De fout van $ 200,000 die windturbine-exploitanten blijven maken

Verkeerde uitlijning in tandwielkasten van windturbines kan leiden tot kostbare reparaties, met kosten van meer dan $ 200,000. Regelmatige uitlijning met behulp van lasertools zoals Prüftechnik's RotAlign en OptAlign kan storingen voorkomen, downtime verminderen en de efficiëntie van de turbine maximaliseren.

• Een verkeerde uitlijning van de versnellingsbak wordt veroorzaakt door omgevingsinvloeden en slijtage. Dit veroorzaakt trillingen, slijtage en energieverlies.
• Laseruitlijningsinstrumenten bieden veilige, nauwkeurige en efficiënte oplossingen voor het behoud van de betrouwbaarheid van turbines.
• Regelmatige uitlijningscontroles zorgen voor een soepelere werking en beperken kostbare stilstand.

De wereld is steeds afhankelijker van schone energie die wordt geoogst door windturbines. Terwijl wereldleiders zich haasten om te voldoen aan de groeiende vraag naar windenergie en infrastructuur blijven toevoegen, wordt er één factor vaak over het hoofd gezien bij de productie van schone energie: het belang van het onderhouden van bestaande windturbines.

Windenergie is een van de meest kosteneffectieve manieren om energie op te wekken, met gemiddelde gemiddelde kosten van slechts $32 per megawattuur (MWh) in 2022 voor landgebaseerde projecten. Het vermogen van een individuele windturbine om zijn hoogste capaciteitsfactor en winstgevendheid te bereiken, hangt voor een groot deel af van het onderhoud. Van windturbines wordt verwacht dat ze lang meegaan 20 tot 30 jaar Na de installatie en gedurende die tijd is de versnellingsbak het duurste onderdeel om te onderhouden.

Windturbines kunnen niet werken zonder de versnellingsbak om de lage rotatiesnelheid van de turbine om te zetten in de veel hogere snelheden die de generator nodig heeft. Hoewel versnellingsbakken niet zo vaak kapot gaan als andere componenten, is reparatie kosten kunnen oplopen tot meer dan $ 200,000 wanneer ze dat doen.

Naast het vervangen van de tandwielkast zelf, kunnen de kosten voor het huren van een kraan en de arbeidskosten de prijs van het repareren van de tandwielkast opdrijven. Voor offshore windturbines moet ook gespecialiseerde hulp van technici die naar de reparatielocatie varen worden meegerekend. Tel daar de verloren inkomsten bij op die worden veroorzaakt door stilstand tijdens reparaties, en de kosten van windenergie stijgen dramatisch wanneer tandwielkasten van windturbines niet goed worden onderhouden.

Verkeerde uitlijning: een vermijdbare storing van $ 200,000 

De hoofdoorzaak van de meeste versnellingsbakstoringen is één enkele factor: verkeerde uitlijning.

In een windturbine vervult de versnellingsbak een cruciale rol bij het omzetten van de lage rotatiesnelheid van turbinebladen in de hoge rotatiesnelheid die de generator nodig heeft om elektriciteit te produceren. De versnellingsbak fungeert als een snelheidsvermenigvuldiger via een reeks tandwielen.

De versnellingsbak moet worden uitgelijnd met de hoofdas die wordt aangedreven door de rotor van de windturbine om een ​​soepele overdracht van vermogen te garanderen en de belasting van de versnellingsbakcomponenten te minimaliseren. Hij moet ook worden uitgelijnd met de generatoras. Verkeerde uitlijning kan trillingen, overmatige slijtage, energieverlies, hogere onderhoudskosten en zelfs kostbare vervanging van de versnellingsbak veroorzaken.

Veel factoren kunnen uiteindelijk leiden tot verkeerde uitlijning. De aard van windturbine-installaties betekent dat ze onderhevig zijn aan intense krachten uit de natuur die uiteindelijk onderdelen uit hun uitlijning kunnen schuiven. Enkele oorzaken van verkeerde uitlijning zijn:

• Omgevingsfactoren, zoals extreme temperatuurschommelingen, ongelijkmatige of overmatige draaimomenten door wisselende windsnelheden en blikseminslagen.
• Operationele spanningen, zoals constante trillingen door windbelasting en rotorbeweging, die na verloop van tijd vermoeidheid en slijtage van componenten veroorzaken.
• Onderhoudsfouten, zoals het niet uitvoeren van een nauwkeurige uitlijning na de eerste installatie, slecht vastgezette bouten, onjuiste montage en verkeerde afstellingen.

Als een verkeerde uitlijning niet wordt opgemerkt en gecorrigeerd, leidt dit tot problemen zoals overmatige trillingen, slijtage van componenten zoals lagers en koppelingen en energieverlies door wrijving en hogere temperaturen.

Na verloop van tijd zal dit leiden tot catastrofale storingen, wat honderdduizenden dollars aan reparatiekosten met zich meebrengt. Vanwege hun vaak afgelegen locatie, enorme componentgrootte en het verlies van energieproductie tijdens stilstand, gaan turbinetandwielkasten gepaard met exorbitante reparatiekosten en financiële verliezen als ze niet goed worden onderhouden.

De uitdagingen van het uitlijnen van versnellingsbakken

Het ontwerp en de grootte van windturbines maken het onmogelijk om traditionele uitlijningsmethoden te gebruiken. Vanwege hun zeer grote omvang en de enorme hoeveelheid gegenereerd koppel, bevinden de tandwielkast en componenten zich onder een beschermkap, die werknemers veilig houdt terwijl de turbine draait. De kap kan alleen worden verwijderd wanneer de rotor is vastgezet en de veiligheidspen op zijn plaats zit, zodat er geen koppel kan worden overgebracht op de ingaande as.

Om de uitlijning te laten plaatsvinden, moet de afdekking echter van de componenten worden verwijderd om toegang te verlenen tot de uitlijningsbevestigingen, terwijl de turbine nog steeds kan worden gedraaid. Dus hoe kunnen tandwielkasten van windturbines veilig en nauwkeurig worden uitgelijnd met moderne gereedschappen?

Laseruitlijning: de enige manier om tandwielkasten van windturbines uit te lijnen

Laseruitlijning is de enige veilige en nauwkeurige manier om beide koppelingsassen in een windturbine uit te lijnen volgens de specificaties van de fabrikant en werknemers veilig te houden. Hoewel dezelfde veiligheidsuitdagingen gelden voor laseruitlijningsmethoden, ondersteunen de unieke kenmerken van de laseruitlijningstechnologie van Prüftechnik de uitlijning en houden ze werknemers uit de gevarenzone.

Hier leest u hoe u de RotAlign- of OptAlign-uitlijnapparaten gebruikt voor het uitlijnen van tandwielkasten van windturbines.

1. Eerst worden normale veiligheidsmaatregelen genomen om de veiligheid van werknemers tijdens het uitlijningsproces te waarborgen. De rotor wordt vastgezet, de bedrijfsrem wordt aangetrokken en de veiligheidspen wordt op zijn plaats gezet.
2. Vervolgens verwijderen werknemers de veiligheidsafdekking om de aandrijfverbinding bloot te leggen. Een laser en bijbehorende sensor worden stevig op de gekoppelde as gemonteerd. Terwijl de afdekking nog open is, worden de bedrijfsrem en de borgpen losgemaakt. Werknemers op locatie bewegen zich zo ver mogelijk van de as af.
3. Met verwijderde veiligheidsmaatregelen draait de wind de bladen van de turbineas en begint het uitlijningsproces. De SWEEP-meetmodus maakt het mogelijk om de kwaliteit van de uitlijning te bepalen met een rotatiehoek van slechts 60 graden. Een windturbine kan echter veel verder dan 60 graden blijven draaien, zelfs meerdere rotaties voltooien, voordat deze weer kan worden gestopt - waar Prüftechnik-uitlijningstools rekening mee houden. Met de SWEEP-modus ingeschakeld, maakt de hogere rotatiehoek nog nauwkeurigere metingen mogelijk en vormen meerdere rotaties geen belemmering voor de uitlijning.
4. RotAlign of OptAlign berekenen de uitlijningsresultaten in slechts enkele seconden. De enkele sensor met twee detectoroppervlakken kan de uitlijning berekenen vanaf elke positie, ongeacht waar ze zich bevinden wanneer de turbine weer tot stilstand komt.
5. Zodra de turbine tot stilstand is gebracht, met de laser en sensor nog steeds gemonteerd, worden de veiligheidsmaatregelen weer op hun plaats gezet - rotorrem aan en rotorpen vergrendeld. Nadat de reminrichtingen zijn geactiveerd, kunnen werknemers beginnen met het proces van heruitlijning. Met de Live Move-functie van Prüftechnik kunnen de uitlijnresultaten in beide assen in realtime worden gevolgd totdat de uitlijningsdoelen zijn bereikt.

Ondersteuning van de betrouwbaarheid van windturbines, nu en in de toekomst

Windenergie is de afgelopen tien jaar enorm gegroeid. In 2013 was de wereldwijde productie 635 terawattuur (TWh) en slechts tien jaar later was dat al 2,325.

De verwachting is dat de groei zal aanhouden naarmate de wereldwijde afhankelijkheid van hernieuwbare energie toeneemt. Niet alleen is het aantal windturbine-installaties toegenomen, maar ook de grootte van de turbines zelf is toegenomen.

De grootte van windturbines heeft een direct verband met hun vermogen om energie uit de wind te halen. Hoe groter de turbine, hoe meer vermogen een enkele installatie kan genereren. In 2013, de Verenigde Staten hadden geen turbines met rotoren groter dan 115 meter in diameter. Tien jaar later had 98% van de nieuw geïnstalleerde windturbines rotoren groter dan dit, en de gemiddelde rotordiameter was 133.8 meter. Hoewel deze verbeteringen turbines in staat stellen meer energie te produceren, onderwerpen ze de turbinecomponenten ook aan ezelfs grotere kracht, wat uiteindelijk gevolgen heeft voor hun uitlijning.

Verkeerde uitlijning in windturbines is de hoofdoorzaak van tot wel 30% van de uitvaltijd, maar regelmatige uitlijning kan dit aantal aanzienlijk verminderen. De aanbevelingen van de turbinefabrikant kunnen variëren, maar de turbine-uitlijning moet op zijn minst bij ingebruikname worden gecontroleerd, zes maanden na de inieerste bouw, en daarna eenmaal per jaar.

Prüftechnik laseruitlijningstools zoals OptAlign en RotAlign zorgen voor een veilige, nauwkeurige uitlijning van windturbinetandwielkasten. Prüftechnik is de wereldwijde marktleider voor laseroptische uitlijningsapparatuur en zijn eersteklas uitlijningstools helpen teams dure reparaties te vermijden door een soepele werking van de turbine en maximale efficiëntie te garanderen.