Son yıllarda küresel çevre koruma bilincinin artmasına yönelik bir eğilim yaşanmakta ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak rüzgar enerjisi üretimine yönelik beklentiler artmaktadır. Rüzgar türbini 20 yıllık çalışma için tasarlanmış olsa da, daha büyük üniteler ve açık denizde konuşlandırma gibi enerji üretim verimliliğini artırmaya yönelik çeşitli teknolojik eğilimler vardır. Sonuç olarak bakım sırasında parça değiştirmenin karmaşıklığı ve maliyeti bir sorun haline geldi. Sonuç olarak, rüzgar türbinlerine takılan rulmanlar için yüksek-güvenilirlik gerekmektedir1). Rüzgar türbini ana şaftının yatakları, rüzgar kuvvetlerinden kaynaklanan dış yükleri ve kanatların ve aktarma organlarının ağırlığını destekler (Şekil 1). Bu nedenle rüzgar türbini ana şaft uygulamalarında diğer rulman türlerine göre daha yüksek yük kapasitesine ve montaj hatalarına karşı daha fazla toleransa sahip olan oynak makaralı rulmanlar kullanılmaya başlanmıştır. Bununla birlikte, rüzgar türbini ana şaftı için oynak makaralı rulmanlarda aşınma ve soyulma gibi yüzey hasarlarının ana arıza modu olduğu doğrulanmıştır. Bu nedenle, bileşen değişimiyle ilişkili arıza süresini-azaltmak için karşı önlemler gereklidir. Bu kez NSK, rüzgar türbini ana şaftı için yüksek yük kapasitesi ve yüzey hasarına karşı mükemmel direnç sunan, yüksek-güvenilirliğe sahip bir oynak makaralı rulman geliştirdi ve piyasaya sürdü (Şekil 2)1.

Rüzgar türbini ana şaftının yatakları, rüzgarın neden olduğu dalgalı yükleri ve kanatların ve aktarma organlarının ağırlığını desteklemelidir. Büyük radyal ve eksenel yükler uygulandığından çok yüksek yük kapasitesi gerekmektedir. Aynı zamanda yaklaşık 10 ila 20 dakikalık çok düşük dönüş hızlarında kullanılırlar-1. Bu nedenle rüzgar türbini ana şaft yataklarında yeterli yağ filmi oluşumunun sağlanmasının zor olacağı öngörülmektedir. Ayrıca, oynak makaralı rulmanlarla ilgili en büyük zorluk, yapısal yapının yuvarlanma elemanları ile halka yuvarlanma yolu yüzeyleri arasında kaymaya izin vermesidir; bu da metal--metal temasının neden olduğu yüzey performansında hızlı bir bozulmaya yol açabilir. Sonuç olarak, önemli bir sorun aşınma ve soyulma gibi yüzey hasarlarına yatkın olmasıdır2).

Yeni geliştirilen bu ürün, kılavuz halkası ihtiyacını ortadan kaldıran özel cep şekline sahip ECA-tipi bir kafes kullanıyor. Geleneksel olarak, standart oynak makaralı rulmanlar (CA-tipi, Şekil 3) kafesi yönlendirmek için kılavuz halkalara sahiptir, yeni geliştirilen oynak makaralı rulmanlar (ECA-tipi, Şekil 4) bu kılavuz halkalara sahip değildir. Bu, kılavuz halka ile kafes arasındaki kaymayı ortadan kaldırarak aşınma metalik parçacığı oluşumunu azaltır. Ayrıca kafesin şekli optimize edilerek kafes sütunları inceltilirken kafes mukavemeti de artırıldı. Sonuç olarak, rulmanın iç tasarımı revize edilerek yuvarlanma elemanlarının boyutu ve sayısı artırıldı, bu da daha yüksek yük kapasitesi ve daha düşük temas basıncı1) sağladı.

Aşınma metalik parçacıkları gibi kirletici maddelerin oluştuğu ortamlarda, yüzey hasarlarının yabancı maddelerin neden olduğu girintilerden kaynaklandığı bilinmektedir. NSK, tutulan ostenit miktarını optimize ederek, yabancı madde mevcut olduğunda oluşan girintilerin neden olduğu gerilim konsantrasyonunu azaltan bir teknoloji geliştirdi. Ayrıca, bu teknolojiye dayanarak, NSK'nın eşsiz malzeme ve ısıl işlem teknolojisi (Süper-TF™) geliştirildi; bu teknoloji, çeliğe uygun miktarda karbür-oluşturucu elementler (krom, molibden) eklenip daha sonra özel ısıl işleme tabi tutularak3) yüzey sertliğini artırırken tutulan ostenitin toplam miktarını artırır. Bu teknolojiyi bu yeni geliştirilen ürünün iç ve dış bileziklerine uygulayarak, standart-rulman{-çelik rulmanlara kıyasla yuvarlanma yolu yüzeylerinde daha iyi aşınma direnci elde ettiler.

Yuvarlanan elemanlar, birkaç mikrometre kalınlığında yüksek-sertlikte DLC (Elmas-Benzer-Karbon) kaplamayla kaplanmıştır. Geliştirilen bu ürün spesifikasyonunda, özel katmanlı yapı hem taban malzemesine yapışmayı hem de kaplama sertliğini sağlayarak kaplama dayanıklılığını artırmaktadır (Şekil 6). DLC kaplama, yağ filmi oluşumu yetersiz olduğunda yuvarlanma elemanları ile yuvarlanma yolu yüzeyleri arasındaki metal temasından kaynaklanan yüzey bozulmasını önler. Bu aynı zamanda yuvarlanma elemanları ile yuvarlanma yolu yüzeyi arasındaki teğet kuvvetteki artışın azaltılmasına da katkıda bulunur. Sonuç olarak, yuvarlanma yollarındaki yüzey aşınması, standart kaplanmamış ürünlere kıyasla-onda birden daha azına azaltılacaktır.

NSK, rüzgar türbini ana şaftı için düşük dönüş hızı ve yüksek yük koşullarında bile yüksek-güvenilirlik ve dayanıklılık sunan oynak makaralı rulmanı geliştirdi. Bu, iç rulman tasarımının yeni bir kafes tipiyle revize edilmesi ve malzeme, ısıl işlem ve kaplama teknolojilerinin uygulanmasıyla sağlandı. Bu yeni ürünün önemli bir özelliği, geleneksel standart ürünlere göre yatak ömrünün yaklaşık 1,3 katını elde ederken aşınmayı da-onda birden daha aza indirmesidir. Bu ürünün Kuzey Amerika'daki rüzgar türbinleri için satışı Haziran 2024'te başladı. NSK, rüzgar türbinleri büyüdükçe ve denizden uzaklaştıkça istikrarlı bir şekilde çalışmasına katkıda bulunarak, öncelikle satış sonrası pazarda faaliyetlerimizi genişletmeye devam edecek.