Le installazioni eoliche alimentano l’Ontario con energia pulita e rinnovabile e, se ci si accorge per tempo di possibili inizi di danneggiamento dei componenti critici, ci si possono aspettare molti anni di vita utile e senza problemi, per questi impianti. Ma le turbine eoliche sono beni complessi, costituiti da componenti sia lenti che ad alta velocità, che presentano sfide uniche per i tecnici del monitoraggio delle condizioni. Queste sfide vengono superate con tecnologie avanzate e formazione sulla sicurezza.
Una di queste sfide è l’altezza a cui devono essere raccolti i dati. L’altezza media delle turbine eoliche negli Stati Uniti è di 280′ (85,3 m). Questo pone notevoli problemi di accessibilità e sicurezza per i tecnici del Condition Monitoring.
Un’altra sfida che i tecnici dell’affidabilità devono superare è l’incubo logistico quando i componenti in avaria o guasti devono essere manutenuti o sostituiti.
Entrambi richiedono macchinari costosi e pesanti con operatori addestrati per più giorni di fermo macchina. Pertanto, la pianificazione di questi interventi con settimane o mesi di anticipo è il modo migliore per ridurre al minimo gli sforamenti dei costi o per evitarli del tutto.
La terza sfida che i tecnici del monitoraggio delle condizioni devono affrontare è rappresentata dalle diverse velocità di rotazione dei componenti delle turbine eoliche. L’analisi delle vibrazioni funziona bene per il monitoraggio degli asset che ruotano velocemente, come i cuscinetti drive end e non-drive end del generatore principale. Dove le vibrazioni falliscono è sui componenti a rotazione lenta della turbina. Il cuscinetto principale di una turbina eolica ruota molto più lentamente dei cuscinetti del generatore. I cuscinetti a bassa velocità non creano abbastanza vibrazioni per farne una tecnologia di monitoraggio efficace. Per monitorare gli asset a rotazione lenta, i tecnici del monitoraggio delle condizioni si affidano alla tecnologia ultrasonora.
Accessibilità
La sfida più evidente in termini di accessibilità è rappresentata dall’altezza a cui i tecnici di Condition Monitoring devono effettuare la raccolta dei dati. Prima ancora di salire su una turbina eolica, i tecnici devono completare un corso di formazione obbligatorio sulla sicurezza del lavoro in quota della durata di oltre otto ore.
Quando si lavora ad altezze estreme, l’elemento della sicurezza dei dipendenti deve essere preso in considerazione. Ciò è particolarmente vero per i tecnici che lavorano su turbine senza ascensori. I tecnici che si arrampicano per 50-100 metri su una scala hanno l’elemento aggiuntivo della fatica che amplifica le loro preoccupazioni per la sicurezza, soprattutto quando questa salita viene effettuata più volte in un solo giorno. Inoltre, salire e scendere dalle turbine eoliche tutto il giorno fa perdere tempo prezioso al tecnico. Quando il tempo scarseggia, spesso anche il buon senso si riduce…
Una soluzione di monitoraggio permanente delle condizioni che trasmette i dati alla sede centrale di manutenzione di un parco eolico è ideale per le altezze estreme. Riduce la necessità di frequenti viaggi su e giù per le turbine eoliche e migliora l’efficienza complessiva del reparto manutenzione e affidabilità.
Preavviso di guasto di un componente critico
Quando i componenti critici all’interno della navicella si guastano, le squadre di manutenzione devono agire rapidamente per ripristinare il funzionamento della turbina. La riparazione e la sostituzione di componenti di grandi dimensioni ad altezze estreme si rivela una sfida difficile e costosa. Gru pesanti e manodopera specializzata sono spese necessarie per eseguire questa manutenzione sulle turbine eoliche. Individuare i guasti e prevedere i guasti imminenti con largo anticipo riduce i costi e i problemi di coordinamento di questi interventi di manutenzione.
Un modello comune che delinea la vita tipica di un asset è la curva D-I-P-F. Come mostrato nel diagramma seguente, la tecnologia a ultrasuoni è all’APICE della curva D-I-P-F. Gli ultrasuoni rilevano i guasti imminenti e potenziali prima delle vibrazioni, della termografia o di qualsiasi altra tecnologia di monitoraggio delle condizioni, offrendo così alla pianificazione e alla programmazione la più ampia finestra di tempo ed opportunità per la riparazione correttiva.
Dentro la navicella
La scelta della giusta tecnologia di monitoraggio delle condizioni consente ai tecnici della manutenzione e dell’affidabilità di svolgere il proprio lavoro in modo migliore e più efficiente. Uno sguardo all’interno della navicella mostra i componenti critici di una turbina eolica. Il cuscinetto principale collega le pale della turbina al resto del meccanismo. L’albero principale della turbina compie circa 10-20 rotazioni al minuto, a seconda della velocità del vento. Il riduttore della turbina, e i cuscinetti drive end e non-drive end del generatore, girano molto più velocemente dell’albero principale a bassa velocità.
Storia di successo
I rappresentanti di SDT Ultrasound Solutions Robert Dent, Mark Nanni e Matt Jeffrey hanno recentemente installato il primo sistema Vigilant su una turbina eolica alta 90 metri nell’Ontario sud-occidentale.
Vigilant è una soluzione di monitoraggio permanente delle condizioni con capacità di analisi sia degli ultrasuoni che delle vibrazioni. Ogni pod Vigilant è in grado di gestire gli input di otto fonti di dati in modo continuo (senza multi-plexing).
I dati di monitoraggio delle condizioni vengono trasmessi in diretta, tramite WIFI, Ethernet o cellulare, all’applicazione di analisi e trending on board. I team di affidabilità ricevono una dati costanti con informazioni sullo stato di salute dei loro asset remoti e critici. Strumenti di analisi complessi, normalmente riservati a costosi software di vibrazione di fascia alta, sono prontamente disponibili per gli analisti con qualsiasi livello di competenza. Inoltre, poiché l’applicazione è basata sul web, non è necessario preoccuparsi di complicate configurazioni di licenze. È sufficiente effettuare il login con il proprio browser preferito e iniziare l’analisi!
L’analisi delle vibrazioni veniva già utilizzata per monitorare in modo permanente i componenti critici della turbina. Vigilant è stato impiegato per monitorare sette punti chiave di raccolta dati utilizzando gli ultrasuoni. Un punto di raccolta dati si trovava sul cuscinetto principale a bassa velocità, quattro sul riduttore, ed un punto di raccolta dati è stato posizionato sia sul lato drive- end che non-drive-end del generatore della turbina.
Gli ultrasuoni sono ottimali per monitorare il cuscinetto principale a bassa velocità della turbina, che gira 91 volte più lentamente dei cuscinetti del generatore principale. Gli ultrasuoni sono in grado di percepire i cambiamenti micro-sonici in eventi a bassa energia causati dall’attrito e dagli impatti, e ci avvertono quando le variazioni dei parametri operativi normali e sicuri rivelano un guasto imminente. Con l’installazione di Vigilant, tutti i punti chiave di raccolta dati beneficiano ora di un’analisi più completa con dati intelligenti provenienti sia dagli ultrasuoni che dalle vibrazioni.
Il personale SDT è stato in grado di completare l’installazione molto rapidamente. In meno di due ore i dati di monitoraggio delle condizioni sono stati disponibili e trasmessi dal sistema Vigilant a 90 metri di altezza, fino all’ufficio di manutenzione del parco eolico.
Analisi
Cuscinetto planetario – Come previsto dai dati di vibrazione iniziali, la lettura degli ultrasuoni ha confermato la presenza di impatti.
Cuscinetto principale a bassa velocità – La lettura iniziale degli ultrasuoni sul cuscinetto principale è risultata più alta del previsto con molti impatti. SDT ha consigliato di lubrificare il cuscinetto. I livelli di decibel ultrasonori sono poi diminuiti, indicando una riduzione di attrito e impatto, come si vede nella figura seguente.
Cuscinetto principale a bassa velocità, prima e dopo l’ingrassaggio
Sono state condotte ulteriori analisi sul cuscinetto principale. Sono stati rilevati impatti ripetitivi alla BPFO a circa 13,5 volte la velocità di funzionamento, coerenti con un difetto della pista esterna. L’SDT ha raccomandato di monitorare attentamente le condizioni del cuscinetto principale. Il difetto comporterà la necessità di sostituire il cuscinetto principale.
I tecnici della manutenzione delle turbine eoliche hanno beneficiato dell’installazione del sistema Vigilant, guadagnando 7 punti di raccolta dati ad ultrasuoni permanenti sui componenti critici della turbina eolica. Utilizzando i nuovi dati, sono stati in grado di confermare un sospetto difetto sul cuscinetto planetario, originariamente rilevato mediante l’analisi delle vibrazioni.
Inoltre, hanno trovato un altro difetto sul cuscinetto principale che non era stato rilevato dai sensori di vibrazione già presenti. Dopo aver applicato del grasso al cuscinetto principale, i tecnici hanno notato un calo significativo dei livelli di attrito. Continueranno a monitorare attentamente il cuscinetto principale anche in futuro.
