Prediktering av återstående lagerlivslängd inom vattenkraften

2015-10-20
Prediktering av återstående lagerlivslängd
för kaplanturbin
Maria Rodiouchkina
SVC-Doktorand
Luleå Tekniska Universitet
Avd. Maskinelement
Agenda
• Introduktion
• Motivering
• Tidigare Forskning
• Syfte & Mål
• Planerade Aktiviteter
• Frågor & Diskussion
Förändringar i Vattenkraften
• Ökad användning av variabla energikällor
– Vindkraft, solkraft, mm.
– Mera frekventa regleringar
• Miljövänliga applikationer
– Oljefria nav
– Självsmörjande lager
Konsekvenser av ökad reglering
• Ökade antal lastcykler  Ökat slitage på
lagren
• Undersökning av Andritz Hydro:
− Reducering av lagerlivslängd, 20
− Ökade antal lastcykler, 50-100
− Längre nötningssträcka
• 40% av de ekonomiska förlusterna
Självsmörjande Lager
• Metall kompositer
− Brons, mm.
− Fasta smörjmedel; grafit, PTFE, MoS2
• Polymera kompositer
− Termoplaster, Härdplaster
− Fasta smörjmedel, grafit, PTFE, MoS2
− Förstärkningar; glas-, kol-, aramid-fibrer, ickefibrösa (sfärer, flingor), fibrösa (vävda, långa
sammanhängande, korta diskontinuerliga)
Materialöverföring  Självsmörjande film
Arbetsförhållanden
• Höga laster
• Låga hastigheter
• Gränsskiktssmörjning
• Oscillerande rörelse
• Start & stopp
• Vatten- eller luft-medium
Nötning
• Abrasiv
• Adhesiv
• Ytutmattning & delaminering
• Tribokemisk
Åldringsmekanismer
• Termisk åldring
• “Fretting”
• Hydrolys
• Hysteres
• Krypning
• Spänningsrelaxation
Tidigare Forskning
• Utvärdering av befintliga självsmorda lagermaterial
− Arbetsförhållanden
− Rörelsemönster (cykler)
• Nya material
• Materialöverföring
Tidigare Forskning
• Examensarbete
Forskningsfrågor
• Förhållande, materialegenskaper  Nötning, friktion
− Vilka egenskaper har störst påverkan?
• Övergången; småskaliga tester  Storskaliga tester
• Övergången; Fältförhållanden  Testförhållanden
• Simulering av nötning  Nötningsmodell
• Prediktering av återstående livslängd
Syfte
• Ökad reglering  Nötning
• Förutspå återstående livslängd
• Planera underhåll
• Undvika för tidigt utbyte
• Kostnader för reglering
Vision
”Att kontinuerligt kunna bestämma återstående
livslängd och underhållsbehov för lager inom
vattenkraften.”
Projektmål
• Arbetsförhållanden  Åldringsmekanismer
• Fält arbetsförhållanden
• Småskaliga tester  Verkligheten
• Nötningsmodell:
− Simulera nötning
− Arbetsförhållanden
− Lagertyp
Nötningsmodell
Indata parametrar
Arbetsförhållanden
Lagertyp
Simulering av Nötning
Iterationsprocess
Förutspådd Nötning
Verifiering & Validering
Modell
Arbetsförhållanden
• Luft/Vatten
• Last  Tryck
• Hastighet (Frekvens)
• Amplitud  Nötningssträcka
• Reglering
Lagertyp
• Karakterisering baserad på materialegenskaper
• Hållfasthet, moduler, seghet, …
• Tester
− Dragprov, Kompressionsprov
− Hårdhet
− Andra
Simulering av Nötning
Last (Tryck)
• Nötning
• Deformationer
• Lokal temp.
• Krypning,
spänningsrela
xation
Ytfinhet
Archards nötningsekv.
𝒉𝒉 = 𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌
Hastighet
Utmaningar
• Övergången; småskaligt  storskaligt  verklighet
• Noggrannheten av den predikterade nötningen
Planerade aktiviteter
• Materialkarakterisering av lagermaterial
• Simulering
• Småskaliga tester m.h.a Cameron Plint:
– Ytstruktur orientering
– Ytfinhet
– Repeterbarhet
• Övergången modelltester  Komponenttester
Tack för er uppmärksamhet!
Frågor
?