Il caso dei cuscinetti cementati nelle turbine eoliche

May 27, 2023

Di Paul Dvorak | 19 dicembre 2016

Rob Budny, Presidente, RBB EngineeringRichard Brooks, Responsabile del mercato post-vendita dell'energia eolica, Timken Co.

Nota dell'editore: questo articolo si basa su un webcast presentato il 2 novembre ed è disponibile per la riproduzione qui: https://goo.gl/KGglfR

Esempi reali di analisi di due cuscinetti nei riduttori delle turbine eoliche forniscono informazioni sul motivo per cui alcuni cuscinetti durano più a lungo di altri. Per i casi di studio qui presentati, un OEM di turbine eoliche ha costruito circa 500 unità multi-megawatt di un particolare modello. Circa sei anni fa, alcune delle 500 turbine avevano meno di un anno e altre erano un po’ più vecchie. Il più anziano, il leader della flotta, aveva sei anni al momento dello studio. Il cambio del modello utilizzava cuscinetti intermedi di due fornitori. Li chiameremo fornitore A e fornitore B. Hanno anche utilizzato cuscinetti principali di due fornitori, li chiameremo fornitore C e fornitore D.

Il cuscinetto principale è stato integrato nel cambio. Dei cuscinetti principali, metà proveniva dal fornitore C e metà dal fornitore D. Fortunatamente per lo studio, il risultato finale ha coinvolto un vasto parco di oltre 500 turbine. La metà dei cuscinetti intermedi proveniva da un unico fornitore.

Potrebbe sorprendere qualcuno che l'affidabilità dei cuscinetti si sia rivelata molto diversa. Si sono verificati tassi elevati di guasti in alcuni dei cuscinetti intermedi e in alcuni dei cuscinetti principali. Questi tassi di fallimento hanno dato il via a un’analisi delle cause profonde: una RCA.

I cuscinetti intermedi

I cuscinetti intermedi erano NJ2334. Questa è una designazione ISO e un cuscinetto standard del catalogo. In teoria potresti acquistare quel cuscinetto da qualsiasi dei principali produttori. I cuscinetti del fornitore A e del fornitore B erano quasi identici.

Nella tabella allegata sono riportati alcuni dati di progettazione relativi ai due cuscinetti. Si noti che i diametri interni sono gli stessi e il diametro esterno è lo stesso. Il numero di rulli è identico. Il diametro del rullo è lo stesso, così come la lunghezza del rullo. Pertanto, sotto quasi tutti gli aspetti, i cuscinetti del fornitore A sono identici ai cuscinetti del fornitore B.

L'unica area in cui differivano era il trattamento termico. I cuscinetti del fornitore A erano cementati mentre i cuscinetti del fornitore B erano completamente temprati.

Tuttavia, i riduttori con cuscinetti del fornitore A (cassa cementata) hanno subito un solo guasto. Il tasso di fallimento era molto inferiore all’1%. I riduttori con cuscinetti del fornitore B (induriti) avevano un tasso di guasto del 16% con un tempo medio di guasto di 27.200 ore. Nell'ambito della RCA, volevamo approfondire e comprendere le differenze tra i cuscinetti che fornivano vantaggi in termini di affidabilità per i cuscinetti del fornitore A.

L'immagine a destra mostra una sezione trasversale dell'anello del cuscinetto. Questo mostra quella che viene chiamata irWEA o un'area di incisione bianca irregolare. Questa è una struttura rivelatrice associata al cedimento della crepa da incisione bianca.

Considera questa morfologia del fallimento o come appariva il fallimento. Nel caso dei cuscinetti intermedi, si è verificata una crepa come quella nell'immagine allegata, che è stata così pervasiva. Questa è la principale causa di guasto del riduttore delle turbine eoliche, questa modalità di rottura assiale. È quasi sempre visibile (a sinistra) durante lo smontaggio.

L'immagine a destra mostra una sezione trasversale dell'anello del cuscinetto. Questo mostra quella che viene chiamata irWEA o un'area di incisione bianca irregolare. Questa è una struttura rivelatrice associata al cedimento della crepa da incisione bianca.

Abbiamo anche esaminato lo stress residuo presente in ciascuno. La curva scura sulla guida mostra la tensione residua nell'anello del cuscinetto della cassa cementata, mentre la linea tratteggiata mostra la tensione residua nell'anello del cuscinetto per il cuscinetto completamente temprato. Sulla superficie dell'anello entrambi i cuscinetti presentavano una tensione residua di compressione. Si tratta di un artefatto del processo di rettifica, ma guarda appena sotto la superficie e l'analisi mostra che il cuscinetto cementato della cassa presenta uno stress residuo di compressione relativamente elevato. Questo stress agisce per mantenere le crepe chiuse e fornisce un vantaggio in termini di affidabilità.