Внимание! Вы находитесь на архивной версии сайта компании «Практическая Механика»! Эта версия сайта перестала использоваться 31 мая 2022 года. Новый сайт компании — prmeh.ru.
Основные причины повреждения подшипников качения в ветряных энергоустановках
Типы повреждений подшипников качения обычно можно разделить на следующие категории: трещины, задиры и повреждения поверхности, а также повреждения в результате воздействия внешних факторов, в том числе, влаги и химических веществ.
Трещины
Во многих случаях преждевременный выход из строя подшипников редукторов ветряных энергоустановок ведёт к отказу, который нельзя объяснить классическими механизмами контактной усталости при качении. К этим классическим механизмам относятся подповерхностная и поверхностная усталость. Подобные механизмы прогнозируются с помощью обычных методов расчёта ресурса подшипника, которые не применимы для расчёта интенсивности отказов, вызванных преждевременным возникновением белых трещин травления в подшипниках ветроустановок. Термин «белые трещин травления» описывает внешний вид изменённой микроструктуры стали после полировки и травления микрошлифа. Отказы могут возникать в подшипниках планетарного редуктора, промежуточного и быстроходного валов.
Преждевременные отказы оборудования в результате возникновения белых трещин травления — предмет бурных обсуждений в ветроэнергетической промышленности и в рамках независимых исследований, которые проводятся производителями ветровых турбин и редукторов и поставщиками подшипников, а также научными и независимыми организациями. В соответствии с существующими гипотезами, белые трещин травления появляются под действием водорода или исключительно под действием нагрузки и напряжений, чаще всего в местах включений, а также на поверхности. Возможно также развитие трещин под воздействием комплекса перечисленных факторов.
Задиры (адгезионный износ)
В роликоподшипниках, работающих под небольшой нагрузкой, в условиях сильного различия между частотой вращения внутреннего кольца и тел качения может возникать чистое скольжение между телами качения и внутренним кольцом. Если оборудование эксплуатируется в сложных условиях (например, в быстроходных валах редукторов ветроэнергоустановок), то работа в режиме холостого хода или изменение зон нагрузки в некоторых случаях приводит к возникновению скольжения.
В радиально нагруженных роликоподшипниках наиболее критической зоной, с точки зрения скольжения, является вход тел качения в зону нагрузки. При вращении происходит замедление тел качения в разгруженной зоне подшипника по причине трения. Впоследствии, при повторном входе в зону нагрузки резко увеличивается скорость тел качения. В результате может возникнуть задир. Микроструктура тел качения и дорожки качения кольца подшипника изменяется, что приводит к локальным напряжениям, которые в конечном итоге ведут к отслаиванию металла и выходу подшипника из строя.
По причине высокой окружной скорости в бессепараторных цилиндрических роликоподшипниках может отсутствовать разделительная смазочная плёнка между контактирующими телами качения. Малая толщина плёнки или неравномерное смазывание при высоком контактном давлении между телами качения становятся причиной контакта металлических поверхностей соседних тел качения, что увеличивает трение и со временем способно вызвать задиры и разрушение поверхности.
Повреждение поверхности (микровыкрашивание)
Многие элементы оборудования, работающие в условиях контакта при качении и скольжении (например, подшипники качения, зубчатые колёса и опорные ролики с цапфой), зачастую подвергаются различным видам повреждений. Среди них можно отметить мягкий абразивный износ и микровыкрашивание. Повреждение поверхности, или микровыкрашивание, происходит по причине недостаточной толщины смазочной плёнки, разделяющей контактирующие движущиеся поверхности, и представляет собой форму локального повреждения поверхности зубьев колёс и подшипников. Данное явление характерно для редукторов турбин ветроэнергоустановок. При этом зубья колёс более подвержены данному повреждению, чем подшипники. Несмотря на это, возникновение подобного повреждения в подшипниках может чрезвычайно отрицательно сказаться на рабочих характеристиках подшипника, поскольку оно ведёт к изменению геометрии тел и дорожек качения, увеличению внутреннего зазора и появлению локальных напряжений, которые в конечном итоге приводят к отслаиванию материала и выходу подшипника из строя. Разрушающее воздействие может усиливаться при попадании воды в редуктор турбины.
Коррозия под воздействием влаги
Большие градиенты температуры в сочетании с высоким содержанием воды (в зависимости от типа смазки) могут стать причиной выделения «свободной воды» и приводить к коррозии во время останова турбины. Опасность свободной воды хорошо известна, однако степень такой опасности, связанной с наличием растворённой воды (при её различном содержании) в масле редуктора, до сих пор остаётся неясной. Проведённые «SKF» исследования указывают на отрицательное влияние растворённой воды на работу подшипников при достижении определённого уровня её содержания.
Фреттинг-коррозия
Когда между сопряжёнными компонентами подшипника с валом (отверстие внутреннего кольца/посадочное место вала) или с корпусом (наружное кольцо/посадочное место корпуса) возникают микроперемещения под воздействием переменных нагрузок, возможно стирание естественного оксидного слоя со стальных поверхностей, после чего может возникнуть коррозия, приводящая к отрыву микрочастиц поверхностей. Отделившиеся микрочастицы остаются в зоне контакта и, при воздействии окисляющих веществ (таких как влага), на поверхности возникает фреттинг-коррозия. В условиях нагружения заключенные между поверхностями контакта воздух с влагой вызывают дальнейшую коррозию поверхности, приводящую к отрыву большего количества микрочастиц. Образуется абразивная среда, приводящая к дальнейшей потере контакта и провороту кольца или даже к сквозному растрескиванию кольца из-за высокой концентрации напряжений.
История
