Τύποι και χαρακτηριστικά ρουλεμάν στροβίλου σε υδροηλεκτρικές γεννήτριες

Οι σύγχρονοι υδροστρόβιλοι παρουσιάζουν εξαιρετικές μηχανικές προκλήσεις. Σε μεγάλες κατακόρυφες μονάδες, τα ωστικά ρουλεμάν πρέπει να υποστηρίζουν αξονικά φορτία που υπερβαίνουν τους 6.000 τόνους - το συνδυασμένο βάρος του ρότορα, του δρομέα του στροβίλου και της υδραυλικής ώσης. Η σημερινή χωρητικότητα μίας μονάδας έχει φτάσει τα 889 MVA με στροβίλους 800 MW σε εγκαταστάσεις όπως το Υδροηλεκτρικό Εργοστάσιο Xiangjiaba της Κίνας. Αυτό το άρθρο παρέχει μια ολοκληρωμένη επισκόπηση των ρουλεμάν υδροστροβίλων, εξετάζοντας τους τύπους, τα υλικά, τις σχεδιαστικές παραμέτρους, τις λειτουργικές προκλήσεις και τις αναδυόμενες καινοτομίες.
Τα συστήματα ρουλεμάν υδροστροβίλων γενικά περιλαμβάνουν δύο θεμελιώδεις κατηγορίες, καθεμία από τις οποίες εξυπηρετεί διαφορετικές λειτουργίες.
Ρουλεμάν ώσης
Τα ωστικά ρουλεμάν δέχονται αξονικές δυνάμεις—το κατακόρυφο φορτίο που μεταδίδεται κατά μήκος του άξονα από το βάρος των περιστρεφόμενων εξαρτημάτων και την αξονική υδραυλική ώθηση στον δρομέα του στροβίλου. Στα περισσότερα ωστικά ρουλεμάν υδροστροβίλου, υιοθετείται ένας σχεδιασμός με κεκλιμένο πέλμα για την αύξηση της ικανότητας φόρτωσης και τη βελτίωση της σταθερότητας της μονάδας. Αυτά τα ρουλεμάν μεταφέρουν σημαντικό αξονικό φορτίο από τα περιστρεφόμενα στα ακίνητα εξαρτήματα μέσω μιας λεπτής λιπαντικής μεμβράνης με εξαιρετικά χαμηλή τριβή και πρακτικά χωρίς φθορά.
Η ιστορία των σύγχρονων ωστικών ρουλεμάν ανάγεται στο 1912, όταν το ωστικό ρουλεμάν Kingsbury —με φορτίο ώσης 184 τόνων— εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στον υδροηλεκτρικό σταθμό Holtwood στην Πενσυλβάνια των ΗΠΑ. Αυτή η καινοτομία κατέστησε δυνατό τον σχεδιασμό πολύ μεγαλύτερων υδροηλεκτρικών μονάδων με σημαντικά αξονικά φορτία.
Ρουλεμάν οδηγών
Τα ρουλεμάν οδηγών απορροφούν ακτινικά φορτία και διατηρούν τους άξονες ευθυγραμμισμένους. Τοποθετημένα κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα, διατηρούν τον ρότορα στο κέντρο του στάτορα. Τα ρουλεμάν οδηγών μπορεί να έχουν σταθερή γεωμετρία ή πέλματα κλίσης και μπορούν να λιπαίνονται είτε με λάδι είτε με νερό.
Συνδυασμένα συστήματα ρουλεμάν
Σε πολλές διαμορφώσεις υδροστροβίλων, τόσο τα ωστικά όσο και τα οδηγά έδρανα στεγάζονται σε μια κοινή δεξαμενή λαδιού, όπου η κυκλοφορία λαδιού αλληλεπιδρά, με αποτέλεσμα μια πολύπλοκη συμπεριφορά λίπανσης. Παρόλο που τα δύο έδρανα μοιράζονται μια δεξαμενή λαδιού, οι μεμβράνες λιπαντικού λαδιού τους λειτουργούν ανεξάρτητα, ενώ η κατανομή θερμοκρασίας και πίεσης εντός της δεξαμενής καθορίζεται από κοινού και από τα δύο έδρανα.