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Dichtungen

Mehrwert für die Windenergie

| Redakteur: Bernhard Richter

Mit HRS-Wellendichtungen aus G-Ecopur lässt sich die Turbinenzuverlässigkeit steigern, während der Instandhaltungsaufwand sinkt. Die jüngste Generation von Hochleistungs-Hauptwellendichtungen aus dem Hause SKF ist rasch und variantenreich verfügbar, einfach auszutauschen und zudem lange haltbar.

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SKF Ingenieure haben eine spezielle Generation radialer Wellendichtringe entwickelt, die das spezielle Anforderungsprofil der Windenergiegewinnung erfüllt.
SKF Ingenieure haben eine spezielle Generation radialer Wellendichtringe entwickelt, die das spezielle Anforderungsprofil der Windenergiegewinnung erfüllt.
(Bild: SKF)

Dem Schutz moderner Windkraftanlagen dienen in erster Linie die Hauptwellendichtungen, die äußere Einflüsse vom Hauptlager und den Getriebekomponenten fernhalten. Außerdem verhindern sie das Austreten von Schmierstoffen. SKF Ingenieure haben eine spezielle Generation radialer Wellendichtringe entwickelt, die das spezielle Anforderungsprofil der Windenergiegewinnung erfüllt: die HRS-Reihe

Die Entwicklung

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Während für vergleichsweise kleine, zweifach gelagerte Hauptwellen handelsübliche Wellendichtringe ausreichen, treten bei modernen, immer größer werdenden Anlagen mit hoher Leistung und teils einfach gelagertem Rotor deutlich höhere Lasten, Verformungen und Geschwindigkeiten auf.

Um den steigenden Anforderungen zu begegnen, mussten die SKF-Ingenieure zunächst die aus den unterschiedlichen Antriebsstrang-Konzepten resultierenden Bedingungen ermitteln: Z. b. Dichtungsdurchmesser von 350 mm bis 3600 mm, stehende und rotierende Gehäuse, verschiedene Zugänglichkeiten der Dichtungsträger, diverse Schmierfette, mögliche Einsatzorte samt lokalen Umweltbedingungen, etc. Während der Entwicklung nutzte das Team u. a. intern entwickelte Software, um den Einfluss von Temperatur, Lagerverformung, Druck und Fertigungstoleranzen sowie komplexe dynamische Vorgänge wie Folgefähigkeit der Dichtlippe bei Exzentrizität mit unterschiedlichen Temperaturen und Rotationsgeschwindigkeiten zu simulieren. Die daraus hervorgehenden Ideen wurden rasch in Prototypen umgesetzt und am eigenen Großdichtungsprüfstand getestet.

Aus der Theorie in die Praxis

Um das reale Verhalten von Werkstoffen, Schmiermedien und Dichtungsprofilen zu ermitteln, arbeitete das Expertenteam des Unternehmens eng mit Turbinenbauern und -betreibern zusammen. Beispielsweise setzten sie erste Dichtungsprototypen in Turbinen ein, bei denen die bisher verwendeten Dichtsysteme wegen übermäßiger Leckage, starkem Verschleiß oder aufwendigem Dichtungstausch Probleme machten. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse im Hinblick auf das Einbauverhalten und die Performance der Prototypen nutzten sie zur Optimierung der Versuchsmodelle.

Dabei stellte sich beispielsweise heraus, dass bereits kleine Unterschiede am Antriebsstrang und den Lagern bzw. deren Schmierung zu sehr unterschiedlichem Verhalten führen können. Obwohl das Dicht­element als solches keinen Einfluss auf diese Parameter hat, musste die Vielfalt der Lastfälle in die Weiterentwicklung einbezogen werden, um die Sicherheit und Lebensdauer der Dichtelemente in einem weiten Anwendungsfeld zu ermöglichen.

Das finale Dichtungsprofil wurde u. a. in Windturbinen in Deutschland, Dänemark, Frankreich, Südkorea und China installiert. Diese Anwendungen wurden zur Validierung herangezogen, da sie einen aussagekräftigen Querschnitt durch die Einsatzparameter darstellen und regelmäßig inspiziert werden konnten, was wiederum eine Dokumentation der Performance zuließ. Nach Laufzeiten zwischen 1,5 und 2,5 Jahren stand fest, dass die Dichtung die Leckagen verringern konnte – viele Anlagen liefen sogar leckagefrei.

Das Dichtungsmaterial

Das zum Einsatz kommende Dichtungsmaterial G-Ecopur ist ein von SKF selbst entwickeltes und produziertes Polyurethan. Es handelt sich um ein thermoplastisches Elastomer: Als Dichtung verhält es sich ähnlich wie ein Gummiwerkstoff, hat jedoch eine höhere mechanische Stabilität. Im Betrieb zeichnet sich die HRS-Dichtung durch hervorragende Folgefähigkeit der Dichtlippe aus, mit der ±3 mm Wellenschlag dauerhaft ausgeglichen werden können. Die empfohlenen Einsatztemperaturen für G-Ecopur liegen zwischen –30 °C und 110 °C; wobei die Dichtungen zerstörungsfrei deutlich tieferen Temperaturen bis –70 °C ausgesetzt werden können. Die Dichtung wurde in Feldanwendungen bis zu einer Geschwindigkeit an der Dichtfläche von 2,5 m/s erfolgreich getestet. (br)

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