Per il condition monitoring delle turbine eoliche, spesso installate in aree poco accessibili, i tecnici della SKF hanno dovuto estendere al campo delle telecomunicazioni la propria competenza. Il WindCon, la soluzione SKF per il controllo del funzionamento delle turbine eoliche, è caratterizzato da un sofisticato sistema di comunicazioni che trasmette dati complessi sulle prestazioni.

L’energia eolicaè in costante crescita e, nel dicembre 2005, ha raggiunto una capacità mondiale di 60 gigawatt, il 20% della quale installata nel solo 2005. Questa evoluzione porta a un interesse non più concentrato solo sullo sviluppo, ma rivolto al funzionamento e alla manutenzione.

Il controllo delle prestazioni assume pertanto un ruolo primario nella manutenzione delle turbine eoliche, al pari di altri settori industriali. La natura delle condizioni in cui essi operano, però, richiede soluzioni appositamente studiate.

Sebbene sia una tecnica collaudata, non basta riprodurre e installare i sistemi di condition monitoring esistenti.

Per questo la SKF ha realizzato il WindCon, che è in grado di controllare il funzionamento delle turbine che sono soggette a condizioni di vento in rapido mutamento in termini di carico e di velocità. Inoltre, per tenere conto della dispersione geografica dell’industria eolica, il WindCon presenta esclusive capacità di comunicazione, che lo rendono in grado di dialogare con qualsiasi tipo di rete, da quella telefonica basata ancora sul doppino in rame ai più avanzati sistemi wireless, fino alle superprotette reti aziendali.

 

Utilizzando l’SKF WebConè possibile trasmettere i dati a qualsiasi PC connesso a Internet usando come software un browser di navigazione, senza ricorrere a software complessi ed estendendo il flusso di informazioni a un ampio numero di utenti o a terze parti.

 

Diagnosi attraverso tre caratteristiche esclusive del WindCon

 

Le condizioni di lavoro in cui operano i generatori eolici sono alquanto imprevedibili a causa della natura stessa del vento, che muta spesso velocità, direzione, temperatura e umidità. Il controllo di macchine soggette a repentini cambiamenti di carico, potenza e velocità di rotazione richiede un’eccellenza tecnica atta a identificare tempestivamente anche il minimo danneggiamento in condizioni di vento debole, senza peraltro lanciare falsi allarmi in caso di raffiche improvvise. In una realtà geografica così disseminata, il trasporto di gru, personale e parti di ricambio nelle aree remote in cui sorgono le turbine risulta particolarmente costoso – soprattutto se le installazioni sono offshore. Per prevedere gli eventuali guasti è necessario tracciare un andamento affidabile delle condizioni sulla base di dati comparabili. L’SKF WindCon è in grado di delineare con attendibilità gli andamenti basati su dati raffrontabili provenienti dalle turbine, che sono studiati per adattarsi costantemente alle loro variabili condizioni di lavoro.

 

Variabilità del carico

 

Le turbine eoliche sono soggette a condizioni di vento costantemente variabili. Forti raffiche improvvise creano picchi elevati sui cuscinetti, sul moltiplicatore e sul generatore ed è pertanto opportuno che il sistema di controllo non si lasci fuorviare dai carichi di picco e dai relativi valori rilevati dai sensori. Inoltre, il sistema deve poter garantire in qualunque momento un funzionamento efficiente, individuando ogni danno incipiente a cuscinetti e ingranaggi nei momenti di vento più debole. La SKF ha realizzato strumenti diagnostici intelligenti, appositamente studiati per la complessa realtà delle turbine eoliche; nel sistema SKF WindCon, i livelli di allarme sono impostati per adattarsi alle effettive condizioni di vento e di emissione di energia, così da impedire segnali ingiustificati, derivanti, ad esempio, dalle frequenze di risonanza che si verificano in accelerazione.

 

Variabilità della velocità

 

Nel controllo delle condizioni degli organi rotanti, l’analisi delle frequenze è impiegata come strumento standard di identificazione poiché le frequenze sono direttamente collegate alla velocità di rotazione. La sfida rappresentata dalle moderne turbine eoliche sta nel fatto che, per ottimizzarne il rendimento, le pale devono reagire alle variazioni del vento, il che porta a una variazione di velocità di rotazione. Queste variazioni di velocità, che sono imprevedibili, rendono particolarmente difficile identificare i fenomeni dannosi o i componenti difettosi. Il sistema SKF WindCon tiene conto della geometria dei cuscinetti e della forma costruttiva del moltiplicatore per ricalcolare continuamente tutte le possibili frequenze imputabili a difetto, in funzione dell’effettiva velocità di rotazione della turbina.

 

Previsioni

 

Sebbene il sistema SKF WindCon possa essere impiegato per l’analisi delle cause all’origine dei guasti, allo scopo di ottimizzare gli interventi di riparazione e di manutenzione ed evitare il ripetersi degli eventi negativi, i risparmi più significativi si ottengono con le previsioni. Ciò presuppone la conoscenza dell’andamento delle condizioni, tracciato con i dati comparabili, rilevati in circostanze anch’esse comparabili. L’order analysis, una tecnica standard impiegata per controllare gli organi rotanti in fase di accelerazione o decelerazione, non è valida nel caso delle turbine eoliche, in quanto può condurre a conclusioni errate. Al contrario, il WindCon è in grado di utilizzare vari segnali di processo per scegliere accuratamente i dati più idonei da memorizzare con i quali delineare l’andamento. Sebbene effettui continue misurazioni da rapportare ai livelli di allarme stabiliti, il
sistema memorizza solo i dati confrontabili con quelli rilevati precedentemente.

 

Località remote

 

L’installazione delle turbine eoliche in angoli remoti del pianeta rende ardua la rilevazione dei dati. La trasmissione delle informazioni a server da parte dei sistemi WindCon sparsi in Europa, Asia, Stati Uniti e Australia avviene quotidianamente attraverso segnali radio in FM, reti telefoniche con doppino in rame, sistemi GPRS, satelliti, ADSL, ISDN e altro ancora. Il più delle volte ciò avviene in tutta sicurezza attraverso reti aziendali blindate, mentre in alcuni casi si è esposti direttamente ai virus e agli hacker che agiscono su Internet. Grazie ai sistemi WindCon, la SKF ha acquisito un’esperienza anche nella tecnologia delle comunicazioni.

 

SKF WebCon

 

Anche per i più esperti le tecniche di condition monitoring possono apparire complicate. Attraverso l’SKF WebCon, l’accesso ai dati di condition monitoring risulta più semplice e di facile comprensione anche per coloro che non hanno competenze tecniche specifiche. Il software SKF ProCon Expert esegue le analisi e i calcoli più complessi, mentre il WebCon, mediante il più usato software di navigazione, il browser, rende accessibili i dati via Internet, senza bisogno di alcun altro software particolare. I segnali di allarme che possono originare da un dato componente delle macchine appaiono evidenziati su apposite caselline delle schermate, alle quali è associato il relativo identificatore che permette di interpretare lo stato della macchina. La sorveglianza dei generatori non è più prerogativa di un limitato numero di esperti di condition monitoring poiché la maggiore accessibilità e comprensione dei dati pone più persone nelle condizioni di effettuare
i controlli.

 

Un’applicazione insolita

 

Il particolare approccio al condition monitoring da parte di una società britannica si è rivelato molto produttivo. In seguito al danneggiamento del gruppo di ingranaggi a bassa velocità del moltiplicatore di una turbina eolica da 600kW, la società ha scelto di installare un sistema WindCon, nonostante fosse già in programma la sostituzione dell’intero moltiplicatore. Il WindCon non solo ha individuato il danno, ma ha anche fatto capire che non sarebbe peggiorato, al punto da far decidere di posticipare la sostituzione del moltiplicatore e di mantenere in funzione la turbina sotto il costante controllo del componente danneggiato da parte del WindCon. Dopo 11 mesi e 3 settimane, il WindCon ha rilevato una rapida evoluzione del danneggiamento e la turbina è stata quindi posta a riposo per consentire la già programmata sostituzione del moltiplicatore.

Il rinvio di quasi 12 mesi della sostituzione ha permesso all’azienda di maturare gli interessi sul capitale accantonato per la riparazione, con i quali si è quasi pagata l’installazione del WindCon. Ma ciò che più conta in termini di risparmio è che l’azienda ha potuto programmare efficacemente la consegna dei ricambi, la spedizione, il personale e le gru occorrenti, cosa impossibile in caso di operazione frettolosa unita
a varie settimane di fermo di produzione.

Obiettivo per eccellenza del condition monitoring è prevedere i guasti e sostituire i componenti prima che essi avvengano, nonché sospendere il funzionamento delle macchine una volta individuati i guasti stessi. In questo caso, però, la tecnica è stata impiegata per mantenere in funzione il più a lungo possibile un organo danneggiato, tenendolo sotto costante controllo e riuscendo a prolungare di un anno il funzionamento del moltiplicatore.

A conti fatti, il condition monitoring è uno strumento economico, grazie alla
capacità di comunicazione unita ad un soft­ware avanzato che semplifica l’interpretazione delle prestazioni del macchinario.