Tuuliturbiini aikakoneena

Tuulivoimateollisuus kasvaa vuosi vuodelta koko maailmassa, joten alalla etsitään ratkaisuja, kuinka isojen tuuliturbiinien osien valmistukseen voidaan käyttää vähemmän materiaalia. Eräs saksalainen projekti testaa uusia rakentamismenetelmiä ja simuloi 20 vuoden kulumista vain tämän ajan murto-osassa.

Kustannuspaineet pakottavat kasvavan tuulienergiateollisuuden intensiivisiin testeihin. Kustannusten säästömenetelmien tutkimista tarvitaan vahvistamaan tuulienergian asema vaihtoehtoisena, pitkäaikaisena energianlähteenä ilman tukia.

Saksalainen Fraunhofer-instituutti IWES (tuuli- ja energiatekniikkaa tutkiva Fraunhofer-instituutti) auttaa muun muassa tuuliturbiinigeneraattorien valmistajia, tuulipuistojen operaattoreita, alihankkijoita ja energiayrityksiä tekemällä alaa koskevaa tutkimusta ja yhteistyötä monilla tuulienergian osa-alueilla.
”IWES on tuulienergiaa tutkiva instituutti”, selvittää tämänhetkisen BeBen XXL -projektin tutkija Hans Kyling. Projektissa tutkitaan, voidaanko turvallisuusvaatimukset täyttää, kun käytetään vähemmän materiaalia.

Projektin kestoaika on 2012–2017, ja se tehdään yhteistyössä Fraunhofer IWESin, tuuliturbiinivalmistaja Suzlon Energy GmbH:n (joka käynnisti projektin) ja Hampurin ammattikorkeakoulun (HAW) kanssa. Sen rahoittaa liittotasavallan talousministeriö.

Saksalainen lyhenne BeBen tarkoittaa käännettynä ”esimerkkinä pääakselissa käytettyjen isojen tuuliturbiinikomponenttien kiihdytetty kokeellinen käyttökestävyystodistus”.
”Kevytrakenteinen rakenne on käsitteenä hieman liioiteltu”, Kyling selventää, ”sillä me emme oikeastaan rakenna kevyesti, vaan kevyemmin.”

Kaikki tuuliteollisuuden alkuperäiset laitevalmistajat haluavat mahdollisesti hyötyä projektin positiivisista tuloksista. Mikäli sertifiointiohjeet on säädetty vastaavasti, se parantaa kustannustehokkuutta, sillä se ei suurenna liikaa tuuliturbiinigeneraattoreiden osien kokoa.

Projektin päätavoitteen lisäksi tutkitaan ja validoidaan erikoislujan valuraudan kestävyys kalliin taotun materiaalin korvaavana tuotteena. Kyling sanoo: ”Suoritamme kiihdytetyn elinikätestauksen muuttamalla joitakin parametreja, esimerkiksi käyttämällä suurempaa pyörimisnopeutta kuin tuuliturbiinin tavallisessa käytössä ja altistamalla pääakselin suuremmalle jännitykselle painavammalla roottorilla.”
Toinen projektista innovatiivisen tekevä asia on niin kutsuttu Wöhler-käyrä, joka määrittää materiaalin tai komponentin tärinäkestävyyden – varsinkin niiden ollessa suuria. Autoteollisuudessa käytetään yleisesti tärinänkestävyystestejä paljon pienempien osien kohdalla. Jopa avaruusteollisuudessa testataan tavallisesti huomattavasti pienempiä osia.

Tuuliturbiinigeneraattoreiden pääakselin valtavasta koosta huolimatta ruuviliitosten työalue on melko rajallinen, mikä tekee asennuksesta ja huollosta vaikeaa – jopa riskialtista.

”Me teimme koestuslaitteesta puolitetun mallin”, Kyling sanoo. ”Siinä on teräsrakenne, joka on yhteydessä alustaan, ja ylempi teräsrakenne, joka on yhteydessä testikappaleeseen.”

Näihin sovelluksiin pääsee käsiksi normaalisti hyvin vaikeasti. Rakenne on suunniteltu tehonjaon optimointiin, mikä tarkoittaa, että ruuvit on joskus paikoitettu vaikeasti päästäviin paikkoihin, joissa on vähän tilaa työkalujen käsittelyyn. Vähäisen tilan ohella Kyling mainitsee muitakin haasteita: ”Esijännityksen häviäminen täytyy olla mahdollisimman pientä, suuria voimia täytyy pystyä kohtaamaan.”

Nämä haasteet olivat pääsyy Nord-Lockin tuotteiden valintaan. Superbolt-kiinnittimet tuovat turvallisuutta projektiin, ei pelkästään sen vuoksi, että niiden avulla voidaan työskennellä rajoitetussa tilassa, vaan myös sen vuoksi, että ne sallivat pienempien työkalujen käytön. Hydraulisten laitteiden käsittely näissä tilanteissa voisi vaarantaa teknikkojen turvallisuutta.

Superbolt-kiinnittimiä käytetään kahdessa ylemmässä teräskomponentissa sekä teräsrakenteen ja alustan välissä. Projektissa käytetään kahdeksaa M80-kiinnitintä, yhdessä 28 pienemmän M56-kiinnittimen kanssa. Myös isojen M80-kokoisten Superbolt-kiinnittimien kanssa täytyy käsitellä 2,8 MN:n (meganewtonin) voimaa, mutta se ei ole ongelma Superboltin monipulttisille kiinnittimille.

Näiden osien ohella BeBen XXL -projekti hyötyy myös Nord-Lockin kokemuksesta tuulienergian alalla. Oman paikkansa etsiminen on tärkeää näillä markkinoilla, ”koska niillä on aina kustannuspaineita”, Kyling sanoo.

Nord-Lockin myynti-insinööri Tobias Klanck sanoo: ”Me olemme erittäin pätevä toimittaja tuuliteollisuudessa ja olemme iloisia, että tämän alan kasvu jatkuu. Tämä pätee erityisesti leudon tuulen turbiinien kohdalla. Niitä voi käyttää monissa paikoissa koko maailmassa, sillä ne ottavat tuulesta kaiken irti.”

Kyling jatkaa tuuliturbiinien rakentamisesta: ”Vielä on monta haastetta edessä.” Yksi niistä on yhä isompien roottorinlapojen käyttö. Ajolaitteiden kohdalla ongelmana on valettujen akselien käyttö eikä taottujen, jotka pienentäisivät isojen kokojen kustannuksia. Koska voimansiirrolla ei ole yhteistä periaatetta, myös laakerit ovat haasteellisia tuuliturbiinigeneraattorien valmistajille kilpailukyvyn kannalta.

Teknistä faktaa: Tuotteita kaikkiin olosuhteisiin

Nord-Lock GROUPin premiumtuotteet ovat erittäin kiinnostavia tuulienergiateollisuudelle, sillä ne täyttävät tuuliturbiinioperaattoreiden kovat vaatimukset. Nord-Lockin tuotteet varmistavat ruuvilii­tokset täydellisesti tuuliturbiineissa, joiden täytyy kestää valtavia paineita äärimmäisen vaikeissa olosuhteissa. Niitä ei juuri tarvitse huoltaa.

Nord-Lockin aluslevyt estävät tärinän ja dynaamisen kuormituksen aiheuttaman ruuvien löystymisen käyttämällä vetojännitystä kitkan sijaan, mikä pienentää tuotantokatkosten riskiä ja esinevahinkoja. X-sarjan aluslevyt antavat lisäturvallisuutta. Niissä toimii sama lukitusperiaate kuin alkuperäisissä lukitusaluslevyissä, mutta sen lisäksi ne kompensoivat relaksaatiota ja painumaa. Ne kestävät dynaamista kuormitusta luotettavasti, erityisesti uusissa turbiineissa, joiden suorituskyky on erittäin suuri.

Superbolt-kiinnittimet ovat erinomainen valinta tuuliturbiineihin. Korvaamalla perinteiset mutterit ja ruuvit ne pidentävät ruuviliitosten elin­ikää, ja niiden kiristämiseen riittävät vain käsityökalut. Niitä voi käyttää ihanteellisesti voimansiirrossa, ennen vaihdelaatikkoa ja sen jälkeen, kotelossa ja alustan ruuveissa, jotka kaikki altistuvat jatkuvasti suurille voimille.

Boltightin hydraulisilla työkaluilla saadaan luotettava ja tarkka esijännitys kaikkiin kriittisiin ruuviliitoksiin, niin asennuksessa kuin huollossakin. Sovelluksiin kuuluvat voimalinjojen liitokset yhtä lailla kuin rungot, laakerit, alustat ja roottorinlavat.

Monipulttinen M80-kiinnitin

TIEDOT: TIEDOT: BeBen XXL -tutkimusprojekti
Asiakas: Fraunhofer IWES -instituutti.
Paikka: Bremerhaven, Saksa.
Projekti: BeBen XXL -tutkimusprojekti, kestoaika 2012–2017.
Projektin tavoite: Määritys, onko mahdollista vähentää isojen tuuliturbiiniakselien materiaalia tai vaihtaa se.
Nord-Lockin tuotteet: Superboltin monipulttiset M56- ja M80-kiinnittimet
Edut:

• Ihanteellisia ahtaisiin tiloihin.
• Esijännitys ei häviä.
• Kestävät erittäin suuria voimia.
• Pienempien työkalujen käyttö.