Beschädigung des Hochgeschwindigkeits-Bühnengetriebes NREL
Die Wartung von Windkraftanlagen kann eine Vielzahl von Aktivitäten abdecken, eines der Hauptprobleme betrifft jedoch die Reparatur oder den Austausch von Windturbinengetriebe die häufig vorzeitig ausfallen, bevor sie ihre 20-jährige Lebensdauer erreicht haben. Bei einigen Windprojekten treten innerhalb weniger Jahre Ausfallraten von bis zu 50 Prozent auf. Dies erhöht wiederum die Kosten durch längere Ausfallzeiten, erhöhte Wartung undGetriebe umbauen und austauschen.
Einer der Gründe dafür ist die Tatsache, dass die Branche im Vergleich zu anderen Branchen so neu ist, aber es könnte auch an der Entwicklung der Windkraftanlagen liegen, bei der immer größere Konstruktionen auf den Markt kommen. Schlechtes Verständnis der Turbinenlastenist ein weiterer Faktor, ebenso wie ein aufkommendes Problem mit axialen Rissen in Turbinenlagern.
2007 gründete das National Renewable Energy Laboratory NREL seine NREL Gearbox Reliability Collaborative, um zu bewerten, warum Getriebeausfälle auftreten und wie das Problem behoben werden kann. Die Sandia National Laboratories in Albuquerque befassen sich ebenfalls mit diesem ProblemDie Bereitschaft, die resultierenden Daten an die breite Öffentlichkeit weiterzugeben, war größer, während die Branche dies bisher eher ablehnte. Der Vorteil besteht darin, dass die Branche der Öffentlichkeit erklären kann, was sie tut, um den Rückgang zu unterstützendie Kosten für Windkraft.
In früheren Jahren waren beispielsweise groß angelegte Tests teuer, so dass Originalgerätehersteller OEMs eher kurze Tests durchführten, und zwar nicht viele von ihnen. Die Tests sind jedoch jetzt umfangreicher und finden in der Regel am stattgroße Prüfstände und daher auch strenger.
Phase 1-Test des Windturbinengetriebes bei NREL [Bildquelle : NREL ]
Das Wissen darüber, wie Windturbinengetriebe auf Lasten reagieren, wird jetzt erheblich verbessert, häufig dank der Konstruktionssoftware, die von Unternehmen wie Romax Technology mit Sitz in Troy, Michigan, entwickelt wurde und ein Softwarepaket namens Romax Wind entwickelt hat.Ingenieure sind viel besser in der Lage, die Belastungen von Zahnrädern und Lagern genau einzuschätzen, und dies bedeutet, dass sie viel besser in der Lage sind, widerstandsfähigere Windkraftanlagen zu entwickeln.
Zum Beispiel wird jetzt ziemlich klar, dass die Mehrheit der Ausfälle von Windkraftanlagengetrieben, die 76 Prozent der Ausfälle ausmachen, auf Lagerausfälle zurückzuführen ist, obwohl dies natürlich nicht das einzige Problem ist. Axiale Risse in Lagern sindeine der Hauptursachen für ein solches Versagen.
Abgesehen von axialen Rissen in Lagern kann die Verunreinigung von Schmiermitteln mit scharfen Partikeln zum Versagen durch Lochfraß von Lagerrollen führen. Sie beginnt als Mikropitting, auch als Graufärbung oder Zuckerguss bekannt, aufgrund der Farbe, die durch das Vorhandensein mikroskopischer Risse verursacht wirdIm Allgemeinen zu klein, um an sich sichtbar zu sein, aber gemeinsam dazu führen, dass eine Oberfläche eine graue Farbe annimmt. Die Walzenoberfläche wird dann schwächer, was zu einem Verlust der Präzisionstoleranz führt. Die Verunreinigungen sind normalerweise Materialien wie Sand, Rost, Späne bei der Bearbeitung, Schleifstaub undSpritzer und Schmutz durch Verschleiß. Leider können die meisten dieser Partikel nicht aus dem Schmiermittel herausgefiltert werden.
Die dunklen Flecken sind Verunreinigungen im Öl [Bildquelle : NREL ]
Hochgeschwindigkeitsgetriebe weisen häufig hohe Ausfallraten auf. Ingenieure neigten dazu, sie in Windkraftanlagen einzubauen, da sie dadurch auch kleine Generatoren einbauen konnten, wodurch die Vorabkosten gesenkt wurden. Der Trend geht nun mehr in Richtung der Installation von MittelgeschwindigkeitsgetriebenDiese haben weniger Zahnräder und Lager und sind daher viel zuverlässiger, aber auch teurer. Trotzdem können mittelschnelle Getriebe die Anzahl der gleichzeitig in Betrieb befindlichen Turbinen erhöhen und dadurch die Menge an erzeugter und erzeugter sauberer Energie erhöhenTausende von Arbeitsplätzen in Design, Herstellung und Betrieb.
Viele Getriebe fallen aufgrund des Schleifens aus. Dies tritt auf, wenn die Temperatur eines Teils des Zahnrads die Anlasstemperatur des Stahls, aus dem es besteht, überschreitet. Dies verringert wiederum seine Härte und damit seine Festigkeit. Um dem entgegenzuwirkenOEMs verlangen von ihren Lieferanten, dass sie die Zahnräder auf Schleiftemperatur prüfen. Ein als Nitalätzen bezeichnetes Verfahren kann verwendet werden, um die Unterschiede in der Mikrostruktur von Bauteilen zu identifizieren, wodurch die Identifizierung von Bereichen ermöglicht wird, die durch maschinelle Bearbeitung oder Schleifbrand beschädigt wurden. Wenn solche Bereiche nicht richtig abkühlen,Sie können sich überhitzen. Sie erscheinen unter dem Nitalätztest dunkler als unbeschädigte Bereiche.
Der Einschluss eines Fremdpartikels in ein Zahnrad führt zu einer erhöhten Beanspruchung. Wenn es groß genug und nahe genug an einer aktiven Kontaktfläche liegt, fällt das Zahnrad vorzeitig aus. Abhilfe schaffen zerstörungsfreie Prüfungen wie z.Array-Ultraschallprüfung, die dazu beiträgt, die Anzahl der "Einschlüsse" und damit die Anzahl der Getriebeausfälle zu verringern.
Um auf das bereits erwähnte Problem der axialen Rissbildung zurückzukommen, ist dies eine regelmäßige Ursache für den Ausfall des Turbinengetriebes. Axiale Rissbildung in Lagern tritt normalerweise in Form langer Risse am Innenring eines Lagers auf.Ätzrisse 'aufgrund der unregelmäßigen weißen Bereiche, die auf Lageroberflächen auftreten, wenn diese chemisch geätzt und mit mikroskopischen Aufnahmen untersucht werden. Es ist ein Problem, dass die Getriebe aller Hersteller und Zylinderrollenlager besonders anfällig sind. Eine Wärmebehandlung während der Herstellung kann das Problem verschlimmernDas Problem besteht darin, dass eine ungleichmäßige Abkühlung lokale Spannungen verursachen kann, die zu Rissen führen. Eine bestimmte Form der Wärmebehandlung, die als Aufkohlung bekannt ist, kann dazu beitragen, das Auftreten von axialen Rissen in Lagern zu verringern.gefolgt von Abschrecken und Anlassen, wobei ein gehärteter kohlenstoffarmer Kern und eine harte kohlenstoffreiche Hülle erhalten werden.
Schäden an Hochgeschwindigkeits- und Zwischenstufengetrieben [Bildquelle : NREL ]
Risse können auch aufgrund der ungleichen Umwandlung von Austenit in Martensit auftreten. Martensit ist eine sehr harte Form von Stahl. Eine martensitische Umwandlung tritt beim Abkühlen bestimmter Metalle und häufig beim Abkühlen von Austenit auf Raumtemperatur auf. Austenit ist ein Allotrop aus Eisen.Allotropie ist die Eigenschaft einiger chemischer Elemente, in zwei oder mehr verschiedenen Formen im gleichen physikalischen Zustand zu existieren. Beispielsweise umfassen die Allotrope von Kohlenstoff Diamant, Graphit, Graphen und Fulleren. Neben Austenit sind zwei weitere Allotrope von EisenAlpha-Eisen Ferrit und Delta-Eisen. Austenit wird auch als Gamma-Eisen bezeichnet. Wenn die Umwandlung von Austenit zu Martensit nicht gleichmäßig ist, kann dies zu unterschiedlichen Abkühlraten führen, was wiederum zu Wachstum, Schrumpfung und Verdrehungsverzerrungen führt, die zu Rissen führen.
Axiales Cracken ist noch nicht vollständig verstanden, aber eine andere Lösung, zusätzlich zur Aufkohlungswärmebehandlung, könnte die Schwarzoxidbeschichtung von Lagern sein. Dies könnte die strukturellen Eigenschaften des Stahls verbessern, der zur Herstellung von Lagern verwendet wird, während gleichzeitig Wasserstoff ausgetrieben wird.Dies ist wichtig, da Wasserstoff dazu führen kann, dass Stahl spröde wird. Wasserstoffquellen können Getriebeöl, Feuchtigkeit im Öl und verschiedene Öladditive sein. Eine andere Quelle kann die elektrostatische Entladung aus den elektrischen oder Schmiersystemen sein, die Wasserstoff aus Wasser und Öl im Wasser extrahieren könnenGetriebe.
Obwohl ein Getriebeausfall im Windsektor tatsächlich ein anhaltendes Problem darstellt, verbessert sich das Verständnis dieser Probleme ständig und damit auch die Zuverlässigkeit von Windkraftanlagen.