Premature bearing failures

Guasti prematuri nei cuscinetti dei rotismi eolici e white etching cracks (WEC)

I moltiplicatori dei generatori eolici sono soggetti a condizioni di lavoro continuamente mutevoli che possono spingere i cuscinetti ben oltre i loro limiti. In alcuni casi si assiste alla prematura formazione di cricche, note come white etching cracks (WEC), fenomeno talvolta denominato sfaldatura fragile, prematura o anomala e white structured flaking, WSF. L’articolo descrive le misure atte a rendere i cuscinetti più resistenti in queste specifiche condizioni di lavoro.

Kenred Stadler, SKF Programme Manager Renewable Energy Application Development Centre, Schweinfurt, Germania (autore corrispondente)
Arno Stubenrauch, SKF Manager Development Cluster Roller and Plain Bearings, Schweinfurt, Germania.

Cuscinetti a rulli cilindrici Erogazione di elettricità, gas e acqua Manutenzione Affidabilità Ricerca e teoria Cuscinetti orientabili a rulli Cuscinetti a rulli conici

Sintesi

La rapida crescita dell’industria eolica in termini di dimensioni e potenza erogata, abbinata alle gravose condizioni di lavoro, impone severe sfide ai rotismi dei generatori. La conoscenza dei meccanismi, specie nei sistemi di cuscinetti, che possono portare a danneggiamenti prematuri, è essenziale per progettare impianti che soddisfino le esigenze di affidabilità e di competitività. Tali meccanismi sono complessi e il mitigarne gli effetti non richiede solo ricerche approfondite, ma anche la collaborazione tra tutti i settori dell’industria.

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Gli ambiziosi obiettivi perseguiti in tutto il mondo nel settore delle energie rinnovabili stanno mettendo in primo piano l’energia eolica. Per esempio, il Global Wind Energy Council, GWEC1, prevede che, entro tre o quattro anni,  gli attuali 200 GW installati raddoppino, per passare, entro il 2020 a 1.000 GW.

Nonostante l’elevata affidabilità operativa delle turbine eoliche (siamo oltre il 96% a seconda del tipo) e a un minor numero di rotture di componenti meccanici rispetto a quelli elettrici, i guasti nei sistemi di trasmissione del moto generano notevoli costi per riparazioni e perdite economiche, dovute ai lunghi fermi macchina2.

Generalmente, le turbine eoliche sono dotate di un moltiplicatore che serve per aumentare la velocità data dal rotore a quella più elevata tipica del generatore. Oggi la durata di esercizio effettiva dei rotismi del moltiplicatore è spesso inferiore a quella di progetto di 20 anni. Si possono verificare rotture di cuscinetti in varie posizioni, in particolare nei satelliti, sull’albero intermedio e sull’alta velocità (fig. 1).

Nei cuscinetti dei moltiplicatori delle turbine eoliche molti guasti prematuri non sono conseguenza dei classici meccanismi di fatica nei contatti volventi, descritti dalla norma ISO 15243 (fig. 2). Mentre i fenomeni più frequenti si verificano a seguito di fatica superficiale o subsuperficiale e possono essere previsti dai metodi standard di calcolo della durata teorica a fatica (vedere le norme ISO 281 e ISO/TR 1281-2), le cricche premature non possono essere previste in modo analogo. Si è tentato comunque di calcolare la durata nei casi in cui si avevano a disposizione specifiche informazioni  (ad es. conoscendo l’effetto delle sollecitazioni circonferenziali)37.

Con white etching s’intende l’aspetto che assume la microstruttura alterata dell’acciaio quando se ne lucida una sezione sottilissima e la si sottopone ad attacco acido. Le zone interessate, costituite da ferrite ultra fine, priva di carburi, ricristallizzata a livello nanometrico, appaiono bianche al microscopio ottico, a causa della bassa risposta del materiale all’attacco.

Mentre in alcune applicazioni, come macchine continue da carta, motori a velocità variabile, sistemi marini di propulsione, riduttori di frantoi o dispositivi di sollevamento, i guasti prematuri si verificano solo occasionalmente, nelle applicazioni eoliche la frequenza di danneggiamento appare maggiore (anche se potrebbe essere correlata al gran numero di installazioni). Di solito le cricche premature si verificano tra il primo e il terzo anno di lavoro o al 5-10% della durata teorica a fatica (fig. 3).

Prevalentemente sull’anello interno (fig. 4), le cricche premature variano dal tipo rettilineo (“cricche assiali”), al tipo rettilineo in combinazione con piccole erosioni e alle grandi erosioni. In base alla conoscenza di SKF, frutto di esperienze sul campo, si può concludere che i guasti prematuri da cricche non sono correlati né a un tipo di cuscinetto (fig. 5) né a un particolare trattamento termico standard (fig. 6) 6, 7, 8, 9, 10.

L’aspetto dei danneggiamenti è tuttavia associato al trattamento termico (al campo delle sollecitazioni residue), allo stadio di progresso del danneggiamento e, molto probabilmente, anche alle condizioni di lavoro o alla posizione del cuscinetto (al campo di sollecitazioni dovute al carico). Come si può vedere in fig. 6, nel caso di cricche premature dell’applicazione in questione, nel materiale degli anelli martensitici le cricche tendono a penetrare  rettilineamente all’interno (ecco perché si parla di cricche “assiali”, fig. 6a), mentre negli anelli bainitici (fig. 6b) e in quelli cementati, esse tendono a propagarsi in senso circonferenziale al di sotto della pista (fatto che spiega la presenza di erosioni/sfaldature, fig. 6c). Tuttavia in uno stadio molto avanzato del danneggiamento, le piste dell’anello interno presentano spesso forti erosioni, indipendentemente dal trattamento termico.

Sfide generate dalle condizioni di lavoro dei moltiplicatori delle turbine eoliche
I moltiplicatori delle turbine eoliche sono soggetti a condizioni di lavoro di varia natura, che spingono i cuscinetti oltre i loro limiti (in termini di carico, velocità, lubrificazione e loro combinazioni). Se intendono prolungare la durata dei cuscinetti e ridurre al contempo il costo globale dell’energia, le aziende del settore eolico devono quindi fronteggiare sfide alquanto impegnative.

Per quanto riguarda le cause dei guasti prematuri nelle applicazioni eoliche esistono opinioni diverse, in particolare, citiamo le seguenti:

  • periodi con carichi/coppie dinamiche di valore elevato, che producono vibrazioni e rapide variazioni di carico (ad esempio, sollecitazioni transitorie sulle piste superiori a 3,1 GPa, carichi elevati dell’ordine di 15.000 casi all’anno, urti)6, 7, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 18
  • a seconda del tipo di turbina, forze combinate radio-assiali supplementari esercitate dal rotore, movimenti assiali dell’albero principale, che portano a carichi dinamici, forti sollecitazioni sui componenti dei moltiplicatori, specialmente nel primo stadio19, 20
  • connessioni/disconnessioni occasionali del generatore dalla rete, che portano a inversioni di coppia e a fenomeni di ritorno (la coppia può ad esempio aumentare di 2,5-4 volte quella nominale e si possono avere carichi per urto)12, 15, 21
  • accelerazioni/decelerazioni rapide e movimenti degli alberi del moltiplicatore 13, 15
  • disallineamenti, deformazioni strutturali (navicella, mozzo, housing)11
  • lubrificante scelto come compromesso tra le esigenze degli ingranaggi e quelle dei cuscinetti e tra le esigenze degli stadi a bassa velocità e quelli ad alta velocità; drenaggio e intervalli di rabbocco inadeguati 22
  • condizioni ambientali gravose – possibili elevate variazioni termiche e quindi grande diversità di temperatura tra l’anello interno dei cuscinetti e il sopporto maggiori di quelle previste durante l’avviamento; presenza di sabbia o umidità; climi freddi, sistemazioni offshore 23
  • condizioni di idling, che portano a condizioni di basso carico, con il rischio di danni da strisciamenti (usura adesiva)23
  • esigenze di progetto in conflitto: ad esempio, se aumentano le dimensioni dei rulli aumenta la capacità di carico dei cuscinetti, ma contemporaneamente aumenta il rischio di dannosi slittamenti di gabbia e rulli 6, 7, 17, 23.

Come già detto, i cuscinetti possono danneggiarsi non perché non vengano osservate le best practice 24, 25 o quelle suggerite da altre esperienze industriali. Le statistiche su un limitato numero di turbine eoliche offshore2 indicano chiaramente che esiste una correlazione tra la frequenza dei guasti, la velocità del vento e i carichi elevati e variabili. La tendenza a costruire turbine sempre più grandi, con elevati rapporti potenza-peso, porterà inevitabilmente a strutture di supporto più flessibili11 che, a loro volta, influenzeranno la distribuzione dei carichi all’interno dei cuscinetti o su altri organi di trasmissione. Secondo [26], nelle applicazioni fortemente caricate più recenti e innovative, manca una sufficiente esperienza per quanto riguarda la durata delle macchine. Indipendentemente dall’azienda che costruisce la turbina e i moltiplicatori, la presenza di cricche sui cuscinetti è spesso interpretata come indizio di un comportamento cinematico incontrollato 19, 27.

Ipotesi sull’origine delle “cricche sulla superficie di rotolamento”
Nell’ambito dell’industria eolica i guasti prematuri sono oggetto di ampie discussioni e sono studiati sia dai costruttori di turbine e dei relativi organi di trasmissione sia dai fornitori di cuscinetti, nonché da università e da enti indipendenti. Sfortunatamente non esiste ancora una teoria consolidata. Elencare e spiegare tutte le ipotesi circa l’origine delle cricche WEC va oltre lo scopo del presente articolo.

Presentiamo comunque in fig. 7 alcune delle teorie presenti in letteratura. Molti articoli (per esempio in [10]) prendono in considerazione la comparsa a livello locale di cricche WEC nella microstruttura del materiale dei cuscinetti a seguito di alcuni fattori.
Tra questi si annoverano:

  • materiale
    microstruttura, trattamento termico, tenore naturale di idrogeno, purezza (tipi diversi di inclusioni), sollecitazioni residue, ecc.
  • carico
    sovraccarichi, picchi di carico, urti, inversioni di coppia, vibrazioni, slittamenti, sollecitazioni di tipo strutturale, passaggi di corrente, ecc.
  • ambiente
    lubrificante, additivi, corrosione, effetti tribologico-chimici, formazione di idrogeno, gradienti di temperatura, contaminazione (ad es. acqua), ecc.
  • altro
    montaggio (ad es. rigature), trasporto, aspetti qualitativi, ecc.

Ad aumentare la complessità, molti fattori sono anche tra loro connessi.

Indotte da un singolo fattore o da una combinazione di fattori, nella matrice dell’acciaio dei cuscinetti si creano quindi delle zone bianche (White Etching Areas, WEA), che sono il nucleo di formazione delle cricche, che poi si diffondono fino alle piste. Di conseguenza, il cuscinetto si danneggia a causa di erosioni o sfaldature strutturali, le cosiddette White Structure Flaking, WSF.

Le ipotesi più accreditate parlano di cricche WEC che si sviluppano perché favorite dall’idrogeno28, 29, 30, o di cricche WEC che si sviluppano essenzialmente per effetto di carico/sollecitazioni, preferibilmente in corrispondenza di inclusioni31, 32, o di azioni combinate 33.

Alcuni dei meccanismi di danneggiamento sembrano influenzare per esempio applicazioni quali:

  • cartiere (ad es. acqua nell’olio; le azioni correttive dipendono dalle condizioni di lubrificazione)34
  • sistemi di propulsione navale (ad es. sollecitazioni eccessive; ad esse si può porre rimedio o riducendo le sollecitazioni stesse o utilizzando acciaio a tutta tempra particolarmente puro)32, 34
  • cuscinetti di alternatori e generatori (ad es. passaggi di corrente; a questi si provvede impiegando grassi speciali e/o cuscinetti ibridi o acciai speciali)6, 35, 36.

Tuttavia, in generale, la validità delle ipotesi circa l’influenza delle cricche WEC sui guasti prematuri dei moltiplicatori eolici non è del tutto certa.

Possibile origine delle cricche WEC nei moltiplicatori eolici secondo SKF
Secondo l’esperienza SKF molti danneggiamenti sui cuscinetti sono in gran parte correlabili alla lubrificazione o ad anomalie sulla superficie delle piste e si possono in parte valutare tramite il modello avanzato SKF della durata teorica a fatica. Indagini interne SKF hanno messo in evidenza come molte rotture sui cuscinetti dei moltiplicatori eolici dovuti alle cricche si originino molto probabilmente sulla  superficie stessa o in sua prossimità (0-150 µm) e che si propaghino nel materiale sotto l’influsso di un processo di corrosione da fatica6, 7, 16.

Molti indicatori supportano questa ipotesi:
Nelle turbine eoliche i cuscinetti dei moltiplicatori sono relativamente grandi  e si sa che in essi i meccanismi d’innesco e propagazione delle cricche possono differire da quelli tipici dei cuscinetti piccoli6, 16. Per esempio, in quelli grandi, moderatamente caricati, si rilevano cricche radiali più profonde a causa delle sollecitazioni residue e delle sollecitazioni circonferenziali più elevate37.

Nei casi di guasti prematuri dei cuscinetti dei moltiplicatori si assiste a una ramificazione e dispersione rapide delle cricche, spiegabile con l’influenza di fattori chimici quali l’ossigeno e i prodotti d’invecchiamento del lubrificante, presenti sulle facciate o sui bordi delle cricche stesse6, 16, 38. Però, solo se è collegato con la superficie, un sistema di cricche può venire in contatto con l’ossigeno e il lubrificante; se si trova interamente sotto la superficie, quindi in assenza di aria, si sviluppa più lentamente ed esclusivamente per effetto meccanico della fatica38.

La fatica favorita dall’idrogeno può portare a effetti similari28, 33 o a una più rapida classica fatica da contatto di rotolamento6, 35, 36; tuttavia, questo presuppone per esempio l’esistenza di un ambiente aggressivo o di un passaggio continuo di corrente elettrica ad alta frequenza. Anche l’abbondante presenza di acqua crea un ambiente altamente corrosivo34, ma i costruttori di turbine riescono a evitare tale concentrazione nel lubrificante; del resto nelle indagini SKF generalmente non si riscontra corrosione da umidità nei rotismi. Se si può escludere quanto sopra, gli strati tribologici passivanti rigenerativi sono generalmente sufficienti a fornire una barriera alla corrosione e all’assorbimento di idrogeno nell’acciaio, purché questo sia intatto e senza discontinuità. In conclusione, anche se l’assorbimento di idrogeno nell’acciaio è dannoso, la presenza di questo fenomeno nei moltiplicatori eolici non si verifica spesso.

Tuttavia gli studi chimico-tribologici SKF confermano lo sviluppo locale d’idrogeno nei contatti con forte attrito misto. Quindi, affinché si sviluppi idrogeno sistematicamente occorrono superfici metalliche a contatto. Il fenomeno potrebbe indebolire localmente le superfici, facilitando l’insorgere di cricche. Comunque sulle piste dei cuscinetti danneggiati dei rotismi eolici è raro riscontrare una forte usura, quella che permetterebbe l’infiltrazione d’idrogeno. Quindi quest’ultima sembra poco probabile (salvo per la presenza di altri fattori). Un possibile fattore aggravante potrebbe essere l’aggressività degli oli usati, eventualmente in presenza di contaminazione39, 40, 41. Secondo l’esperienza SKF, gli oli per i rotismi eolici si possono classificare secondo la capacità o meno di innescare meccanismi di affaticamento superficiale39, ma per avere dati quantitativi in proposito occorrono ulteriori indagini. Al momento il ruolo dell’idrogeno è visto come un effetto locale che insorge nel sistema delle cricche a causa dell’ingresso del lubrificante, che porta alla formazione di cricche da fatica per corrosione (corrosion fatigue cracking, CFC)6, 16.

L’inizio del cedimento sulla superficie o in prossimità di questa è avvalorato dalle condizioni generalmente moderate di carico sui cuscinetti dei moltiplicatori, dall’assenza di un accumulo di sollecitazioni residue a compressione (nella zona in cui è più alta la sollecitazione massima equivalente di von Mises) così come dalla diminuzione della linea di diffrazione ai raggi X in prossimità delle piste dei cuscinetti danneggiati (ad es. a causa di un attrito misto, di sollecitazioni di taglio e vibrazioni) visibile nelle analisi di risposta del materiale6, 7, 16. Recentemente si è scoperto che non solo una lubrificazione inadeguata, ma anche certe vibrazioni ad alta frequenza, possono ridurre lo spessore del film e quindi aumentare il rischio di una situazione locale di attrito misto42, 43.

Secondo [44], l’insorgere di una rete di WEC è meno influenzato dalle pressioni hertziane, mentre i fattori più importanti li troviamo sulla superficie. Il ruolo spesso discusso dell’insorgere di cricche “ad ali di farfalla” presso le inclusioni, che dà luogo a una microstruttura alterata simile a quella vista nelle WEC, è considerato parte del meccanismo classico della fatica, ben rappresentato nei calcoli della durata teorica a fatica dei cuscinetti7, 44, 45. Esistono poche evidenze sperimentali a supporto del fatto che le cricche ad ali di farfalla si sviluppino come reti di WEC10.

Un’elevata concentrazione di cricche ad ali di farfalla è indizio di sollecitazioni eccessive o di carichi molto elevati (>3 GPa), ma i costruttori di turbine sostengono che non esistano carichi eccessivi, cosa del resto che sarebbe confermata dalla metodologia seguita dai test di sollecitazione HALT (highly accelerated life test) sui moltiplicatori standard, il cui intento è accelerare l’affidabilità dei prodotti durante il processo di sviluppo. Mentre nei test, le indagini metallurgiche spesso rilevano nei cuscinetti un elevato numero di formazioni ad ali di farfalla causato da carichi elevati, nella pratica i cuscinetti danneggiati spesso non mostrano un significativo aumento di tali formazioni6, 7. Specialmente sugli stadi ad alta velocità, i carichi sono in genere modesti, ma, ciononostante, i cuscinetti si danneggiano a causa di cricche/WEC, senza mostrare una popolazione significativa di formazioni ad ali di farfalla o anche semplicemente singole cricche di tale tipo6, 7. I test HALT hanno certamente bisogno di ulteriori adattamenti affinché riflettano i danneggiamenti prematuri riscontrati sul campo.

Tuttavia, fino a che non si comprende l’esatto contributo delle condizioni transitorie di funzionamento, non può essere esclusa la presenza di un danneggiamento imprevisto indotto da una sollecitazione sotto la superficie32 generata da inclusioni. Nei moltiplicatori l’esatto carico sui cuscinetti viene spesso valutato con simulazioni, in seguito ridotte a un valore ipotetico quasi statico; nelle condizioni nominali si ipotizzano carichi moderati. Le condizioni di regime non stazionario dovrebbero essere tenute in considerazione e questo sta accadendo nell’industria eolica.

Possibili meccanismi di propagazione del danneggiamento
C’è accordo generale sul fatto che nei moltiplicatori non sono le condizioni di lavoro nominali, ma quelle transitorie, parzialmente ignote, che portano occasionalmente a cinematiche disturbate nei cuscinetti, nel carico e nella lubrificazione. Fondamentalmente, si suppone che si possa raggiungere un’elevata concentrazione di sollecitazioni in superficie, ad es. per effetto di attrito misto indotto da vibrazioni6, 16, 47, di disallineamenti o altri eventi già ricordati.  Nelle zone con lubrificazione limite a livello delle asperità, può aumentare la concentrazione delle sollecitazioni di tensione e aprirsi una cricca in presenza di cicli ripetuti (zone di forte sollecitazione appena sotto la rugosità)48, 49.

Come indicato schematicamente in fig. 8, le condizioni transitorie possono innescare cricche superficiali, forse accelerate da effetti chimico-tribologici6, 16, 39, 40, 41, oppure cricche sotto la superficie che raggiungono la pista quando iniziano da punti deboli come le inclusioni prossime superficie (<150 µm)6.

Le inclusioni possono essere costituite da solfuri teneri di Mn o da ossidi duri, materiali che esistono naturalmente in tutti gli acciai per cuscinetti. Inoltre piccole strisce di solfuri sulle piste possono talvolta venire disciolte dal lubrificante e comportarsi come cricche superficiali6, 16 e/o come cricche da corrosione ambientale. Le figg. 9 e 10 mostrano esempi di cricche superficiali poco profonde; distinguerle in uno stadio iniziale è piuttosto difficile e occorre esperienza6, 7, 16.

Le cricche visibili nelle figg. 10 e 11 hanno avuto origine lungo un contatto di rotolamento-strisciamento in un’applicazione automobilistica con trazione e pressioni di contatto elevate, simili alle probabili condizioni di carico provocate dal vento del valore di circa 3 GPa18.

Quando la pista del cuscinetto presenta una cricca, il lubrificante con alto valore EP può penetrare all’interno di quest’ultima. A seconda dell’orientamento della cricca stessa, l’azione di tipo idraulico ne favorisce la diffusione46. Come mostrato in fig. 12, il lubrificante (spesso invecchiato e/o contaminato da acqua) reagisce all’interno del materiale sui bordi della cricca recente. In altre parole s’innesca un processo di propagazione delle cricche da corrosione CFC.

Tutto ciò porta sui fianchi della pista a una trasformazione della microstruttura, indotta dall’idrogeno – derivato dai prodotti di decomposizione dell’olio (additivi, contaminanti) – che penetra tra le facciate della cricca; movimenti relativi tra i fianchi accelerano il processo di propagazione6, 7, 16. Questa conclusione è anche supportata dalle misurazioni, estese a uno spazio più ampio, del tenore d’idrogeno negli anelli danneggiati, le quali confermano che l’assorbimento dell’idrogeno avviene più tardi nel processo di danneggiamento7, 16. Un’indagine frattografica su una frattura forzata, aperta in senso assiale su una cricca collegata con la superficie di un anello interno (fig. 13), rivela, vicino alla cricca, una microstruttura intercristallina che denuncia un infragilimento del materiale causato dall’idrogeno, emesso da prodotti invecchiati del lubrificante6, 7, 16, 41, mentre, lontano dalla cricca CFC, si vede una frattura normale del tutto transcristallina. Un’ulteriore indicazione del meccanismo delle cricche CFC si riscontra tramite analisi EDX del lubrificante e degli additivi residui all’interno di cricche aperte6, 7, 16.

All’interno del sistema di cricche, il meccanismo CFC trasforma la microstruttura localizzata in zone di white etching e dà luogo al tipico aspetto di una rete WEC irregolare (figg. 2, 6, 14). Quindi, le WEC sono considerate secondarie, un sottoprodotto del meccanismo CFC, dato che l’idrogeno emesso e l’energia dissipata sui fianchi della cricca danno luogo a un cambiamento localizzato della microstruttura, che si presenta come una decorazione di cricche WEC.

La distribuzione e l’intensità dell’effetto decorativo WEC sono relativamente complesse e dipendono molto dalla distribuzione dei residuati del lubrificante all’interno della rete di cricche, dallo strisciamento locale nelle pareti delle cricche e dai campi di sollecitazione equivalente locali.

Infine la rapida propagazione/ramificazione delle cricche, abbinata al sopraggiungerne di nuove, porta al cedimento rapido delle superfici dei cuscinetti interessate dal rotolamento.

Conclusioni e strategia SKF di prevenzione
Il rapido sviluppo dell’industria eolica e la tendenza all’aumento delle dimensioni delle turbine, specie di quelle erette in zone di forte turbolenza, pongono grandi sfide ai cuscinetti. Conseguenza di questo sviluppo in un’industria relativamente giovane sono i guasti prematuri dei cuscinetti del moltiplicatore. Nel corso degli anni le discussioni tra gli industriali si sono prevalentemente incentrate sull’influenza del materiale e del trattamento termico dei cuscinetti. Oggi c’è accordo sul fatto che le condizioni del vento incidono sulla cinematica, il carico e la lubrificazione dei cuscinetti. In altre parole le cause prime dei danneggiamenti non vanno ricercate solo all’interno dei cuscinetti stessi. Bisogna infatti considerare l’applicazione nel suo insieme: cuscinetti, moltiplicatore e generatore.

E’ stato descritto il fenomeno dei guasti sui cuscinetti dei rotismi causato dalle cricche e dalle cricche WEC e ne è stata proposta una spiegazione. Le indagini SKF rivelano che il danneggiamento da cricche dei cuscinetti nelle posizioni critiche ha con molta probabilità origine in superficie o vicino alla superficie delle piste e si propaga nel materiale sotto l’influenza dei processi di corrosione da fatica.

Considerata l’elevata complessità delle turbine eoliche e la varietà dei punti in cui i cuscinetti possono essere interessati dai guasti, è poco probabile che per questi ultimi si abbia un’unica causa. Tuttavia, si può dire che, per ridurre la micro-usura e le forti sollecitazioni di trazione, è buona norma evitare qualunque fattore che porti a disturbare la cinematica dei cuscinetti, come le vibrazioni elevate e l’elevato attrito da strisciamento.

Per fornire un supporto efficace all’industria eolica, la SKF introduce continuamente nei cuscinetti modifiche che limitino i rischi di cedimenti prematuri e aumentino la robustezza nelle particolari condizioni di lavoro dei rotismi. La strategia tiene conto soprattutto delle varie ipotesi espresse, ma si basa anche sulle teorie comuni sulle WEC.

Molte delle strategie di prevenzione sono state avvalorate da indagini interne e da esperienze pratiche. A tutt’oggi lo stato dell’arte annovera le seguenti misure:

  • Speciale passivazione SKF
  • per stabilizzare la microstruttura delle zone vicine alla superficie
  • per rendere i cuscinetti più resistenti agli attacchi chimici e all’idrogeno
  • per ridurre il micro-attrito in presenza di picchi di carico
  • per migliorare il rodaggio
  • Acciaio SKF particolarmente puro per i componenti più sollecitati
  • per ridurre ulteriormente le inclusioni che possano innescare sollecitazioni nel materiale o sulla superficie
  • Processo SKF di rafforzamento in profondità delle superfici dei componenti più sollecitati (prototipi)
  • per permettere l’assestamento dei componenti (shake down – nell’eolico il carico nominale è relativamente modesto)
  • per aumentare la resistenza all’innesco di cricche superficiali e alla propagazione delle cricche sotto la superficie.

In sintesi, i provvedimenti di cui sopra possono ridurre i guasti prematuri, ma devono essere abbinati a ulteriori miglioramenti dell’intero progetto applicativo in vista delle condizioni di lavoro. Pertanto occorrono sia un’estesa collaborazione tra tutti gli attori del progetto stesso, sia strumenti avanzati di calcolo per analizzare le condizioni operative, identificando le situazioni critiche ed eliminando quelle maggiormente dannose. La massima attenzione sui test dei componenti, abbinata a prove dinamiche in scala (come quelle condotte in istituti di ricerca quali NREL, NAREC, Fraunhofer, ecc.), dovrebbero consentire la riproduzione delle condizioni operative e la verifica delle possibili soluzioni.

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