Methodology for the systematic design of conical plain bearings for use as main bearings in wind turbines

With the possibility to replace sliding segments on the tower without disassembling the drivetrain, the use of segmented plain bearings with conical sliding surfaces as main bearing in wind turbines has a great potential to reduce the maintenance costs and thus the levelized cost of energy (LCOE). Furthermore, the short axial design leads to lower investment costs. Since this design is totally new and no design guidelines are available so far, the objective of this paper is to investigate the influence of the geometric parameters on the hydrodynamic pressure distribution of the bearing. In this context a parameter screening is performed using a suitable test field according to Plackett and Burman in order to determine the most relevant parameters. With the help of the simulations carried out after this test field, correlations between the geometric parameters and the hydrodynamic pressure distribution are evaluated. To be able to quantitatively analyze the three-dimensional pressure distribution, several key values are defined in this paper that describe the pressure distribution. The content of this paper is part of a methodology with the goal of developing a design guideline for conical plain bearings. Segmentierte Gleitlager mit konischen Gleitflächen besitzen ein großes Potential die Instandhaltungskosten und die Stromgestehungskosten einer Windenergieanlage zu senken, da im Schadensfall die Gleitsegmente auf dem Turm ausgetauscht werden können. Zudem wirkt sich die kurze axiale Baulänge positiv auf die Investitionskosten aus. Da die existierenden Normen für die Gleitlagerauslegung auf dieses neue Lagerungskonzept nicht anwendbar sind, muss eine Auslegungsmethodik für solche Lager entwickelt werden. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel dieses Papers die relevanten geometrischen Einflussgrößen auf die hydrodynamische Druckverteilung zu bestimmen. Hierzu wird ein simulatives Parameter-Screening unter Verwendung eines Plackett-Burman Testfeldes durchgeführt und passende Zielgrößen für die quantitative Beschreibung der dreidimensionalen Druckverteilung abgeleitet. Das in diesem Paper durchgeführte Parameter-Screening ist die Grundlage für die weitergehende Entwicklung einer Auslegungsmethodik für konische Gleitlager.