Guida alla manutenzione degli anelli collettori delle turbine eoliche

La manutenzione dell'anello collettore della turbina eolica mantiene stabili il controllo del passo, la trasmissione di potenza e la comunicazione del segnale all'interno della gondola. L'anello collettore stesso è un piccolo componente, ma quando si guasta può mettere fuori servizio un'intera turbina. SecondoRicerca operativa sull'energia eolica NREL, i tempi di inattività non pianificati rappresentano uno dei maggiori fattori di costo nella gestione e manutenzione dei parchi eolici e i sotto-componenti elettrici della gondola rappresentano un contributo ricorrente.

L'anello collettore di una turbina vive in un ambiente difficile: rotazione continua, vibrazioni, sbalzi di temperatura, polvere di spazzole, umidità, nebbia d'olio e aria salina-carica in mare aperto. Allungarne la vita non significa solo sostituire le spazzole usurate. Dipende dalla combinazione di ispezione di routine, controllo della polvere, monitoraggio dell'usura delle spazzole, integrità della tenuta e selezione di aanello di contatto della turbina eolicache effettivamente si adatta alle condizioni del sito.

Questa guida spiega perché gli anelli collettori della turbina si usurano, quali sintomi cercare, come programmare le ispezioni, come decidere tra pulizia, riparazione e sostituzione e cosa specificare quando si acquista un'unità sostitutiva.

Perché la manutenzione degli anelli collettori delle turbine eoliche è importante

Una turbina guadagna solo quando funziona. Un guasto dell'anello collettore all'interno del mozzo spesso si manifesta inizialmente come un errore di controllo del passo o una caduta del segnale del sensore e il controller della turbina ridurrà o arresterà la macchina fino alla risoluzione del guasto. Se la causa sottostante è l'usura o la contaminazione delle spazzole, il guasto continuerà a ripresentarsi.

Una buona manutenzione aiuta gli operatori:

• Riduci le fermate non pianificate causate da guasti al segnale del campo o dell'hub-
• Proteggi la superficie dell'anello conduttivo dai danni secondari causati da spazzole usurate-
• Intercetta i guasti di tenuta prima che l'acqua o l'olio raggiungano il percorso di contatto
• Pianifica la sostituzione delle spazzole e degli anelli di contatto durante le finestre di servizio programmate invece che durante le chiamate di emergenza
• Evita i costi di servizio più elevati delle salite non programmate, soprattutto in mare aperto

L’obiettivo non è reagire dopo un fallimento. Serve a rilevare precocemente l'usura e a mantenere l'anello collettore all'interno di un involucro pulito, sigillato e meccanicamente stabile.

Cosa fa un anello collettore in una turbina eolica

All'interno di una turbina, l'anello collettore trasferisce energia elettrica e segnali tra la struttura stazionaria della gondola e il mozzo rotante. Nella maggior parte delle turbine moderne si trova lungo l'albero principale e serve al sistema di controllo del passo. Per uno sfondo più ampio, vedere questoguida completa agli anelli collettori delle turbine eoliche.

Trasmissione di potenza per il controllo del passo

Le pale della turbina cambiano angolazione per adattarsi alla velocità del vento e per proteggere la trasmissione in caso di vento forte. Il sistema di lancio necessita di alimentazione stabile per i motori, gli azionamenti e la batteria di riserva. L'anello collettore è l'unico percorso elettrico che attraversa l'interfaccia rotante. Se la pressione di contatto della spazzola varia, la resistenza aumenta e gli azionamenti del passo potrebbero subire cali di tensione o scattare per sottotensione.

Segnale e dati dall'hub

Lo stesso collettore rotante solitamente trasporta segnali di basso-livello: codificatori del passo della pala, sensori di temperatura, sensori di vibrazione e comunicazione del controller del passo. Questi segnali sono sensibili al rumore elettrico. Spazzole usurate, polvere conduttiva attraverso uno spazio isolante o un terminale corroso possono introdurre una perdita di segnale intermittente che il sistema SCADA leggerà come un guasto del controller piuttosto che un problema dell'anello collettore. Questo è il motivo per cui lo stato dei collettori rotanti rientra nell'albero di risoluzione dei problemi ogni volta che si verifica un errore di passo solo durante la rotazione.

Cause comuni di guasto dell'anello collettore di una turbina eolica

Usura delle spazzole e degrado dei contatti

L'usura delle spazzole è normale, ma l'usura non gestita delle spazzole è la causa evitabile più comune di problemi agli anelli collettori. Man mano che le spazzole si accorciano, la forza della molla diminuisce, la pressione di contatto diventa irregolare e la resistenza di contatto aumenta. Il risultato è calore nel punto di contatto, rumore del segnale ed eventualmente rigature sulla superficie dell'anello che nessuna pulizia potrà recuperare. Il meccanismo dettagliato è trattato in questa panoramica dimanutenzione della spazzola ad anelli.

Polvere, olio, umidità e contaminazione

La polvere delle spazzole è il contaminante che gli operatori vedono per primo. È previsto un film sottile. Un accumulo che collega i binari adiacenti, si deposita sugli isolanti o ricopre gli anelli di segnale del sensore non è normale e solitamente segnala una di queste tre cose: pulizia ritardata, usura anomala delle spazzole o mancata corrispondenza del materiale delle spazzole.

Altri contaminanti dipendono dal sito:

• Turbine costiere e offshore– L'aria carica di sale- accelera la corrosione sui metalli esposti e fa invecchiare le guarnizioni più velocemente di quanto previsto. Vedereprotezione dalla corrosione negli anelli collettori mariniper i materiali e le strategie di rivestimento che reggono.
• Siti desertici– la polvere fine penetra nelle guarnizioni usurate e si combina con la polvere delle spazzole formando una pasta abrasiva sulla superficie dell'anello.
• Siti freddi e ad alta-altitudine– Il ciclo della temperatura provoca la formazione di condensa all'interno dell'involucro se lo sfiatatoio o le guarnizioni non sono specificati correttamente.
• Turbine più vecchie– La nebbia d'olio idraulico del cambio o del passo può migrare verso la custodia dell'anello collettore e ridurre la durata della spazzola.

Vibrazioni, disallineamento e stress meccanico

Le turbine vibrano. L'albero dell'anello collettore deve essere allineato con l'albero principale. Se il giunto scivola, la staffa di montaggio si allenta o i cavi trasmettono tensione all'alloggiamento, si noterà un'usura irregolare delle spazzole su un lato della pila di anelli, un rumore prematuro dei cuscinetti o una spazzola che si usura in modo rastremato. Nessuno di questi si risolve con la pulizia.

Manutenzione errata e uso fisico improprio

Nelle ispezioni sul campo, un riscontro ricorrente è il danno meccanico causato dai tecnici che utilizzano l'anello collettore come gradino o maniglia di presa quando lavorano nel mozzo. Altri errori evitabili includono soffiare la polvere più in profondità nel gruppo con aria ad alta-pressione, piegare bruscamente i cavi all'ingresso dell'alloggiamento e ignorare la coppia specificata dall'OEM-sulle viti dei terminali.

Sintomi di guasto dell'anello collettore di una turbina eolica: segnali di allarme precoci

La maggior parte dei guasti agli anelli collettori si annunciano prima di mettere fuori servizio la turbina. Formare i tecnici a riconoscere questi segnali durante la manutenzione programmata.

Intonazione intermittente o perdita del segnale del sensore

Un segnale che si interrompe solo mentre il rotore gira, o solo in determinate posizioni del rotore, indica un problema di contatto piuttosto che un problema del controller. I codici di errore ripetuti che si cancellano al riavvio sono un classico sintomo del collettore rotante.

Accumulo anomalo di polvere sulla spazzola

Una leggera pellicola grigia uniformemente distribuita è normale. La polvere pesante, irregolare o oleosa non lo è. I ponti di polvere tra i binari o il deposito sui contatti dei segnali potrebbero causare corrente di dispersione e rumore.

Usura visibile, segni di calore o corrosione

Durante l'ispezione, verificare la presenza di superfici degli anelli scolorite, segni di calore blu o marroni, isolamento incrinato tra i binari, ossidazione verde o bianca sui terminali e qualsiasi segno di tracce di umidità all'interno dell'involucro. Il catalogo diCause e segnali di usura degli anelli collettorifornisce un utile riferimento visivo.

Rumore elettrico insolito o errori di controllo ripetuti

Se i guasti del controllo del passo continuano a ripresentarsi dopo un ripristino del software o uno scambio di controller, misurare la resistenza di contatto e la resistenza di isolamento sull'anello collettore prima di sostituire i componenti elettronici più costosi.

Programma di manutenzione degli anelli collettori delle turbine eoliche

La frequenza delle ispezioni deve seguire il manuale di servizio dell'OEM della turbina, il manuale del produttore del collettore rotante e le condizioni ambientali del sito. Il programma riportato di seguito è un riferimento tipico per le turbine onshore in servizio normale. Modificare in base alle ore di funzionamento, alla cronologia dei guasti e all'esposizione del sito.

Le turbine costiere, offshore e desertiche normalmente necessitano di intervalli più brevi tra le fasi di visualizzazione e pulizia.Standard per turbine eoliche serie IEC 61400definiscono il quadro più ampio per i requisiti di progettazione e servizio, ma i numeri effettivi provengono dai manuali degli OEM e dei fornitori di collettori rotanti.

Come mantenere i collettori rotanti delle turbine eoliche: 6 passaggi pratici

Passaggio 1: eseguire un'ispezione visiva strutturata

Aprire la custodia durante la manutenzione programmata. Fotografa l'interno prima di toccare qualsiasi cosa. Quindi controllare, in ordine: lunghezza della spazzola rispetto al segno di usura, colore e distribuzione della polvere, superficie dell'anello per rigature o scolorimento, spazi tra gli isolanti per eventuali ponti di polvere, terminali per ossidazione, cavi per sfregamento e guarnizioni per crepe o compression set.

Passaggio 2: rimuovere la polvere del pennello senza spargerla

Utilizza un piccolo aspirapolvere con protezione ESD-o una spazzola morbida, non aria compressa ad alta-pressione, a meno che il produttore non lo approvi specificatamente. L'aria compressa spinge la polvere conduttiva nei cuscinetti, dietro gli isolanti e sulle tracce del segnale del sensore dove è più difficile da rimuovere. Se viene utilizzata l'aria, deve essere secca,-priva di olio, a bassa pressione e diretta verso l'esterno.

Passaggio 3: mantenere la custodia pulita e adeguatamente sigillata

Se trovi una contaminazione ripetuta, la pulizia non è la soluzione. La guarnizione, lo sfiatatoio o il pressacavo perdono. Sostituire le guarnizioni, controllare il grado IP dei pressacavi e verificare che lo sfiatatoio (se installato) funzioni. Per informazioni generali sulle classi di tenuta, vedere questa spiegazione diClassificazione IP dell'anello collettore, e per i modelli sigillati vederedesign con anello di contatto impermeabile.

Passaggio 4: monitorare l'usura delle spazzole prima che raggiunga il limite

Sostituire le spazzole prima che tocchino la linea di usura, non dopo. Una spazzola che corre verso la molla graffierà la superficie dell'anello e tale danno richiede solitamente la sostituzione completa dell'anello collettore. Se l'anello collettore utilizza un blocco spazzola modulare, sostituire l'intero blocco come un set in modo che la pressione di contatto rimanga uniforme. Registra la lunghezza della spazzola ad ogni ispezione in modo da poter prevedere la prossima finestra di sostituzione.

Passaggio 5: verificare i collegamenti dei cavi e il montaggio meccanico

I terminali allentati e la tensione dei cavi sono responsabili di una percentuale sorprendente di "guasti degli anelli collettori" che si rivelano essere guasti di cablaggio. Serrare i terminali secondo le specifiche, controllare il raggio di curvatura del cavo all'ingresso dell'alloggiamento, verificare la coppia dei bulloni di montaggio e cercare segni di vibrazioni sulla staffa.

Passaggio 6: proteggere l'anello collettore da un uso improprio fisico

Etichettare l'alloggiamento dell'anello collettore in modo che non venga utilizzato come gradino o appiglio. Questa singola modifica previene una categoria di danni che nessun piano di manutenzione può individuare in anticipo.

Tabella per la risoluzione dei problemi degli anelli collettori delle turbine eoliche

Pulire, riparare o sostituire: come decidere

Quando pulire è sufficiente

• L'accumulo di polvere è leggero e le superfici di contatto sono ancora lisce
• Non vengono registrati codici di errore ricorrenti
• Non è visibile alcuna corrosione, acqua o olio
• Le spazzole hanno una durata residua utilizzabile
• Le guarnizioni e gli ingressi dei cavi sono intatti

Quando è necessaria la sostituzione della spazzola

• Le spazzole hanno raggiunto o sono prossimi al limite di usura
• L'usura non è uniforme sul blocco spazzole
• Le misurazioni della pressione di contatto non rientrano nelle specifiche
• Rumore del segnale o guasti intermittenti compaiono con anelli altrimenti sani
• È stato raggiunto l'intervallo consigliato dal produttore

Quando la sostituzione completa del collettore rotante è la scelta giusta

• La superficie dell'anello è rigata, bucherellata o-danneggiata dal calore
• La resistenza di isolamento è diminuita e la pulizia non la ripristina
• La corrosione ha raggiunto i componenti interni
• I cuscinetti sono rumorosi o ruvidi
• Lo stesso guasto si ripresenta dopo la pulizia e la sostituzione della spazzola
• L'attuale collettore rotante non corrisponde alle condizioni del sito e continua a cedere presto

Se si sostituisce un collettore rotante più di una volta nella stessa turbina, è probabile che l'unità non sia-specificata per il sito. La sezione successiva illustra cosa modificare.

Come scegliere un anello collettore sostitutivo per una turbina eolica

Acquistare un sostituto simile-per-simile è la mossa giusta solo se l'originale è durato quanto previsto. In caso contrario, trattare la sostituzione come una ri-specifica, non come una sostituzione. I parametri chiave da confermare:

• Numero di circuiti di alimentazione e corrente nominale per circuito– corrispondere al carico di azionamento del passo, compresi i picchi, non solo alla valutazione continua.
• Canali del segnale e tipo di segnale– encoder, Ethernet, CAN bus, RS-485, sensori analogici; ognuno ha requisiti di schermatura e contatto diversi.
• Tensione nominale e classe di isolamento– compreso il divario tra le tracce di potenza e di segnale.
• Velocità di rotazione– i collettori rotanti del passo vedono bassi regimi ma cicli di lavoro elevati; confermare la durata della spazzola durante il servizio effettivo.
• Intervallo di temperatura operativa– I climi freddi richiedono materiali per spazzole e lubrificanti adatti alle basse temperature.
• Grado di protezione IP e sigillatura– IP65 o superiore è comune per i mozzi delle turbine; l’offshore in genere richiede di più.
• Protezione dalla corrosione– Hardware in acciaio inossidabile, alloggiamenti rivestiti e ingressi cavi sigillati per siti marini e costieri.
• Design e funzionalità delle spazzole– I blocchi spazzole sostituibili modulari riducono i tempi di manutenzione, soprattutto in siti remoti e offshore.
• Dimensioni di montaggio e interfaccia dell'albero– verificare rispetto alla staffa e al giunto esistenti.
• Uscita del cavo, tipo di connettore e lunghezza del cavo– Gli assemblaggi pre-terminati riducono i tempi di messa in servizio all'interno dell'hub.

Per i requisiti non-standard, la maggior parte degli errori può essere risolta con aanello di contatto personalizzatocostruito attorno all'effettivo elenco di circuiti, alla classe IP e alla funzionalità del pennello di cui il sito ha bisogno.

In che modo il design dei collettori rotanti influisce sulla durata

La manutenzione riduce i guasti evitabili. La progettazione decide in primo luogo la frequenza con cui è necessaria la manutenzione.

• Materiale della spazzola– Le spazzole in fibra di metallo-grafite, argento-grafite e-metalli preziosi generano quantità diverse di polvere a diverse densità di corrente. La scelta giusta dipende dal circuito e non dalle impostazioni predefinite del catalogo.
• Blocchi spazzole modulari– consentire a un tecnico di sostituire le spazzole in pochi minuti durante un'interruzione pianificata invece di sostituire l'intero collettore rotante.
• Design di tenuta e sfiato– la differenza tra un recinto che resta asciutto per dieci anni e uno che condensa al suo interno ogni inverno.
• Alloggiamenti resistenti alla corrosione-– alluminio anodizzato o acciaio inossidabile con pressacavi sigillati per siti offshore e costieri.
• Schermatura del segnale e separazione delle tracce– Isolamento fisico ed elettrico tra i circuiti di alimentazione e di segnale per mantenere puliti i dati dell'encoder del passo.
• Valutazione e lubrificazione dei cuscinetti– adattato al servizio effettivo, non solo alla velocità di rotazione.

Un collettore rotante specificato una volta per le condizioni effettive del sito costa quasi sempre meno nel corso della vita della turbina rispetto a un'unità più economica che viene sostituita due volte.

Conclusione

Estendere la durata dell'anello collettore della turbina eolica è una combinazione di due cose: un piano di manutenzione che rileva precocemente l'usura e un anello collettore progettato per il sito reale. L'ispezione di routine, l'attento controllo della polvere, il monitoraggio dell'usura delle spazzole, i controlli della tenuta e un registro di manutenzione consentiranno di individuare la maggior parte dei problemi prima che raggiungano il controller. Specificare l'unità giusta alla sostituzione successiva chiude il ciclo.

Se le vostre turbine subiscono un'usura ripetuta delle spazzole, difetti di inclinazione ricorrenti o contaminazione che continua a ripresentarsi dopo la pulizia, le specifiche dell'anello collettore sono probabilmente parte del problema. I team di ingegneri che realizzano in base all'elenco dei circuiti, alla classe IP e alla funzionalità delle spazzole effettivi di cui il sito ha bisogno possono rivedere l'unità esistente e proporre una sostituzione progettata per durare più a lungo.Parla con un ingegnere di collettori rotanti per turbine eolichecon l'elenco dei circuiti, le condizioni del sito e la cronologia dei guasti e richiedi una specifica di sostituzione anziché una corrispondenza del-numero di parte.