ホワイトペーパー
風力タービンの操作性を向上させるためのベアリング疲労の診断
ロヒット・ヴーサルルについて
ティムケンの研究開発チームに7年間従事しているロヒット・ヴーサルルは、超大口径風力タービンのベアリング製造のために高度な処理と計算論的モデリングを行っています。彼は複数の革新的なモデリングのプロジェクトを主導しており、マルチフィジックス、メソスケールモデリング、コンピューティングの進歩を活用して、製造プロセスを最適にするソリューションを開発しています。彼の先駆的な仕事は、米国エネルギー省によって認められました。
「エンジニアリングの観点から、未知のものを推し進めると、問題が解決し、製造および技術セクターの最前線で実現可能なものを革新して、押し広げる機会が増えます。昨日は存在してないことが、今日では大きな問題となり、それを解決することが求められることは、私を本当に興奮させます。」
風力タービンのギアボックスベアリングは重要な部品で、回転部分とレースの部品に継続的に加えられる高接触圧に対して並外れた耐久性持つ、高強度マルテンサイト鋼で作られています。
優れた設計ソリューションであるにもかかわらず、表面や表面下に亀裂が起こる転がり接触疲労（RCF）が、風力タービンのギアボックスの早期のベアリング故障原因の75％以上を占めます。鋼の微細構造内の変換された領域（光学顕微鏡下で白色に見えることが冶金学で知られている「白色エッチング物質」（WEM））は、通常、レースで予期しない剥離が起こる前に見られます。
これは、摩擦学でも、特に風力エネルギーにおいて重要な問題です。地上数百フィートや、沖合に浮かび、大量の電力を生成する大規模なタービンは、最小限のメンテナンスで最適に動作する必要があるため、WEMの形成を予測できることが不可欠です。疲労の症状を診断し、運用上の問題が発生する可能性を減らすためです。
まさにそれを、私たちの最新の報告書で取り上げたのです。 WEM形成のメカニズムをよりよく理解し、摩擦エネルギー散逸の役割を明らかにすることを目指しました。
私たちの研究では、多軸荷重と表面下の摩擦エネルギーの変化の組み合わせがWEMの形成を引き起こしていると仮定します。
それをテストするために、振動力の下で接触する表面の接合部に起こる損傷を評価する新しいパラメトリック解析を採用し、計算モデルを使用して、表面下の亀裂の方向、サイズ、および局所の摩擦を見てみました。
シミュレーション結果、私たちの仮説と実験での観察をが正しいことが実証されただけではなく、導入されたフレッチング損傷パラメータがWEMの有用な予測法であり、エネルギー散逸を評価するための一貫した再現可能な枠組みであることがわかりました。
私たちの実験結果は将来の研究の指針となり、この作業に基づいて新しいモデルを開発しています。これらはすべて、風力タービンの操作性を向上させるためにギアドライブのベアリングの信頼性を向上させることを目的としています。
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11