Balto kodināšanas plaisu intensīvi slogotos gultņos elektromagnētiskās izcelsmes hipotēzes pārbaude

Abstract

Šajā kvalifikācijas darbā tiek aprakstīti analītiskie un skaitliskie modeļi, kuri tika izveidoti, lai aprakstītu elektromagnētiskus procesus, kuri saskaņā ar 2013./14. gados izvirzītu hipotēzi, norīt vēja turbīnu ātrumkārbju gultņos, un varētu būt atbildīgi par anomāli ātru gultņu sabrukšanu, pie kam gultņi iet bojā diezgan īpatnējā veidā – to šķērsgriezumu analīze parāda, ka gultņu tēraudā izveidojas tā saucāmo balto kodināšanas plaisu tīkli. Izpēti motivē strauji augoša vēja enerģētikas industrija, kas cieš no šis parādības visvairāk un visizteiktāk. Nopietni pētījumi šajā jomā pasaulē ilgst jau vairāk kā 20 gadus, bet baltās kodināšanas plaisu izveides mehānismu fizikālā aina joprojām nav skaidra. Šajā darbā apskatītai hipotēzei kopš 2015. gada tika pievērsta arvien lielāka uzmanība, kas ir saistīts ar publikāciju, kura norāda uz vairākiem ievērojamiem efektiem un to, ka eletromagnētiskas izcelsmes hipotēze varētu būt visai pamatota. Ņemot vērā, ka šī publikācija darbu uzsākot bija vienīgā citētā šajā jomā, šī darba mērķis ir verificēt tur iegūtos rezultātus un attīstīt jau esošus modeļus pilnīgāka procesu apraksta izveidei. Darba gaitā tika konstatēts, ka iepriekš publicētie rezultāti satur būtiskas kļūdas, kuras noved pie neadekvātiem secinājumiem. Tālākā modeļu attīstīšana parāda, ka postulētie elektromagnētiskie efekti visdrīzāk nevar būt atbildīgi par anomāli ātru plaisu izveidošanos, jo ar tiem asociētie mehāniskie spriegumi ir daudzkārt mazāki gan par citu faktoru radītām slodzēm, gan arī par gultņu materiāla noguruma robežu. No tā izriet, ka balto kodināšanas plaisu izcelsmei elektromagnētiskie efekti nav dominējoši, bet nav izslēgts, ka tiem var būt zināma loma kombinācijā ar citiem fizikālajiem procesiem gultņos.

This thesis covers the analytical and numerical models developed in order to describe electromagnetic processes which, according to a hypothesis that was first formulated around year 2013/2014, take place in wind turbine gearbox bearings and could be responsible for anomalous premature bearing failures. The failure itself is due to formation of networks of what is known as white etching cracks, which are found during sectioning analysis. Investigation is motivated due to rapidly developing wind energy industry, which suffers the most from this phenomenon. Thorough worldwide research in this field has been underway for more than 20 years, but the complete physical picture of white etching crack formation mechanisms remains unclear. The hypothesis that is the focus of present work has been attracting more and more attention since the year 2015, which is due to that year’s publication showcasing a number of noteable effects and indicating that the electromagnetic initiation hypothesis might be justified. Taking into account the fact that the publication in question was the only cited one within this particular niche at the time this thesis was completed, the aim of this work is to verify the obtained results and to further develop the existing models so as to provide a more complete description of the underlying processes. During the investigation, it was found that the previously published results contain critical errors which lead to inadequate conclusions. Further development of corrected models shows that the postulated electromagnetic effects are very unlikely to be responsible for premature crack formation, since the associated mechanical stresses are by orders of magnitude lower than those induced due to other factors, as well as the bearing material fatigue limit. It is concluded that electromagnetic effects clearly are not dominant. However, they may yet play a certain role in conjunction with other physical processes in bearings.