Wormwieloverbrenging voor zonvolgsystemen — specificatie voor 25 jaar betrouwbaarheid

De economische factoren die betrouwbaarheid van de aandrijving onmisbaar maken

Een horizontaal volgsysteem met één as op een zonne-energieproject van 100 MW verbetert de energieopbrengst met ongeveer 231 TP3T ten opzichte van een systeem met vaste hellingshoek op dezelfde breedtegraad. Op een locatie van 100 MW in Zuid-Korea met een capaciteitsfactor van 151 TP3T betekent dit ongeveer 3,45 miljoen extra kWh per jaar. Bij een stroomafnameprijs van 0,09 USD/kWh is dat ongeveer 310.000 USD extra inkomsten per jaar – de financiële rechtvaardiging om überhaupt voor volgsystemen te kiezen in plaats van een systeem met vaste hellingshoek.

Stel je nu eens voor dat de versnellingsbakken in het achtste jaar vervangen moeten worden op een locatie met 1.000 aandrijvingen. De kosten voor het mobiliseren van de apparatuur, de huur van apparatuur en de vervanging van 1.000 aandrijvingen à 280 USD per stuk bedragen ongeveer 560.000 USD aan onderdelen en arbeid. Door de vervanging zijn de betreffende trackerrijen gemiddeld 7 dagen offline, wat neerkomt op een verlies van ongeveer 60.000 USD aan productie. De totale kosten van deze gebeurtenis – 620.000 USD – staan ​​gelijk aan twee volledige jaren van de opbrengstverbetering. De interne rendementsberekening van het project ging ervan uit dat er gedurende 25 jaar geen grote vervangingen van aandrijvingen zouden plaatsvinden. Eén enkele vervanging in het achtste jaar heeft echter al 81 TP3T van de totale opbrengstverbetering gedurende de levenscyclus verbruikt.

Dit is de reden waarom de specificatie van de wormwieloverbrenging De installatie van een tandwielset in een zonnevolgsysteem is een investeringsbeslissing, geen aankoopbeslissing. De goedkoopste tandwielset die past op de motoradapter en de interface van de uitgaande as is niet de juiste oplossing. De juiste oplossing is de tandwielset die na 25 jaar nog steeds binnen de specificaties functioneert – en Korea Ever-Power ontwerpt die. wormwielen van zonnevolgsystemen met betrekking tot die specifieke eis.

Drie mechanismen die zonnevolgsystemen vroegtijdig uitschakelen

Mechanisme 1 — Corrosie van de wormas in maritieme en industriële omgevingen

Een verzinkte koolstofstalen wormas in een kustomgeving ondergaat een reeks faalprocessen die goed gedocumenteerd zijn in offshore- en kustinstallaties, maar vaak worden onderschat in specificaties voor zonne-energieprojecten. Chloride-ionen in de zeelucht dringen door in de zinklaag op plaatsen waar deze niet goed is afgewerkt – krassen, spanningsscheuren in de schroefdraadwortel door thermische cycli en porositeit in de elektrolytisch afgezette zinklaag. Zodra chloride het stalen substraat bereikt, begint putcorrosie, die 4 tot 8 keer sneller verloopt dan de galvanische bescherming van het resterende zink kan tegengaan. In een gematigde Koreaanse kustomgeving (3-5 km van de zee) kan een verzinkte koolstofstalen wormas binnen 5 tot 7 jaar doorlopende corrosieputjes in de schroefdraadwortel ontwikkelen. Het eerste zichtbare symptoom is meestal een lawaaierige werking door een ruwe schroefdraadverbinding; het functionele falen is een snelle toename van de speling, gevolgd door volledig verlies van zelfborging wanneer de putjes oppervlaktespanningsconcentraties creëren die schroefdraadvervorming onder windbelasting mogelijk maken.

Mechanisme 2 — Thermische afbraak van smeervet bij dagelijkse temperatuurschommelingen

De behuizingen van tandwielkasten met zonvolgsysteem in woestijn- en continentale klimaten ondergaan dagelijkse temperatuurschommelingen waarvoor mineraalvet niet is ontwikkeld. Een afgesloten tandwielkast in de zomer, die direct in de zon staat, bereikt tegen het middaguur een interne temperatuur van 75-85 °C. Dit wordt veroorzaakt door de geabsorbeerde zonnestraling op het oppervlak van de behuizing, en niet alleen door wrijving in de tandwielen. Bij deze temperaturen lekt de basisolie van het mineraalvet in een meetbaar tempo uit het verdikkingsmiddel. De afgescheiden olie zakt door de zwaartekracht naar het laagste punt van de behuizing. De tandwieloppervlakken boven de oliepoel draaien geleidelijk met alleen het droge verdikkingsmiddelresidu als smering. Tegen de tijd dat de omgevingstemperaturen in de herfst dalen en het proces zich omkeert, hebben de tandoppervlakken vermoeidheidsschade opgelopen door de droogloopperiodes. Gedurende 5 tot 8 jaar van dagelijkse temperatuurschommelingen veroorzaakt dit mechanisme progressieve adhesieve slijtage op de bronzen tandvlakken. Het eindresultaat is een aandrijving die 40-60% van zijn nominale koppelcapaciteit heeft verloren als gevolg van degradatie van het tandprofiel.

Mechanisme 3 — Ophoping van speling en verlies van volgnauwkeurigheid

Speling in een wormwieloverbrenging vertegenwoordigt de hoekdode zone wanneer de as van richting verandert. Bij een nieuwe volgaandrijving, afgesteld op een speling van 0,05 mm op de steekcirkel van het wormwiel, is deze dode zone ongeveer 0,05 ÷ 60 mm steekradius = 0,00083 radialen = 2,9 boogminuten. Naarmate de tanden van het tinbronswiel slijten onder 9000 dagelijkse volgcycli gedurende 25 jaar, neemt de speling toe met naar schatting 0,015–0,030 mm per jaar, afhankelijk van de contactspanning en de smeringsconditie. Na 6 tot 8 jaar gebruik zonder afstelling kan de speling 0,15–0,20 mm bereiken, wat overeenkomt met 8,6 tot 11,5 boogminuten aan volgdode zone. Een paneel dat 0,15 graden uit de lijn ligt tijdens piekinstraling verliest ongeveer 0,41 TP3T aan dagelijkse opbrengst. Gedurende meer dan 10 jaar bedrijf met deze afwijking kan het cumulatieve energieverlies oplopen tot meer dan 1,51 TP3T aan totale energieopwekking gedurende de levensduur. Dit is meetbaar in de energieprestatieverhouding van het project en kan aanleiding geven tot discussies over de prestatiegarantie met de projecteigenaar.

Specificatiebereik — Wormwieloverbrenging voor zonvolgsystemen

Zelfvergrendeling bij extreme temperaturen — Waarom aannames gevaarlijk zijn

De zelfvergrendelende voorwaarde voor een wormwieloverbrenging is voldaan wanneer de spoedhoek (λ) van de worm kleiner is dan de effectieve wrijvingshoek (ρ') bij de vertanding. De effectieve wrijvingshoek wordt gedefinieerd als arctan(μ / cos(α)), waarbij μ de wrijvingscoëfficiënt bij het tandcontact is en α de drukhoek. Voor een standaard wormwiel met een drukhoek van 20 graden geldt: ρ' = arctan(μ / 0,940).

Het cruciale punt dat de meeste specificaties van zonvolgsystemen over het hoofd zien, is dat μ geen constante is — het verandert met de viscositeit van het smeermiddel, die op zijn beurt verandert met de temperatuur. Een synthetisch PAO NLGI 2-vet bij 20 °C kan een μ van 0,07 opleveren bij het contact met het bronzen gaas, wat resulteert in ρ' = 4,3 graden. Hetzelfde vet heeft bij een behuizingstemperatuur van 80 °C een lagere viscositeit, een lagere filmsterkte en μ kan dalen tot 0,045 — wat ρ' = 2,7 graden oplevert. Als de spoedhoek van de worm 3,5 graden is (wat een verhouding van 80:1 oplevert met een standaard steekcilinderdiameter), wordt aan de zelfvergrendelingsvoorwaarde voldaan bij 20 °C met een veiligheidsmarge van 0,8 graden — maar faalt bij 80 °C, waar de wrijvingshoek onder de spoedhoek daalt. De aandrijving zal onder windbelasting terugdraaien bij de hoogste zomertemperaturen, precies tijdens de periode dat de locatie de hoogste zonnestraling ontvangt en nauwkeurige tracking het meest vereist.

Onze specificaties voor wormwieloverbrengingen voor zonnevolgsystemen omvatten altijd een berekening van de zelfborgende speling, uitgevoerd bij de minimaal verwachte wrijvingscoëfficiënt. Deze komt overeen met de maximale bedrijfstemperatuur met het gespecificeerde synthetische smeermiddel. Als de speling op enig punt binnen het bedrijfstemperatuurbereik lager is dan 1,5 graden, passen we de spoedhoek aan of adviseren we een smeermiddel met een hogere viscositeit om de speling te herstellen. Deze berekening en de bijbehorende inputgegevens worden als document opgenomen in het kwalificatiepakket – niet als een vermelding op een specificatieblad, maar als een traceerbaar technisch document.

productiefaciliteit

Locatieclassificatiematrix — Kies het juiste wormasmateriaal voor uw installatie

De materiaalkeuze voor de wormas moet worden bepaald door de mate van corrosie van de omgevingsomstandigheden ter plaatse, en niet door de laagste prijs voor een bepaalde module. Deze matrix omvat de vier meest voorkomende locatietypen in Koreaanse en Aziatische zonne-energieprojecten:

De Duplex Worm-strategie voor 25 jaar nauwkeurige tracking.

A dubbele wormwieloverbrenging De tandwielset – ook wel een dubbelspindelworm genoemd – behoudt de nauwkeurigheid gedurende de volledige levenscyclus van het project doordat speling kan worden hersteld zonder de tandwielset te hoeven vervangen. Het mechanisme werkt als volgt: de schroefdraadflanken van de worm zijn aan de linker- en rechterkant met iets verschillende spoedwaarden vervaardigd, waardoor de dikte van de schroefdraad continu toeneemt van het ene uiteinde van de worm naar het andere. Door de worm axiaal met een gekalibreerde hoeveelheid te verschuiven, komt een dikker gedeelte van de schroefdraad in contact met het wiel, waardoor de speling wordt weggenomen. De contactgeometrie tussen worm en wiel blijft door deze verschuiving ongewijzigd – het volledige contactoppervlak, de draagkracht en de zelfborgende marge blijven intact tijdens de afstelling. Alleen de speling verandert.

Bij een typische M6-wormwieloverbrenging met een overbrengingsverhouding van 80:1 bedraagt ​​het verschil in spoed tussen de twee flanken ongeveer 0,15 mm per omwenteling. Dit geeft een instelbereik van ongeveer 1,0 mm axiale wormwielverschuiving, wat overeenkomt met een spelingcorrectie van nul tot 0,15 mm op de steekcirkel. De speling neemt toe met ongeveer 0,015–0,025 mm per jaar bij normaal gebruik van het volgsysteem. Beginnend met 0,05 mm bij installatie, bereikt de aandrijving de insteldrempel van 0,10 mm na ongeveer 2 tot 4 jaar. Een onderhoudsteam voert de axiale verschuivingcorrectie uit met standaard handgereedschap, een procedure van 20 minuten, om de speling van de aandrijving terug te brengen naar 0,05 mm. Deze procedure kan 4 tot 6 keer worden herhaald voordat de tandwielen versleten zijn tot de vervangingsgrens, wat een totale levensduur van 10 tot 25 jaar oplevert zonder vervanging van onderdelen, afhankelijk van de contactspanning en de kwaliteit van de smering. Voor een project dat is gefinancierd met een looptijd van 25 jaar, is dit de wormwielstrategie die perfect aansluit bij het bedrijfsmodel.

Compatibiliteitsreferentie voor volgsystemen

Merknamen worden alleen vermeld ter referentie van de afmetingen. Korea Ever-Power is niet gelieerd aan, onderschreven door of geautoriseerd door enige van de vermelde fabrikanten van trackers. Alle handelsmerken zijn eigendom van hun respectievelijke eigenaren.

Projectreferentiegevallen

Standaard catalogusspecificaties versus specificaties voor een 25-jarig zonnevolgsysteem

Voor toepassingen die een complete zwenkaandrijving vereisen met de materiaal- en documentatiespecificaties zoals beschreven in deze handleiding, zijn bijpassende wormwielparen verkrijgbaar, voorgemonteerd in afgedichte IP67-behuizingen voor standaard montage op een torsiebuis. Compacte, ingesloten behuizing wormwielreductoren Met locatiegebonden materiaalkeuze — voor gebruik op het binnenland, aan de kust of op het water — zijn ze verkrijgbaar als complete, montageklare eenheden. Volledige projectkwalificatiedocumentatiepakketten worden standaard opgesteld voor EPC- en assetmanagementbeoordeling.

Veelgestelde vragen