De siste årene har det vært en trend mot økende bevissthet om global miljøvern, og forventningene til vindkraftproduksjon som en fornybar energikilde øker. Mens vindturbinen er designet for 20 års drift, er det flere teknologiske trender for å forbedre kraftproduksjonseffektiviteten, for eksempel større enheter og offshore utplassering. Som et resultat har kompleksiteten og kostnadene ved utskifting av deler under vedlikehold blitt et problem. Følgelig kreves det høy-pålitelighet for lagrene installert i vindturbiner1). Lagrene til vindturbinens hovedaksel støtter ytre belastninger fra vindkrefter og vekten av bladene og drivverket (fig.1). Derfor har de sfæriske rullelagrene, som har høyere lastekapasitet og større toleranse for monteringsfeil sammenlignet med andre lagertyper, blitt brukt til vindturbinhovedakselapplikasjoner. Overflateskader som slitasje og avskalling er imidlertid bekreftet som hovedfeilmodus i sfæriske rullelagre for vindturbinens hovedaksel. Derfor er det nødvendig med mottiltak for å redusere{11}}nedetid knyttet til komponentutskifting. Denne gangen har NSK utviklet og lansert et høy{13}}sfærisk rullelager for vindturbinens hovedaksel, som tilbyr høy lastekapasitet og utmerket motstand mot overflateskader (fig.2)1).

Lagrene for vindturbinens hovedaksel må tåle svingende belastninger forårsaket av vind og vekten av bladene og drivverket. Siden det påføres store radielle og aksiale belastninger, kreves det en meget høy belastningskapasitet. Samtidig brukes de ved svært lave rotasjonshastigheter på rundt 10 til 20 min.-1. Derfor forventes det at tilstrekkelig oljefilmdannelse er vanskelig å oppnå i lagre for vindturbinens hovedaksel. Videre er en stor utfordring med det sfæriske rullelageret at den iboende strukturen tillater glidning mellom de rullende elementene og ringens løpebaneoverflater, noe som kan føre til rask forringelse av overflateytelsen forårsaket av metall-kontakt med metall. Som et resultat er et stort problem at den er utsatt for overflateskader som slitasje og avskalling2).

Dette nyutviklede produktet bruker et ECA-bur med en spesiell lommeform som eliminerer behovet for en føringsring. Konvensjonelt hadde de standard sfæriske rullelagrene (CA-type, fig.3) føringsringer for å styre buret, de nyutviklede sfæriske rullelagrene (ECA-type, fig.4) har ikke disse føringsringene. Dette eliminerer gli mellom føringsringen og buret, og reduserer dannelsen av metalliske slitasjepartikler. I tillegg, ved å optimalisere formen på buret, har merdsøylene blitt gjort tynnere samtidig som burets styrke er forbedret. Følgelig har den innvendige utformingen av lageret blitt revidert, med størrelse og antall rullende elementer økt, noe som resulterer i høyere lastekapasitet og lavere kontakttrykk1).

Det er kjent at overflateskader stammer fra fordypninger forårsaket av fremmedlegemer i miljøer hvor forurensninger som slitasjemetalliske partikler genereres. NSK utviklet teknologi for å redusere spenningskonsentrasjon forårsaket av fordypninger når fremmedlegemer var tilstede ved å optimalisere mengden av tilbakeholdt austenitt. Videre, basert på denne teknologien, ble NSKs unike material- og varmebehandlingsteknologi (Super-TF™) utviklet, som øker den totale mengden av tilbakeholdt austenitt samtidig som overflatehardheten forbedres ved å tilsette en passende mengde karbiddannende elementer (krom, molybden) til stål og deretter utsette det for spesiell varmebehandling3). Ved å bruke denne teknologien på de indre og ytre ringene til dette nyutviklede produktet, har de oppnådd forbedret slitestyrke på løpebaneoverflatene sammenlignet med standard-lager-stållager.

De rullende elementene er belagt med et DLC-belegg med høy-hardhet (Diamond-Like-Carbon) som er flere mikrometer tykt. I denne utviklede produktspesifikasjonen oppnår en spesiell lagdelt struktur både vedheft til grunnmaterialet og beleggets hardhet, og forbedrer dermed beleggets holdbarhet (fig.6). DLC-belegget forhindrer overflateforringelse forårsaket av metallkontakt mellom rulleelementene og løpebanens overflater når oljefilmdannelsen er utilstrekkelig. Dette bidrar også til å redusere økningen i tangentiell kraft mellom rulleelementene og løpebanens overflate. Følgelig vil overflateslitasje på løpebanene reduseres til mindre enn en-tidel sammenlignet med standard ubelagte produkter.

NSK har utviklet det sfæriske rullelageret for vindturbinens hovedaksel som tilbyr høy-pålitelighet og holdbarhet selv under lav rotasjonshastighet og høye belastningsforhold. Dette ble oppnådd ved å revidere den interne lagerdesignen med en ny burtype og påføre teknologier for materiale, varmebehandling og belegg. En nøkkelfunksjon ved dette nye produktet er at det oppnår omtrent 1,3 ganger levetiden til lagrene enn konvensjonelle standardprodukter, samtidig som det reduserer slitasjen til mindre enn en-tidel. Salget av dette produktet startet i juni 2024 for vindturbiner i Nord-Amerika. NSK vil fortsette å utvide virksomheten vår, først og fremst innen ettermarkedet, og bidra til stabil drift av vindturbiner etter hvert som de blir større og flytter til havs.