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TECNOLOGIA DE PONTA PARA A INDÚSTRIA EÓLICA

NSK Brasi l Ltda. | www.nsk.com.br

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.

A NSK iniciou suas operações como a primeira fabri-cante japonesa de rolamentos em 1916. 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 tecnolo-gias nas áreas de rolamentos, sistemas lineares, com-ponentes para a indústria automotiva e sistemas me-catrônicos. Fornecemos rolamentos de turbinas eólicas desde os anos 80. Atualmente, nossos produ-tos estão presentes em todo o mundo, sempre em busca do mesmo objetivo: redução do consumo de energia devido ao atrito. Nossos centros de pesquisa

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 contí-nua 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 de-senvolvimento de diferentes aços e lubrificantes para rolamentos.

A empresa NSK

Europa

Ásia

Oceania

Américas

África

SoluçõeS Sob medida Sem comprometer a qualidade.

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.

Uma organização voltada a serviços — Equipe de Energia EólicaNossa Equipe de Energia Eólica combina suas ven-das à atividades de engenharia de aplicação para garantir suporte integrado a nossos clientes no se-tor de energia eólica. Os resultados de pesquisa gerados em nossos centros de tecnologia são con-solidados 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 gi-gantes para eixos de rotor de usinas eólicas sob variadas condições.

Capacidades de produção expandidasUma 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.

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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 Tecnologia de análise

Engenharia de materiais

Quatro principais tecnologias

Mecatrônica

TribologiaA lubrificação é crucial para rolamentos em mo-vimento linear ou rotativo. Formulações de lubri-ficantes e processos melhorados de tratamento de superfície nos permitem desenvolver rola-mentos ainda mais rápidos, silenciosos e dura-douros, que também são capazes de suportar altos níveis de carga.

Engenharia de materiaisA ciência dos materiais passa por um desenvol-vimento contínuo que visa melhorar a funcionali-dade 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 ana-lítica. Os resultados destas pesquisas são aplica-dos aos novos produtos.

Tecnologia de análiseNo desenvolvimento de produtos, estudos analíti-cos — principalmente simulações de computador — são indispensáveis. Nós os usamos para simular o comportamento dos produtos sob condições am-bientais extremas e obter informações valiosas em relação ao design do produto e aos processos de fabricação.

MecatrônicaEsta 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 bio-médicos microeletromecânicos. A mecatrônica tam-bém desempenha um papel importante na tecno-logia de montagem para aplicações que exigem altas temperaturas, densidade de potência e confiabilidade.

Engenharia de MateriaisÉ 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 par-ticularmente adverso na fadiga do rolamento. O Aço Z da NSK, com menores inclusões de óxi-dos não metálicos, apresenta melhoria no de-sempenho, pois é produzido através da redução dos não metálicos, óxidos e outros, tais como Titânio ou Enxofre, no interior do aço. Rolamen-tos feitos desse aço proporcionam durabilidade significativamente estendida em até 1,8 vezes, em comparação com o aço convencional des-gaseificado 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 rolamen-to 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 esféri-cos, rolamentos rígidos de esferas e rolamentos de esferas de contato angular.

Rolamentos eletricamente isoladosNos casos em que os rolamentos padrão são expostos à corrosão elétrica, como nos gerado-res de turbinas eólicas, são usados rolamentos com revestimento cerâmico ou rolamentos hí-bridos. Nos rolamentos com revestimento ce-râmico da NSK, a cerâmica é aplicada por pul-verização 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 rola-mentos híbridos que usam esferas de cerâmicas apresentam características de desempenho excep-cionais, como resistência térmica, maior vida útil, menor peso e baixa expansão térmica. Além disso,

as esferas cerâmicas não são condutoras de ele-tricidade. Isso faz com que os rolamentos híbridos sejam também particularmente apropriados para o uso em geradores. Nós utilizamos o material cerâ-mico de nitreto de silício (Si3N4) para os elementos dos rolamentos híbridos.

Equipamentos de testeCom 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 espe-cíficas de testes que simulam condições reais de funcionamento.

Bancada de testes para rolamentos do eixo de rotorOs 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 ve-locidade podem ser testados numa bancada de ensaio especificamente projetada. Assim como com os rolamentos do eixo de rotor, forças está-ticas e dinâmicas, bem como torques, podem ser aplicados ao rolamento.

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Os investimentos nas quatro principais tecnologias são muito rentáveis para a indústria de energia eólica:

Formação de danos sobre a superfície

Formação de danos abaixo da superfície

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tecnologia de ponta para a indúStria eólica.

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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 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.

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.

uma invençãoadicional: Stiff

Inovação: STIFFNa 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 parâme-tros acima citados juntamente com a exata ge-ometria do interior, folga operacional e pré-car-ga, 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 determi-nada 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 en-grenagens de turbinas eólicas, a vida útil modifi-cada deve ser 175.000 horas, ou seja, 20 anos. O escopo do software de cálculo é impressionan-te, e a aplicação fornece resultados que permi-tem uma análise paramétrica rápida. O sistema também torna possível poupar tempo ao testar adaptações especiais de rolamentos.

Ferramentas práticasOutro exemplo de método de cálculo utilizado pela NSK é a análise FEM. A Análise de Elemen-tos Finitos analisa a distribuição de fatores de tensão no interior do rolamento e em seus com-ponentes 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 re-sultados 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 análi-se e cálculo on-line de rolamentos a partir de um grande número de perspectivas.

Desde muito tempo os especialistas têm conhe-cimento do fato de que muitas características precisam ser consideradas para uma estimati-va de vida útil ser confiável. Desenvolvimentos mais recentes da NSK incluem métodos otimiza-dos e procedimentos de cálculo que aumentam a precisão para estimar a vida útil do rolamento.

Métodos de cálculo convencionaisMétodos 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 pa-râmetros envolvidos são: capacidade de carga, limite de rotação e tipo de rolamento. A vida útil dos rolamentos é apresentada como L10 ou L10h.


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 de inclinação da caixa de engrenagens

Mecanismos de rotação da caixa de engrenagens para o ajuste da torre

Rolamentos principais da caixa de engrenagens

Rolamentos do gerador

cada Soluçãoexige oS produtoSadequadoS

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1

2 4

3


Rolamentos principais do eixo do rotor O rotor induz altas cargas axiais e radiais aos rolamentos principais, seja de forma estática ou dinâmica. Considerando cargas como essas, rolamentos de alta rigidez são indispensáveis. Rolamentos autocompensadores de rolos, rolos cilíndricos e rolos cônicos instalados tanto na clássica disposição lado fixo e lado livre ou em disposição flutuante, são particularmente ade-quados para esta aplicação.

Rolamentos principais da caixa de engrenagensUma variedade de disposições de engrenagens têm sido implementadas para turbinas eólicas nos últimos anos. Sistemas da classe de me-gawatts muitas vezes combinam uma fase de engrenagens planetárias com múltiplas fases de engrenagens cilíndricas. Nas classes atuais de multimegawatts, as fases de engrenagens pla-netárias são conectadas à fases de engrenagem de dentes retos. Essa técnica também facilita as transmissões diferenciais. Rolamentos rígidos de esferas, rolamentos autocompensadores de rolos, rolamentos de rolos cilíndricos, rolamen-tos de rolos cônicos e rolamentos de esferas de quatro pontos de contato são usados, depen-dendo da posição na aplicação.

Rolamentos da bomba de óleoOs dentes das engrenagens usadas para propul-são da bomba exercem forças radiais e axiais sobre os rolamentos rígidos de esferas, rola-mentos autocompesadores de rolos, rolamentos de rolos cilíndricos e rolamentos de rolos côni-cos usados nesta aplicação.

Rolamentos de geradoresGeradores usam principalmente rolamentos rí-gidos de esferas e rolamentos de rolos cilíndri-cos. Transmissões de correntes elétricas podem danificar os rolamentos e encurtar sua vida útil. A fim de evitar esse dano, a utilização de rola-mentos com isolamento deve ser considerada. Nós oferecemos rolamentos híbridos com ele-mentos rolantes de cerâmica, bem como com rolamentos revestidos com material isolante aplicado aos anéis externos.

Rolamentos de inclinação e rotação de caixa de engrenagensMecanismos de rotação da caixa de engrena-gens giram a nacela contra ou a favor do vento. Caixas de engrenagens com inclinação são ne-cessárias para o ajuste da lâmina do rotor. Rola-mentos rígidos de esferas, rolamentos de rolos cilíndricos, rolamentos autocompensadores de rolos e rolamentos de rolos cônicos são normal-mente instalados nessas caixas.

Rolamentos rígidos de esferas Rolamentos de esferas de quatro pontos de contato

Rolamentos autocompensadores de rolos Série HPSTM

Rolamentos de rolos cônicos

Rolamentos de rolos cilíndricos Série EM/EW

Características> Cargas radiais baixas a médias. > Cargas axiais em ambas as

direções.> Velocidades elevadas.

Aplicações> Caixa de engrenagens. > Geradores.

Design> Disponíveis com gaiola de aço

estampada, latão usinado e poliamida.

> Rolamentos eletricamente isolados.

Características> Cargas axiais altas em

ambas as direções.> Velocidades médias.

Aplicações> Caixa de engrenagens.

Design> Disponíveis com gaiola de latão usinado.

Características> Cargas radiais altas.> Cargas axiais em ambas

as direções.> Velocidades médias.

Aplicações> Caixa de engrenagens. > Eixo do rotor.

Design> 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.

Características> Cargas radiais altas. > Cargas axiais em uma direção, quando instalado individualmente, ou em ambas as direções quando instalado em pares. > Velocidades médias.

Aplicações> Caixa de engrenagens.> Eixo do rotor.

Design> Disponíveis nas dimensões métricas e polegadas.> Rolamentos de rolos cônicos HR patenteados pela NSK para suportar maiores cargas.> Design da gaiola NSK otimizado para rolamentos de rolos cônicos de tamanhos grandes, instalados em engrenagens planetárias.> Disponíveis com gaiola de aço estampada.

Características> Cargas radiais altas.> Cargas axiais pequenas

em ambas as direções, dependendo da configuração dos anéis.

> Velocidades altas.

Aplicações> Caixa de engrenagens.> Geradores.> Eixo do rotor.

Design> 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.


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