TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA

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1 TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA

2 Soluções sob medida sem comprometer a qualidade. Como um dos principais fabricantes mundiais de rolamentos, produtos de movimentação linear e produtos automotivos, a NSK está presente em todos os continentes com unidades de produção, escritórios de vendas e centros de tecnologia, já que nossos clientes necessitam de decisões ágeis, entregas rápidas e serviços locais. As turbinas eólicas geram eletricidade em condições adversas e extremamente variáveis, tanto em meio terrestre quanto em alto mar. Uma geração de energia eficiente exige um alto desempenho de todos os componentes especialmente dos rolamentos. Os rolamentos NSK conquistaram uma reputação global de confiabilidade, resistência ao calor e ao superaquecimento, vida útil excepcionalmente longa e design ambientalmente correto. Europa Ásia Oceania África A empresa NSK A NSK iniciou suas operações como a primeira fabricante japonesa de rolamentos em Desde então, estamos continuamente expandindo, e melhorando não só o nosso portfólio de produtos, como também a nossa gama de serviços para diversos setores industriais. Nesse contexto, desenvolvemos tecnologias nas áreas de rolamentos, sistemas lineares, componentes para a indústria automotiva e sistemas mecatrônicos. Fornecemos rolamentos de turbinas eólicas desde os anos 80. Atualmente, nossos produtos estão presentes em todo o mundo, sempre em busca do mesmo objetivo: redução do consumo de energia devido ao atrito. Nossos centros de pesquisa Américas e unidades de produção na Europa, América e Ásia estão conectadas em uma rede global de tecnologia. Aqui focamos não somente no desenvolvimento de novas tecnologias, mas também na otimização contínua da qualidade em todas as fases do processo. Entre outras coisas, nossas atividades de pesquisa incluem design de produto, aplicações de simulação usando uma variedade de sistemas analíticos e desenvolvimento de diferentes aços e lubrificantes para rolamentos. Uma organização voltada a serviços Equipe de Energia Eólica Nossa Equipe de Energia Eólica combina suas vendas à atividades de engenharia de aplicação para garantir suporte integrado a nossos clientes no setor de energia eólica. Os resultados de pesquisa gerados em nossos centros de tecnologia são consolidados por nossa equipe. Além disso, usamos a nossa rede mundial de subsidiárias para garantir apoio global a nossos clientes. As operações de produção são extremamente flexíveis, graças à implantação de nossa tecnologia de fabricação altamente adaptável. O mesmo vale para nossas plataformas de teste, em que podemos conduzir testes em rolamentos de tamanhos grandes e gigantes para eixos de rotor de usinas eólicas sob variadas condições. Capacidades de produção expandidas Uma unidade fabril adicional foi inaugurada no verão de 2008 em Fujisawa, no Japão, a fim de ser perfeitamente preparada para a demanda cada vez maior de rolamentos de grande porte de nossos clientes. Essa fábrica de última geração e ecologicamente adaptada, produz uma grande parte dos rolamentos NSK utilizados na indústria de energia eólica. A excelente qualidade em todos os processos e um alto grau de flexibilidade são os princípios que nos guiam neste segmento. 2 TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA 3

3 Tecnologia de ponta para a indústria eólica. A NSK está entre os líderes quando se trata do desenvolvimento de rolamentos ainda mais confiáveis, duradouros e robustos mesmo em altas velocidades. Em nossos centros de pesquisa na Europa, América e Ásia, realizamos pesquisa e desenvolvimento nas quatro principais áreas da tecnologia: Tribologia Engenharia de materiais > Tribologia A lubrificação é crucial para rolamentos em movimento linear ou rotativo. Formulações de lubrificantes e processos melhorados de tratamento de superfície nos permitem desenvolver rolamentos ainda mais rápidos, silenciosos e duradouros, que também são capazes de suportar altos níveis de carga. > Engenharia de materiais A ciência dos materiais passa por um desenvolvimento contínuo que visa melhorar a funcionalidade e a resistência dos rolamentos, e nisso, a NSK está entre os líderes. Nossa pesquisa tem foco na composição do material e seu tratamento térmico, na avaliação de desempenho e na avaliação analítica. Os resultados destas pesquisas são aplicados aos novos produtos. Quatro principais tecnologias Tecnologia de análise Mecatrônica > Tecnologia de análise No desenvolvimento de produtos, estudos analíticos principalmente simulações de computador são indispensáveis. Nós os usamos para simular o comportamento dos produtos sob condições ambientais extremas e obter informações valiosas em relação ao design do produto e aos processos de fabricação. > Mecatrônica Esta combinação de mecânica e eletrônica está criando soluções inovadoras e revolucionárias para motores de alta performance, controle de sistemas tecnológicos, sensores de precisão e sistemas biomédicos microeletromecânicos. A mecatrônica também desempenha um papel importante na tecnologia de montagem para aplicações que exigem altas temperaturas, densidade de potência e confiabilidade. Os investimentos nas quatro principais tecnologias são muito rentáveis para a indústria de energia eólica: Engenharia de Materiais É sabido que a durabilidade do aço cromo com alto teor de carbono (SAE52100, SUJ2), utilizado para rolamentos, é significativamente afetada por inclusões de componentes não metálicos. Testes de vida útil mostram que o óxido das inclusões não metálicas exerce um efeito particularmente adverso na fadiga do rolamento. O Aço Z da NSK, com menores inclusões de óxidos não metálicos, apresenta melhoria no desempenho, pois é produzido através da redução dos não metálicos, óxidos e outros, tais como Titânio ou Enxofre, no interior do aço. Rolamentos feitos desse aço proporcionam durabilidade significativamente estendida em até 1,8 vezes, em comparação com o aço convencional desgaseificado a vácuo. Super resistente (Super TF): como resultado do maior teor de cromo e austenita residual, a vida útil de um rolamento feito em material Super TF é ampliada em até dez vezes quando comparada a um rolamento produzido em material padrão. A tecnologia Super TF pode ser usada em uma ampla gama de designs de rolamento, incluindo rolamentos de rolos cilíndricos, rolamentos de rolos cônicos, rolamentos autocompensadores de rolos esféricos, rolamentos rígidos de esferas e rolamentos de esferas de contato angular. Rolamentos eletricamente isolados Nos casos em que os rolamentos padrão são expostos à corrosão elétrica, como nos geradores de turbinas eólicas, são usados rolamentos com revestimento cerâmico ou rolamentos híbridos. Nos rolamentos com revestimento cerâmico da NSK, a cerâmica é aplicada por pulverização de plasma, conferindo uma colagem segura para o aço do rolamento. O revestimento cerâmico é coberto com uma resina acrílica que assegura sua elevada resistência elétrica. Os rolamentos híbridos que usam esferas de cerâmicas apresentam características de desempenho excepcionais, como resistência térmica, maior vida útil, menor peso e baixa expansão térmica. Além disso, as esferas cerâmicas não são condutoras de eletricidade. Isso faz com que os rolamentos híbridos sejam também particularmente apropriados para o uso em geradores. Nós utilizamos o material cerâmico de nitreto de silício (Si3N4) para os elementos dos rolamentos híbridos. Equipamentos de teste Com o desempenho cada vez maior das turbinas eólicas atuais, rolamentos feitos sob medida são essenciais. A NSK testa as propriedades desses rolamentos em plataformas de aplicações específicas de testes que simulam condições reais de funcionamento. Bancada de testes para rolamentos do eixo de rotor Os rolamentos projetados para uso em turbinas de múltiplos megawatts podem ser analisados mais detalhadamente sobre esta bancada de teste. Cargas radiais e axiais e torques flexíveis podem ser aplicados, e as cargas podem agir de maneira estática ou dinâmica. Bancada de teste para rolamentos do eixo de alta velocidade Os rolamentos utilizados em eixos de alta velocidade podem ser testados numa bancada de ensaio especificamente projetada. Assim como com os rolamentos do eixo de rotor, forças estáticas e dinâmicas, bem como torques, podem ser aplicados ao rolamento. Formação de danos sobre a superfície Formação de danos abaixo da superfície 4 TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA 5

4 Uma invenção adicional: stiff Depois de selecionar o tipo de rolamento, o próximo passo é determinar o tamanho e modelo do rolamento necessário para se chegar a uma solução que considere todos os aspectos de alta capacidade e design eficiente. Um critério de importância primordial: a estimativa de vida do rolamento. A avaliação da deformação de engrenagens planetárias pode ser usada para se adaptar a geometria interna da disposição dos rolamentos de uma maneira que distribua uniformemente a carga, aumentando, assim, a vida útil dos rolamentos. A velocidade do vento depende de frequência, lugar e tempo, e resulta em consideráveis impactos de cargas dinâmicas na turbina eólica, bem como em seus subconjuntos, incluindo os rolamentos. Desde muito tempo os especialistas têm conhecimento do fato de que muitas características precisam ser consideradas para uma estimativa de vida útil ser confiável. Desenvolvimentos mais recentes da NSK incluem métodos otimizados e procedimentos de cálculo que aumentam a precisão para estimar a vida útil do rolamento. Métodos de cálculo convencionais Métodos de cálculo convencionais padronizados para determinar a vida útil do rolamento são também conhecidos como método de catálogo, que são estipulados pela norma ISO 281. Os parâmetros envolvidos são: capacidade de carga, limite de rotação e tipo de rolamento. A vida útil dos rolamentos é apresentada como L10 ou L10h. Inovação: STIFF Na ISO 281, Anexo 4, o cálculo da classificação da vida útil de serviço modificada baseia-se na simplificação da geometria dos rolamentos. A fim de aumentar a precisão dos resultados destes cálculos, a NSK desenvolveu o software STIFF, um programa que considera os parâmetros acima citados juntamente com a exata geometria do interior, folga operacional e pré-carga, deformação do rolamento do eixo de rotor, área de carga e de distribuição de carga entre elementos rolantes e pista. Esse modelo divide os elementos rolantes em seções transversais. A classificação de vida útil modificada é determinada para cada seção transversal. Esses dados são então integrados utilizando os componentes de tempo para cada instância do carregamento. Para arranjos de rolamentos nas caixas de engrenagens de turbinas eólicas, a vida útil modificada deve ser horas, ou seja, 20 anos. O escopo do software de cálculo é impressionante, e a aplicação fornece resultados que permitem uma análise paramétrica rápida. O sistema também torna possível poupar tempo ao testar adaptações especiais de rolamentos. Ferramentas práticas Outro exemplo de método de cálculo utilizado pela NSK é a análise FEM. A Análise de Elementos Finitos analisa a distribuição de fatores de tensão no interior do rolamento e em seus componentes e, portanto, fornece um ótimo suporte para aplicativos não padronizados. A análise de frequência, por outro lado, examina a geração de ruído do rolamento no interior da aplicação. Pode ser compreendida a partir dos resultados da análise de desempenho operacional e das características do sistema de rolamento. O TCOS (Atendimento técnico de computação online) é uma coleção de programas para análise e cálculo on-line de rolamentos a partir de um grande número de perspectivas. 6 TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA 7

5 cada solução exige os produtos adequados Seja em dispositivos principais ou acessórios, nossa diversificada gama de produtos oferece soluções precisas para uma ampla variedade de aplicações. Rolamentos principais do eixo do rotor Rolamentos principais da caixa de engrenagens Rolamentos do gerador Rolamentos principais do eixo do rotor Rolamentos da bomba de óleo O rotor induz altas cargas axiais e radiais aos Os dentes das engrenagens usadas para propul- rolamentos principais, seja de forma estática são da bomba exercem forças radiais e axiais ou dinâmica. Considerando cargas como essas, sobre os rolamentos rígidos de esferas, rola- rolamentos de alta rigidez são indispensáveis. Rolamentos autocompensadores de rolos, rolos mentos autocompesadores de rolos, rolamentos de rolos cilíndricos e rolamentos de rolos côni- 2 4 cilíndricos e rolos cônicos instalados tanto na cos usados nesta aplicação. clássica disposição lado fixo e lado livre ou em disposição flutuante, são particularmente ade- Rolamentos de geradores 1 quados para esta aplicação. Rolamentos principais da caixa de engrenagens Geradores usam principalmente rolamentos rígidos de esferas e rolamentos de rolos cilíndricos. Transmissões de correntes elétricas podem 3 Uma variedade de disposições de engrenagens têm sido implementadas para turbinas eólicas nos últimos anos. Sistemas da classe de me- danificar os rolamentos e encurtar sua vida útil. A fim de evitar esse dano, a utilização de rolamentos com isolamento deve ser considerada. 5 3 gawatts muitas vezes combinam uma fase de Nós oferecemos rolamentos híbridos com ele- engrenagens planetárias com múltiplas fases de mentos rolantes de cerâmica, bem como com engrenagens cilíndricas. Nas classes atuais de rolamentos revestidos com material isolante multimegawatts, as fases de engrenagens planetárias são conectadas à fases de engrenagem de dentes retos. Essa técnica também facilita as transmissões diferenciais. Rolamentos rígidos aplicado aos anéis externos. Rolamentos de inclinação e rotação de caixa de engrenagens Mecanismos de rotação da caixa de engrenagens para o ajuste da torre de esferas, rolamentos autocompensadores de Mecanismos de rotação da caixa de engrena- rolos, rolamentos de rolos cilíndricos, rolamen- gens giram a nacela contra ou a favor do vento. tos de rolos cônicos e rolamentos de esferas de Caixas de engrenagens com inclinação são ne- quatro pontos de contato são usados, dependendo da posição na aplicação. cessárias para o ajuste da lâmina do rotor. Rolamentos rígidos de esferas, rolamentos de rolos cilíndricos, rolamentos autocompensadores de Rolamentos de inclinação da caixa de engrenagens rolos e rolamentos de rolos cônicos são normalmente instalados nessas caixas. 8 TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA 9

6 Rolamentos rígidos de esferas > Cargas radiais baixas a médias. > Cargas axiais em ambas as direções. > Velocidades elevadas. > Geradores. > Disponíveis com gaiola de aço estampada, latão usinado e poliamida. > Rolamentos eletricamente isolados. Rolamentos de esferas de quatro pontos de contato > Cargas axiais altas em ambas as direções. > Velocidades médias. > Disponíveis com gaiola de latão usinado. Rolamentos autocompensadores de rolos Série HPS TM > Cargas radiais altas. > Cargas axiais em ambas as direções. > Velocidades médias. > Eixo do rotor. > Disponíveis com gaiola de aço estampada ou latão usinado. > Rolos maiores e em maior quantidade, que permitem maior capacidade de carga. > Novo design e tratamento superficial na gaiola de aço, que proporcionam menor elevação de temperatura, maior limite de rotação e menor desgaste. > Produzidos com aço com maior nível de pureza, que proporciona maior vida útil. > Estabilizado para trabalhar em temperaturas até 200ºC. Rolamentos de rolos cônicos > Cargas radiais altas. > Cargas axiais em uma direção, quando instalado individualmente, ou em ambas as direções quando instalado em pares. > Velocidades médias. > Eixo do rotor. > Disponíveis nas dimensões métricas e polegadas. > Rolamentos de rolos cônicos HR patenteados pela NSK para suportar maiores cargas. > da gaiola NSK otimizado para rolamentos de rolos cônicos de tamanhos grandes, instalados em engrenagens planetárias. > Disponíveis com gaiola de aço estampada. Rolamentos de rolos cilíndricos Série EM/EW > Cargas radiais altas. > Cargas axiais pequenas em ambas as direções, dependendo da configuração dos anéis. > Velocidades altas. > Geradores. > Eixo do rotor. > Disponíveis com gaiola de aço estampada e latão usinado. > Rolos maiores e em maior quantidade, que permitem maior capacidade de carga. > Novo design de gaiola, que proporciona menor elevação de temperatura, maior limite de rotação, menor desgaste e baixo ruído. 10 TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA 11

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