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보다 나은 풍력 터빈 작동성을 위한 베어링 피로 진단
Rohit Voothaluru 소개
Timken 연구개발팀에서 7년째 일하고 있는 Rohit Voothaluru는 초대형 내경 풍력 터빈 베어링 제조를 위한 고급 처리 및 계산 모델링을 수행합니다. 그는 다중물리학, 중간 규모 모델링 및 컴퓨팅의 발전을 활용하여 제조 프로세스 최적화를 위한 솔루션을 개발하는 여러 혁신적인 모델링 프로젝트를 이끌고 있습니다. 그의 선구적인 업적은 미국 에너지부의 인정을 받은 바 있습니다.
“미지의 영역을 엔지니어링 관점에서 탐구할수록 이런 문제를 해결하고 제조 및 기술 부문의 최전선에서 실현 가능한 것을 혁신하고 확장할 수 있는 기회가 더 많아집니다. 어제는 존재하지 않았지만 오늘은 매우 중요한 문제를 해결하라는 요청을 받는 것은 정말이지 신나는 일입니다.”
풍력 터빈 기어박스 베어링은 구름 요소와 레이스웨이 부품에 가해지는 지속적으로 높은 접촉 압력 때문에 탁월한 내구성이 필요하므로 주로 고장력 마텐자이트 강으로 만들어지는 부품입니다.
우수한 엔지니어링 솔루션에도 불구하고 표면 또는 표면 아래에 균열이 형성되는 것이 특징인 구름 접촉 피로(RCF)는 풍력 터빈 기어박스 베어링 조기 고장의 75% 이상을 차지했습니다. 강철 미세 구조 내의 변형된 영역(광학 현미경에서 백색으로 보이기 때문에 야금학에서 “백색 에칭 물질”(WEM)로 알려짐)은 일반적으로 레이스웨이의 예기치 않은 박리 및 파편화보다 먼저 발생합니다.
이것은 일반적으로 마찰 공학, 특히 풍력 에너지에서 중요한 문제입니다. 지상에서 수백 피트 높이에 있거나 해상에서 부유하며 막대한 양의 전력을 생성하는 거대한 터빈은 최소한의 유지 관리로 최적의 성능을 발휘해야 하므로 WEM 형성을 예측하고 피로 증상을 진단하여 그것이 작동 문제로 이어질 가능성을 줄일 수 있어야 합니다.
바로 우리의 최신 논문에서 다루는 내용입니다. 우리는 WEM 형성 메커니즘을 더 잘 이해하고 마찰 에너지 소산의 역할을 명확히 하고자 했습니다.
연구에서는 다축 하중과 표면하 마찰 에너지 변화가 조합되면 WEM 형성의 원인이 될 수 있다고 가정합니다.
이를 테스트하기 위해 진동력 하에서 접촉면의 접합부 손상을 평가하는 새로운 매개변수 분석을 활용했고, 전산 모델을 사용하여 표면 아래 균열의 방향, 크기 및 국소 마찰을 고려했습니다.
시뮬레이션 결과는 우리의 가설과 실험적 관찰을 뒷받침할 뿐만 아니라 우리가 WEM의 유용한 예측 지표로 도입한 프레팅 손상 매개변수와 함께 에너지 소산의 평가를 위한 일관되고 복제 가능한 프레임워크를 보여줍니다.
이 연구 결과는 미래 연구의 지침이 되고 있으며, 이 작업을 기반으로 우리는 새 모델을 개발 중인데, 이 모든 것은 풍력 터빈 작동성을 개선하기 위해 기어 드라이브 베어링의 신뢰성을 향상시키는 것을 목표로 합니다.
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11