Бесплатный инженерный инструмент № 026
Предельные значения вибрации — ветровые турбины
Оценка интенсивности вибрации компонентов ветрогенераторов в соответствии с ISO 20816-21. Поддерживаются измерения на главном подшипнике, редукторе, генераторе и верхушке башни.
Результаты
ℹ️ Примечание по компоненту:
| Зона | Граница | Описание |
|---|
ISO 20816-21 Область применения
Стандарт ISO 20816-21 устанавливает критерии оценки вибрации для наземных и морских ветровых турбин. Он охватывает основные компоненты приводной системы и конструкцию башни/гондолы, учитывая специфику условий эксплуатации ветроэнергетических систем.
Редуктор — скорость (мм/с, среднеквадратичное значение)
Вибрация коробки передач измеряется на корпусе подшипника с помощью датчиков скорости. Многоступенчатая конструкция приводит к появлению сложных вибрационных сигнатур.
| Граница зоны | Скорость (мм/с, среднеквадратичное значение) |
|---|---|
| A/B | 3.5 |
| B/C | 7.1 |
| C/D | 11.2 |
Генератор — Скорость (мм/с, среднеквадратичное значение)
Пределы вибрации генераторов ниже, поскольку генераторы представляют собой прецизионные вращающиеся машины с более жесткими допусками.
| Граница зоны | Скорость (мм/с, среднеквадратичное значение) |
|---|---|
| A/B | 2.8 |
| B/C | 5.6 |
| C/D | 9.0 |
Главный подшипник — ускорение (g, среднеквадратичное значение)
Основной подшипник работает на очень низких скоростях (10–20 об/мин). При измерении ускорения фиксируются высокочастотные сигналы, свидетельствующие о дефектах подшипника, которые датчики скорости не смогли бы уловить.
| Граница зоны | Ускорение (g, среднеквадратичное значение) |
|---|---|
| A/B | 0.5 |
| B/C | 1.0 |
| C/D | 2.0 |
Верхняя часть башни (гондола) — Скорость (мм/с, среднеквадратичное значение)
Вибрация в верхней части башни отражает общую реакцию конструкции на аэродинамические нагрузки и усилия силовой передачи.
| Граница зоны | Скорость (мм/с, среднеквадратичное значение) |
|---|---|
| A/B | 2.0 |
| B/C | 4.0 |
| C/D | 7.0 |
ℹ️ Примечание: Вибрация ветротурбин в значительной степени зависит от ветровых условий. Для проведения достоверного сравнения измерения следует проводить при постоянных условиях эксплуатации (например, при номинальной мощности или в определенных диапазонах скорости ветра). Системы мониторинга состояния (CMS) обеспечивают непрерывное отслеживание.
⚠️ Важно: Выход из строя опорных подшипников относится к числу наиболее затратных видов ремонта ветротурбин. Своевременное выявление неисправностей с помощью мониторинга вибрации (особенно анализа высокочастотного ускорения и огибающей) имеет решающее значение для плановой замены подшипников до наступления катастрофического отказа.
Стандарт ISO 20816-21 устанавливает критерии оценки вибрации для наземных и морских (офшорных) ветроэнергетических установок (ВЭУ) с горизонтальной осью вращения и мультипликатором. Он регламентирует контроль четырех основных узлов:
- Главный подшипник ротора — тихоходная опора главного вала
- Мультипликатор (редуктор) — многоступенчатый повышающий редуктор
- Генератор — быстроходная электрическая машина
- Вершина башни и гондола (nacelle) — низкочастотные конструкционные колебания
В зависимости от контролируемого узла и частотного диапазона стандарт нормирует как виброскорость (mm/s), так и виброускорение (g).
Виброскорость (мм/с СКЗ / mm/s RMS) используется для мультипликатора, генератора и верхней части башни (гондолы), где основные частоты вибрации лежат в диапазоне 10–1000 Гц.
Виброускорение (g СКЗ / g RMS) применяется для главных подшипников, работающих на очень низких частотах вращения (10–20 об/мин), где высокочастотные сигналы дефектов подшипников лучше регистрируются акселерометрами с применением методов демодуляции огибающей.
Более крупные ветрогенераторы мощностью свыше 3 МВт (>3 MW) отличаются следующими особенностями:
- Более низкой частотой вращения ротора ветроколеса
- Повышенной упругой податливостью башни и лопастей
- Огромным моментом инерции ротора
- Сложной динамикой привода и взаимодействия с ветровым потоком
Границы оценочных зон в стандарте также разделяются для наземных (onshore) и морских (offshore) ВЭУ, поскольку морские установки испытывают дополнительные волновые нагрузки и имеют иную жесткость опорных конструкций.
Вибрация гондолы (вершины башни) отражает суммарный динамический отклик конструкции ВЭУ на следующие факторы:
- Массовый и аэродинамический дисбаланс ветроколеса (разница углов установки лопастей — pitch)
- Ошибку рыскания (несоосность гондолы направлению ветра — yaw misalignment)
- Динамические усилия со стороны трансмиссии, передаваемые на раму гондолы
- Резонансные колебания башни на собственной частоте (1P / 3P)
- Проблемы с жесткостью фундамента или опорного основания
Это важнейший комплексный показатель здоровья ветроустановки, позволяющий выявить аэродинамические и структурные дефекты, которые не видны по датчикам отдельных узлов привода.
При переходе вибрации узла ветрогенератора в зону C рекомендуется:
- Проанализировать тренды штатной системы мониторинга (CMS) и оперативные данные SCADA
- Сопоставить уровень вибрации со скоростью ветра, вырабатываемой мощностью и частотой вращения
- Для подшипников: проверить спектр огибающей виброускорения на наличие характерных частот дефектов (BPFO, BPFI, BSF)
- Для мультипликатора: провести анализ проб масла на содержание продуктов износа и металлических частиц
- Рассмотреть ограничение мощности (дерэйтинг) для снижения механических нагрузок до ремонта
- Запланировать ревизию и техническое обслуживание в ближайшее благоприятное погодное окно
- При высокой вибрации башни/гондолы: проверить углы установки лопастей, балансировку ротора, систему рыскания и состояние фундамента
Процедуры, описанные на этой странице, были разработаны и опробованы в полевых условиях командой Vibromera с использованием Balanset-1A — портативного двухканального балансировочного прибора и анализатора вибрации для балансировки роторов на месте эксплуатации.
Профессиональные анализаторы вибрации для мониторинга состояния ветровых турбин. Оценка на месте в соответствии с ISO 20816. Используются более чем в 50 странах.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko — инженер по вибрационному анализу, основатель и генеральный директор Vibromera. Более 15 лет он балансирует вращающееся оборудование в полевых условиях, а не на испытательном стенде: мульчеры, промышленные вентиляторы, дробилки, центрифуги, валы и шпиндели. Именно из этой работы выросли приборы Balanset — они задумывались как инструмент, который специалист может принести к машине и применить самостоятельно, прямо на месте, а не как лабораторное оборудование. Vibromera основана в 2017 году, а с 2023 года базируется в Порту, Португалия. Здесь происходят разработка, сборка и поддержка линейки Balanset. Флагманский прибор — Balanset-1A, портативный анализатор для одно- и двухплоскостной балансировки и вибродиагностики. Nikolai лично участвует в поддержке клиентов, в разборе сложных случаев балансировки и в разработке программного обеспечения. Он работает с клиентами по всему миру, на любом языке.
