Червячна предавка за системи за проследяване на слънчева светлина — Спецификация за 25-годишна надеждност

Икономиката, която прави надеждността на задвижването неоспорима

Едноосен хоризонтален тракер в проект за соларна система с мощност 100 MW подобрява добива на енергия с приблизително 231 TP3T в сравнение с установена с фиксиран наклон система на същата географска ширина на обекта. На обект с мощност 100 MW в Южна Корея с коефициент на капацитет 151 TP3T това означава приблизително 3,45 милиона допълнителни kWh годишно. При цена по PPA от 0,09 USD/kWh, това са около 310 000 USD годишно допълнителни приходи - финансовото оправдание за избора на тракери пред установените с фиксиран наклон на първо място.

Сега да разгледаме събитие за подмяна на скоростна кутия на 8-ма година на обект с 1000 задвижвания. Мобилизация на полето, наем на оборудване и 1000 подменени задвижвания на цена от 280 щатски долара всяко струва приблизително 560 000 щатски долара за части и труд. Събитието за подмяна също така изключва засегнатите редове тракери от мрежата за средно приблизително 7 дни за целия парк, което струва приблизително 60 000 щатски долара загубено производство. Общата цена на събитието - 620 000 щатски долара - е еквивалентна на две пълни години от ползата от подобрението на добива. Изчислението на вътрешната норма на възвръщаемост на проекта предполага, че няма големи събития за подмяна на задвижвания в продължение на 25 години. Едно събитие на 8-ма година вече е изразходвало 8% от общото предимство на добива през жизнения цикъл.

Ето защо спецификацията на червячна предавка Комплектът зъбни колела в соларен тракер е инвестиционно решение, а не решение за покупка. Най-евтиният комплект зъбни колела, който пасва на адаптера на двигателя и интерфейса на изходния вал, не е правилният отговор. Правилният отговор е комплектът зъбни колела, който все още ще работи в рамките на спецификациите след 25-та година - и Korea Ever-Power проектира своите червячни зъбни колела за соларен тракер по-специално около това изискване.

Три механизма, които убиват устройствата за проследяване на слънчева енергия преждевременно

Механизъм 1 — Корозия на червячния вал в морска и промишлена атмосфера

Поцинкован червячен вал от въглеродна стомана в крайбрежна атмосферна среда претърпява последователност от повреди, която е добре документирана в офшорни и крайбрежни промишлени инсталации, но често се подценява в спецификациите на соларни проекти. Хлоридни йони в морския въздух проникват в цинковото покритие при прекъсвания на покритието - драскотини, напукване от напрежение в корена на резбата от термично циклиране и порьозност в електроотложения цинков слой. След като хлоридът достигне стоманената основа, започва точкова корозия и се развива със скорост 4 до 8 пъти по-бърза, отколкото галваничната защита на остатъчния цинк може да потисне. В умерена крайбрежна корейска среда (3–5 км от морето), поцинкован червячен вал от въглеродна стомана може да развие корозионни ями през стената в корена на резбата в рамките на 5 до 7 години. Първият видим симптом обикновено е шумна работа от грубо зацепване на резбата; функционалната повреда е бързо увеличаване на хлабината, последвано от пълна загуба на самозаключване, когато ямите създават концентрации на повърхностно напрежение, които позволяват деформация на резбата под натоварване от вятър.

Механизъм 2 — Термично разграждане на мазнините при ежедневни температурни цикли

Корпусите на скоростните кутии на слънчеви тракери в пустинен и континентален климат претърпяват ежедневни температурни цикли, на които минералната грес не е формулирана да издържи. Запечатана скоростна кутия на пряко слънце през лятото достига вътрешна температура от 75–85°C до обяд – задвижвана от абсорбираната слънчева радиация върху повърхността на корпуса, а не само от триенето в зъбното зацепване. При тези температури базовото масло на минералната грес отделя се от сгъстителя с измерима скорост. Отделеното масло мигрира под действието на гравитацията до най-ниската точка на корпуса. Повърхностите на зъбните колела над масления басейн постепенно се движат само с остатъци от сухия сгъстител като смазка. Когато температурите на околната среда паднат през есента и процесът се обърне, зъбните повърхности са натрупали увреждания от умора от периодите на работа на сухо. В продължение на 5 до 8 години ежедневно термично циклиране, този механизъм води до прогресивно адхезивно износване на бронзовите зъбни повърхности на колелата. Крайното състояние е задвижване, което е загубило 40–60% от номиналния си въртящ момент поради деградация на профила на зъба.

Механизъм 3 — Натрупване на обратен ефект и загуба на точност на проследяване

Хлабината в червячна предавка представлява ъгловата мъртва зона, когато оста промени посоката си. В ново задвижване на тракера, регулирано на хлабина от 0,05 мм в делителната окръжност на червячното колело, тази мъртва зона е приблизително 0,05 ÷ 60 мм радиус на стъпката = 0,00083 радиана = 2,9 дъгови минути. Тъй като зъбите на колелото от калаен бронз се износват при 9000 ежедневни цикъла на проследяване в продължение на 25 години, хлабината се увеличава с приблизително 0,015–0,030 мм годишно в зависимост от нивото на контактно напрежение и състоянието на смазването. До 6-та до 8-ма година работа без регулиране, хлабината може да достигне 0,15–0,20 мм - еквивалентно на 8,6 до 11,5 дъгови минути мъртва зона на проследяване. Панел, отклонен на 0,15 градуса от траекторията по време на пикова радиация, губи приблизително 0,4% дневен добив. В продължение на 10 години експлоатация при това отклонение, кумулативната загуба на енергия може да надхвърли 1,51 TP3T от генерираната енергия през целия жизнен цикъл – измерима в коефициента на енергийна ефективност на проекта и потенциално да предизвика дискусии за гаранция за ефективност със собственика на проекта.

Спецификация на диапазона — Червячна предавка за соларен тракер

Самозаключване при температурни екстремуми — Защо предположенията са опасни

Условието за самозаключване на червячна предавка е изпълнено, когато ъгълът на водене на червяка (λ) е по-малък от ефективния ъгъл на триене (ρ') в зацепването. Ефективният ъгъл на триене се определя като arctan(μ / cos(α)), където μ е коефициентът на триене в контакта на зъба, а α е ъгълът на натиск. За стандартен червяк с ъгъл на натиск от 20 градуса: ρ' = arctan(μ / 0.940).

Критичният момент, който повечето спецификации на слънчеви тракери пропускат, е, че μ не е константа - то се променя с вискозитета на смазочния материал, който се променя с температурата. Синтетична грес PAO NLGI 2 при 20°C може да даде μ = 0,07 при контакта на бронзовата мрежа, което води до ρ' = 4,3 градуса. Същата грес при температура на корпуса от 80°C има по-нисък вискозитет, по-ниска якост на филма и μ може да падне до 0,045 - което води до ρ' = 2,7 градуса. Ако ъгълът на водене на червяка е 3,5 градуса (което води до съотношение 80:1 при стандартен избор на диаметър на цилиндъра), условието за самоблокиране е изпълнено при 20°C с запас от 0,8 градуса - но не работи при 80°C, където ъгълът на триене пада под ъгъла на водене. Задвижването ще се движи назад под натоварване от вятър при пикови летни температури, точно през периода, когато мястото е под най-високо слънчево облъчване и най-заслужава точно проследяване.

Спецификациите на нашите червячни зъбни колела за соларни тракери винаги включват изчисление на самоблокиращ се марж, извършено при минималния очакван коефициент на триене — който съответства на максималната работна температура с посочения синтетичен лубрикант. Ако маржът е под 1,5 градуса във всяка точка от работния температурен диапазон, ние препроектираме ъгъла на водеща част или препоръчваме лубрикант с по-вискозен вискозитет, за да възстановим маржа. Това изчисление и неговите входни данни се предоставят като документ в квалификационния пакет — не като декларация в информационен лист, а като проследим инженерен запис.

Производствено съоръжение

Матрица за класификация на обектите — Изберете правилния материал за червячен вал за вашата инсталация

Изборът на материал за червячния вал трябва да се определя от корозивността на атмосферата на обекта, а не от най-ниската налична цена за даден модул. Тази матрица обхваща четирите типа обекти, които най-често се срещат в корейските и азиатските соларни проекти:

Стратегията „Двустранен червей“ за 25-годишна точност на проследяване

А дуплексна червячна предавка Комплектът — наричан още червяк с двоен ход — поддържа точност на проследяване през целия жизнен цикъл на проекта, като позволява възстановяване на луфта без смяна на зъбния комплект. Механизмът работи по следния начин: страничните страни на резбата на червяка са произведени с леко различни стойности на хода от лявата и дясната страна, което води до непрекъснато увеличаване на дебелината на зъба на резбата от единия край на червяка до другия. Преместването на червяка аксиално с калибрирано количество премества по-дебел участък от резбата в зацепване с колелото, затваряйки луфта. Геометрията на контакта между червяка и колелото не се променя от това изместване — пълната контактна площ на зъба, товароносимостта и самозаключващият се марж остават непокътнати по време на регулирането. Променя се само размерът на луфта.

За типичен червяк M6 на соларен тракер при съотношение 80:1, разликата във воденето между двата фланга е приблизително 0,15 мм на оборот. Това дава диапазон на регулиране от приблизително 1,0 мм аксиално изместване на червяка, което съответства на регулиране на хлабината от нула до 0,15 мм на делителната окръжност. Хлабината се натрупва приблизително 0,015–0,025 мм годишно при нормална работа на тракера. Започвайки от 0,05 мм при монтаж, задвижването достига прага на регулиране от 0,10 мм за приблизително 2 до 4 години. Екип по експлоатация и поддръжка, извършващ регулирането на аксиалното изместване през този интервал - 20-минутна процедура със стандартни ръчни инструменти - възстановява задвижването до хлабина от 0,05 мм. Процедурата може да се повтори 4 до 6 пъти, преди зъбите на колелото да се износят до границата на подмяна, което дава общ експлоатационен живот от 10 до 25 години без подмяна на компонентите, в зависимост от нивото на контактно напрежение и качеството на смазването. За проект, финансиран с 25-годишен жизнен цикъл, това е стратегията за червячна предавка, която съответства на бизнес модела.

Справка за съвместимост на системата за проследяване

Имената на марките са посочени само за справка с размерите. Korea Ever-Power не е свързана, одобрена или оторизирана от нито един от посочените производители на тракери. Всички търговски марки са собственост на съответните им собственици.

Референтни случаи на проекти

Стандартна каталожна спецификация спрямо 25-годишна спецификация на соларен тракер

За приложения, изискващи цялостен монтаж на задвижващо устройство с материалите и спецификациите за документация, описани в това ръководство, се предлагат съответстващи двойки червячни зъбни колела, предварително сглобени в запечатани корпуси IP67 за стандартен монтаж на торсионна тръба. Компактен корпус. червячни редуктори с избор на материали за специфични за обекта условия — за вътрешни, крайбрежни или плаващи — се предлагат като готови за монтаж единици. Пълните пакети с документация за квалификация на проекта се изготвят стандартно за преглед на EPC и управлението на активите.

Често задавани въпроси