Análisis de Fallo Catastrófico de un Engranaje de Turbina Eólica mediante el Método de Elementos Finitos y Análisis de Fractura
Autores: Martins, Jairo Aparecido; Romão, Estaner Claro
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis de Fallo Catastrófico de un Engranaje de Turbina Eólica mediante el Método de Elementos Finitos y Análisis de Fractura
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Reductor de turbina eólica
Eficiencia
Vida útil
Procesos de fabricación
Producción de energía
Mecánica de fracturas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
La caja de engranajes de la turbina eólica, utilizada como multiplicador, es uno de los principales componentes directamente relacionados con la eficiencia y la vida útil de una turbina eólica. Por lo tanto, el control estricto de la caja de engranajes y sus procesos de fabricación, e incluso pequeñas mejoras en este componente, impactan de manera fuerte y positiva en la producción/generación de energía a lo largo del tiempo. Dado que solo algunos artículos en la literatura analizan el aspecto mecánico de las turbinas eólicas, centrándose en algunas partes en profundidad, este artículo llena el vacío al ofrecer un análisis del componente de la caja de engranajes bajo la mayor cantidad de estrés, a saber, en relación con el eje solar, así como un análisis más holístico de los principales accionamientos de engranajes, sus componentes y el sistema de lubricación. Así, este trabajo diagnostica la mecánica de fractura de una caja de engranajes de 1600 kW para identificar la principal razón de la fractura y cómo se desarrolló la cadena de eventos, llevando a una falla catastrófica. Los diagnósticos involucraron simulación numérica (análisis de elementos finitos - FEA) y un análisis adicional del sistema de lubricación, rodamientos, engranajes de etapa planetaria, engranajes de etapa helicoidal y el eje de alta velocidad. En conclusión, aunque la simulación numérica mostró altas tensiones de contacto en los dientes del eje solar, la región con la grieta nucleada inesperadamente fue la punta del diente. Los factores más probables que llevaron a la falla prematura fueron la lubricación fallida de los rodamientos planetarios, la falta de limpieza en relación con las materias primas de los engranajes (vacíos encontrados) y problemas con el tratamiento térmico del eje solar. Con el eje del engranaje solar, los rodamientos planetarios y los engranajes planetarios rotos en pedazos, esos pequeños y grandes trozos cayeron en el aceite, entre los engranajes y en el anillo de dientes, causando la falla prematura y catastrófica de la caja de engranajes.
Descripción
La caja de engranajes de la turbina eólica, utilizada como multiplicador, es uno de los principales componentes directamente relacionados con la eficiencia y la vida útil de una turbina eólica. Por lo tanto, el control estricto de la caja de engranajes y sus procesos de fabricación, e incluso pequeñas mejoras en este componente, impactan de manera fuerte y positiva en la producción/generación de energía a lo largo del tiempo. Dado que solo algunos artículos en la literatura analizan el aspecto mecánico de las turbinas eólicas, centrándose en algunas partes en profundidad, este artículo llena el vacío al ofrecer un análisis del componente de la caja de engranajes bajo la mayor cantidad de estrés, a saber, en relación con el eje solar, así como un análisis más holístico de los principales accionamientos de engranajes, sus componentes y el sistema de lubricación. Así, este trabajo diagnostica la mecánica de fractura de una caja de engranajes de 1600 kW para identificar la principal razón de la fractura y cómo se desarrolló la cadena de eventos, llevando a una falla catastrófica. Los diagnósticos involucraron simulación numérica (análisis de elementos finitos - FEA) y un análisis adicional del sistema de lubricación, rodamientos, engranajes de etapa planetaria, engranajes de etapa helicoidal y el eje de alta velocidad. En conclusión, aunque la simulación numérica mostró altas tensiones de contacto en los dientes del eje solar, la región con la grieta nucleada inesperadamente fue la punta del diente. Los factores más probables que llevaron a la falla prematura fueron la lubricación fallida de los rodamientos planetarios, la falta de limpieza en relación con las materias primas de los engranajes (vacíos encontrados) y problemas con el tratamiento térmico del eje solar. Con el eje del engranaje solar, los rodamientos planetarios y los engranajes planetarios rotos en pedazos, esos pequeños y grandes trozos cayeron en el aceite, entre los engranajes y en el anillo de dientes, causando la falla prematura y catastrófica de la caja de engranajes.