Корпус науглероженных подшипников в ветряных турбинах

May 27, 2023

Пол Дворжак | 19 декабря 2016 г.

Роб Бадни, президент, РББ ИнжинирингРичард Брукс, менеджер по послепродажному обслуживанию ветроэнергетики, Timken Co.

Примечание редактора: эта статья основана на веб-трансляции, состоявшейся 2 ноября, и ее можно воспроизвести здесь: https://goo.gl/KGglfR.

Реальные примеры анализа двух подшипников в редукторах ветряных турбин дают представление о том, почему некоторые подшипники служат дольше, чем другие. В приведенном здесь примере OEM-производитель ветряных турбин построил около 500 установок мощностью в несколько мегаватт конкретной модели. Около шести лет назад некоторым из 500 турбин было меньше года, а некоторым — немного старше. Самому старшему, командиру флота, на момент исследования было шесть лет. В коробке передач модели использованы промежуточные подшипники от двух поставщиков. Назовем их поставщиком А и поставщиком Б. Они также использовали коренные подшипники от двух поставщиков, назовем их поставщиком С и поставщиком D.

Главный подшипник был интегрирован в коробку передач. Половина коренных подшипников поступила от поставщика C, а половина — от поставщика D. К счастью для исследования, конечный результат включал более 500 турбин. Половина промежуточных подшипников поступила от одного поставщика.

Кого-то может удивить, что надежность подшипников оказалась очень разной. Был высокий уровень отказов некоторых промежуточных подшипников и некоторых коренных подшипников. Эти показатели отказов положили начало анализу первопричин – RCA.

Промежуточные подшипники

Промежуточные подшипники были NJ2334. Это обозначение ISO и стандартный каталожный подшипник. Теоретически вы можете купить этот подшипник практически у любого крупного производителя. Подшипники производителей А и В были практически идентичны.

В прилагаемой таблице приведены некоторые соответствующие конструктивные данные двух подшипников. Обратите внимание, что внутренний диаметр и внешний диаметр одинаковы. Количество роликов одинаковое. Диаметр роликов такой же, как и длина роликов. Таким образом, почти во всех отношениях подшипники производителя А идентичны подшипникам производителя Б.

Единственной областью, в которой они отличались, была термическая обработка. Подшипники поставщика А были цементированы, а подшипники поставщика В прошли полную закалку.

Однако в коробках передач с подшипниками производителя А (корпус науглероженный) произошел только один отказ. Этот процент отказов составлял гораздо меньше 1%. Редукторы с подшипниками производителя B (сквозной закалкой) имели частоту отказов 16% при среднем времени до отказа 27 200 часов. В рамках RCA мы хотели изучить и понять различия в подшипниках, которые обеспечивают преимущества в надежности подшипников поставщика А.

На изображении справа показано поперечное сечение кольца подшипника. Это показывает так называемую irWEA или неровную белую область травления. Это показательная структура, связанная с разрушением белой трещины травления.

Рассмотрим морфологию отказа или то, как он выглядел. В случае промежуточных подшипников трещина, подобная той, что на прилагаемом изображении, была настолько повсеместной. Это единственная основная причина выхода из строя редуктора ветряной турбины — осевая трещина. Его почти всегда видно (слева) при сносе.

На изображении справа показано поперечное сечение кольца подшипника. Это показывает так называемую irWEA или неровную белую область травления. Это показательная структура, связанная с разрушением белой трещины травления.

Мы также исследовали остаточное напряжение, присутствующее в каждом из них. Темная кривая на слайде показывает остаточное напряжение в кольце подшипника, науглероженного в корпусе, а пунктирная линия показывает остаточное напряжение, приводящее к разрушению кольца подшипника для подшипника со сквозной закалкой. На поверхности кольца оба подшипника имели сжимающие остаточные напряжения. Это артефакт процесса шлифования, но если заглянуть под поверхность, анализ покажет, что науглероженный подшипник имеет относительно большое остаточное сжимающее напряжение. Это напряжение удерживает трещины закрытыми и повышает надежность.