artigo técnico
Diagnóstico de fadiga do rolamento para melhorar a operabilidade de turbinas eólicas
Sobre Rohit Voothaluru
Membro da equipe de pesquisa e desenvolvimento da Timken há sete anos, Rohit Voothaluru realiza processamento e modelagem computacional avançados para a fabricação de rolamentos de furo ultragrande para turbinas eólicas. Ele lidera vários projetos de modelagem inovadores que aproveitam os avanços em multifísica, modelagem de mesoescala e computação para desenvolver soluções para a otimização de processos de fabricação. Seu trabalho pioneiro foi reconhecido pelo Departamento de Energia dos EUA.
“Quanto mais você explora o desconhecido, do ponto de vista da engenharia, mais oportunidades terá para resolver esses problemas, inovar e ampliar o que é viável para estar na vanguarda dos setores de fabricação e tecnologia. Ser chamado para resolver problemas que não existiam ontem, mas que são de importância crítica hoje, realmente me anima.”
Rolamentos de caixa de transmissão de turbinas eólicas são componentes importantes feitos principalmente de aço martensítico de alta resistência devido à durabilidade excepcional necessária para a pressão contínua de alto contato aplicada aos componentes de elementos rolantes e pistas.
Apesar de serem excelentes soluções de última geração, a RCF (fadiga de contato rolante), caracterizada pela formação de trincas superficiais ou subsuperficiais, foi responsável por mais de 75% das falhas prematuras de rolamentos de caixa de transmissão de turbinas eólicas. As regiões transformadas dentro da microestrutura do aço, conhecidas como WEM (white etching matter) devido à sua aparência branca em um microscópio óptico, normalmente precedem a descamação e o descascamento inesperados das pistas.
Esse é um problema significativo em tribologia, no geral, e em energia eólica, especificamente. Como as enormes turbinas localizados a centenas de metros acima do solo ou que flutuam a quilômetros da costa para gerar enormes quantidades de energia devem ter um desempenho ideal com manutenção mínima, é fundamental poder prever a formação de WEM para diagnosticar sintomas de fadiga e reduzir o potencial de gerar problemas operacionais.
É precisamente disso que se trata o nosso último artigo. Tentamos compreender melhor os mecanismos de formação de WEM e esclarecer o papel da dissipação de energia de atrito.
Em nosso estudo, levantamos a hipótese de que uma combinação de cargas multiaxiais e alterações na energia de atrito subsuperficial podem induzir a formação de WEMs.
Para testá-la, empregamos uma nova análise paramétrica que avalia os danos na junção das superfícies de contato sob forças oscilantes e utilizamos um modelo computacional para considerar a orientação, o tamanho e o atrito local de uma fissura subsuperficial.
Os resultados da simulação não apenas sustentam nossa hipótese e as observações experimentais, como demonstram o parâmetro de danos por atrito que introduzimos como um previsor útil de WEM e uma estrutura replicável consistente para avaliar a dissipação de energia.
Nossos resultados estão orientando estudos futuros e estamos desenvolvendo novos modelos que se baseiam nesse trabalho, todos voltados para melhorar a confiabilidade de rolamentos de caixa de transmissão para aprimorar operabilidade de turbinas eólicas.
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11