Руководство по техническому обслуживанию контактного кольца ветряной турбины

Техническое обслуживание контактного кольца ветряной турбины обеспечивает стабильность управления шагом, передачу мощности и передачу сигналов внутри гондолы. Токосъемное кольцо само по себе является небольшим компонентом, но в случае его выхода из строя оно может вывести из строя всю турбину. В соответствии сИсследование NREL в области ветроэнергетики, незапланированные простои являются одним из крупнейших источников затрат при эксплуатации и техническом обслуживании ветряных электростанций, а электрические вспомогательные-компоненты в гондоле вносят постоянный вклад.

Контактное кольцо турбины работает в суровых условиях: непрерывное вращение, вибрация, перепады температур, пыль от кисти, влажность, масляный туман и соленый-воздух на море. Продление срока службы – это не только замена изношенных щеток. Это зависит от сочетания регулярного осмотра, контроля пыли, контроля износа щеток, целостности уплотнений и выбораконтактное кольцо ветряной турбинычто действительно соответствует условиям площадки.

В этом руководстве рассказывается, почему изнашиваются контактные кольца турбины, на какие симптомы следует обращать внимание, как планировать проверки, как выбирать между очисткой, ремонтом и заменой, а также что указывать при поиске узла на замену.

Почему важно техническое обслуживание контактных колец ветряной турбины

Турбина приносит доход только тогда, когда она работает. Неисправность контактного кольца внутри ступицы часто сначала проявляется в виде ошибки управления шагом или падения сигнала датчика, а контроллер турбины снижает мощность или останавливает машину до тех пор, пока неисправность не будет устранена. Если основной причиной является износ или загрязнение щеток, неисправность будет повторяться.

Хорошее техническое обслуживание помогает операторам:

• Уменьшите количество незапланированных остановок, вызванных ошибками сигнала тангажа или концентратора-
• Защищайте проводящую поверхность кольца от вторичного повреждения, вызванного изношенными-щетками.
• Устраните нарушения уплотнения до того, как вода или масло попадут на путь контакта.
• Планируйте замену щеток и контактных колец во время плановых сервисных периодов вместо вызовов экстренных служб.
• Избегайте более высоких затрат на обслуживание внеплановых восхождений, особенно на море.

Цель – не реагировать после неудачи. Это необходимо для раннего обнаружения износа и хранения контактного кольца в чистом, герметичном и механически стабильном корпусе.

Что делает контактное кольцо в ветряной турбине

Внутри турбины контактное кольцо передает электроэнергию и сигналы между неподвижной конструкцией гондолы и вращающейся ступицей. В большинстве современных турбин он расположен вдоль главного вала и обслуживает систему регулирования шага. Для более широкой информации см. этоПолное руководство по контактным кольцам ветряных турбин.

Передача мощности для управления тангажем

Лопасти турбины меняют угол, чтобы соответствовать скорости ветра и защищать трансмиссию при сильном ветре. Система шага требует стабильного питания для двигателей, приводов и резервного аккумулятора. Контактное кольцо — единственный электрический путь, пересекающий вращающийся интерфейс. Если контактное давление щетки изменяется, сопротивление возрастает, и в приводах шага может наблюдаться падение напряжения или срабатывание из-за пониженного напряжения.

Сигнал и данные от хаба

Одно и то же контактное кольцо обычно передает сигналы низкого-уровня: датчики шага лопаток, датчики температуры, датчики вибрации и связь с контроллером шага. Эти сигналы чувствительны к электрическим шумам. Изношенные щетки, проводящая пыль в изоляционном зазоре или корродированная клемма могут привести к периодической потере сигнала, что система SCADA будет считать неисправностью контроллера, а не проблемой контактного кольца. Вот почему состояние контактных колец следует учитывать в дереве поиска и устранения неисправностей, когда ошибка шага появляется только во время вращения.

Распространенные причины выхода из строя контактного кольца ветряной турбины

Износ щеток и ухудшение контактов

Износ щеток является нормальным явлением, но неконтролируемый износ щеток является наиболее распространенной причиной неисправности контактных колец, которую можно избежать. По мере укорочения щеток сила пружины падает, контактное давление становится неравномерным, а контактное сопротивление возрастает. Результатом является нагрев в пятне контакта, шум сигнала и, в конечном итоге, образование царапин на поверхности кольца, которые невозможно устранить никакой очисткой. Подробный механизм описан в этом обзореуход за щеткой контактного кольца.

Пыль, масло, влага и загрязнения

Пыль от кисти – это загрязняющее вещество, которое операторы видят в первую очередь. Ожидается тонкая пленка. Отложения, которые перекрывают соседние дорожки, оседают на изоляторах или покрывают сигнальные кольца датчиков, не являются нормальными и обычно сигнализируют об одном из трех факторов: несвоевременной очистке, ненормальном износе щеток или несоответствии материала щеток.

Другие загрязнения зависят от места:

• Береговые и морские турбины– воздух,-насыщенный солью, ускоряет коррозию открытого металла и приводит к старению уплотнений быстрее, чем номинально. Видетьзащита от коррозии в морских контактных кольцахдля материалов и стратегий покрытия, которые выдерживают.
• Пустынные места– Мелкая пыль проникает в изношенные прокладки и в сочетании с щеточной пылью образует абразивную пасту на поверхности колец.
• Холодные и высокогорные-места– циклическое изменение температуры приводит к образованию конденсата внутри корпуса, если сапун или уплотнения не указаны должным образом.
• Старые турбины– Туман гидравлического масла коробки передач или шага может переместиться в корпус контактного кольца и сократить срок службы щеток.

Вибрация, перекос и механическое напряжение

Турбины вибрируют. Вал контактных колец должен совпадать с главным валом. Если муфта проскальзывает, монтажный кронштейн ослабляется или кабели передают нагрузку на корпус, вы увидите неравномерный износ щеток на одной стороне пакета колец, преждевременный шум подшипника или износ щетки по конической схеме. Ничто из этого не очищается чисткой.

Неправильное обслуживание и неправильное использование

При полевых проверках неоднократно обнаруживались механические повреждения, вызванные тем, что техники использовали контактное кольцо в качестве подножки или ручки при работе со ступицей. К другим ошибкам, которых можно избежать, относятся задувание пыли глубже в сборку воздухом под высоким-давлением, резкий изгиб кабелей у входа в корпус и несоблюдение указаний OEM-момента затяжки винтов клемм.

Симптомы неисправности контактного кольца ветряной турбины: признаки раннего предупреждения

Большинство неисправностей контактных колец проявляются еще до того, как турбина отключается. Обучите технических специалистов распознавать эти признаки во время планового обслуживания.

Прерывистый шаг или потеря сигнала датчика

Сигнал, который падает только во время вращения ротора или только в определенных положениях ротора, указывает на проблему с контактом, а не на проблему с контроллером. Повторяющиеся коды неисправностей, которые исчезают при перезапуске, являются классическим признаком контактного кольца.

Ненормальное скопление пыли на щетках

Светлая, равномерно распределенная серая пленка является нормой. Тяжелая, неровная или маслянистая пыль недопустима. Пылевые перемычки между дорожками или оседание на сигнальных контактах в конечном итоге приводят к утечке тока и шуму.

Видимый износ, тепловые следы или коррозия

Во время проверки обращайте внимание на обесцвеченные поверхности колец, синие или коричневые следы тепла, трещины в изоляции между дорожками, зеленое или белое окисление на клеммах, а также любые следы влаги внутри корпуса. КаталогПричины и признаки износа контактных колецдает полезную визуальную ссылку.

Необычный электрический шум или повторяющиеся неисправности управления

Если неисправности управления шагом продолжают возвращаться после сброса программного обеспечения или замены контроллера, измерьте контактное сопротивление и сопротивление изоляции на контактном кольце, прежде чем заменять более дорогую электронику.

График технического обслуживания контактных колец ветряной турбины

Частота проверок должна соответствовать руководству по техническому обслуживанию OEM-производителя турбины, руководству производителя контактных колец и условиям окружающей среды на площадке. Приведенный ниже график является типичным для береговых турбин, работающих в нормальном режиме. Отрегулируйте с учетом часов работы, истории неисправностей и уязвимости объекта.

Прибрежные, морские и пустынные турбины обычно требуют более коротких интервалов между этапами осмотра и очистки.Стандарты ветряных турбин серии IEC 61400устанавливают более широкую основу для требований к конструкции и обслуживанию, но фактические цифры взяты из руководств OEM и поставщиков контактных колец.

Как обслуживать контактные кольца ветряной турбины: 6 практических шагов

Шаг 1. Проведите структурированную визуальную проверку

Откройте корпус во время планового обслуживания. Прежде чем прикасаться к чему-либо, сфотографируйте внутреннюю часть. Затем проверьте по порядку: длину щетки по следу износа, цвет и распределение пыли, поверхность кольца на предмет задиров или обесцвечивания, изоляционные зазоры на предмет скопления пыли, клеммы на наличие окисления, кабели на истирание, а уплотнения на наличие трещин или деформации при сжатии.

Шаг 2. Удалите пыль с кисти, не разбрасывая ее.

Используйте небольшой -пылесос с защитой от электростатических разрядов или мягкую щетку, а не сжатый воздух-под высоким давлением, если это специально не одобрено производителем. Сжатый воздух выталкивает проводящую пыль в подшипники, за изоляторы и на сигнальные дорожки датчиков, откуда ее труднее всего удалить. Если используется воздух, он должен быть сухим,-без масла, низкого давления и направлен наружу.

Шаг 3. Содержите корпус в чистоте и герметично закройте его.

Если вы обнаружите повторное загрязнение, очистка не поможет. Уплотнение, сапун или кабельный ввод негерметичны. Замените прокладки, проверьте класс IP кабельных вводов и убедитесь, что сапун (если он установлен) работает. Дополнительную информацию о классах запечатывания см. в этом объясненииконтактное кольцо IP-классы, а о герметичных конструкциях см.водонепроницаемая конструкция контактного кольца.

Шаг 4. Контролируйте износ щеток, прежде чем он достигнет предела

Заменяйте щетки до того, как они коснутся линии износа, а не после. Щетка, приближающаяся к пружине, поцарапает поверхность кольца, и такое повреждение обычно требует полной замены контактного кольца. Если в контактном кольце используется модульный щеточный блок, замените весь блок целиком, чтобы контактное давление оставалось равномерным. Записывайте длину щетки при каждой проверке, чтобы можно было спрогнозировать время следующей замены.

Шаг 5. Проверьте кабельные соединения и механический монтаж.

Ослабленные клеммы и натяжение кабеля являются причиной поразительной доли «неисправностей контактных колец», которые оказываются неисправностями проводки. Затяните клеммы в соответствии со спецификациями, проверьте радиус изгиба кабеля у входа в корпус, проверьте момент затяжки крепежных болтов и проверьте наличие следов вибрации на кронштейне.

Шаг 6. Защитите контактное кольцо от неправильного использования.

Промаркируйте корпус контактного кольца, чтобы его нельзя было использовать в качестве ступеньки или поручня. Это единственное изменение предотвращает категорию повреждений, которую невозможно предусмотреть ни в одном плане обслуживания.

Таблица поиска и устранения неисправностей контактного кольца ветряной турбины

Очистить, отремонтировать или заменить: как принять решение

Когда уборки достаточно

• Накопление пыли незначительное, а контактные поверхности остаются гладкими.
• Повторяющиеся коды неисправностей не регистрируются.
• Никакой коррозии, воды или масла не видно.
• Щетки имеют оставшийся срок службы
• Пломбы и кабельные вводы целы.

Когда необходима замена щетки

• Щетки достигли предела износа или близки к нему.
• Износ неравномерен по всему блоку щеток.
• Измерения контактного давления не соответствуют техническим требованиям
• Помехи сигнала или периодические неисправности появляются при исправных кольцах.
• Достигнут рекомендуемый производителем интервал.

Когда необходима полная замена контактного кольца

• Поверхность кольца имеет потертости, изъязвления или-повреждена из-за жары.
• Сопротивление изоляции упало, и очистка его не восстанавливает.
• Коррозия достигла внутренних компонентов
• Подшипники шумные или грубые
• Та же неисправность возвращается после чистки и замены щеток.
• Текущее контактное кольцо не соответствует условиям на объекте и продолжает рано выходить из строя.

Если вы заменяете контактное кольцо более одного раза в одной и той же турбине, вероятно, устройство не соответствует-техническим требованиям для данной площадки. В следующем разделе рассказывается, что изменить.

Как выбрать сменное контактное кольцо ветряной турбины

Покупка аналога-в обмен-на лайк — правильный шаг, только если оригинал отслужил номинальный срок службы. Если это не так, рассматривайте замену как изменение спецификации, а не замену. Ключевые параметры для подтверждения:

• Количество силовых цепей и номинальный ток на каждую цепь– согласовывать нагрузку привода шага, включая пиковые значения, а не только постоянную номинальную мощность.
• Каналы сигнала и тип сигнала– энкодер, Ethernet, CAN-шина, RS-485, аналоговые датчики; у каждого свои требования к экранированию и контактам.
• Номинальное напряжение и класс изоляции– включая разрыв между силовыми и сигнальными дорожками.
• Скорость вращения– контактные кольца шага рассчитаны на низкие обороты, но при высоких рабочих циклах; подтвердите срок службы щеток при фактической нагрузке.
• Диапазон рабочих температур– в холодном климате необходимы материалы для щеток и смазочные материалы, рассчитанные на низкие температуры.
• Степень защиты IP и герметизация– IP65 или выше является общим для турбинных ступиц; оффшор обычно требует большего.
• Защита от коррозии– оборудование из нержавеющей стали, корпуса с покрытием и герметичные кабельные вводы для морских и прибрежных объектов.
• Конструкция щетки и удобство обслуживания.– модульные сменные щеточные блоки сокращают время обслуживания, особенно на удаленных и морских объектах.
• Монтажные размеры и интерфейс вала– проверьте соответствие существующего кронштейна и муфты.
• Выход кабеля, тип разъема и длина кабеля– предварительно-заключенные сборки сокращают время ввода в эксплуатацию внутри концентратора.

Для не-стандартных требований большинство сбоев можно спроектировать с помощьюиндивидуальное контактное кольцопостроено на основе фактического списка цепей, класса IP и удобства обслуживания щеток, необходимого для объекта.

Как конструкция контактного кольца влияет на срок службы

Техническое обслуживание снижает количество предотвратимых отказов. Дизайн в первую очередь решает, как часто необходимо техническое обслуживание.

• Материал кисти– Металлические-графитовые, серебряные-графитовые щетки и щетки из драгоценных-металлических волокон образуют разное количество пыли при разных плотностях тока. Правильный выбор зависит от схемы, а не от значения по умолчанию в каталоге.
• Модульные щеточные блоки– позвольте технику заменить щетки за считанные минуты во время планового отключения вместо замены всего контактного кольца.
• Конструкция уплотнений и сапунов– разница между вольером, который остается сухим в течение десяти лет, и тем, внутри которого каждую зиму образуется конденсат.
• Коррозионно--стойкие корпуса– анодированный алюминий или нержавеющая сталь с герметичными кабельными вводами для морских и прибрежных объектов.
• Экранирование сигнала и разделение дорожек– физическая и электрическая изоляция между силовыми и сигнальными цепями для обеспечения чистоты данных датчика шага.
• Характеристики подшипников и смазка– соответствует фактической нагрузке, а не только скорости вращения.

Токосъемное кольцо, выбранное один раз для реальных условий на объекте, почти всегда стоит дешевле в течение всего срока службы турбины, чем более дешевый узел, который заменяется дважды.

Заключение

Продление срока службы контактных колец ветряной турбины достигается за счет сочетания двух факторов: плана технического обслуживания, позволяющего выявить преждевременный износ, и контактного кольца, разработанного для конкретной площадки. Регулярный осмотр, тщательный контроль пыли, отслеживание износа щеток, проверка уплотнений и журнал технического обслуживания позволят выявить большинство проблем еще до того, как они достигнут контроллера. Указание правильной единицы при следующей замене замыкает цикл.

Если на ваших турбинах наблюдается повторяющийся износ щеток, повторяющиеся ошибки шага или загрязнения, которые продолжают возвращаться после очистки, вероятно, частью проблемы является характеристика контактного кольца. Команды инженеров, которые создают фактический список цепей, класс IP и удобство обслуживания щеток, необходимые на объекте, могут проанализировать существующее устройство и предложить замену, рассчитанную на то, чтобы пережить его.Поговорите с инженером по контактным кольцам ветряных турбин.со списком цепей, условиями на объекте и историей отказов и запросите замену, а не соответствие-номер детали.