De acordo com as tendências existentes na energia moderna, o número de fontes alternativas de sua produção está em constante crescimento. De acordo com previsões otimistas, até 2030 a participação da eletricidade renovável será de pelo menos 32%. Este alinhamento é devido à urgência dos problemas ambientais: emissões nocivas para a atmosfera, aquecimento global, etc.
Entre as fontes de energia renováveis, um lugar importante pertence ao vento. De uma forma ou de outra, foi usado pelos habitantes da Babilônia, Egito e China. Os europeus começaram a dominar a energia eólica a partir do século XII. As primeiras aplicações foram bastante simples – a moagem de grãos, a secagem de pântanos e arrozais, mas mesmo assim ficou claro que tal fenômeno natural tem um bom potencial. A Dinamarca começou a usar o vento para produzir eletricidade. Em 1890, o primeiro parque eólico foi lançado. Vinte anos depois, o número total deles em todo o mundo chegou a cem. Em 2012, havia 806.000 turbinas eólicas.
A popularidade da energia eólica é determinada por uma série de vantagens: geração de energia já a velocidades do vento de 4-5 m / s, limpeza ecológica, renovabilidade, operação com uma rede existente de usinas de energia ou de forma autônoma. O período de operação contínua das turbinas eólicas mais modernas, sem manutenção, é de três anos (30.000 horas).
Este artigo discute várias questões relacionadas à extensão da vida útil das turbinas eólicas:
- para que serve o óleo da turbina eólica;
- seleção de óleo de engrenagem;
- troca de óleo na caixa de engrenagens;
- Unidade de substituição de óleo da engrenagem CMM-G;
- aspectos econômicos da substituição de óleo em caixas de engrenagens de turbinas eólicas.
O que é a turbina eólica?
A turbina eólica é projetada para converter energia eólica em energia elétrica. Em geral, trata-se de um dispositivo técnico complexo, que consiste de pás, rotor, caixa de câmbio, gerador, gôndola, mastro, freio, controlador, atuadores e sensores.
As pás são projetadas para “capturar” o vento e montadas no rotor. Quando as velocidades do vento aparecem, o rotor transmite a rotação para um eixo de baixa velocidade, que é conectado à transmissão. Além da caixa de câmbio, o torque é transmitido através do eixo de alta velocidade para o gerador, onde a conversão de energia mecânica em energia elétrica ocorre.
Para gerar eletricidade, é necessária uma velocidade de rotação do eixo relativamente alta (1000 a 2000 rpm). Obtê-lo diretamente não é possível, uma vez que o vento fornece a velocidade de rotação do eixo de baixa velocidade a um nível de não mais de 15-20 rev / min. Para aumentar a velocidade de rotação a engrenagem é usada. A atribuição das outras partes das turbinas eólicas é a seguinte :
- A gôndola executa a função do casco no qual os eixos, caixa de câmbio, alternador e freio estão localizados;
- A torre (mastro) é presa à base com uma extremidade e a gôndola está localizada na outra. Dentro da torre há uma escada, através da qual a equipe pode acessar outras partes da turbina eólica;
- o freio para o rotor se ocorrer uma velocidade crítica do vento;
- o controlador controla os fluxos de trabalho de instalação;
- atuadores giram ou reposicionam elementos individuais;
- os sensores determinam os parâmetros necessários (direção e velocidade do vento) e transmitem informações ao controlador, onde a ação de controle é formada
Novos projetos de turbinas eólicas sem uma caixa de engrenagens ou lâminas , mas a grande maioria dos dispositivos em serviço tem a composição dada acima..
Caixa de engrenagens – a parte mais vulnerável da turbina eólica
O custo do gerador e da caixa de engrenagens é de 34% do custo total da turbina, o mecanismo do rotor – 20% e o mecanismo de suporte – 15%. Simultaneamente com o alto custo, a caixa de engrenagens continua a ser o elo mais vulnerável da turbina eólica. O efeito combinado de fatores adversos leva à falha prematura deste equipamento. Entre as causas mais comuns estão altas cargas, alto torque, flutuações de temperatura , resistência variável ao vento, corrosão, bem como paradas e partidas frequentes. Dada a complexidade da manutenção, é importante prolongar o ciclo de vida da caixa de velocidades durante um período máximo. E isso ajuda o uso de óleo de engrenagem.
O que é óleo de transmissão ?
Existem vários pontos fracos em turbinas eólicas que exigem lubrificação oportuna. Estes são os rolamentos das pás da hélice, do eixo principal, do mecanismo de giro, do gerador e das engrenagens de transmissão.
Óleo de transmissão é projetado para reduzir o atrito, proteger contra a aparência de espuma, evitar a oxidação e corrosão. Também fornece limpeza na caixa de engrenagens devido a aditivos que retêm partículas de metal e evitam depósitos nas superfícies internas.
Acima, notamos que modelos de turbinas eólicas sem caixa de câmbio estão sendo desenvolvidos. Este não é um know-how absoluto, pois mesmo antes disso, instalações de pequena capacidade foram produzidas, as rotações do rotor foram suficientes para a comunicação direta com um gerador elétrico. Atualmente estão desenvolvendo para eliminar a engrenagem para turbinas eólicas de alta capacidade. Em alguns modelos equipados com engrenagens pequenas, existe a prática de óleo de engrenagem “vitalício”. Ele prevê a falta de reparos e uma substituição completa em caso de avaria da caixa de velocidades com todo o seu conteúdo.
No entanto, a grande maioria das instalações em operação atualmente é equipada com caixas de transmissão completas e requer o uso de óleo de transmissão. O uso adequado e a substituição oportuna de óleo na caixa de engrenagens permite aumentar a confiabilidade operacional e ampliar os intervalos de tempo entre a manutenção das turbinas eólicas. Também reduz o risco de acidentes e reduz o tempo para interrupções não planejadas na produção de eletricidade.
Seleção de óleo para engrenagem de turbina
Seleção de óleo para engrenagem de turbina – a tarefa não é menos importante do que seu funcionamento adequado. Os principais requisitos que devem ser atendidos engrenagem lubrificante:
- longa vida útil. A altura das modernas turbinas eólicas chega a cem metros, o que torna o processo de troca de óleo trabalhoso e perigoso. Portanto, quanto menos trocar o óleo de transmissão melhor;
- Segurança arranque a frio. A maioria das caixas de engrenagens industriais opera a temperaturas estáveis, mas as caixas de engrenagens do moinho de vento são uma exceção, pois funcionam ao ar livre e expostas a condições climáticas;
- operação confiável sob altas cargas, evitando corrosão e desgaste prematuro das peças do mecanismo da caixa de engrenagens;
resistência à água, não-espuma e inofensividade para o pessoal de trabalho.
Existem duas classes fundamentalmente diferentes de tais óleos no mercado – minerais e sintéticos. Cada um tem suas próprias vantagens.
Permite-se misturar óleos de transmissão mineral de vários graus (não se recomenda usar misturas de óleos sintéticos);
em comparação com óleos minerais sintéticos têm uma melhor lubricidade;
O óleo sintético é mais durável e funciona melhor em diferentes temperaturas ambientes.
A escolha do óleo de engrenagem é individual para cada caso e requer consideração de todos os fatores possíveis.
Razões para mudar o óleo de engrenagem das turbinas eólicas
O óleo de engrenagem funciona em condições difíceis: cargas elevadas, rajadas repentinas de vento, mudanças de temperatura, alta fricção, etc. Como resultado, após algum tempo, o desempenho do meio de lubrificação se deteriora e a confiabilidade de toda a turbina eólica diminui.
Entre os fatores de intensificação do óleo de engrenagens envelhecido, vale a pena destacar:
- água livre e dissolvida;
- peças transmissão;
- gases;
- a sujeira.
Dado que o lubrificante está em contato com todas as partes da caixa de engrenagens, é aconselhável considerá-lo como uma parte separada de toda a instalação que requer monitoramento e manutenção pessoal. Um dos componentes da manutenção de rotina é a substituição completa do óleo de transmissão das turbinas eólicas.
Os principais problemas da caixa de velocidades da turbina eólica
A redução da qualidade do óleo leva a vários problemas na caixa de engrenagens da turbina eólica. Entre os mais frequentes estão micropitting e pitting, dentes quebrados e rolamentos. Mikropitttingom chamado o fenômeno da fadiga superficial, que aparece quando os dentes de contato de engrenagens .
Ela surge como resultado de :
- camada insuficiente e desigual de óleo na superfície dos dentes;
- seleção inadequada de lubrificante;
- a presença de espuma no óleo;
- mudanças regulares de carga.
O aparecimento de micropitting é o primeiro estágio de formação de pitting, em conseqüência do qual chipping e quebra dos dentes ocorrem.
Por razões de micropitting, pode-se argumentar que a substituição oportuna de óleo de engrenagem é uma boa medida preventiva para garantir a integridade e confiabilidade das engrenagens.
Mudando o óleo na caixa de engrenagens da turbina eólica
Existem duas abordagens pelas quais o óleo na caixa de câmbio é substituído. No primeiro caso, eles são guiados por dados dos fabricantes de lubrificantes e são substituídos após o término do período de garantia, sem levar em conta o estado atual do óleo. Normalmente, a frequência de substituição do óleo de transmissão é de dois a três anos. No segundo caso, a substituição é feita após a identificação de desvios críticos dos parâmetros de lubrificantes detectados como resultado da análise das amostras coletadas.
Você determinou que é necessária uma troca de óleo na caixa de engrenagens. Em seguida, você precisa escolher o método de implementação técnica deste procedimento. Inicialmente, foi realizado através da criação de uma “cadeia viva” – vários trabalhadores transferiram baldes uns para os outros, entregando óleo da caixa de engrenagem ao solo e vice-versa. É difícil acreditar, mas mesmo agora esse método de substituição ainda encontra-se na aplicação da manutenção de unidades de energia eólica.
Com o passar do tempo, o óleo na caixa de engrenagem foi substituído por dispositivos mecânicos, o que reduziu a parte do trabalho manual, enquanto simplesmente descarregava o óleo velho e derramando novo. Mas a pesquisa mostrou que isso não é suficiente. Depois de drenar a caixa de engrenagens, até 50% das partículas contaminantes e algumas das graxas antigas permanecem. Isto leva ao rápido envelhecimento do óleo novo, e nem todos os tipos de lubrificantes são compatíveis entre si.
Unidade de Substituição de Óleo de Engrenagem CMM-G
Para resolver o problema urgente de substituir o óleo de turbinas eólicas, a GlobeCore desenvolveu e instalou um tipo CMM-G. A principal característica distintiva deste equipamento é a presença de outro estágio. Além de drenar e derramar óleo, o CMM-G também realiza a lavagem da caixa de engrenagem, durante a qual todas as impurezas e resíduos do lubrificante antigo são removidos. Esta abordagem permite o uso máximo do potencial do óleo comprado. A unidade também pode aquecer o lubrificante antes de entrar na caixa de engrenagens. Óleos de engrenagem minerais e sintéticos podem ser usados para fundição. Ao mudar de uma classe de óleo para outra, é necessário lavar a instalação e substituir os elementos filtrantes .
Características técnicas da CMM-G (troca de óleo na caixa de engrenagem)
| № | parâmetros | valor |
| 1 | Taxa de preenchimento, m3 / hora, não menos que | 0,8 |
| 2 | Produtividade da descarga, m3 / hora, não menos | 0,5 |
| 3 | A temperatura máxima do óleo na saída no modo de aquecimento,ºС | 70 |
| 4 | Pressão de saída, MPa | 1,3 |
| 5 | Potência do aquecedor de óleo, kW, não mais | 4,8 |
| 6 | Consumo máximo de energia, kW, não mais | 8 |
| 7 | Parâmetros da corrente elétrica | |
| – tensão, V | 380 | |
| –frequência variável, Hz | 50 | |
| 8 | Dimensões totais, mm, não mais que | |
| – Comprimento | 5700 | |
| – Largura | 2400 | |
| – Altura | 1650 | |
| 9 | Peso vazio, kg, não mais do que | 2500 |
A instalação de substituição de óleo da caixa de engrenagem CMM-G- consiste em uma caixa, com um tanque de óleo limpo, um tanque de óleo sujo e um carretel de mangueira. Todas as peças listadas estão localizadas em um reboque de dois eixos. Na ausência da possibilidade de conexão à rede elétrica, é fornecida operação autônoma no gerador. A operação da válvula é automatizada pelo controlador. A quantidade de óleo fornecida é fixada por um medidor instalado no final da mangueira de enchimento.
Para proteger as bombas de grandes impurezas, é utilizado um filtro especial. O filtro fino (precisão de filtração de 12 μm) também limpa o novo óleo das partículas que podem se acumular durante o armazenamento e o transporte. O sistema de sensores fornece monitoramento contínuo de todos os fluxos de trabalho de instalação do CMM-G (sensores para temperatura do óleo, contaminação do elemento filtrante, pressão de saída, vácuo, nível de óleo nos tanques, etc.
Vantagens da instalação de substituição do óleo de engrenagem do tipo CMM-G da marca GlobeCore:
- cuidados de qualidade para a transmissão de uma turbina eólica;
- mobilidade de uso e a possibilidade de transporte em um reboque ou em um container;
- pequenas dimensões;
- o volume de tanques é suficiente para trocar o óleo nas turbinas de três turbinas eólicas;
- o processo de injeção de descarga não leva mais do que uma ou duas horas;
- as mangueiras são rapidamente enroladas no tambor devido ao acionamento elétrico.
Aspectos econômicos
A viabilidade econômica do uso de equipamentos para substituir o óleo de uma turbina eólica em comparação com o trabalho manual é inquestionável. Por exemplo, duas pessoas precisam trabalhar por 12 horas para substituir e encher 80 galões de óleo. A mesma quantidade de trabalho é feita instalando o CMM-G em uma ou duas horas.
Para as organizações que estão envolvidas na produção de energia alternativa com a ajuda de geradores eólicos, existem três opções para trocar o óleo: a compra de equipamentos, aluguel ou um contrato com terceiros.
Comparando aluguel e compra de unidade de substituição de óleo de transmissão. Cada solução tem vantagens e desvantagens. O uso de equipamentos em apenas um parque eólico, consistindo, por exemplo, em 60 torres, não permitirá contar com um retorno rápido dos investimentos financeiros. Neste caso, é aconselhável alugar a instalação no momento da troca de óleo. Na operação de vários parques eólicos próprios equipamentos – a escolha certa e investimento rentável!
Algumas empresas de energia se esforçam para ter controle total sobre o processo de troca do óleo de uma turbina eólica e lavagem da caixa de engrenagens, começando com a escolha do lubrificante e terminando com a preparação de seu próprio pessoal para o trabalho. Para os casos restantes, é considerado o envolvimento de uma organização terceirizada, na qual especialistas qualificados estão envolvidos na limpeza de óleo e na remoção de contaminantes da caixa de engrenagens.
A decisão final sobre os mecanismos de cuidado do sistema de transmissão de turbinas eólicas é feita com base em fatores que precisam ser considerados e analisados.