carta tecnica
Diagnosi della durata a fatica dei cuscinetti per una migliore operabilità delle turbine eoliche
Informazioni su Rohit Voothaluru
Membro del team di ricerca e sviluppo di Timken da sette anni, Rohit Voothaluru conduce attività di elaborazione avanzata e modellazione computazionale per la produzione di cuscinetti per turbine eoliche con alesaggio ultra-largo. Dirige numerosi progetti di modellazione innovativi, sfruttando i progressi della multifisica, della modellazione su mesoscala e dell’informatica per sviluppare soluzioni per l’ottimizzazione dei processi di produzione. Il suo lavoro pionieristico è stato premiato dal Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti.
“Più spingi verso l’ignoto, dal punto di vista ingegneristico, maggiori sono le opportunità di risolvere questi problemi, innovare ed estendere ciò che è possibile per essere all’avanguardia nel settore manifatturiero e tecnologico. Essere chiamati a risolvere problemi che ieri non erano presenti ma che oggi sono di fondamentale importanza mi entusiasma davvero”.
I cuscinetti delle scatole di trasmissione per turbine eoliche sono componenti consequenziali realizzati principalmente in acciaio martensitico ad alta resistenza, grazie all’eccezionale durata richiesta dalla pressione continua ad alto contatto applicata agli elementi volventi e ai componenti delle piste.
Nonostante siano eccellenti soluzioni ad alta tecnologia, la fatica con contatto volvente (rolling contact fatigue, RCF), caratterizzata dalla formazione di cricche superficiali o subsuperficiali, ha rappresentato oltre il 75% dei guasti prematuri dei cuscinetti delle scatole di trasmissione delle turbine eoliche. Le regioni trasformate all’interno della microstruttura dell’acciaio, o “white etching matter” (WEM, cricche) come sono conosciute in metallurgia per il loro aspetto bianco al microscopio ottico, di solito precedono lo sfaldamento e la scheggiatura inaspettati delle piste.
Questo è un problema significativo nel settore della tribologia, in generale, e dell’energia eolica, in particolare. Poiché le enormi turbine che si trovano a centinaia di piedi dal suolo o che galleggiano miglia al largo per generare enormi quantità di energia dovrebbero funzionare in modo ottimale con una manutenzione minima, è fondamentale essere in grado di prevedere la formazione di WEM per diagnosticare i sintomi di affaticamento e ridurre la possibilità di problemi operativi.
È proprio di questo che tratta il nostro ultimo articolo. Abbiamo cercato di comprendere meglio i meccanismi di formazione di WEM e chiarire il ruolo della dissipazione dell’energia di attrito.
Nel nostro studio, ipotizziamo che una combinazione di carico multiassiale e cambiamenti dell’energia di attrito subsuperficiali potrebbero essere fattori trainanti per la formazione di WEM.
Per verificarlo, abbiamo utilizzato una nuova analisi parametrica che valuta il danno alla giunzione delle superfici di contatto sotto le forze oscillanti e abbiamo utilizzato un modello computazionale per considerare l’orientamento, le dimensioni e l’attrito locale di una crepa subsuperficiale.
I risultati della simulazione non solo supportano la nostra ipotesi e le osservazioni sperimentali, ma dimostrano il parametro del danno da sfregamento che introduciamo come utile predittore di WEM e un quadro coerente e replicabile per valutare la dissipazione di energia.
I nostri risultati guidano gli studi futuri e stiamo sviluppando nuovi modelli basati su quest’attività, tutti volti a migliorare l’affidabilità dei cuscinetti della trasmissione a ingranaggi per una migliore operabilità delle turbine eoliche.
Leggete il white paper completo.
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11