Zarządcy aktywów, operatorzy i użytkownicy turbin wiatrowych mają dwa kluczowe cele: 1) optymalizację dostępności turbin wiatrowych oraz 2) realizację możliwie najbardziej opłacalnej strategii konserwacji. W niniejszym artykule wyjaśniamy, w jaki sposób monitorowanie drgań przyczynia się do optymalizacji dostępności i efektywności konserwacji turbin wiatrowych.
Monitorowanie drgań zapewnia wgląd w układ napędowy turbiny wiatrowej
Każda przemysłowa maszyna wirująca podlega drganiom, ale gdy drgania nasilają się w jednym lub kilku miejscach maszyny, ważne jest ustalenie przyczyny. Nie należy lekceważyć skutków nadmiernych drgań, ponieważ mogą one mieć katastrofalne konsekwencje dla ludzi, środowiska i samej maszyny.
W przypadku turbin wiatrowych ważne jest zatem monitorowanie wszystkich elementów układu napędowego (wał niskoprędkościowy, wał wysokoprędkościowy, przekładnia i generator) pod kątem drgań, ponieważ wczesne wykrycie nasilających się drgań i ustalenie ich przyczyny znacznie zmniejsza ryzyko awarii, nieoczekiwanych wysokich kosztów oraz skrócenia żywotności.
Czujniki drgań w układzie napędowym
Cały układ napędowy jest wyposażony w czujniki drgań, które w sposób ciągły mierzą drgania wszystkich elementów i przesyłają je do systemu gromadzenia danych. Dane są następnie przetwarzane i przechowywane, a także okresowo analizowane przez specjalistów ds. drgań przy użyciu zaawansowanego oprogramowania analitycznego. Dzięki okresowej analizie turbin wiatrowych tworzony jest trend, co pozwala specjaliście ds. drgań 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 minimalizację ryzyka nieoczekiwanych przestojów, maksymalizację żywotności oraz optymalizację wydajności.
Minimalizacja nieoczekiwanych przestojów; maksymalizacja wydajności
Bez regularnego wglądu w zachowanie drgań elementów obrotowych, a tym samym w stan maszyny, istnieje wysokie prawdopodobieństwo wystąpienia nieoczekiwanych przestojów. Na przykład, jeśli dojdzie do uszkodzenia łożyska i nie zostanie ono zauważone na czas z powodu braku wglądu w jego stan, konieczne będzie w krótkim czasie uruchomienie całej operacji w celu wymiany tego łożyska. Dzięki okresowemu monitorowaniu i analizie drgań takie uszkodzone łożysko można wykryć wcześniej i lepiej się na to przygotować, co znacznie obniża koszty naprawy.
Ponadto wspomniana analiza trendów przyczynia się do optymalizacji wydajności. Analiza trendów pozwala ustalić, czy łożysko z początkowymi uszkodzeniami może nadal działać w sposób opłacalny w sezonie o największym potencjale wiatrowym (od jesieni do wiosny), czy też konieczne może być tymczasowe ograniczenie maksymalnej prędkości danej turbiny wiatrowej do lata, kiedy to wiatr jest zazwyczaj słabszy.
Wydłużanie żywotności dzięki pomiarom drgań
Dzięki wczesnemu wykryciu wzrostu poziomu drgań w układzie napędowym monitorowanie drgań może pomóc w identyfikacji czynników, które mogą wpływać na żywotność turbiny wiatrowej. Pozwala to właścicielom i operatorom na podjęcie działań mających na celu przedłużenie żywotności turbin oraz poprawę ich ogólnej dostępności.
Optymalizacja wydajności
Systemy monitorowania drgań mogą być również wykorzystywane do optymalizacji wydajności turbin wiatrowych. Analizując dane, inżynierowie mogą dostosować pracę turbin w celu maksymalizacji produkcji energii bez uszczerbku dla bezpieczeństwa. Przyczynia się to do zwiększenia dostępności poprzez poprawę wydajności turbin wiatrowych.
Optymalizacja wydajności konserwacji turbin wiatrowych
A teraz przyjrzyjmy się drugiemu celowi, 2) wdrażaniu możliwie najbardziej opłacalnej strategii konserwacji. Efektywną strategię konserwacji osiąga się poprzez umożliwienie planowania 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 wykonywania prac przy układzie napędowym u podstawy wieży. W takim przypadku, ze względu na złożoność procesu logistycznego, wczesna wiedza na temat stanu maszyny jest niezbędna do 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 specjalnego 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 ewentualne dodatkowe koszty, takie jak odszkodowania w sytuacjach, gdy okoliczni rolnicy muszą poświęcić część swoich zbiorów, aby umożliwić dostęp do turbin wiatrowych. Konieczne może być również budowanie mostów nad rowami, a także należy uwzględnić czynniki sezonowe i pogodowe, które utrudniają prace budowlane z użyciem dźwigów z powodu silnego wiatru lub błotnistego podłoża.
Wszystko to oznacza, że gdy dzięki monitorowaniu drgań i okresowej analizie drgań (oraz dodatkowym technikom) można zaplanować konserwację, można ją przeprowadzić w bardziej efektywny sposób.
