00

Прогнозное обслуживание: сенсоры следят за ветряными установками в режиме реального времени

Для бесперебойной работы ветряных установок необходим круглосуточный и надежный контроль. Точная сенсорика обеспечивает полный контроль при эксплуатации ветряков. Фото: в общем доступе/ CC0

Удары молнии, неисправность лопастей или смещение оси ветряных установок – это те факторы риска, которые требуют постоянного контроля в режиме реального времени. Прогнозное обслуживание играет в этом случае решающую роль. Точная сенсорика обеспечивает не только своевременное отключение ветряков при необходимости, но и снижает затраты на эксплуатацию и ремонт.

Человек вот уже с давних пор научился использовать энергию ветра в полезных целях: взять хотя бы ветряные мельницы или даже корабельные паруса. Сегодня у стихии появилась еще одна очень важная функция: производство электроэнергии. Ветровые турбины установлены по всей Германии: на островах, в прибрежных районах, а также в оффшорах. Конструкция современной ветряной установки весит до нескольких тонн, а диаметр ротора может доходить до 110 метров, при средней высоте установки в 130 метров. Выход из строя одной такой установки может повлечь за собой большие финансовые затраты. Для починки ветряной установки требуются специальные машины и краны, которые могут потребовать долгого времени ожидания. Особенно сложно осуществлять ремонт оффшорных ветряков: как правило, доступ к установкам не может быть осуществлен в ближайшее время после поломки. Помимо износа и сложности починки, вызванные погодными условиями, существует еще ряд единовременных проблем, таких как проблемы с валом, ошибки коробки передач, износ шестерен, усталость материала, нарушение равновесия, перепады температур, ошибки смазки, зазор подшипника, которые не только нарушают плавную работу, но также могут вызвать дальнейшее повреждение. Прогнозное обслуживание может сыграть в этом случае решающую роль.

Прогнозное обслуживание снижает риск поломки до минимума

Задействование точной сенсорики начинается еще на стадии изготовления ветряных установок, продолжается во время установки ветряков и их ввода в эксплуатацию и производится во время эксплуатации. Износ частей установки или отклонение от требований качества при производстве может быть обнаружен еще задолго до ввода в эксплуатацию, что снижает риск аварийной ситуации. Таким образом можно предотвратить выход из строя функциональных частей ветряной установки еще до е полного изготовления. При прогнозном обслуживании документируются не только текущие показатели, но и на основании измеренных данных составляются прогнозы и анализы дальнейшего поведения установки. Обслуживание установки производится при этом планомерно и снижает риск внезапного выхода из строя до минимума.

Micro-Epsilon предлагает решения, с помощью которых может осуществляться сбор критических показателей установки и их дальнейший анализ. В ветровой турбине, среди прочего, важными факторами являются смещение кольца сцепления, измерение зазора на подшипнике скольжения, контроль температуры генератора или контроль воздушного зазора в генераторе.

Вихретоковый датчик измеряет смещение соединительного кольца

На высоте в 100 метров на лопасти ветряной установки, корпус генератора и на саму башню воздействуют огромные силы ветряных потоков. Сам же генератор, как и привод имеют хорошую амортизацию. Соединительные части в кожухе компенсируют относительные смещения привода и генератора. При измерении смещения соединительного кольца применяется вихретоковый датчик, установленный на металлическом кольце. При этом составляется характеристика профиля нагрузки. Контроль измеренных значений необходим, чтобы избежать ненужного износа муфт, подшипников или уплотнений вала, или, в крайних случаях, серьезного повреждения лопастей турбины. Измерения ведутся при этом в трех направлениях: аксиальном, радиальном и тангенциальном. Вихретоковые датчики линейки EddyNCDT 3001 и 3005 от Micro-Epsilon обеспечивают при этом бесперебойную работу даже при высоких колебаниях температур окружающей среды. Они соответствуют заводским требованиям к ферромагнитным или неферромагнитным материалам, что исключает необходимость линеаризации на месте.

Благодаря заводской калибровке сенсоры обеспечивают высокую температурную устойчивость и точность измерений. Кроме того, сенсоры легко поддаются замене благодаря винтовой резьбе М12. Выполнение сенсоров особо прочное и выполнено в соответствии со стандартами защиты IP67, что позволяет очень компактно интегрировать функциональную часть вместе со встроенными сенсорами в небольшую коробку в кожухе ветровой турбины. Поэтому датчики в основном используются для прогнозирующего износа и мониторинга состояния. По сравнению с индуктивными переключателями и датчиками, эти модели обеспечивают более высокую пропускную способность в зависимости от производителя и поэтому идеально подходят для контроля и точного обнаружения быстрых движений.

Контроль зазора на подшипниках скольжения в ветряных турбинах

Гидростатические подшипники используются на многих крупных установках, таких как каменные мельницы, телескопические установки и ветряные турбины. Задача сенсоров заключается в измерении зазора между опорной поверхностью и валом. В смазочном зазоре находится масляная пленка, которая препятствует прямому контакту поверхности подшипника и вала. При неисправностях гидравлической системы давление масла может уменьшиться, что приведет к исчезновению защитного масляного зазора. Как следствие может быть поврежден подшипник, что может привести к выходу из строя системы в целом. Сенсор установлен прямо на лапке подшипника. Он производит непосредственное измерение толщины масляной пленки от подшипника до вала. В данном случае используются бесконтактные вихретоковые датчики перемещения. Они отличаются особо прочным и компактным исполнением и встроенным контроллером. Еще одной особенностью вихретоковых датчиков является их высокое сопротивление воздействию смазочных материалов, высокому давлению и экстремальным температурам. Одним из основных требований к современным сенсорам является возможность быстрого ввода в эксплуатацию, а также возможность интеграции сенсоров в уже действующие установки. Из-за повсеместного распространения ветровых турбин, замена датчиков должна осуществляться быстро и без проблем.

Определение нарушения равновесия с помощью оптических или емкостных датчиков

В случае генераторов и электромоторов больших размеров очень важно с высокой точностью определить параметры вращения ротора относительно статора внутри генератора. Часто из-за высокой скорости ветра в установке ветровой турбины возникает незначительное смещение, которое может привести к столкновению ротора и статора, и, в свою очередь, повлечь за собой большие повреждения установки в целом. Поэтому во время работы расстояние между статором и ротором, так называемый зазор в роторе, контролируется оптическими или емкостными датчиками. В емкостных датчиках используются сенсоры с диапазоном измерения от 0 до 8 мм.

Емкостные датчики от Micro-Epsilon предназначены для бесконтактного измерения смещения, расстояния и установления положения. Такие датчики отличаются долговечностью, надежностью и высокой устойчивостью к перепадам температур. Во время измерения зазоров в генераторе температуры могут достигать до 120 градусов цельсия. Датчики специально оптимизированы для измерений в генераторе. Они особо устойчивы к вибрациям и защищены специальным корпусом. Их трехосная конструкция делает возможной скрытую установку даже в непосредственной близости с проводящими материалами, поскольку передний край датчика оснащен не только измерительным электродом, но и электродом защитного кольца и заземлением. Такие емкостные сенсоры обладают высокой электромагнитной устойчивостью, как заявляют производители. Кроме того, замена этих датчиков может осуществляться без дополнительной калибровки.

Прогнозное обслуживание не только на ветряных турбинах

Прогнозное обслуживание применяется и во многих других областях, помогая вовремя предотвратить поломку и аварийные ситуации, облегчить техническое обслуживание и снизить экономические затраты.

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?