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Monitoraggio delle turbine eoliche, l’alternativa mobile

Gli operatori di turbine eoliche devono monitorare le condizioni dei macchinari per garantire che funzionino in modo ottimale. Spesso adottano sistemi di condition monitoring di tipo permanente, che tuttavia non sono sempre idonei. In questi casi, l’impiego di dispositivi mobili può assolvere alla funzione con minori costi e complicazioni.

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I sistemi di condition monitoring (Condition Monitoring Systems, CMS) fissi si basano sulla misura delle vibrazioni per determinare lo stato degli organi di trasmissione delle turbine. Negli ultimi 15 anni l’elaborazione di procedure di riferimento e nuovi standard ha prodotto risultati generalmente affidabili per gli operatori di parchi eolici.

Ma quando le turbine non sono equipaggiate con sistemi fissi? L’installazione retroattiva è possibile, ma l’investimento potrebbe non essere giustificato dall’obsolescenza delle macchine o dall’instabilità dei siti. In questi casi, i sistemi mobili per il condition monitoring di SKF possono rappresentare la soluzione giusta.

Si tratta di dispositivi CMS online, che vengono personalizzati per un impiego temporaneo e installati per un periodo di tempo limitato – da un’ora a qualche giorno, seguendo un opportuno processo – in modo da garantire risultati qualitativamente accettabili in termini di rilevamento e identificazione dei problemi.

Rappresentazione di un sistema mobile CMS.

Fermi non programmati, rischio ridotto

I sistemi mobili CMS acquisiscono i dati, per esempio quelli di vibrazione, mediante tachimetri. I dati vengono trasmessi, attraverso una connessione mobile, al centro diagnostico remoto SKF, dove vengono elaborati e analizzati in funzione dei parametri prescelti. Sulla base dei risultati vengono stilati appositi rapporti che, corredati delle raccomandazioni proattive di manutenzione, vengono inviati agli operatori dei parchi eolici. Questo riduce il rischio di fermi non programmati e perdite economiche.

I dispositivi mobili CSM sono analoghi a quelli fissi, ma sono contenuti in robuste custodie di protezione con connettori antispruzzo, scheda SIM integrata e alloggiamento per antenna di ricezione segnale.

Prospetto del sistema mobile CMS.

Alcuni operatori hanno provato a utilizzare dispositivi portatili di tipo standard, come gli acquisitori di dati di vibrazione, ma hanno riscontrato alcuni svantaggi. Di solito all’operatore non è consentito rimanere nella turbina in funzione e, a causa delle variazioni di vento, il dispositivo standard che si muove lungo il macchinario può produrre risultati scadenti. Anche se entrambe le opzioni consentono di effettuare misurazioni in breve tempo, i dispositivi CMS mobili di SKF presentano numerosi vantaggi.

Garantire una valutazione adeguata

Per garantire una corretta valutazione delle turbine con i sistemi CMS mobili occorre tenere presente alcuni aspetti fondamentali. Tali sistemi sono utili nello specifico per effettuare valutazioni a fine garanzia, controlli sullo stato di un nuovo parco eolico, follow-up di problemi meccanici specifici, videoispezioni con boroscopi, analisi dettagliate del lubrificante o pianificazione dei compiti durante i fermi per manutenzione.

Va considerato, tuttavia, che i risultati ottenuti in poche ore con un dispositivo mobile non possono essere paragonati a quelli ottenibili con un sistema fisso, attivo 24 su 24, 7 giorni su 7. Il monitoraggio continuo rileva ogni minima anomalia, il che consente un follow-up preciso e l’individuazione di qualsiasi deterioramento di tipo meccanico, che viene automaticamente segnalato ai tecnici tramite apposite funzioni di allarme.

Come per i sistemi fissi, anche i CMS mobili hanno bisogno di acquisire una quantità minima di informazioni per ridurre l’incertezza dell’analisi. Le informazioni non possono escludere dati cinematici quali modelli degli asset, rapporti di trasmissione, tipologia dei cuscinetti e curva di potenza delle turbine. Sarebbe ancora meglio se includessero dati tecnici quali età delle macchine, revisione dei componenti e analisi dei lubrificanti, oltre a parametri chiave selezionati, come temperatura e monitoraggio detriti.

Il posizionamento dei sensori va adattato alle zone di carico, in funzione del design del sistema di azionamento delle turbine. Questo fa sì che per poter rilevare eventuali problemi e valutarne la gravità si renda necessario un carico minimo di vento sui componenti meccanici. La soluzione SKF prevede una sonda induttiva con supporto magnetico collegato al sistema mobile CMS.

Esempio di configurazione del sensore.
Il sensore induttivo misura la velocità dell'albero.

Necessario un intervallo di velocità più ampio

I CMS permanenti permettono agli operatori di essere selettivi in termini di acquisizione dati relativamente alla velocità e alla potenza attiva di acquisizione in condizioni di carico simili, il che porta a individuare tendenze significative. Con i sistemi CMS mobili l’operazione è un po’ più impegnativa. Data la finestra di misurazione limitata, è necessario un intervallo di velocità più ampio. La classificazione delle registrazioni in condizioni di carico simili viene effettuata successivamente con il software CMS. Si rende, tuttavia, ancora necessario utilizzare il parametro Delta velocità massimo consentito, che protegge dall’alterazione dei dati CMS legata alle fluttuazioni di vento.

Seguendo il processo del dispositivo CMS mobile è inoltre possibile confrontare i valori di determinate macchine e avere una panoramica delle condizioni di ogni componente.

Tali sistemi, inoltre, forniscono misure cinematiche e qualitative precise, che consolidano l’accuratezza diagnostica e le decisioni di gestione e manutenzione correlate.

Esempio di configurazione dell’intervallo di velocità rispetto alla curva di potenza della turbina.
Valore complessivo nel tempo dello stato dei cuscinetti, che evidenzia la facilità di confronto delle condizioni dei componenti.
Uso delle frequenze di difetto dei componenti.

Conclusione

Questo articolo mira a stabilire le corrette procedure per l’adozione dei sistemi mobili di condition monitoring, enfatizzandone i pro e contro rispetto ai tipi fissi.

Tenendo presente i casi d’uso per i quali sono idonei, si tratta di soluzioni molto valide in termini rischio/beneficio, che rappresentano un valido complemento al protocollo di gestione e manutenzione (Operation and Maintenance, O&M) adottato.

Da notare, inoltre, che le operazioni di installazione e misurazione non richiedono competenze specifiche. Tuttavia, la creazione del database, l’analisi e il reporting dei dati sono compiti da affidare successivamente agli specialisti. I risultati finali possono essere forniti durante la campagna di misurazione, poiché i dati vengono inviati direttamente al cloud per diagnostica da remoto.