第一能源网
注册 登录
从三个组件看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题
作者: 评论(0) 标签:
分享到:

地球上风力资源丰富,可开发利用的风能将近100亿KW,是全球水能的10倍。作为一种资源丰富且干净的可再生能源,风力发电一直被各个国家视为需要大力发展的产业。据保守估计,目前全球至少安装了25万台风轮机。未来四年里,全球风轮机市场预计将增长278 GW(发电装机容量)的陆上容量、44.3 GW的海上容量,这相当于至少1万台3 MW的风轮机。随着风轮机设备数量的增长,定期进行检测维修是必不可少的,然而检测周期较长,检测不及时,无法实时预测等导致的故障损失,已经高达风电运行维护成本的 37.4%。

从三个故障高发组件入手,看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题!

图片来源:ADI

目前,如何保证风轮机设备可靠运行成为了工业和政府机构着重研究的课题。作为全球高性能模拟技术提供商ADI公司一直致力于实现设备诊断和预测性维护,并推出了相关的解决方案——CbM(状态监控),旨在从源头上解决风轮机设备维护成本过高的难题。

风轮机三大组件故障高发如何破?

要知道在风力发电机组进行发电时,必须要保证输出电频率恒定。目前有两种方式,其一是保证发电机的恒定转速,即恒速恒频的运行方式;其二是发电机转速随风速变化,通过其它的手段保证输出电能的频率恒定,即变速恒频运行。然而无论是哪种方式都风轮机组有相当高的可靠性要求,尤其变速箱、转子叶片和发电机,是系统中故障率最高的组件。

从三个故障高发组件入手,看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题!

风轮机构造图

变速箱故障:传感器噪声密度是关键

曾有数据显示,变速箱是风轮机三大常见故障点之一,且材料成本最高,每次大型故障更换的平均成本是230,000欧元。变速箱的作用主要是将机械能从低转速的转子轮毂传输到高速发电机。其工作时承受着不同风速带来的交替载荷,以及频繁制动导致的瞬变脉冲,当高速轴上的后轴承失效,高速轴发生倾斜,造成中间(中部)轴齿轮的传输不均,齿轮的接触齿就极易发生故障,这也是引发变速箱故障的最大原因。

从三个故障高发组件入手,看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题!

中轴齿轮断齿示意图

为了能够尽早的检测到轴承故障,使用合适的振动传感器来监控变速箱的主要轴承和高速轴承是必要的手段,并且由于早期振动幅度(g范围)较低,振动传感器的本底噪声则需要足够低,在≤100 µg/√Hz至200 µg/√Hz之间的MEMS传感器能够更早检测出轴承故障。ADI的 MEMS 加速度计ADXL1005在拓展频率范围内提供超低的噪声密度,整个线性频率范围内具有 75 μg/√Hz,并且已针对轴承故障检测和诊断进行优化。其微机电系统 (MEMS) 结构还具有稳定、可重复的灵敏度,可以承受高达 10,000 g 的外部冲击。

从三个故障高发组件入手,看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题!

EVAL-ADXL1005评估板

不仅如此,由于变速箱本身很复杂,所以建议使用至少6个振动传感器来实施状态监控。在选择传感器的数量和位置时,应确保能够可靠测量所有齿轮啮合和缺陷/转动频率。监控变速箱的低速级时,需要使用一个单轴传感器,放置在尽可能靠近环形齿轮的位置。监控变速箱的中间和高速级时,需要在中心齿轮、 中间轴和高速轴位置使用一个单轴传感器。

从三个故障高发组件入手,看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题!

变速箱内部结构

叶片变形:大带宽传感器搞定频率差异

风轮机的转子叶片和轮毂组件的作用是在低速下捕捉风并传输扭矩。然而在极端风荷载、结冰或雷电等环境影响以及不平衡的情况下极易导致断裂和边缘开裂,以及径节系统故障。一般来说,大型风轮机叶片(即直径40米以上的叶片)的首级固有频率在0.5 Hz至15 Hz之间。 然而不少研究都显示,因振动激励导致的叶片频率响应远高于基频,并且由叶片边缘变形引起的叶片频率与叶片扭转变形引起的叶片频率之间有显著差异,这也导致了叶片边缘变形的固有频率在0.5 Hz至30 Hz之间,叶片扭转变形的固有频率高达700 Hz。

从三个故障高发组件入手,看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题!

图片来源:ADI

所以选用振动传感器测量基频以外的频率时,需要考虑更大的带宽。并且在选择传感器的数量和位置时,叶片的转子轴以及横向方向都有必要放置一个传感器。ADI推出了两款MEMS加速度计ADXL1001和ADXL1002,带宽高达11 kHz能够轻松满足风轮机应用的检测要求,同时两款器件的满量程范围分别为±100g (ADXL1001)和±50g (ADXL1002),能够在转子叶片上实现更高频率的测量范围。

此外,ADXL1001/ADXL1002 拥有集成的全静电自检 (ST) 功能和超范围 (OR) 指示器,可以提供先进的系统级功能并可用于嵌入式应用,并且凭借低功耗和 3.3 V 至 5.25 V 的单电源供电和允许进行无线感测产品设计,ADXL1001/ADXL1002已经是新型条件监测产品的极具吸引力的选择。

机塔倾斜:气密封装传感器提供精准数据

作为风机外壳和转子叶片总成提供结构支撑的风轮机塔,也一直承受着无规律、变速变载荷的风力,容易遭受冲击损坏,导致塔出现倾斜。塔倾斜之后,叶片与风向之间无法保持最佳角度。此外,基座部分的结构破坏也会导致塔摇晃。长期以来,风轮机塔的垂直度和摇摆度动态监测一直是业界的技术难题。

从三个故障高发组件入手,看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题!

图片来源:ADI

尤其是在静态条件下(无风力),当塔架结构发生故障导致倾斜,频率的最低限值降低至0 Hz。要想实施倾斜测量,就需要使用具有良好直流稳定性能的传感器。ADI的ADXL355就是很好的范例,其采用气密封装保证了长期的直流稳定性,可以实现行业领先的0 g失调稳定性,这对于测量风轮机塔的倾斜度是非常重要的。此外,在长达10年的使用寿命中,ADXL355的重复性在±3.5 mg以内,能够为倾斜测量提供了高度精准的数据。

本文小结

纵观工业4.0的发展趋势,不难得出未来包括风轮机在内的所有工业资产,都有必要在出现问题之前预测和诊断机器的健康状况,因为一款合适且精确可靠的预测性维护方案能够很大程度上减少停机时间和维护成本。作为业界卓越的半导体公司,ADI将其 MEMS振动传感器与精密转换器、隔离和电源等技术相结合,利用深厚的领域专长和系统级方法,帮助客户最大限度地延长机器的正常运行时间和提高效率,并从根本上解决有关机器健康的挑战。


参与讨论,请先 登录 | 注册
 
更多评论...
 热门文章
阳光电源曹仁贤:“逆变”未来者的新使命
评论(0)  2021年3月17日
碳中和:储能产业的历史性机遇
评论(0)  2021年3月12日
中煤协:“十四五”末国内煤炭产量控制在41亿吨左右
评论(0)  2021年3月9日
从三个组件看如何以CbM方法解决风轮机设备维护难题
评论(0)  2021年3月4日
早于国家目标37年实现碳中和 ,通威集团底气何在?
评论(0)  2021年2月19日
乐叶光伏王英歌:未来成本和价格的下降还得靠提高效率
隆基股份旗下成员企业乐叶光伏董事长助理王英歌则主要倡导了光伏效率提升带来的发展空间。
评论(0)  2016年12月29日
曹仁贤:可再生能源资金“开源”“节流”一样重要
可再生能源电价的降低需要理性、逐步地推进!
评论(0)  2016年10月12日
电力物联网进入2.0时代 助力全球能源互联
华为全新的电力物联网2.0解决方案瞄准智能电表的全联接痛点,助力传统电网转型。
评论(0)  2016年10月12日
燃料电池商业发展的关键在于氢能的储存
标准规范成为燃料电池产业化发展路上至关重要的一环。
评论(0)  2016年9月20日
垃圾焚烧知与行 为垃圾的出路讲“实话”
不少专业、负责任的环保企业正在为中国的“垃圾围城”默默地伸出手臂,顶着压力,寻找出路,砥砺前行。
评论(0)  2016年8月2日
LNG:亚洲能源发展的“巨大失误”
对亚洲而言,天然气管网是比LNG更具未来发展优势的投资方向。现在,需要对亚洲一直青睐的LNG做进一步的理性思考。
评论(0)  2014年8月5日
合作伙伴 | 友情链接
中石油 能源界 中石化 科士达 中海油 国家电网 华能
华电 国电 贸促会 中国核能行业协会 能源化工学会 国家煤炭工业协会 国家电力企业联合会
中石油和化学工业联合会 中国走出去 人民能源 新华能源 中国能源网 中新网能源 中国网能源频道
新浪 搜狐      
版权所有© 新能源经贸观察 《新能源经贸观察》杂志 国内统一刊号 / CN10-1125/F
地址 / 北京市东三环中路乙10号 艾维克大厦24层2418 邮编 / 100022 电话 / 010-65667120-8181