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Diagnostiquer la fatigue des roulements pour une meilleure opérabilité des éoliennes
À propos de Rohit Voothaluru
Membre de l’équipe de recherche et développement de Timken depuis sept ans, Rohit Voothaluru réalise des traitements avancés et des modélisations informatiques pour la fabrication de roulements d’éoliennes à très gros alésage. Il dirige plusieurs projets de modélisation innovants, tirant parti des progrès de la multiphysique, de la modélisation à méso-échelle et de l’informatique pour développer des solutions d’optimisation des processus de fabrication. Son travail innovant a été reconnu par le Département américain de l’énergie.
« Plus vous repoussez les inconnues, du point de vue de l’ingénierie, plus vous avez d’opportunités de résoudre ces problèmes, d’innover et d’étendre le champ des possibles pour être à la pointe des secteurs de la fabrication et de la technologie. Être appelé à résoudre des problèmes qui n’existaient pas hier mais qui sont d’une importance cruciale aujourd’hui – cela me passionne réellement. »
Les roulements de la boîte de vitesses des éoliennes sont des composants conséquents fabriqués principalement en acier martensitique à haute résistance, en raison de la durabilité exceptionnelle requise pour une pression de contact élevée continue appliquée aux éléments roulants et aux composants des chemins de roulement.
Bien qu’il s’agisse d’excellentes solutions techniques, la fatigue de contact roulant (FCR) – caractérisée par la formation de fissures en surface ou sous la surface – représentait plus de 75 % des défaillances prématurées des roulements de boîte de vitesses des éoliennes. Les zones transformées au sein de la microstructure de l’acier — la « matière de gravure blanche » (WEM) comme on les appelle en métallurgie pour leur apparence blanche au microscope optique — précèdent généralement l’entartrage et l’écaillage imprévisibles des chemins de câbles.
Il s’agit d’un problème important en tribologie, en général, et en énergie éolienne, en particulier. Étant donné que les turbines massives qui se dressent à des centaines de pieds au-dessus du sol, ou flottent à des kilomètres au large pour générer d’énormes quantités d’énergie, doivent fonctionner de manière optimale avec un minimum d’entretien, il est impératif de pouvoir prédire la formation de WEM – pour diagnostiquer les symptômes de fatigue et réduire les problèmes opérationnels potentiels.
C’est précisément le sujet de notre dernier article. Nous avons cherché à mieux comprendre les mécanismes de formation du WEM et à clarifier le rôle de la dissipation d’énergie par frottement.
Dans notre étude, nous émettons l’hypothèse qu’une combinaison de chargement multiaxial et de changements d’énergie de frottement sous la surface pourrait être le moteur de la formation de WEM.
Pour tester cela, nous avons utilisé une nouvelle analyse paramétrique qui évalue les dommages à la jonction des surfaces en contact sous des forces oscillantes, et utilisé un modèle informatique pour prendre en compte l’orientation, la taille et le frottement local d’une fissure souterraine.
Les résultats de la simulation appuient non seulement notre hypothèse et nos observations expérimentales ; mais ils démontrent le paramètre de dommages de contact que nous introduisons comme un indicateur utile de WEM et un cadre cohérent et reproductible pour évaluer la dissipation d’énergie.
Nos résultats guident les études futures et nous développons de nouveaux modèles qui s’appuient sur ces travaux, qui visent tous à améliorer la fiabilité des roulements d’entraînement par engrenages pour une meilleure opérabilité des éoliennes.
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11