首页 设备与材料 风机轻量化时代,金属替代材料PEEK解决方案如何解决耐磨难题?

风机轻量化时代,金属替代材料PEEK解决方案如何解决耐磨难题?

更轻、更韧、更耐磨———威格斯聚醚醚酮(PEEK)解决方案在风力发电机耐磨组件中的潜在应用

当今技术的飞跃发展不断塑造着我们的世界,而材料创新正是技术发展的驱动力,它让大型发明进入“现实生活”并改变着行业。

大型风力发电机的轴承、齿轮等关键部件一直都是金属材料的天下,但随着风机持续增大及苛刻的应用环境,金属部件的制造和维护成本不断增加,另外基于风机轻量化、效率和环保方面的考量,风电行业开始寻找合适的替代材料,而威格斯高性能PEEK(聚醚醚酮)正是其中之一。

海洋环境下的应用经验

PEEK聚合物属于PAEK(聚芳醚酮)聚合物的一员,被认为是世界上性能最高的热塑性塑料之一,塑料行业中也称之为 “塑料王者”。威格斯是第一家将PEEK商业化的公司,也是全球最大的PEEK解决方案供应商。

威格斯PEEK在油气开采这种极端环境下已有四十余年的应用验证历史,全球超过7500万密封环使用威格斯PEEK。基于此,威格斯丰富的针对海洋环境应用经验必能帮助海上风机更大更高效,从而使海上风电度电成本更具竞争优势

满足严苛应用

威格斯PEEK取代金属材料, 可以降低成本和减轻重量,取代其它常规聚合物,解决其不能适用高温和耐化性等要求。为满足对应用性能日益增长的要求,越来越多的研发工程师选择用威格斯高性能聚合材料设计各类的应用部件。

滑动轴承

风力发电机的轴承系统需要承受各种运行压力和速度。轴承的启停会导致轴承面直接接触(称为边界润滑),造成严重磨损。而威格斯PEEK复合材料是根据对强度、摩擦系数和干磨情况下的磨损等要求而研发的,可以减少磨损、延长使用寿命、降低维护成本,有助于风电开发商降低运营成本。

沃克莎轴承公司(Waukesha Bearings)的一项研究发现,PEEK材料用于止推轴承时,在11000rpm 下能够承受的最大压力比巴氏合金高出约50%。

滚动轴承保持架

轴承保持架需要应对多种挑战,不仅受到摩擦力、张力和惯性力等机械应力的影响,还受到可能具有腐蚀性的润滑剂、润滑添加剂机器老化产物以及有机溶剂和冷却剂等的外部作用。所受影响的程度取决于各种参数,如吴丹妮、耐冲击性、振动(或这些因素的组合)以及其他位置因素。由PEEK聚合物制成的轴承保持架兼具出色的强度和弹性。PEEK聚合物在钢表面的低摩擦系数可最大限度地减小保持架表面与滚珠之间的摩擦,从而将轴承内部的发热和磨损控制在极低的水平。PEEK材料的密度较小,能够有效减轻轴承重量,这反过来又减小了惯性力的力矩,提高轴承的角速度。另外,威格斯VICOTE涂层可替代滚针轴承中的银/铜镀层,滚针轴承广泛用于发动机的曲轴连杆机构,以减少两个旋转面之间的摩擦。

用于轴承保持架时,威格斯PEEK材料能够体现出如下优势:

1.可承受连续高温和高转速

2.卓越的耐油脂和耐腐蚀性流体

3.不会受潮膨胀

4.减少轴承产生的热量

5.减少能耗

6.可承受冲击力和高离心力

7.赋予轴承在润滑不良情形下具有更长的工作时间

8.低蠕变

9.减轻重量 = 减小转动惯量

10.延长轴承使用寿命

所有的运动部件都需要考虑制造材料的动态强度值,因此威格斯还供应含有特殊碳纤维填充牌号材料,含有更高的增强纤维含量,以更好的柔顺性和延伸性能,承受更高的动态应力

制动器摩擦片

风力发电机制动器摩擦片具备发电、紧急停机等多项功能。偏航制动器摩擦片和偏航电机使机舱与叶片处于迎风向位置,以带动转子旋转。偏航系统失效是导致整体停机的主要原因之一。如果用在偏航制动器中,PAEK基材的制动器摩擦片可以在滑移量较少的情况下施加更大的制动压力。采用这种摩擦片减少偏航误差有助于提高发电量、防止停机,并且能够在更为极端的情况下避免结构性损坏。

下图显示了由极限PV值定义的三个牌号产品的工况曲线。

采用威格斯PEEK的齿轮箱等风力发电机部件,不仅可靠性高,使用寿命延长,而且重量更轻,运行效率更高。采用较轻的部件可以减小角动量,从而节约能源,同时有利于实现更为紧凑的设计。PEEK 复合材料的密度约为1.3-1.53g/cm3,比许多钢材轻约70%,比巴氏合金轻82%,比某些铜合金轻85%

总结:

PEEK聚合物非常适合极端和苛刻的环境。虽然目前的很多传统材料可以满足一部分特定需求,但PEEK聚合物以其惰性特性满足多种需求,包括轻质、高强度、高耐磨性、耐高温、耐疲劳和耐侵蚀性化学品。这些性能共同作用,有助于延长部件寿命,增加设计自由度和成本效益。

威格斯是高性能聚醚醚酮和聚芳醚酮解决方案全球领导者, 致力于航空航天、汽车、电子、能源和医疗等行业市场。其聚合物产品和应用,所涉及的范围包括智能手机、飞机、汽车、尤其行业运营和医疗器械等。公司有超过40年的经验,服务包括中国在内的40多个国家,全球雇员超过 900 人,提供聚合物、模件和零件,并通过差异化管理、创新投资创造新的市场。在PEEK 领域,威格斯生产能力7150 吨,排名第一 。

来源:CWEA

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