← Tilbage til Bearings kategori

Root Årsag Analyse af bærende skade i vindturbiner

nsk turbine hauptrotorlager

Symptomerne på bæreskader, der kaldes White Structure Flaking, som forekommer i vindmøller såvel som andre drivsystemer, bliver typisk mærkbare meget tidligt inden udgangen af ​​lagerets forventede levetid.

Årsagerne har længe været ukendte, men nu bliver nye resultater stillet til rådighed ved at bære specialist NSK, hvis resultater har ført til udviklingen af ​​et nyt lejemateriale, der giver betydelige fordele for vindmøllevarvligheden.

Drevkomponenter til vindmøller skal opfylde hårde krav med hensyn til holdbarhed og modstand, og disse krav bliver stadig strengere.

Onshore turbiner kræver traditionelt lejer, der er designet til at holde i en levetid på 175,000 timer, hvilket svarer til 20 år. På det hurtigt voksende marked for havvindmølleparker, hvor der dog er behov for et højt investeringsniveau og vanskelig adgang til lokaler, kræves der en levetid på 25 år.

Langere levetid, højere dynamiske belastninger

Med ekstreme dynamiske belastninger, der virker på drivmøllen på en vindmølle, udgør dette krav en reel udfordring. I landvindmøller gennemgår hovedlejrene belastninger på ca. 1 MN. Til søs virker der dog på grund af meget høje vindhastigheder endnu stærkere statiske og dynamiske belastninger på rotoren og følgelig på hele drivkørslen.

Samtidig vokser systemets størrelse og ydeevne i både land- og offshore applikationer kontinuerligt. NSK fremstiller i øjeblikket lejer til 9.5 MW møller, som snart kommer i fuld skala produktion. Desuden er virksomheden nu ved at udvikle lejer til offshore vindmøller med endnu højere nominel effektudgang.

nsk gearkasse

Med AWS-TF har NSK udviklet et nyt materiale specielt til vindmølle lejer

Tilstandsovervågning

Højere ydeevne og den voksende markedsandel af offshore turbiner er nøglefaktorer bag stigende krav til længere levetid. Som følge heraf er vindenergiteknologien et ideelt anvendelsesområde for overvågningssystemer til online tilstand, som løbende måler og analyserer vibrationer i drivsystemet. Hvis der opstår lejeskader, kan de defekte komponenter (indvendige eller ydre ring, ruller eller bur) detekteres tidligt ved at analysere måleprofilen.

Et tilstandsovervågningssystem (CMS) udviklet af NSK er for nylig blevet installeret på en havvindmøllepark i Japan. CMS 'rolle er at opdage anomalier tilstrækkeligt tidligt til at lette prædiktive vedligeholdelsesstrategier. NSK ser et stort markedspotentiale for løsninger af denne type.

Intensiv materialeudvikling

En nyttig tilstandsovervågning kan dog være en sekundær foranstaltning i kritiske anvendelsesområder. Det primære tekniske mål ved udvikling af lejer til vindmøller er stadig og vil forblive for at sikre et højt pålidelighedsniveau. I den henseende har producenterne allerede gjort betydelige fremskridt.

For eksempel har en vigtig bidragyder til fremskridt været udvikling af nye materialer og varmebehandlingsprocesser, som NSKs specialiserede Super Tough (STF) specialstål. Lejer fremstillet af dette materiale varer dobbelt så lang som dem, der fremstilles ved hjælp af konventionelt stål. Faktisk blev den relaterede belastningsvækstforhøjelse bekræftet og certificeret i december 2017 af DNV GL.

STFs langvarige egenskaber er opnået ved at anvende en bestemt kemisk sammensætning og en særlig varmebehandlingsproces. Typiske symptomer på skader, såsom træthedslivsrelaterede revner i lejebanerne forårsaget af ikke-metalliske indeslutninger i lejestål, fjernes næsten i lejer fremstillet ved hjælp af STF.

Undersøgelse af årsagerne til hvid strukturflakning

Et problem, der stadig påvirker branchen, er den type skade, der kaldes White Structure Flaking (WSF) eller White Etching Cracks (WEC). Ved begge fejltilstande viser visse områder af materialet under lejens racevej lokal sprængning. Den sprøde struktur kan ikke modstå belastningen og er således kernen af ​​revner.

Til sidst vokser disse revner op til løbbanen og endelig slipper lejet. Det er typisk for denne type skader, der forekommer relativt tidligt; engang kort tid efter at systemet er taget i brug.

Efter at have udført en picral etsning, viser disse enheder et hvidt udseende og kaldes således hvide strukturer.

hvide ætsningsområder

Symptomer på skader på en lejerring fra White Etching Cracks

Intensive tests i NSKs forsknings- og udviklingsafdeling har været i stand til at replikere skaden og give en vis hypotese om dets oprindelse. Forskellige rullende kontakt træthedstest har vist, at hvide strukturer er forårsaget af hydrogenindtrængning.

Denne hydrogenindtrængning påvirkes sandsynligvis af flere faktorer og deres kombination, herunder aksial eller omkreds glidning mellem ruller og løbebaner, elektricitet og visse typer smøring.

Hydrogen trænger efterfølgende på løbebanen og danner de typiske hvide ætsestrukturer, som fører til knækdannelser og til sidst resulterer i flak. Disse revner kan være flere millimeter lange og spredes fra interiøret ud til overfladen. Destruktive test af brugte lejer, der ikke viste nogen synlige tegn på overfladeskader, viste, at hvide ætsningsområder endda kan være til stede her.

Når skaden er undersøgt mere detaljeret, kan det bemærkes, at under indflydelse af hydrogen nedbryder den oprindeligt martensitiske mikrostruktur til en meget finkornet, skør ferrit. Denne mekanisme kan forklares af Hydrogen Enhanced Localized Plasticity (HELP) teorien.

Et af dets egenskaber er, at plasticitet kun opstår lokalt, og at lejets globale træthed er lille, så det er ikke en af ​​de klassiske typer træthedskader, der stammer enten under løbbanen (på grund af optagelse af ikke-metalliske partikler) eller i løbevognen (på grund af alvorlig forurening).

Sammenligning af nye og brugte lejer

Så hvor kommer brintet fra? Ved at sammenligne nyt og brugt leje fastslog NSK's centrale forskergruppe, at der kun dannes brint, mens lejerne er i drift.

Det er sandsynligt (i det mindste dette er den oprindelige antagelse), at hydrogenet kommer fra carbonhydridkæderne af smøremidler og deres additiver. Denne teori blev underbygget, efter at de typiske skadesymptomer af de hvide strukturer kunne reproduceres i laboratoriet med visse typer olier og fedtstoffer.

Lignende skader blev rapporteret af bilindustrien i 1990'erne, der yderligere understøtter teorien. Her fejrede lagrene af bæltspændere og vekselstrømsaggregater for tidligt, men dog ændrede fedtet og båndmaterialet løsningen på problemet. Imidlertid er indflydelsen af ​​elektricitet (strømstrøm) på denne fejlmodus endnu ikke bestemt.

NSK rullelejer store gearkasser

I over 20-år har NSK tilbudt en omfattende portefølje af lejer til vindmøller

Nye legeringer, specifik varmebehandling

NSK har udviklet nye legeringer, der giver bedre resultater under rullende kontakt træthedstest. I test med hydrogenopladning førte den optimerede kemiske sammensætning til en fem gange stigning i WSF-resistens sammenlignet med konventionelle bærestål.

En betydelig forbedring opnås også ved optimeret varmebehandling. Her kan restspændingen under løbene øges ved carbonitriding i stedet for gennemhærdning. Selvom denne foranstaltning ikke forhindrer dannelsen af ​​de hvide strukturer, udvikles signifikant færre revner fra disse strukturer, og de spredes langsomt til overfladen.

AWS-TF, et nyt lejemateriale

På baggrund af disse fund introducerede NSK et nyt materiale til lagrene AWS-TF (AWS står for Anti-White Structure), som kombinerer den optimerede kemiske sammensætning med optimeret varmebehandling.

Undersøgelser har vist, at mens lejer fremstillet af AWS-TF ikke helt eliminerer risikoen for WEC, er forsinkelsen før skaderne vist syv gange længere sammenlignet med konventionelle lejestål. Indledende felttest på kritiske installationswebsteder foregår i øjeblikket og synes at bekræfte disse testresultater.

For mere information, besøg www.nskeurope.com

NSK EUROPE LTD

Signatur: Sølv medlemskab

Relaterede nyheder

Giv en kommentar

Din e-mail adresse vil ikke blive offentliggjort. Krævede felter er markeret *

Dette websted bruger Akismet til at reducere spam. Lær, hvordan dine kommentardata behandles.