بخشی از مقاله
چکیده
تکنولوژي انرژي باد رشد بسیار زیادي در رابطه با اندازهي توربین و سهم بازار تجربه کرده است. با بالا رفتن تقاضاي توربینهاي بادي در مقیاس بزرگ و عملیات لر و هزینه نگهداري و تعمیر رو به افزایش، گرایش به سیستم پایش وضعیت به سرعت افزایش یافت. اجزاء اصلی توربینهاي بادي مورد توجه همهي سیستمهاي پایش وضعیت هستند، زیرا اغلب موجب هزینههاي گزاف تعمیر و خرابی تجهیزات میشوند. با این وجود، مقادیر زیادي از شکستگیها به دلیل شکستن بلبرینگ رخ میدهد. این مقاله به بررسی تکنیکهاي پایش وضعیت بلبرینگ توربین بادي و اهمیت استفاده از این تکنیکها جهت بهبود هزینههاي عملیاتی و نگهداري و تعمیر و افزایش قابلیت اطمینان میپردازد. در این مطالعه تحقیقات صورت گرفته توسط نویسندگان مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفت.
١- مقدمه
امروزه انرژي باد منبعی تجدیدپذیر، قابل اعتماد و در حال رشد در جهان است. با این وجود، صنعت هنوز شکستهاي زود هنگام اجزاي اصلی را تجربه میکند، که موجب گران تمام شدن هزینههاي عملیات و نگهداري و تعمیر میشود - شنگ و ورس، . - 2011 براي مثال، تركهاي اولیه بلبرینگها، کمتر از 3 سال کارکرد یا 10-5 درصد عمر مورد نظر تشخیص داده شده است - استادلر و استادنراچ، . - 2013 از سوي دیگر، بلبرینگها تاثیر بالایی بر هزینه و قابلیت اطمینان دارند.
مثلا: بلبرینگها باعث بیش از 50 درصد شکست گیربکسها میشوند. بنابراین 50 درصد کل هزینهها مربوط به این شکستهاست - کلر و همکاران، . - 2012 در نتیجه پایش وضعیت بلبرینگ توربین بادي در اولویت محدود کردن شکستهاي زود هنگام قرار گرفته است. براي جلوگیري از چنین شکستهاي زود هنگامی، توسعه طراحیهاي بهتر توربین بادي و نیز اجراي تکنیکهاي پایش وضعیت مقرون به صرفه و قابل اطمینان لازم است - مجله انرژي باد، . - 2015
-2 تعریف پایش وضعیت و اهمیت بلبرینگها
پایش وضعیت پروسهي کنترل کردن یا وسیلهاي حساس که بر تشخیص اولیهي نقایص، شکستها و سایش ماشینی متمرکز است. مقصود آن به حداقل رساندن هزینههاي خرابی و هزینههاي عملیات و نگهداري و تعمیر و متعاقبا به حداکثر رساندن تولید است - مارکز و همکاران، . - 2012 بطور کلیتر سیستم پایش وضعیت را میتوان به عنوان فرآیند یا وسیلهاي تعریف نمود که تکنولوژي، افراد متخصص، شاخصهاي وضعیت و داده یا اندازهگیري کیفیت را به منظور تخمین وضعیت سلامت ماشین و جهت بهترین تصمیمگیري دربارهي نگهداري و تعمیر ادغام میکند - شارما و ماهتو، . - 2013 دریافتن تاثیر شکستهاي بلبرینگ بر توربین بادي بسیار حائز اهمیت است.
در زمینهي پایش وضعیت، مطالعات گیربکس و ژنراتور مورد توجه مقالات متعددي قرار گرفته است. علت این توجه به دلیل تاثیر بالایی که بر خرابی تجهیزات میگذارد و در نتیجه فقدان شدید تولید میباشد. گرچه مطالعات اخیر نشان داده است که بلبرینگها حدودا 70 درصد موجب خرابی گیربکس و 70-21 درصد سبب خرابی ژنراتورها 21 - درصد در ژنراتورهاي کوچک و 70 درصد در ژنراتورهاي متوسط و 50 درصد در ژنراتورهاي بزرگ - میشوند - ویتل، . - 2013
-3 تکنیکهاي اکتساب داده
-1-3 اندازهگیري آکوستیک - Acoustic Measuremet -
پایش آکوستیک شبیه پایش ارتعاش میباشد؛ گرچه تفاوتهاي اساسی میانشان وجود دارد. سنسورهاي ارتعاش بصورت سفت به جزء دیگر متصل شده است، درحالیکه سنسورهاي آکوستیک به وسیلهي یک چسب منعطف با مقاومت زیاد، به جزء مورد نظر وصل شده است. سنسورهاي ارتعاش حرکت موضعی را ثبت میکند، درحالیکه سنسورهاي آکوستیک بوسیلهي کنتورهاي سطح صدا به یک بخش گوش میکند - وربروگن، . - 2003 اساس کار تمامی این حسگرها خاصیت کریستالهاي پیزوالکتریک است.
امواج التراسونیک، توسط ارتعاش مولکولهاي هوا منتشر میشوند. وقتی این ارتعاش به حسگرها منتقل میشود، کریستال پیزوالکتریک دائماً فشرده و رها میشود - طاهري، . - 1388 این دستگاهها داراي میکروفونی هستند که سطوح و تفاوتهاي فشار را از داخل و خارج به سیگنال ولتاژ تبدیل میکند، که سپس در یک کنتور ثبت میشود - راجرس و همکاران، . - 2006 مزیت برجستهي این تکنولوژي، توانایی و حساسیت به ثبت ریز-آسیبهاي سطحی و زیر سطحی است. همچنین داراي پتانسیل مقرون به صرفهتر، سادهتر و قابل اعتمادتر میان تکنیکهاي پایش وضعیت میباشد - تیجنبرگ و وینراگ، . - 2012 تاکنون در بعضی موارد ثابت شده است که ارتعاش صدا میتواند تشخیص نقص سریعتري را نسبت به سیستمهاي پایش وضعیت ارتعاش تضمین کند - نیکنام و همکاران، . - 2013
-2-3 پایش اثرات الکتریکی - Electrical effects monitoring -
مجموعه تستهاي آنالیز اثرات الکتریکی به عنوان یک روش نامتداخلگر در روند کاري الکتروموتورها شناخته شده است. این تکنیک با نمونهگیري از جریان و ولتاژ تغذیه الکتروموتورها و به کارگیري ابزارهاي پردازش سیگنال در حوزههاي زمان و فرکانس متناسب با مشخصات الکتروموتور سلامت الکتروموتور را بررسی میکند. از مزایاي این روش علاوه بر تشخیص خرابی در مراحل ابتدایی، قابلیت اندازهگیري از راه دور است - صفري، . - 1392 براي ارزیابی ساختار اجزاي خاص توربین بادي میتوان مقاومت الکتریکی را نیز مورد استفاده قرار داد، زیرا داراي سختی متفاوت است. بنابراین، این تکنیک قابلیت تشخیص تغییراتی که ممکن است باعث شکاف، ورقه ورقه شدن و یا فرسودگی شود را دارد - مارکز و همکاران، . - 2012
-3-3 کیفیت توان - Power quality -
یکی از مسایل مهمی که در مورد توربینهاي بادي باید مد نظر قرار گیرد. مسئله کیفیت توان آنهاست، کیفیت توان مفهومی گسترده دارد. هر مسئلهاي که باعث ایجاد تغییر ولتاژ، جریان یا فرکانس سیستم شود، موجب خرابی و عملکرد نادرست تجهیزات میگردد - سماواتی، . - 1395
-4-3 پایش دما - Temperature Monitoring -
پایش دماي اجزاي توربین بادي یکی از معمولترین روشهاي پایش وضعیت است. پایش دما جهت نگهداري پیشگیرانه یا پیشبینانه نیز قابل استفاده است و با سنسورهاي متعددي اندازهگیري میشود. اندازهگیريهاي دماي هر یک از اجزاء، مانند دماي بلبرینگ، به دلیل اینکه اطلاعات بیشتري میدهند و در آنالیزهاي متفاوتی کاربرد دارند، بسیار حائز اهمیت است. بعضی از وضعیتهاي محیط داخلی و خارجی ماشینها میتواند اندازهگیريهاي دما را تحت تاثیر قرار دهد.
مثلا دما همراه با بار الکتریکی تغییر میکند. در نتیجه، آگاهی از اینکه آیا دما به دلیل نقص یا به سبب بار الکتریکی بالاتر افزایش یافته، با تجزیه و تحلیل سیر تکاملی دما در بلبرینگ اهمیت دارد. نقطه ضعف پایش دما این است که در مقایسه با دیگر تکنیکهاي پایش وضعیت به آهستگی و گاهی بسیار دیر پیشرفت میکند. به عبارت دیگر، میتوان گفت پایش دما به تنهایی به اندازهي تکنیکهاي دیگر جهت تشخیص زود هنگام و دقیق، کافی نمیباشد - چاکوا و همکاران، . - 2014
-5-3 پایش ناخالصیهاي روانکار - Oil Debris Monitoring -
بلبرینگها و چرخ دندههاي توربین بادي آسیب مداومی را متحمل میشوند که تراشه یا باقی مانده ذرات سایشی را به دنبال دارد. مادامی که آسیب بیشتر شود، باقی مانده بیشتر و بیشتري خواهد بود که در سیستم روانکار حمل خواهد شد تا زمانی که در فیلتر روغن پایان یابد - توماس، . - 2014 هدف اصلی در این روش، شناسایی باقی ماندهي فلزات موجود در روغن است. این هدف به صورت سیستم آنلاین به همراه سنسورهاي حساس یا شمارنده ذرات نصب شده در توربین بادي قابل استفاده است، و یا به صورت آفلاین با نمونهگیري متناوب اجرا میشود. تکنیک پایش وضعیت باقی مانده آنلاین جهت تشخیص اولیه و پیگردي آسیب است. با این وجود، پایش روغن بیشترین مراجعه آفلاین با نمونهگیري متناوب به شمار میرود. از سوي دیگر، این موقعیت در حال تغییر است و پایش آنلاین روغن در حال متداولتر شدن است. زیرا اندازهي مستقیم شدت و پردازش نقص را با شمارش ذرات فراهم میکند - شنگ، . - 2013
