Червячная передача для систем слежения за солнцем — Спецификация надежности на 25 лет.

Экономические факторы, делающие надежность привода непреложным требованием.

Одноосевой горизонтальный трекер на солнечной электростанции мощностью 100 МВт позволяет увеличить выработку энергии примерно на 231 тыс. тонн в год по сравнению с системой с фиксированным наклоном на той же широте площадки. На площадке мощностью 100 МВт в Южной Корее с коэффициентом использования мощности 151 тыс. тонн в год это означает примерно 3,45 миллиона дополнительных кВт·ч в год. При цене по договору купли-продажи электроэнергии 0,09 долл. США/кВт·ч это составляет около 310 000 долл. США в год дополнительного дохода — финансовое обоснование выбора трекеров вместо систем с фиксированным наклоном.

Рассмотрим замену редуктора на 8-м году эксплуатации на площадке с 1000 приводами. Мобилизация на месте, аренда оборудования и 1000 новых приводов по 280 долларов США каждый обходятся примерно в 560 000 долларов США в виде запчастей и работы. Замена также приводит к выводу из эксплуатации затронутых линий трекеров в среднем на 7 дней по всему парку, что обходится примерно в 60 000 долларов США в виде упущенной выгоды от повышения производительности. Общая стоимость мероприятия — 620 000 долларов США — эквивалентна двум полным годам выгоды от повышения производительности. Внутренний расчет нормы доходности проекта предполагал отсутствие крупных замен приводов в течение 25 лет. Одно мероприятие на 8-м году эксплуатации уже истощило 81 трлн тонн общей выгоды от повышения производительности за весь жизненный цикл.

Вот почему спецификация червячная передача Установка редуктора в привод солнечной системы слежения — это инвестиционное решение, а не решение о покупке. Самый дешевый редуктор, подходящий к адаптеру двигателя и интерфейсу выходного вала, — это неверный ответ. Правильный ответ — это редуктор, который будет работать в соответствии со спецификацией и через 25 лет, а компания Korea Ever-Power разрабатывает свои собственные. червячные передачи для солнечных трекеров именно в отношении этого требования.

Три механизма, приводящие к преждевременному выходу из строя приводов солнечных трекеров.

Механизм 1 — Коррозия червячного вала в морской и промышленной атмосфере

В условиях прибрежной атмосферы на оцинкованном червячном валу из углеродистой стали происходит ряд отказов, хорошо задокументированных в морских и прибрежных промышленных установках, но часто недооцениваемых в технических условиях солнечных электростанций. Ионы хлорида в морском воздухе проникают в цинковое покрытие через дефекты — царапины, растрескивание резьбы под воздействием термических циклов и пористость в электроосажденном цинковом слое. Как только хлорид достигает стальной подложки, начинается точечная коррозия, которая развивается в 4–8 раз быстрее, чем гальваническая защита остаточного цинка может её подавить. В умеренных прибрежных условиях Кореи (3–5 км от моря) на оцинкованном червячном валу из углеродистой стали в течение 5–7 лет могут образоваться сквозные коррозионные ямки в корне резьбы. Первым видимым симптомом обычно является шумная работа из-за шероховатого зацепления резьбы; функциональным отказом является быстрое увеличение люфта с последующей полной потерей самоблокировки, когда ямки создают концентрацию поверхностных напряжений, позволяющую резьбе деформироваться под ветровой нагрузкой.

Механизм 2 — Термическое разложение смазки при суточном изменении температуры

Корпуса редукторов солнечных трекеров в пустынном и континентальном климате подвергаются ежедневным температурным циклам, на которые минеральная смазка не рассчитана. Герметичный редуктор под прямыми солнечными лучами летом к полудню достигает внутренней температуры 75–85°C — это происходит за счет поглощенного солнечного излучения на поверхности корпуса, а не только за счет трения в зацеплении шестерен. При таких температурах базовое масло минеральной смазки вытекает из загустителя с измеримой скоростью. Отделившееся масло под действием силы тяжести перемещается к самой нижней точке корпуса. Поверхности шестерен над масляным резервуаром постепенно работают только за счет сухого остатка загустителя в качестве смазки. К тому времени, когда температура окружающей среды падает осенью и процесс обращается вспять, поверхности зубьев накапливают усталостные повреждения от периодов работы всухую. За 5–8 лет ежедневных термических циклов этот механизм приводит к прогрессирующему адгезионному износу бронзовых поверхностей зубьев колеса. В итоге получается привод, потерявший 40–601 ТН от номинального крутящего момента из-за деградации профиля зубьев.

Механизм 3 — Накопление люфта и потеря точности отслеживания

Люфт в червячной передаче представляет собой угловую мертвую зону при изменении направления вращения оси. В новом приводе слежения, отрегулированном на люфт 0,05 мм на делительной окружности червячного колеса, эта мертвая зона составляет приблизительно 0,05 ÷ 60 мм радиуса делительной окружности = 0,00083 радиан = 2,9 угловых минуты. По мере износа зубьев колеса из оловянной бронзы при 9000 циклах слежения в день в течение 25 лет люфт увеличивается примерно на 0,015–0,030 мм в год в зависимости от уровня контактного напряжения и состояния смазки. К 6–8 году эксплуатации без регулировки люфт может достигать 0,15–0,20 мм — что эквивалентно 8,6–11,5 угловым минутам мертвой зоны слежения. Панель, отклоняющаяся от направляющей на 0,15 градуса во время пиковой освещенности, теряет приблизительно 0,41 TP3T суточной производительности. За более чем 10 лет эксплуатации при таком отклонении совокупные потери энергии могут превысить 1,51 тонны/3 тонны выработки за весь срок службы — это можно измерить с помощью коэффициента энергоэффективности проекта и потенциально может стать поводом для обсуждения гарантийных обязательств с владельцем проекта.

Технические характеристики — Червячная передача для солнечных трекеров

Самоблокировка при экстремальных температурах — почему предположения опасны.

Условие самоблокировки червячной передачи выполняется, когда угол шага червяка (λ) меньше эффективного угла трения (ρ') в зацеплении. Эффективный угол трения определяется как arctan(μ / cos(α)), где μ — коэффициент трения в точке контакта зубьев, а α — угол зацепления. Для стандартного червяка с углом зацепления 20 градусов: ρ' = arctan(μ / 0,940).

Ключевой момент, который упускают из виду большинство технических характеристик солнечных трекеров, заключается в том, что μ не является постоянной величиной — она изменяется в зависимости от вязкости смазки, которая, в свою очередь, изменяется с температурой. Синтетическая смазка PAO NLGI 2 при 20°C может обеспечить μ = 0,07 в месте контакта с бронзовой сеткой, что дает ρ' = 4,3 градуса. Та же смазка при температуре корпуса 80°C имеет более низкую вязкость, меньшую прочность пленки, и μ может упасть до 0,045, что даст ρ' = 2,7 градуса. Если угол шага червяка составляет 3,5 градуса (что обеспечивает передаточное отношение 80:1 при стандартном выборе диаметра цилиндра с шагом), условие самоблокировки выполняется при 20°C с запасом прочности 0,8 градуса, но нарушается при 80°C, где угол трения падает ниже угла шага. Привод будет работать в обратном направлении под воздействием ветровой нагрузки при пиковых летних температурах, именно в тот период времени, когда на участке наблюдается максимальная солнечная радиация и требуется наиболее точное отслеживание.

Технические характеристики наших червячных передач для солнечных трекеров всегда включают расчет запаса самоблокировки, выполняемый при минимальном ожидаемом коэффициенте трения, который соответствует максимальной рабочей температуре с указанным синтетическим смазочным материалом. Если запас ниже 1,5 градуса в любой точке диапазона рабочих температур, мы пересчитываем угол зацепления или рекомендуем использовать смазочный материал с более высокой вязкостью для восстановления запаса. Этот расчет и его исходные данные предоставляются в виде документа в квалификационном пакете — не в виде описания в техническом паспорте, а в виде отслеживаемой инженерной документации.

Производственное предприятие

Матрица классификации площадок — выберите подходящий материал червячного вала для вашей установки.

Выбор материала для червячного вала должен определяться степенью коррозии в окружающей среде, а не самой низкой доступной ценой для данного модуля. Данная матрица охватывает четыре типа площадок, наиболее часто встречающихся в солнечных электростанциях Кореи и Азии:

Стратегия использования двух червей для обеспечения точности отслеживания в течение 25 лет.

А дуплексная червячная передача Червяк с двойным ходом резьбы (также называемый червячным механизмом с двойным ходом) обеспечивает точность слежения на протяжении всего жизненного цикла проекта, позволяя восстанавливать люфт без замены всего комплекта шестерен. Механизм работает следующим образом: боковые поверхности резьбы червяка изготавливаются с немного разными значениями шага на левой и правой сторонах, в результате чего толщина зуба резьбы непрерывно увеличивается от одного конца червяка к другому. Смещение червяка в осевом направлении на калиброванную величину перемещает более толстый участок резьбы в зацепление с колесом, уменьшая зазор люфта. Геометрия контакта между червяком и колесом не изменяется при этом смещении — полная площадь контакта зубьев, несущая способность и запас самоблокировки остаются неизменными на протяжении всей регулировки. Изменяется только размер люфта.

Для типичного червячного механизма солнечного трекера M6 с передаточным отношением 80:1 разница шага между двумя боковыми поверхностями составляет приблизительно 0,15 мм за оборот. Это дает диапазон регулировки примерно 1,0 мм осевого смещения червяка, что соответствует регулировке люфта от нуля до 0,15 мм на делительной окружности. При нормальной работе трекера люфт накапливается примерно на 0,015–0,025 мм в год. Начиная с 0,05 мм при установке, привод достигает порога регулировки 0,10 мм примерно через 2–4 года. Бригада по техническому обслуживанию, выполняющая регулировку осевого смещения с этим интервалом — 20-минутная процедура со стандартными ручными инструментами — восстанавливает люфт привода до 0,05 мм. Процедуру можно повторять 4–6 раз, прежде чем зубья колеса износятся до предела замены, что обеспечивает общий срок службы от 10 до 25 лет без замены компонентов в зависимости от уровня контактного напряжения и качества смазки. Для проекта, рассчитанного на 25 лет эксплуатации, такая стратегия с использованием червячной передачи идеально соответствует бизнес-модели.

Справочник по совместимости систем слежения

Названия торговых марок указаны исключительно для справки о размерах. Компания Korea Ever-Power не связана, не одобрена и не авторизована ни одним из перечисленных производителей трекеров. Все товарные знаки являются собственностью их соответствующих владельцев.

Примеры успешных проектов

Стандартные характеристики из каталога против характеристик солнечного трекера на 25 лет

Для применений, требующих полного комплекта привода поворотного механизма с материалами и документацией, описанными в данном руководстве, доступны подобранные пары червячных передач, предварительно собранные в герметичных корпусах IP67 для стандартного монтажа на торсионную трубу. Компактный закрытый корпус червячные редукторы Доступны готовые к монтажу блоки, изготовленные из материалов, специально подобранных для конкретных условий местности — внутренних водоемов, прибрежных зон или плавучих сооружений. Для целей проектирования, закупок и строительства (EPC) и управления активами стандартно подготавливаются полные пакеты документации по квалификации проекта.

Часто задаваемые вопросы