Antivibranti per aerogeneratori

La dinamica delle vibrazioni negli aerogeneratori: sorgenti di sollecitazione nella navicella

Le turbine eoliche operano sotto sollecitazioni dinamiche continue ed estremamente variabili. All’interno della navicella, posizionata sulla sommità della torre di sostegno, l’interazione tra forze aerodinamiche esterne e forze meccaniche interne genera uno spettro di vibrazioni complesso. Se queste oscillazioni non vengono dissipate, si propagano attraverso le strutture portanti sotto forma di onde elastiche, provocando l’usura precoce delle componenti interne, il disallineamento degli accoppiamenti meccanici e l’indebolimento strutturale dei giunti.

Le principali fonti di eccitazione cinetica provengono dal rotore, dalle pale e dal moltiplicatore di giri (gearbox), che converte la rotazione lenta in alta velocità per l’alternatore. Il generatore di corrente, analogamente a quanto avviene nei sistemi studiati per gli Antivibranti per generatori di corrente, produce ulteriori forze rotative e alterne sbilanciate che si scaricano direttamente sul telaio di supporto. Per limitare il rumore strutturale nei parchi eolici e garantire la stabilità di lungo termine della turbina, l’installazione di Antivibranti per aerogeneratori ad alte prestazioni rappresenta un requisito di progettazione fondamentale.

Isolamento della catena cinematica: l’impiego di antivibranti a flange per grandi carichi e della linea SURMAC

Il moltiplicatore di giri e il generatore elettrico costituiscono i componenti più critici della catena cinematica. Questi elementi ad elevata massa scaricano sul telaio di supporto forze dinamiche bidirezionali di notevole entità, sia di compressione che di taglio. Per gestire carichi così gravosi, i comuni supporti cilindrici non offrono un vincolo sufficiente: è necessario utilizzare sistemi progettati per sopportare sollecitazioni multidirezionali garantendo al contempo un perfetto allineamento statico.

DAB Antivibranti propone per queste applicazioni industriali gli antivibranti a flange per grandi carichi e i supporti antivibranti della linea SURMAC. Questi sistemi integrano elementi metallici strutturali e mescole elastomeriche calibrate, offrendo un’elevata rigidezza nei confronti delle forze di spinta statiche e un’eccellente elasticità smorzante verso le sollecitazioni dinamiche nocive.

Calcolo della frequenza propria ed evitamento della risonanza strutturale nell’eolico

L’efficacia di un isolamento elastico dipende dal corretto calcolo del rapporto tra la frequenza di eccitazione (fe) generata dagli organi in movimento e la frequenza propria (f0) del sistema di sospensione. Per ottenere un isolamento delle vibrazioni ottimale, la frequenza propria (f0) del supporto antivibrante deve essere nettamente inferiore alla frequenza di eccitazione (fe) del macchinario.

Se la frequenza di eccitazione coincide con la frequenza propria del sistema isolante, si verifica la condizione di risonanza, che provoca l’amplificazione distruttiva delle ampiezze di oscillazione. Variando la durezza Shore (l’indice di resistenza alla penetrazione di una mescola elastomerica) e la geometria del supporto gomma-metallo, è possibile minimizzare il coefficiente di trasmissibilità, garantendo l’attenuazione delle frequenze di disturbo e salvaguardando l’integrità strutturale dell’aerogeneratore.

Resistenza ambientale delle mescole gomma-metallo: l’impatto di agenti atmosferici, sbalzi termici e corrosione marina negli impianti offshore

Le turbine eoliche operano spesso in condizioni ambientali estreme. Negli impianti offshore, l’esposizione costante alla nebbia salina e all’umidità accelera i processi corrosivi dei metalli e degrada le mescole elastomeriche non trattate. Negli impianti onshore installati in zone montane, gli sbalzi termici significativi, l’ozono e l’irraggiamento ultravioletto (UV) mettono a dura prova l’elasticità strutturale della gomma.

Per preservare nel tempo le proprietà elastiche come la durezza Shore, lo smorzamento e la capacità di carico statico e dinamico, DAB propone antivibranti con mescole speciali (come gomma naturale ad alta resilienza, EPDM o silicone) abbinate a trattamenti anticorrosivi di zincatura o all’utilizzo di inserti in acciaio inossidabile. Questo livello di protezione riprende gli elevati standard qualitativi applicati nei contesti marittimi e navali, descritti approfonditamente nell’articolo dedicato alle soluzioni per Antivibranti e Supporti per settore nautico cantieristica navale.

La durabilità di un sistema antivibrante in ambienti ostili dipende dalla stabilità termomeccanica della mescola elastomerica e dalla tenuta del legame adesivo gomma-metallo, fondamentale per prevenire delaminazioni strutturali sotto carichi dinamici ciclici.

Isolamento dei sistemi ausiliari: antivibranti a campana SUCON e cilindrici per circuiti di raffreddamento e centraline idrauliche

Sebbene l’attenzione sia spesso focalizzata sui componenti principali come la catena cinematica, una parte rilevante del rumore strutturale all’interno di un aerogeneratore è causata dai sistemi ausiliari. Le centraline idrauliche per il controllo del pitch (orientamento delle pale) e dello yaw (orientamento della navicella), le pompe di lubrificazione, gli scambiatori di calore e le ventole di raffreddamento generano vibrazioni ad alta frequenza che possono compromettere tubazioni e strumentazione di controllo.

Per questi componenti si rende necessario Ridurre il propagarsi di rumori e vibrazioni con gli antivibranti in gomma. L’impiego coordinato di antivibranti a campana (dotati di sistema di sicurezza antistrappo integrato) e di supporti cilindrici o Perni antivibranti – Supporti elastici per macchinari consente di disaccoppiare meccanicamente le sorgenti vibranti dalla struttura della navicella, riducendo l’usura precoce dei componenti ausiliari.

Errori di progettazione comuni nel dimensionamento dei supporti elastici per turbine eoliche

La selezione di un supporto antivibrante per applicazioni eoliche non può basarsi su stime approssimative o tabelle di carico statico puramente nominali. Errori in fase di dimensionamento possono compromettere l’efficacia dell’isolamento e l’integrità meccanica dell’impianto.

1. Sottovalutazione dei carichi dinamici transitori: Considerare solo la massa a riposo delle macchine trascurando le accelerazioni e le forze d’inerzia generate durante le frenate di emergenza o i transitori di avviamento.
2. Ignorare la rigidezza dinamica alle temperature estreme: Non considerare che gli elastomeri tendono a irrigidirsi a temperature sotto lo zero, innalzando la frequenza propria del sistema e aumentando il rischio di risonanza strutturale.
3. Mancata verifica delle sollecitazioni multidirezionali: Utilizzare supporti privi di resistenza al taglio o alla trazione in presenza di forze flettenti e carichi dinamici combinati, accelerando la fessurazione della gomma.
4. Assenza di dispositivi di sicurezza antistrappo (fail-safe): Non impiegare supporti dotati di vincolo meccanico di sicurezza sulle linee soggette a carichi transitori eccezionali o trazioni impreviste.