Turbína 5M hamburské společnosti REpower Systems AG se nachází ve výšce 120 m nad hladinou a vyrábí 5 MW elektrické energie. Trojlistá vrtule s průměrem 126 m dokazuje, že 5M je největší turbína, která současně patří i k nejúčinnějším na světě. Nejen v počátečních etapách konstrukčního vývoje, ale i v pozdějších fázích představovala turbína 5M zásadní technický problém hned v několika oblastech. K těm největším patřily konstrukce, výroba a montáž uložení hřídele o průměru 1,5 m, na níž je upevněn rotor se třemi listy o hmotnosti 130 tun.
Nové uložení s dutou hřídelí rotoru
Litinová hřídel rotoru je dutá, ačkoli musí přenášet hmotnost těžkého rotoru. Hřídel musí rovněž splňovat vysoké nároky na hmotnost, náklady a výkon. Specialisté ze společnosti SKF ve spolupráci s konstruktéry REpower stáli před úkolem odstranit vliv montážních nepřesností a průhybu hřídele, výsledkem je uložení se dvěma ložisky. Zvolili toroidní ložisko SKF CARB jako axiálně volné ložisko. Druhé ložisko, soudečkové ložisko SKF, použili jako axiálně vodicí. Takové řešení uložení se dvěma ložisky se vyznačuje vysokou únosností a minimální hmotností ložisek i ložiskových těles.
Nástroj pro simulaci a výpočet nabízí řešení problémů
Konstruktéři SKF využili interní simulační nástroj "Beast", jedná se o dynamický simulační program, který lze považovat za virtuální zkušební zařízení v počítači. V další fázi vývoje bylo nutné metodou konečných prvků vypočítat velikost přesahu ložisek na duté litinové hřídeli rotoru. Oba nástroje poskytly neocenitelnou pomoc, protože uložení s velkými ložisky a jejich montáž se naprosto liší od ložisek běžnější velikosti.
Mazání ložiska o průměru 1500 mm
Velikost ložiska si vyžádala i nový přístup k řešení mazání. Chování plastického maziva v ložisku o průměru 500 mm je dobře zdokumentované. To však neplatí pro ložisko s průměrem 1500 mm. Specialisté na mazání ve společnosti SKF se rozhodli zjistit, zda plastické mazivo v tak velkém ložisku pokryje všechny důležité plochy nebo zda vlivem gravitace steče na dno ložiskového tělesa. Odpovědí na takové otázky se stalo ložiskové těleso určené pro mazání olejem i plastickým mazivem. Pozdější prohlídky ukázaly, že mazání plastickým mazivem je naprosto spolehlivé a konstrukce víka tělesa byla zjednodušena.
Indukční ohřívací přístroj pro montáž ložiska
Další problém, který museli specialisté vyřešit, představovalo sestavení a montáž dvou obrovských ložisek pro uložení hřídele. Na trhu neexistovaly indukční ohřívací přístroje, které by dokázaly rovnoměrně prohřát ložisko CARB o hmotnosti 2700 kg a soudečkové ložisko o hmotnosti 3320 kg. To znamenalo, že pokud ložiska a obě příslušná ložisková tělesa o hmotnosti 8000 kg měla být ohřátá na teplotu umožňující sestavení a montáž, společnost SKF musela navrhnout a nechat vyrobit nový indukční ohřívací přístroj o výkonu 1000 kVA.
Zajištění ložisek
Axiální zajištění ložisek představovalo další zásadní otázku. K tomuto účelu se zpravidla používají hřídelové matice, avšak hřídel turbíny 5M má průměr 1,5 m. Třecí moment v závitu takového průměru je obrovský. Konstruktéři SKF vyřešili tento problém navržením nové dělené pojistné matice, největší, jaká kdy byla vyrobena. Nazývá se pojistná matice HMS a její nejdůležitější přednost spočívá v tom, že nevyžaduje drážku pro pero na hřídeli.
Navrženo pro život na moři
První větrná turbina 5M, instalovaná v Německu v pobřežním městě Brunsbuttel, byla připojena k rozvodné síti již v únoru 2005 v rámci pilotního projektu, který byl zaměřen na celkové posouzení konstrukce turbíny. Konstruktéři společnosti 5M jsou přesvědčeni, že z větrů na moři lze získat dvojnásobek elektrické energie ve srovnání s větrem na souší, protože mořské větry mají větší rychlost a také vanou mnohem častěji. Větrná elektrárna v Brunsbuttel představuje pouhou “přípravu” na sériovou montáž turbín 5M na moři nedaleko skotského pobřeží.
Roman Jurka
www.skf.cz