Biała Księga
Diagnozowanie zmęczenia łożysk w celu zapewnienia lepszej pracy turbin wiatrowych
Informacje o Rohicie Voothaluru
Członek zespołu badawczo-rozwojowego firmy Timken od siedmiu lat zajmujący się zaawansowanym przetwarzaniem i modelowaniem obliczeniowym do produkcji łożysk turbin wiatrowych o bardzo dużych średnicach. Prowadzi wiele innowacyjnych projektów modelowania, wykorzystując postępy w zakresie symulacji multifizycznej, modelowaniu mezoskalowym i informatyce w celu opracowania rozwiązań do optymalizacji procesów produkcyjnych. Jego pionierska praca została doceniona przez Departament Energii USA.
„Im bardziej przesuwasz niewiadome z inżynierskiego punktu widzenia, tym więcej możliwości rozwiązania tych problemów, innowacji i rozszerzenia tego, co jest możliwe, aby być w czołówce sektorów produkcji i technologii. Wezwanie do rozwiązywania problemów, których nie było jeszcze wczoraj, ale dziś mają kluczowe znaczenie – to naprawdę mnie ekscytuje”.
Łożyska przekładni turbiny wiatrowej są kolejnymi elementami wykonanymi głównie z wysokowytrzymałej stali martenzytycznej, ze względu na wyjątkową trwałość wymaganą do ciągłego wywierania wysokiego nacisku na elementy toczne i elementy bieżni.
Pomimo doskonałych rozwiązań technicznych, zmęczenie styku tocznego (RCF) charakteryzujące się powstawaniem pęknięć powierzchniowych lub podpowierzchniowych odpowiadało za ponad 75% przedwczesnych uszkodzeń łożysk przekładni turbiny wiatrowej. Przekształcone regiony w mikrostrukturze stali, czyli „biały materiał wytrawiony” (WEM), jak określa się to zjawisko w metalurgii ze względu na ich biały wygląd pod mikroskopem — zwykle poprzedzane nieoczekiwanym łuszczeniem się i odpryskiwaniem bieżni.
Jest to istotny problem ogólny w trybologii, a szczególnie w energetyce wiatrowej. Masywne turbiny, które stoją setki metrów nad ziemią lub znajdują się w odległości wielu mil na morzu, powinny działać optymalnie przy minimum wymaganej konserwacji, aby generować ogromne ilości energii. Konieczne jest przewidywanie formowania się WEM w celu diagnozowania objawów zmęczenia i obniżenia ich potencjału doprowadzenia do problemów z działaniem.
Właśnie o tym jest nasz najnowszy artykuł. Staraliśmy się lepiej zrozumieć mechanizmy powstawania WEM i wyjaśnić rolę rozpraszania energii tarcia.
W naszym badaniu postawiliśmy hipotezę, że połączenie obciążenia wieloosiowego i zmian energii tarcia podpowierzchniowego może być czynnikami napędzającymi powstawanie WEM.
Aby to przebadać, zastosowaliśmy nowatorską analizę parametryczną do oceny uszkodzenia na połączeniu stykających się powierzchni pod wpływem sił oscylacyjnych i wykorzystaliśmy model obliczeniowy do rozważenia orientacji, rozmiaru i lokalnego tarcia pęknięcia podpowierzchniowego.
Wyniki symulacji nie tylko potwierdzają naszą hipotezę i obserwacje eksperymentalne. Demonstrują parametr uszkodzenia frettingowego, który wprowadzamy jako użyteczny predyktor WEM i spójne, powtarzalne ramowe kryteria oceny rozpraszania energii.
Nasze wyniki wyznaczają kierunek przyszłych badań. Opracowujemy też nowe modele, które bazują na tych pracach, z których wszystkie mają na celu poprawę niezawodności łożysk napędu zębatego w celu lepszej pracy turbin wiatrowych.
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11