O caso para mancais cementados em turbinas eólicas

May 27, 2023

Por Paul Dvorak | 19 de dezembro de 2016

Rob Budny, Presidente, RBB EngenhariaRichard Brooks, gerente de pós-venda de energia eólica, Timken Co.

Nota do editor: este artigo é baseado em um webcast apresentado em 2 de novembro e está disponível para reprodução aqui: https://goo.gl/KGglfR

Exemplos do mundo real de uma análise de dois rolamentos em caixas de engrenagens de turbinas eólicas fornecem informações sobre por que alguns rolamentos duram mais do que outros. Para os estudos de caso aqui, um OEM de turbina eólica construiu cerca de 500 unidades de vários megawatts de um determinado modelo. Cerca de seis anos atrás, algumas das 500 turbinas tinham menos de um ano e algumas eram um pouco mais velhas. O mais velho, o líder da frota, tinha seis anos na época do estudo. A caixa de câmbio do modelo utilizava rolamentos intermediários de dois fornecedores. Vamos chamá-los de fornecedor A e fornecedor B. Eles também usaram rolamentos principais de dois fornecedores, chame-os de fornecedor C e fornecedor D.

O rolamento principal foi integrado na caixa de câmbio. Dos rolamentos principais, metade veio do fornecedor C e metade do fornecedor D. Felizmente para o estudo, o resultado final envolveu uma grande população de mais de 500 turbinas. Metade dos rolamentos intermediários veio de um fornecedor.

Alguns podem se surpreender com o fato de que a confiabilidade dos rolamentos acabou sendo muito diferente. Houve altas taxas de falhas em alguns dos rolamentos intermediários e alguns dos rolamentos principais. Essas taxas de falha iniciaram uma análise de causa raiz – uma RCA.

Os rolamentos intermediários

Os rolamentos intermediários eram NJ2334. Essa é uma designação ISO e um rolamento de catálogo padrão. Em teoria, você poderia comprar esse rolamento de praticamente qualquer um dos principais fabricantes. Os rolamentos do fornecedor A e do fornecedor B eram quase idênticos.

A tabela a seguir mostra alguns dos dados de projeto pertinentes dos dois rolamentos. Observe que os diâmetros internos são os mesmos e os diâmetros externos são os mesmos. O número de rolos são idênticos. O diâmetro do rolo é o mesmo, assim como o comprimento do rolo. Portanto, em quase todos os aspectos, os rolamentos do fornecedor A são idênticos aos rolamentos do fornecedor B.

A única área em que diferiam era o tratamento térmico. Os rolamentos do fornecedor A foram cementados, enquanto os rolamentos do fornecedor B foram totalmente endurecidos.

No entanto, as caixas de engrenagens com rolamentos do fornecedor A (caixa carburada) apresentaram apenas uma falha. Essa taxa de falha foi muito inferior a 1%. As caixas de engrenagens com rolamentos do fornecedor B (endurecidos) tiveram uma taxa de falha de 16% com um tempo médio de falha de 27.200 horas. Como parte do RCA, queríamos nos aprofundar e entender as diferenças nos rolamentos que forneciam os benefícios de confiabilidade para os rolamentos do fornecedor A.

A imagem à direita mostra uma seção transversal através do anel do rolamento. Isso mostra o que é chamado de irWEA ou uma área de gravação branca irregular. Esta é uma estrutura reveladora associada a esta falha de trinca de corrosão branca.

Considere essa morfologia de falha ou a aparência da falha. No caso dos rolamentos intermediários, a rachadura como a da imagem ao lado, que foi tão difundida. Esta é a principal causa de falha da caixa de engrenagens da turbina eólica, este modo de falha de trinca axial. É quase sempre visível (à esquerda) na desmontagem.

A imagem à direita mostra uma seção transversal através do anel do rolamento. Isso mostra o que é chamado de irWEA ou uma área de gravação branca irregular. Esta é uma estrutura reveladora associada a esta falha de trinca de corrosão branca.

Também examinamos a tensão residual presente em cada um. A curva escura no slide mostra a tensão residual no anel do rolamento do rolamento de caixa cementada, enquanto a linha tracejada mostra a tensão residual na morte do anel do rolamento para o rolamento endurecido. Na superfície do anel, ambos os rolamentos tinham uma tensão residual compressiva. Isso é um artefato do processo de retificação, mas olhe logo abaixo da superfície e a análise mostra que o mancal cementado tem uma tensão residual compressiva relativamente grande. Essa tensão atua para manter as rachaduras fechadas e fornece um benefício de confiabilidade.