← Назад к категории Подшипники

Анализ первопричин повреждения подшипников в ветровых турбинах

турбинный самосвал nsk

Симптомы повреждения подшипника, известные как отслаивание белой структуры, которые возникают в ветряных турбинах, а также в других системах привода, обычно становятся заметными очень рано, задолго до окончания ожидаемого срока службы подшипника.

Причины долгое время оставались неизвестными, но теперь специалист по подшипникам NSK предоставляет новые результаты, результаты которых привели к разработке нового материала подшипника, который обеспечивает значительные преимущества для долговечности ветряных турбин.

Компоненты привода для ветряных турбин должны соответствовать жестким требованиям в отношении долговечности и сопротивления, и эти требования становятся все более строгими.

Для береговых турбин традиционно требуются подшипники, рассчитанные на срок службы часов 175,000, что эквивалентно годам 20. Однако на быстро растущем рынке морских ветряных электростанций, где широко распространены высокие уровни инвестиций и труднодоступный район, требуется срок службы 25 лет.

Увеличенный срок службы, высокие динамические нагрузки

С экстремальными динамическими нагрузками, действующими на трансмиссию ветряной турбины, это требование представляет собой реальную проблему. В наземных ветряных турбинах основные подшипники подвергаются нагрузкам приблизительно 1 MN. Однако в море из-за очень высоких скоростей ветра на ротор и, следовательно, на всю трансмиссию действуют еще более сильные статические и динамические нагрузки.

В то же время размер и производительность систем как в наземных, так и в морских приложениях постоянно растут. В настоящее время NSK производит подшипники для турбин 9.5 MW, которые вскоре будут запущены в полном объеме. Кроме того, в настоящее время компания разрабатывает подшипники для морских ветровых турбин с еще более высокой номинальной выходной мощностью.

коробка передач нск

С помощью AWS-TF компания NSK разработала новый материал специально для подшипников ветротурбин.

Контроль состояния

Более высокая производительность и растущая доля на рынке оффшорных турбин являются ключевыми факторами роста спроса на увеличение срока службы подшипников. В результате ветроэнергетические технологии являются идеальной областью применения для систем онлайн-мониторинга состояния, которые непрерывно измеряют и анализируют вибрации в системе привода. Если происходит повреждение подшипника, неисправные компоненты (внутреннее или внешнее кольцо, ролики или клетка) могут быть обнаружены на раннем этапе путем анализа профиля измерения.

Система мониторинга состояния (CMS), разработанная NSK, была недавно установлена ​​на морской ветровой электростанции в Японии. Роль CMS состоит в том, чтобы выявлять аномалии достаточно рано, чтобы облегчить стратегию прогнозного обслуживания. NSK видит большой рыночный потенциал для решений такого типа.

Интенсивная разработка материалов

Однако полезный мониторинг состояния может быть вторичной мерой в критических областях применения, основной инженерной целью при разработке подшипников для ветряных турбин по-прежнему является и останется обеспечение высокого уровня надежности. В этом отношении производители уже добились значительных успехов.

Например, важным вкладом в прогресс стала разработка новых материалов и процессов термообработки, таких как специальная специальная сталь NSK Super Tough (STF). Подшипники, изготовленные из этого материала, служат в два раза дольше, чем подшипники, изготовленные из обычной стали. Фактически, соответствующее повышение рейтинга нагрузки было подтверждено и сертифицировано в декабре 2017 DNV GL.

Долговечные характеристики STF были достигнуты благодаря использованию определенного химического состава и специального процесса термообработки. Типичные признаки повреждения, такие как трещины, связанные с усталостным сроком службы в дорожках качения подшипников, вызванные неметаллическими включениями в стали подшипников, практически устраняются в подшипниках, изготовленных с использованием STF.

Изучение причин отслаивания белой структуры

Одной из проблем, которая все еще поражает отрасль, является тип повреждения, известный как «отслаивание белой структуры» (WSF) или «белые трещины травления» (WEC). В случае обоих режимов разрушения определенные участки материала под дорожкой качения подшипника показывают локальное охрупчивание. Хрупкая конструкция не выдерживает нагрузки и, таким образом, является ядром трещин.

В конце концов, эти трещины вырастают до дорожки качения, и, наконец, подшипник выходит из строя. Типичные повреждения такого типа появляются относительно рано; вскоре после того, как система была введена в эксплуатацию.

После проведения травления на снимке эти объекты проявляют белый цвет и поэтому называются белыми структурами.

области белого травления

Симптомы повреждения подшипникового кольца от White Etching Cracks

Интенсивные испытания в отделе исследований и разработок NSK смогли воспроизвести повреждение и дать некоторую гипотезу о его происхождении. Различные испытания на усталость при контакте с качением показали, что белые структуры вызваны проникновением водорода.

Это проникновение водорода, скорее всего, зависит от нескольких факторов и их комбинации, в том числе осевого или кругового проскальзывания между роликами и дорожками качения, электричества и некоторых типов смазки.

Водород впоследствии проникает в дорожку качения и образует типичные белые травильные структуры, которые приводят к образованию трещин и в конечном итоге приводят к отслаиванию. Эти трещины могут быть длиной в несколько миллиметров и распространяться изнутри наружу на поверхность. Разрушительные испытания использованных подшипников, которые не показали видимых признаков повреждения поверхности, показали, что здесь могут присутствовать даже белые участки травления.

Когда повреждение рассматривается более подробно, можно заметить, что под воздействием водорода исходная мартенситная микроструктура разлагается до очень мелкозернистого, хрупкого феррита. Этот механизм может быть объяснен с помощью теории водородной улучшенной локализованной пластичности (HELP).

Одной из его характеристик является то, что пластичность проявляется только локально и общая усталость подшипника незначительна, поэтому это не один из классических типов усталостных повреждений, возникающих либо ниже дорожки качения (из-за включения неметаллических частиц) или в дорожке качения (из-за сильного загрязнения).

Сравнение новых и подержанных подшипников

Итак, откуда берется водород? Сравнивая новые и бывшие в употреблении подшипники, центральная исследовательская группа NSK определила, что водород образуется только во время работы подшипников.

Вероятно (по крайней мере, это исходное предположение), что водород происходит из углеводородных цепей смазок и их присадок. Эта теория была подтверждена после того, как типичные признаки повреждения белых структур могли быть воспроизведены в лаборатории с определенными типами масел и смазок.

Аналогичный ущерб был сообщен автомобильной промышленностью в 1990, что еще больше подтверждает теорию. Здесь подшипники натяжителей ремней и генераторов переменного тока вышли из строя преждевременно, однако замена смазки и материала ремня решила проблему. Однако влияние электричества (тока) на этот режим неисправности еще предстоит определить.

nsk роликоподшипник большие редукторы

Уже более 20 лет NSK предлагает обширный ассортимент подшипников для ветряных турбин.

Новые сплавы, удельная термообработка

Компания NSK разработала новые сплавы, которые дают лучшие результаты во время испытаний на усталость при контактном качении. В испытаниях с зарядкой водорода оптимизированный химический состав привел к пятикратному увеличению сопротивления WSF по сравнению с обычными подшипниковыми сталями.

Значительное улучшение также достигается за счет оптимизированной термообработки. Здесь остаточное напряжение под дорожками качения может быть увеличено за счет карбонитрирования вместо сквозного упрочнения. Хотя эта мера не предотвращает образование белых структур, от этих структур образуется значительно меньше трещин, и они распространяются на поверхность медленнее.

AWS-TF, новый материал подшипников

Основываясь на этих выводах, NSK представила новый материал для подшипников под названием AWS-TF (AWS расшифровывается как Anti-White Structure), который сочетает в себе оптимизированный химический состав с оптимизированной термической обработкой.

Испытания показали, что, хотя подшипники, изготовленные из AWS-TF, не полностью устраняют риск WEC, задержка до появления повреждения в семь раз больше по сравнению с обычными подшипниковыми сталями. Начальные полевые испытания в критических местах установки в настоящее время продолжаются и, похоже, подтверждают эти результаты испытаний.

Для получения дополнительной информации посетите www.nskeurope.com

NSK EUROPE LTD

Подпись: Серебряное членство

новости по теме

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные поля помечены * *

Этот сайт использует Akismet для уменьшения количества спама. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.