tyto aplikace je typický velmi omezený přístup ke šroubovým spojům. Konstrukce je určena pro optimalizaci toku zatížení, což znamená, že šrouby jsou často umisťovány do velmi obtížně přístupných míst s minimálním prostorem pro manipulaci. Kromě stísněných prostor zdůrazňuje Kyling i další výzvy: „Ztráta předpětí musí být co nejmenší, přitom je třeba odolávat působení velmi intenzivních sil.“
Tyto výzvy byly hlavním důvodem, proč volba padla na výrobky Nord-Lock. Předepínací prvky Superbolt zvyšují bezpečnost celého projektu nejen tím, že umožňují práci ve stísněných prostorech, ale také proto, že díky nim je možné nasadit lehčí utahovací nástroje. Manipulace s hydraulickým zařízením v těchto podmínkách by mohla vést k ohrožení bezpečnosti techniků.
Předepínací prvky Superbolt jsou použity mezi dvěma díly horní ocelové konstrukce a mezi spodní ocelovou konstrukcí a základnou. Při projektu bylo použito osm předepínacích prvků velikosti M80 spolu s 28 menšími prvky velikosti M56. I s velkými předepínací prvky Superbolt M80 je zde stále 2,8 MN (meganewtonů) síly, se kterou je třeba počítat, avšak vícešroubové předepínací prvky Superbolt tuto výzvu zvládnou.
Kromě poskytnutých výrobků využívá projekt BeBen XXL také zkušeností společnosti Nord-Lock z oblasti větrné energetiky. Umisťování prvků je v tomto oboru klíčem k úspěchu, „protože tlak na snižování nákladů je tu neustále,“ dodává Kyling.
Inženýr obchodního oddělení Nord-Lock Tobias Klanck říká: „Jakožto vysoce kvalifikovaného dodavatele pro sektor větrné energetiky nás těší trend růstu tohoto odvětví. Nejzajímavější je oblast turbín určených pro slabší intenzitu větru. Aby mohly plně využívat existující vítr, jsou vhodně uzpůsobeny k provozu v mnoha oblastech světa.“
Při pohledu do budoucnosti staveb větrných elektráren dodává pan Kyling: „Je před námi ještě celá řada výzev, které je třeba vyřešit.“ Jednou z nich je využívání stále větších lopatek rotoru. Co se týče hnacího mechanismu – je tu ona otázka možnosti využití litiny pro hřídel namísto drahých kovaných materiálů za účelem snížení nákladů pro velké objemy. Vzhledem k tomu, že neexistuje jednotný koncept hnacího mechanismu, jsou další výzvou také ložiska. Jejich vhodné využití umožní výrobcům větrných turbín udržet konkurenceschopnost.
Pohled na technickou stránku: Výrobky pro všechny podmínky
Výrobky společnosti Nord-Lock Group prémiové řady jsou velmi zajímavým artiklem pro sektor větrné energetiky, neboť splňují přísné požadavky provozovatelů větrných elektráren. Výrobky Nord-Lock jsou ideální pro jištění šroubových spojů větrných elektráren, které musejí být schopny odolávat obrovským tlakům v často extrémních podmínkách. Poskytují také téměř bezúdržbový provoz.
Podložky Nord-Lock chrání proti povolení šroubového spoje v důsledku vibrací a dynamického zatížení při využití tahu namísto tření. Chrání tak před rizikem provozních selhání a škod na majetku. Podložky série X nabízející extra vysokou míru jištění a bezpečnosti – dokáží kromě jištění na principu závěrného klínu, které nabízejí i běžné klínové podložky, také kompenzovat relaxaci a sesedání materiálu ve spoji. Díky tomu také spolehlivě zvládají dynamická zatížení i u nových turbín s čím dál větším výkonem.
Předepínací prvky Superbolt jsou prvotřídní volbou pro větrné elektrárny. Nahrazují běžné matice a šrouby, prodlužují životnost šroubových spojů a pro dotažení vyžadují prosté ruční nástroje. Ideální místa jejich použití jsou hnací mechanismus (před a za převodovkou) a šroubové spoje krytu a ukotvení, které jsou neustále vystaveny působení vysokých sil.
Nástroje pro hydraulické utahování Boltight nabízejí spolehlivé a přesné předepínání kritických šroubových spojů jak při stavbě, tak při údržbě větrných elektráren. Možnosti jejich využití zahrnují spojení věž-pole, rámy, ložiska, základy a lopatky rotoru.
VÍCEŠROUBOVÉ PŘEDEPÍNACÍ PRVKY M80
FAKTA: Výzkumný projekt BeBen XXL
Zákazník: Výzkumný ústav Fraunhofer IWES
Místo: Bremerhaven, Německo
Projekt: Výzkumný projekt BeBen XXL probíhající v letech 2012–2017.
Cíl projektu: Stanovit, zda je možné snížit množství materiálu nebo provést náhradu materiálu používaného pro velké hřídele větrných elektráren.
Výrobky Nord-Lock: Vícešroubové předepínací prvky Superbolt M56 a M80
Výhody:
- Ideální pro stísněné prostory.
- Bez ztráty předpětí.
- Schopnost odolávat velmi vysokým silám.
- Použití lehčích utahovacích nástrojů.
