Aumentando a confiabilidade do rolamento no sistema de suporte do eixo principal

Sep 04, 2023

Por Nic Sharpley | 21 de Janeiro de 2014

O eixo principal de uma turbina eólica requer um rolamento confiável para operação. Sabe-se que alguns projetos de rolamento falham prematuramente, resultando em reparos de manutenção dispendiosos. Atualizações e avanços recentes em projetos de rolamentos aumentam a confiabilidade e garantem a estabilidade do eixo principal.

Bradley Baldwin • GM de Energia Eólica • Timken • www.timken.com

O SRB resistente ao desgaste da Timken reduz tensões de cisalhamento e interações de aspereza que protegem contra desgaste, como micropitting.

Os projetos de turbinas eólicas modulares geralmente usam rolamentos autocompensadores de rolos (SRB) para suportar e transportar as cargas do eixo principal. O projeto SRB único, conhecido como montagem de 3 pontos, que é suportado por um único mancal principal e dois braços de torque reacionários da caixa de engrenagens, é comumente selecionado para permitir:

• Um pacote de nacele mais curto • Alta deflexão e desalinhamento do sistema • Uma cadeia de suprimentos comercialmente econômica

Infelizmente, alguns operadores experimentaram falhas de campo muito antes do esperado com alguns projetos de SRB único, o que reduziu significativamente a vida útil. A substituição não planejada do rolamento do eixo principal pode custar aos operadores de parques eólicos até $ 450.000 para substituir e ter um impacto óbvio no desempenho financeiro.

Fatores contribuintes Alta carga axial em um rolamento SRB radial : Embora não haja um limite máximo oficial, uma proporção convencional de empuxo permissível para carga radial para rolamentos autocompensadores de rolos de duas carreiras está entre 0,15 e 0,20. Portanto, a carga axial deve ser apenas 15 a 20% da reação radial do rolamento de duas carreiras. Em algumas aplicações, essa proporção pode chegar a 0,30 ou 0,35. Quando isso ocorre, vários modos de dano tornam-se aparentes e estão relacionados ao deslocamento da fileira do mancal. Esse deslocamento pode afetar a distribuição de carga entre as fileiras, inclinação do rolo, tensão do retentor, geração excessiva de calor e manchas no rolo. Na posição fixa do eixo principal, essa relação geralmente está próxima de 0,60, o que resulta em apenas uma das duas fileiras suportando a carga radial e axial. Com essa reação desigual, o rolamento pode não operar conforme originalmente planejado ou projetado.

O projeto SRB de montagem de 3 pontos suporta o rolamento do eixo principal e dois braços de torque reacionários na caixa de engrenagens.

Geração inadequada de filme lubrificante: De um modo geral, as condições de operação do mancal do eixo principal não são ideais para a geração de filme lubrificante. Com uma velocidade operacional máxima de aproximadamente 20 rpm, a velocidade da superfície do rolamento e a geração de filme lubrificante podem ser insuficientes para manter separadas as asperezas do rolo para a pista. Além disso, mudanças nos momentos de inclinação e guinada estão mudando constante e quase instantaneamente a localização e a direção da zona de carga. Isso interrompe a formação e a qualidade do filme lubrificante. A mudança é acelerada em SRBs de montagem de 3 pontos, que operam sob folga radial e aumenta o risco de micropitting ou manchas.

O compartilhamento de carga desigual ocorre quando a taxa de carga axial/radial permitida para rolamentos autocompensadores de rolos esféricos de duas carreiras aumenta além de 0,15 a 0,20. A linha de apoio contra o vento se torna deslocada e resulta apenas na carga de suporte da linha a favor do vento.

Projetar soluções para melhorar o desempenhoFelizmente, existem atualizações prontamente disponíveis no mercado para turbinas existentes, bem como soluções de projeto de engenharia mais sofisticadas para plataformas de turbinas mais novas.

Nos estágios iniciais de desgaste no SRB de montagem de 3 pontos, o caminho de desgaste distinto na linha a favor do vento pode corroer a geometria de contato projetada, levando a tensões de pista maiores do que o previsto e possíveis falhas de rolamento.

Atualizações SRB para turbinas existentes Para um intercâmbio direto com as frotas existentes, uma empresa oferece um SRB resistente ao desgaste que usa tecnologia de superfície projetada em combinação com acabamentos de superfície aprimorados. Os rolamentos resistentes ao desgaste aumentam a proteção da pista contra micropitting, reduzindo tensões de cisalhamento e interações de aspereza. A superfície projetada é um carboneto de tungstênio durável e exclusivo, revestimento de hidrocarboneto amorfo (WC/aC:H). Geralmente, os revestimentos WC/aC:H são moderadamente mais duros do que o aço HRC60, com 1 a 2 micrômetros de espessura e têm baixos coeficientes de atrito ao deslizar contra o aço. A superfície de engenharia avançada nos rolos polir e reparar as pistas danificadas durante a operação. Com acabamentos superficiais aprimorados, o filme lubrificante aumenta a espessura, ajudando a melhorar os contatos de aspereza. A superfície projetada reduz as interações de aspereza e as tensões de cisalhamento da superfície que causam desgaste. Os benefícios levam a um aumento da vida útil calculada do rolamento e também a uma redução no torque de rolamento.