L'errore da 200,000 dollari che continuano a fare gli operatori delle turbine eoliche

Il disallineamento nei riduttori delle turbine eoliche può portare a riparazioni costose, con spese che superano i 200,000 $. L'allineamento regolare con strumenti laser come RotAlign e OptAlign di Prüftechnik può prevenire guasti, ridurre i tempi di fermo e massimizzare l'efficienza della turbina.

• Il disallineamento del cambio, causato da sollecitazioni ambientali e usura operativa, provoca vibrazioni, usura e perdita di energia.
• Gli strumenti di allineamento laser forniscono soluzioni sicure, precise ed efficienti per mantenere l'affidabilità della turbina.
• Controlli regolari dell'allineamento garantiscono operazioni più fluide e riducono costosi tempi di fermo.

Il mondo fa sempre più affidamento sull'energia pulita raccolta dalle turbine eoliche. Mentre i leader globali corrono per soddisfare la crescente domanda di energia eolica e continuano ad aggiungere infrastrutture, un fattore viene spesso trascurato nella produzione di energia pulita: l'importanza di mantenere le turbine eoliche esistenti.

L'energia eolica è uno dei modi più convenienti per generare energia, con un costo medio livellato di appena 32 dollari per megawattora (MWh) nel 2022 per progetti basati sulla terraferma. La capacità di una singola turbina eolica di raggiungere il suo fattore di capacità e redditività più elevati dipende in gran parte dalla sua manutenzione. Le turbine eoliche dovrebbero durare 20 a 30 anni dopo la loro installazione e durante tale periodo, il cambio è il componente più costoso da manutenere.

Le turbine eoliche non possono funzionare senza il riduttore per convertire la bassa velocità di rotazione della turbina nelle velocità molto più elevate richieste dal generatore. Mentre i riduttori non si guastano con la stessa frequenza di altri componenti, la riparazione i costi possono salire fino a oltre $ 200,000 quando lo fanno.

Oltre alla sostituzione del riduttore stesso, le spese di noleggio della gru e i costi di manodopera possono far aumentare il prezzo della riparazione del riduttore. Per le turbine eoliche offshore, è necessario considerare anche l'aiuto specializzato dei tecnici che navigano fino al sito di riparazione. Se si aggiungono le mancate entrate causate dai tempi di fermo durante le riparazioni, il costo dell'energia eolica aumenta drasticamente quando i riduttori delle turbine eoliche non vengono sottoposti a manutenzione adeguata.

Disallineamento: un fallimento evitabile da 200,000 dollari 

La causa principale della maggior parte dei guasti del cambio è riconducibile a un unico fattore: il disallineamento.

In una turbina eolica, il riduttore svolge un ruolo critico nel convertire la bassa velocità di rotazione delle pale della turbina nell'alta velocità di rotazione richiesta dal generatore per produrre elettricità. Il riduttore agisce come moltiplicatore di velocità attraverso una serie di ingranaggi.

Il riduttore deve essere allineato con l'albero principale azionato dal rotore della turbina eolica per garantire il trasferimento fluido della potenza e ridurre al minimo la sollecitazione sui componenti del riduttore. Deve anche essere allineato con l'albero del generatore. Un disallineamento può causare vibrazioni, usura eccessiva, perdita di energia, costi di manutenzione più elevati e persino portare a una costosa sostituzione del riduttore.

Molti fattori possono alla fine portare a un disallineamento. La natura stessa delle installazioni di turbine eoliche implica che siano soggette a intense forze della natura che possono alla fine spostare parti fuori allineamento. Alcune cause di disallineamento includono:

• Fattori ambientali, come fluttuazioni estreme della temperatura, coppia irregolare o eccessiva causata da velocità del vento variabili e fulmini.
• Stress operativi, come le vibrazioni costanti dovute al carico del vento e al movimento del rotore, che nel tempo causano affaticamento e usura dei componenti.
• Errori di manutenzione, come ad esempio il mancato allineamento di precisione dopo l'installazione iniziale, bulloni mal fissati, assemblaggio errato e regolazioni improprie.

Se il disallineamento non viene individuato e corretto, può causare problemi come vibrazioni eccessive, usura di componenti come cuscinetti e giunti e perdita di energia dovuta all'attrito e all'aumento delle temperature.

Nel tempo, questo si trasformerà in un guasto catastrofico, causando centinaia di migliaia di dollari in costi di riparazione. A causa della loro posizione spesso remota, delle enormi dimensioni dei componenti e della perdita di produzione di energia durante i tempi di fermo, i riduttori delle turbine comportano costi di riparazione esorbitanti e perdite finanziarie se non sottoposti a manutenzione adeguata.

Le sfide dell'allineamento del cambio

Il design e le dimensioni delle turbine eoliche rendono impossibile l'uso di metodi di allineamento tradizionali. A causa delle loro dimensioni molto grandi e dell'enorme quantità di coppia generata, il cambio e i componenti sono sotto una copertura protettiva, che mantiene i lavoratori al sicuro mentre la turbina è in rotazione. La copertura può essere rimossa solo quando il rotore è fissato e il perno di sicurezza è in posizione, assicurando che nessuna coppia possa essere trasferita all'albero di ingresso.

Tuttavia, affinché l'allineamento avvenga, il coperchio deve essere rimosso dai componenti per consentire l'accesso ai dispositivi di allineamento, il tutto mentre la turbina continua a poter essere ruotata. Quindi, come possono i riduttori delle turbine eoliche essere allineati in modo sicuro e accurato con strumenti moderni?

Allineamento laser: l'unico modo per allineare i riduttori delle turbine eoliche

L'allineamento laser è l'unico modo sicuro e preciso per allineare entrambi gli alberi di accoppiamento in una turbina eolica alle specifiche del produttore e proteggere i lavoratori. Mentre le stesse sfide di sicurezza si applicano ai metodi di allineamento laser, le caratteristiche uniche della tecnologia di allineamento laser di Prüftechnik supportano l'allineamento mantenendo al contempo i lavoratori fuori pericolo.

Ecco come utilizzare i dispositivi di allineamento RotAlign o OptAlign per l'allineamento dei riduttori delle turbine eoliche.

1. Innanzitutto, vengono prese le normali misure di sicurezza per garantire la sicurezza dei lavoratori durante il processo di allineamento. Il rotore viene fissato, il freno di servizio viene applicato e il perno di sicurezza viene inserito.
2. Successivamente, i lavoratori rimuovono la copertura di sicurezza per esporre il collegamento di trasmissione. Un laser e il sensore corrispondente vengono montati saldamente sull'albero accoppiato. Mentre la copertura è ancora aperta, il freno di servizio e il perno di bloccaggio vengono rilasciati. I lavoratori in loco si allontanano il più possibile dall'albero.
3. Con le misure di sicurezza rimosse, il vento fa girare le pale dell'albero della turbina, dando inizio al processo di allineamento. La modalità di misurazione SWEEP consente di determinare la qualità dell'allineamento con un angolo di rotazione di appena 60 gradi. Tuttavia, una turbina eolica può continuare a girare ben oltre i 60 gradi, completando anche più rotazioni, prima di poter essere fermata di nuovo, cosa che gli strumenti di allineamento Prüftechnik sono progettati per tenere in considerazione. Con la modalità SWEEP abilitata, l'angolo di rotazione più elevato consentirà misurazioni ancora più precise e più rotazioni non rappresentano un ostacolo all'allineamento.
4. RotAlign o OptAlign calcolano i risultati dell'allineamento in pochi secondi. Il singolo sensore con due superfici di rilevamento può calcolare l'allineamento da qualsiasi posizione, indipendentemente da dove si trovino quando la turbina torna a fermarsi.
5. Una volta che la turbina è ferma, con il laser e il sensore ancora montati, le misure di sicurezza vengono ripristinate: freno del rotore attivato e perno del rotore bloccato. Dopo che i dispositivi di frenata sono attivati, gli operai possono iniziare il processo di riallineamento. La funzione Live Move di Prüftechnik consente di tracciare i risultati dell'allineamento in entrambi gli assi in tempo reale fino al raggiungimento degli obiettivi di allineamento.

Supportare l'affidabilità delle turbine eoliche, ora e in futuro

L'energia eolica è esplosa nell'ultimo decennio. Nel 2013, la produzione globale era di 635 terawattora (TWh) e solo dieci anni dopo è cresciuta fino a 2,325.

Si prevede che la crescita continuerà con l'aumento della dipendenza globale dalle energie rinnovabili. Non solo è aumentato il numero di installazioni di turbine eoliche, ma anche le dimensioni delle turbine stesse sono aumentate.

La dimensione delle turbine eoliche è direttamente correlata alla loro capacità di catturare energia dal vento. Più grande è la turbina, più potenza può generare una singola installazione. In 2013, gli Stati Uniti non avevano turbine con rotori di diametro superiore a 115 metri. Dieci anni dopo, il 98% delle turbine eoliche di nuova installazione aveva rotori più grandi di questo, e il diametro medio del rotore era di 133.8 metri. Mentre questi miglioramenti consentono alle turbine di produrre più energia, sottopongono anche i componenti della turbina a eancora più forza, il che in ultima analisi influisce sul loro allineamento.

Il disallineamento nelle turbine eoliche è la causa principale di fino a 30% di tempi di inattività, ma un allineamento regolare può ridurre notevolmente questo numero. Le raccomandazioni del produttore della turbina possono variare, ma come minimo, l'allineamento della turbina dovrebbe essere verificato al momento della messa in servizio, sei mesi dopo l'inicostruzione iniziale e, in seguito, una volta all'anno.

Gli strumenti di allineamento laser Prüftechnik come OptAlign e RotAlign consentono un allineamento sicuro e preciso per i riduttori delle turbine eoliche. Prüftechnik è il leader di mercato globale per le apparecchiature di allineamento ottico laser e i suoi strumenti di allineamento di livello mondiale aiutano i team a evitare costose riparazioni garantendo un funzionamento regolare della turbina e la massima efficienza.