Zarządzający aktywami, operatorzy i eksploatatorzy turbin wiatrowych mają dwa kluczowe cele: 1) optymalizacja dostępności turbin wiatrowych oraz 2) realizacja możliwie najbardziej opłacalnej strategii konserwacji. W tym artykule wyjaśniamy, w jaki sposób monitorowanie drgań przyczynia się do optymalizacji dostępności i wydajności konserwacji turbin wiatrowych.
Monitorowanie wibracji zapewnia wgląd w układ napędowy turbiny wiatrowej
Każda przemysłowa maszyna wirująca podlega wibracjom, ale gdy wibracje nasilają się w jednym lub kilku miejscach maszyny, ważne jest ustalenie ich przyczyny. Nie należy lekceważyć konsekwencji nadmiernych wibracji, ponieważ mogą one mieć katastrofalne skutki dla ludzi, środowiska i samej maszyny.
W przypadku turbin wiatrowych ważne jest zatem monitorowanie wszystkich elementów układu napędowego (wału wolnoobrotowego, wału szybkoobrotowego, skrzyni biegów i generatora) pod kątem wibracji, ponieważ wczesne wykrycie narastających wibracji i określenie ich przyczyny znacznie zmniejsza ryzyko incydentów, nieoczekiwanych wysokich kosztów i skrócenia żywotności.
Czujniki wibracji w układzie napędowym
Cały układ napędowy jest wyposażony w czujniki drgań, które stale mierzą drgania wszystkich podzespołów i przesyłają je do systemu gromadzenia danych. Dane są następnie przetwarzane i przechowywane oraz okresowo analizowane przez specjalistów ds. drgań przy użyciu zaawansowanego oprogramowania analitycznego. Dzięki okresowej analizie turbin wiatrowych tworzony jest trend, co pozwala specjalistom od wibracji uzyskać wgląd w stan układu napędowego poprzez analizę trendów.
Optymalizacja dostępności operacyjnej turbin wiatrowych
Przyjrzyjmy się najpierw pierwszemu celowi, 1) optymalizacji dostępności turbin wiatrowych. Optymalną dostępność operacyjną osiąga się poprzez zminimalizowanie ryzyka nieoczekiwanych przestojów, maksymalizację żywotności i optymalizację wydajności.
Minimalizacja nieoczekiwanych przestojów; maksymalizacja wydajności
Bez dobrego okresowego wglądu w zachowanie wibracyjne elementów wirujących, a tym samym w stan maszyny, prawdopodobieństwo nieoczekiwanego przestoju jest wysokie. Na przykład, jeśli wystąpi uszkodzenie łożyska i nie zostanie ono zauważone na czas z powodu braku wglądu w stan łożyska, w krótkim czasie konieczne będzie rozpoczęcie całej operacji wymiany tego łożyska. Dzięki okresowemu monitorowaniu i analizie drgań, takie uszkodzone łożysko można wykryć wcześniej i lepiej je przewidzieć, znacznie obniżając koszty naprawy.
Co więcej, wspomniana analiza trendów przyczynia się do optymalizacji wydajności. Analiza trendów może określić, czy łożysko z początkowym uszkodzeniem może nadal działać opłacalnie w sezonie o największym potencjale wiatru (od jesieni do wiosny), czy też może być konieczne tymczasowe ograniczenie maksymalnej prędkości danej turbiny wiatrowej do lata, kiedy generalnie jest mniej wiatru.
Wydłużanie żywotności dzięki pomiarom drgań
Uzyskując wczesny wgląd w rosnące poziomy drgań w układzie napędowym, monitorowanie drgań może pomóc zidentyfikować czynniki, które mogą mieć wpływ na żywotność turbiny wiatrowej. Pozwala to właścicielom i operatorom na podjęcie działań mających na celu wydłużenie żywotności turbin i poprawę ogólnej dostępności.
Optymalizacja wydajności
Systemy monitorowania drgań mogą być również wykorzystywane do optymalizacji wydajności turbin wiatrowych. Analizując dane, inżynierowie mogą dostosować działanie turbiny, aby zmaksymalizować produkcję energii bez narażania bezpieczeństwa. Przyczynia się to do zwiększenia dostępności poprzez poprawę wydajności turbin wiatrowych.
Optymalizacja wydajności konserwacji turbin wiatrowych
A teraz przyjrzyjmy się drugiemu celowi, czyli 2) realizacji możliwie najbardziej efektywnej kosztowo strategii konserwacji. Efektywną strategię konserwacji osiąga się poprzez planowanie konserwacji lub stosowanie strategii konserwacji predykcyjnej.
Z wielu powodów związanych z kosztami umożliwienie planowania konserwacji turbin wiatrowych ma zasadnicze znaczenie dla jej efektywności. Duży nacisk kładzie się na wykonywanie prac przy układzie napędowym na wysokości wieży, ponieważ koszty znacznie wzrastają, gdy prace te muszą być wykonywane u podstawy wieży. Niestety, czasami nie da się uniknąć konieczności przeprowadzenia prac przy układzie napędowym u podstawy wieży. W takim przypadku, ze względu na złożoność procesu logistycznego, wczesna ocena stanu maszyny ma zasadnicze znaczenie dla umożliwienia planowania konserwacji. Proces ten rozpoczyna się od uzyskania odpowiednich zezwoleń, co zajmuje co najmniej 12 tygodni, rezerwacji jednego z nielicznych dostępnych wyspecjalizowanych zespołów, rezerwacji specjalistycznego dźwigu, który również jest rzadkością i jest dostarczany przez około 40 ciężarówek, zapewnienia odpowiednich narzędzi do unieruchomienia pozostałej części układu napędowego – które również są trudno dostępne – oraz pozyskania odpowiedniej części maszyny.
Ponadto należy wziąć pod uwagę dodatkowe koszty, takie jak koszty rekompensat w sytuacjach, w których pobliscy rolnicy muszą poświęcić część swoich zbiorów, aby zapewnić dostęp do turbin wiatrowych. Konieczne może okazać się również zmostkowanie rowów, a także uwzględnienie czynników sezonowych i pogodowych, które utrudniają budowę żurawia ze względu na dużą prędkość wiatru lub błotniste podłoże.
Wszystko to oznacza, że gdy konserwację można zaplanować dzięki monitorowaniu drgań i okresowej analizie drgań (oraz dodatkowym technikom), konserwację można przeprowadzić w bardziej wydajny sposób.
