Rüzgar türbinlerinde ve diÄŸer tahrik sistemlerinde meydana gelen Beyaz Yapısal Pullanma olarak bilinen rulman hasarı belirtileri genellikle, rulmanın beklenen hizmet ömrünün bitmesinden oldukça önce çok erken fark edilir hale gelir. Bunun nedenleri uzun süredir bilinmiyordu; ancak ÅŸimdi, rulman uzmanı NSK tarafından yeni bulgular elde edilmiÅŸ ve bu sonuçlar, rüzgar türbini uzun ömürlülüÄŸü için önemli faydalar saÄŸlayan yeni bir rulman malzemesinin geliÅŸtirilmesini saÄŸlamıştır.

Rüzgar türbinleri için tahrik bileÅŸenleri, dayanıklılık ve direnç açısından zorlu gereksinimleri karşılamak zorundadır ve bu gereksinimler giderek daha zorlayıcı hale gelmektedir. Kara türbinleri geleneksel olarak, 20 yıla tekabül eden 175.000 saatlik bir servis ömrüne dayanacak ÅŸekilde tasarlanmış rulmanlar gerektirir. Bununla birlikte, yüksek yatırım seviyeleri ve zor konum eriÅŸiminin yaygın olduÄŸu açık deniz rüzgar çiftlikleri için hızla geniÅŸleyen pazarda, 25 yıllık bir ömür gereklidir. 

Daha uzun kullanım ömrü, daha yüksek dinamik yükler
Bir rüzgar türbininin aktarma organlarına etki eden aşırı dinamik yükler ile bu gereksinim gerçek bir meydan okuma sunar. Kara rüzgar türbinlerinde, ana rulmanlar yaklaşık 1 MN'lik bir yüke maruz kalır. Ancak, denizdeki çok yüksek rüzgar hızları nedeniyle, daha güçlü statik ve dinamik yükler rotor üzerine ve sonuç olarak tüm aktarma organlarına etki eder.

Aynı zamanda hem kara hem de açık deniz uygulamalarda sistemlerin büyüklüÄŸü ve performansı sürekli artmaktadır. NSK ÅŸu anda 9,5 MW türbinler için rulmanlar üretmekte olup, yakında tam ölçekli üretime geçecek. Üstelik, ÅŸirket ÅŸimdi daha yüksek nominal güç çıkışlı açık deniz rüzgar türbinleri için rulmanlar geliÅŸtirmektedir.

Durum Ä°zleme
Daha yüksek performans ve açık deniz türbinlerinin artan pazar payı, uzun rulman ömrü için artan taleplerin arkasındaki temel faktörlerdir. Sonuç olarak, rüzgar enerjisi teknolojisi, tahrik sistemindeki titreÅŸimleri sürekli olarak ölçen ve analiz eden çevrimiçi durum izleme sistemleri için ideal bir uygulama alanıdır.
Rulman hasarı oluÅŸursa, hatalı bileÅŸenler (iç veya dış bilezik, makaralar veya kafes) ölçüm profili analiz edilerek erken tespit edilebilir.
NSK tarafından geliÅŸtirilen bir durum izleme sistemi (CMS) yakın zamanda Japonya'daki bir açık deniz rüzgar çiftliÄŸinde kurulmuÅŸtur. CMS'nin rolü, kestirimci bakım stratejilerini kolaylaÅŸtırmak için anomalileri yeterince erken tespit etmektir. NSK bu tip çözümler için büyük bir pazar potansiyeli görmektedir.

YoÄŸun Malzeme GeliÅŸtirme
Durum izleme, kritik uygulama alanlarında her ne kadar ikincil bir önlem olarak kullanışlı olsa da, rüzgar türbinleri için rulman geliÅŸtirirken birincil mühendislik hedefi her zaman yüksek seviyeli güvenliirlik saÄŸlamak olacaktır. Bu açıdan, üreticiler ÅŸimdiden ciddi ilerleme saÄŸlamıştır. ÖrneÄŸin, ilerlemenin önemli bir katkısı, NSK’nın tescilli Super Tough (STF) özel çeliÄŸi gibi yeni malzeme ve ısıl iÅŸlem süreçlerinin geliÅŸtirilmesi olmuÅŸtur. Bu malzemeden yapılan rulmanlar, geleneksel çelik kullanılarak üretilenlerin iki katı kadar dayanmaktadır. Ä°lgili yük oranı artışı DNV GL tarafından Aralık 2017'de teyit edilmiÅŸ ve onaylanmıştır. 

STF'nin uzun dayanım özellikleri, belirli bir kimyasal bileÅŸim ve özel bir ısıl iÅŸlem prosesi kullanılarak saÄŸlanmıştır. Rulman çeliklerindeki metalik olmayan içeriklerin neden olduÄŸu rulman yuvarlanma yollarındaki yorulmadan kaynaklanan çatlaklar gibi tipik hasar belirtileri, STF kullanılarak üretilen rulmanlarda neredeyse tamamen ortadan kaldırılır.

Beyaz Yapısal Pullanma nedenlerinin araştırılması
Endüstriyi hala etkileyen hasar tiplerinden biri de, Beyaz Yapısal Pullanma (WSF) veya Beyaz DaÄŸlama Çatlakları (WEC) olarak bilinen sorundur. 
Her iki arıza modu durumunda, rulmanın yuvarlanma yolunun altındaki belirli alanlar yerel kırılganlaÅŸmayı gösterir. Kırılgan yapı, yüke dayanamaz ve böylece çatlak çekirdeÄŸi olur. Sonunda, bu çatlaklar yuvarlanma yoluna kadar büyür ve sonunda rulman hata verir. Bu tür hasarların nispeten erken, sistem hizmete girdikten kısa bir süre sonra görünmesi tipiktir.

Pikral daÄŸlama yapıldıktan sonra, bu yapılar beyaz bir görünüm sergiler ve beyaz yapılar olarak adlandırılırlar. 

NSK'nın araÅŸtırma ve geliÅŸtirme departmanındaki yoÄŸun testler hasarı tekrarlamayı ve kökeniyle ilgili bir hipotez vermeyi baÅŸarmıştır. ÇeÅŸitli yuvarlanma teması yorulma testleri, beyaz yapıların hidrojen penetrasyonundan kaynaklandığını göstermiÅŸtir. Bu hidrojen penetrasyonu büyük olasılıkla yuvarlanma elemanları ve yuvarlanma yolları arasındaki eksenel veya çevresel kayma, elektrik ve belirli yaÄŸlama türleri de dahil olmak üzere çeÅŸitli faktörler ve bunların kombinasyonlarından etkilenir. 

Hidrojen daha sonra kanal yoluna nüfuz eder ve çatlak oluÅŸumlarına yol açan tipik olarak beyaz daÄŸlama yapılarını oluÅŸturur ve bu da pullanma ile sonuçlanır. Bu çatlaklar birkaç milimetre uzunluÄŸunda olabilir ve iç kısımdan yüzeye yayılabilir. Görünür yüzey hasarına iÅŸaret etmeyen kullanılmış rulmanların tahribatlı muayeneleri, beyaz daÄŸlama alanlarının burada bile mevcut olabileceÄŸini göstermiÅŸtir.

Hasar daha ayrıntılı olarak incelendiÄŸinde, hidrojen etkisi altında, orijinal olarak martensitik mikroyapının çok ince taneli, kırılgan bir ferrite dönüÅŸtüÄŸü gözlemlenebilir. Bu mekanizma, Hidrojenle GeliÅŸtirilmiÅŸ Lokalize Plastiklik (HELP) teorisi ile açıklanabilir. Karakteristik özelliklerinden biri, plastikliÄŸin sadece lokal olarak ortaya çıkması ve rulmanın küresel yorulmasının hafif olmasıdır, bundan dolayı hasar, yuvarlanma yolunun altında (metalik olmayan partikül kalıntılarından dolayı) ya da yuvarlanma yolunda (aşırı kirlenme nedeniyle) oluÅŸan klasik yorulma hasarlarından biri deÄŸildir.

Yeni ve kullanılmış rulmanların karşılaştırılması
Peki, hidrojen nereden geliyor? Yeni ve kullanılmış rulmanları karşılaÅŸtırarak NSK’nın merkezi araÅŸtırma ekibi, hidrojenin sadece rulmanlar çalışırken oluÅŸtuÄŸunu belirledi.

Hidrojenin, yaÄŸlayıcıların hidrokarbon zincirlerinden ve bunların katkı maddelerinden gelmesi olasıdır (en azından bu ilk varsayımdır). Bu teori, beyaz yapıların tipik hasar semptomları laboratuvarda belirli tipte yaÄŸ ve gres ile yeniden meydana geldikten sonra doÄŸrulanmıştır. 1990'lı yıllarda otomotiv endüstrisi tarafından benzer hasarların bildirilmiÅŸ olması da bu teoriyi destekledi. Burada, kayış gergilerin ve alternatörlerin rulmanları erken arızalanmış ama gresin ve kayış malzemesinin deÄŸiÅŸtirilmesi problemi çözmüÅŸtür. Ancak, bu hata modunda elektriÄŸin (akım akışı) etkisi henüz belirlenmemiÅŸtir.

Yeni alaşımlar, özel ısıl iÅŸlem
NSK, yuvarlanma teması yorulma testleri sırasında daha iyi sonuçlar veren yeni alaşımlar geliÅŸtirdi. Hidrojen ÅŸarjı ile yapılan testlerde, optimize edilmiÅŸ kimyasal kompozisyon, geleneksel rulman çeliklerine kıyasla beyaz yapısal pullanma (WSF) direncinde beÅŸ kat artışa yol açtı. 

Optimize edilmiÅŸ ısıl iÅŸlemle de önemli bir geliÅŸme saÄŸlanmıştır. Burada, yuvarlanma yollarının altındaki artık gerilim, kesiti sertleÅŸtirme yerine karbonitridizasyon ile arttırılabilir. Bu önlem beyaz yapıların oluÅŸumunu engellemese de, bu yapılardan çok daha az çatlak geliÅŸir ve yüzeye daha yavaÅŸ yayılırlar. 

AWS-TF, yeni bir rulman malzemesi
Bu bulgulara dayanarak NSK, optimize edilmiÅŸ ısıl iÅŸlem ile optimize edilmiÅŸ kimyasal bileÅŸimi birleÅŸtiren ve rulmanlar için yeni bir malzeme olan AWS-TF (AWS – Beyaz Karşıtı Yapı) geliÅŸtirdi.

Testler, AWS-TF'den yapılan rulmanların Beyaz DaÄŸlama Çatlağı (WEC) riskini tamamen ortadan kaldırmadığını, hasarın ortaya çıkmasındaki gecikmenin ise geleneksel rulman çeliklerine göre yedi kat daha uzun olduÄŸunu göstermiÅŸtir. Kritik kurulum alanlarındaki ilk saha testleri ÅŸu anda devam etmektedir ve bu test sonuçlarını doÄŸrulamaktadır.