Rotorlagerungen für die 7-MW-Offshoreklasse

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2. „Steife“ Lagerungen bei Turbinen mit Hauptgetriebe (2-Punkt-Lagerung „steif“)

Auf den ersten Blick ähnlich erscheint ein Lagerkonzept auf Basis einer Los-Festlager-Anordnung mit CRB (Zylinderrollenlager) und DRTRB (gepaartes Kegelrollenlager). Mit den hauptsächlich von getriebelosen Anlagen abgeleiteten und seit Jahren erprobten Typen, die in der Regel auf stillstehenden Achszapfen in zentraler Nähe zur Nabe montiert sind, ergeben sich interessante Hauptlagerkonzepte – auch für eine modular aufgebaute 7-MW-Getriebemaschine.

Anspruchsvoller gegenüber sphärischen Lagerungen sind die Fertigungsgenauigkeit, Form- und Lagetoleranzen beider Lagersitze zueinander. Diese Lagertypen und ihre Anordnung erfordern in der Regel ein einteilig langes Rotorlagergehäuse, bei dem beide Lagersitze in einer Aufspannung gefertigt werden und damit radialen Versatz ausschließen.

Verformung von Rotorwelle und Lagergehäuse untersucht

Mit Hilfe der Simulationssoftware „Beacon flexibel“ untersucht SKF die Verformung der Rotorwelle sowie das Lagergehäuse inklusive Maschinenträger auf schädlichen Einfluss für die Lastzone und Lagerschiefstellung. Dies betrifft vor allem bei der „fliegenden Lagerung“ das radial hochbelastete CRB. Erfahrungsgemäß muss hier die Gehäusekonstruktion optimiert und Lager Laufbahnen profiliert werden, um die Kantenspannungen auf ein vertretbares Niveau zu bringen. Zur Auswahl für eine 7-MW-Turbine stehen grundsätzlich ein- und zweireihige CRB-Typen mit schlanken Rollensätzen und formoptimierten Käfigen mit Lagerbohrungen größer 1.700 mm.

Als generatorseitiges Festlager bietet sich ein in X-Anordnung zusammengepasster TRB-Lagersatz mit schlanken Kegelrollen und Stahlblechkäfig an. Bestimmend für die Auswahl des Druckwinkels sind die radialen- und axialen Belastungen in Abwägung mit der sich wunschgemäß in der Lagerachse kreuzenden Wirklinien. Für große TRB-Bohrungsdurchmesser (> 1.000 mm) ergibt sich somit der Bedarf, den Einsatz von Einheiten im TDI-Design (einteiliger Innenring) sowie den individuellen Aufbau mit zwei einzelnen TRB individuell konstruktiv zu untersuchen.

Große Varianz bei Vorspannung und Axialluft

Eine relativ große Varianz bei Vorspannung und Axialluft und somit bei der Lagerlebensdauer ergibt sich bei flachwinkligen DRTRB durch den Einfluss aller Fertigungstoleranzen. Dies ist vor allem für große TRB (> 1.000 mm Bohrung) relevant und kann eine relativ aufwendige und exakte Vorspannungseinstellung durch Einpassen eines Zwischenrings erfordern. Im Vergleich mit der „flexiblen“ CARB- und SRB-Lösung kann die CRB- und DRTRB-Variante etwas kompakter (kürzer) ausgeführt werden. Eine separate Plug-&-Play-Rotorlagereinheit (Welle, Lager, Gehäuse) kann über eine senkrecht stehende Rotorwelle schrittweise montiert werden.

Ebenfalls als „steife“ Lagerung bei Turbinen mit Hauptgetriebe gilt eine in O-Anordnung angestellte TRB- und TRB-Rotorwellenlagerung. Auf Basis von zwei individuell ausgearbeiteten TRB mit unterschiedlichen Tragzahlen, Ringdurchmessern (Bohrung ca. 2.000 mm) und Druckwinkeln lässt sich eine relativ kompakte Rotorlagereinheit im XXL-Format mit gegossener Rotor-Hohlwelle und einteiligem Gehäuse für eine 7-MW-Turbine realisieren.

Kompaktheit und Gewichtsreduzierung ist auch hier ein zentrales Thema. Das komplette Design gilt in allen Belangen als höchst anspruchsvoll. Daher ist es erforderlich, die komplette Lageranordnung auf Montagemöglichkeiten, Steifigkeiten, Verformung und Einfluss auf die Vorspannung beider TRB frühzeitig zu untersuchen. Für diese Anordnung liegen heute im Bereich größer 5 MW nahezu keine Erfahrungen bezüglich realer Betriebstemperaturen vor. Durch den relativ geringen Lagerabstand in der O-Anordnung und den großen Ringdurchmesser muss aufgrund von Temperatureinflüssen mit Vorspannungsverlust und damit mit einem Einfluss auf die Ausbildung der Lastzone, Spannungsverteilung im Wälzkontakt und ggf. Reduzierung der Lagerlebensdauer gerechnet werden. Aus Sicht von SKF können speziell bei dieser Anordnung die vorhandenen SKF Ölschmiersysteme ein geeignetes Mittel sein, um das Temperaturniveau der vorgespannten Lagerung separat und kontrolliert zu steuern.

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