Согласно тенденциям, существующим в современной энергетике, количество альтернативных источников ее получения постоянно растет. По оптимистичным прогнозам к 2030 году доля возобновляемой электроэнергии составит не менее 32%. Такой расклад обусловлен актуальностью экологических проблем: вредные выбросы в атмосферу, глобальное потепление и др.

Среди возобновляемых источников энергии важное место принадлежит ветру.  В том или ином виде его использовали жители Вавилона, Египта и Китая. Европейцы начали осваивать энергию ветра с ХII столетия. Первые применения были довольно простыми – измельчение зерна, осушка болот и рисовых полей, но уже тогда было понятно, что такое явление природы имеет хороший потенциал. Начало использованию ветра для производства электроэнергии положила Дания. В 1890 году состоялся запуск первой ветроэлектростанции. Через двадцать лет их общее количество во всем мире приблизилось к сотне. По состоянию на 2012 год насчитывалось 806 000 ветряных турбин.

Популярность ветряной энергетики определяется рядом преимуществ: выработка электроэнергии уже при скорости ветра от 4-5 м/с, экологическая чистота, возобновляемость, работа с существующей сетью электростанций или автономно. Срок непрерывной работы большинства современных ветряных турбин без технического обслуживания составляет три года (30 000 часов).

В этой статье рассматривается ряд вопросов, связанных с продлением срока службы ветряных установок:

• для чего предназначено масло ветряной турбины;
• выбор трансмиссионного масла;
• замена масла в редукторе;
• установка замены трансмиссионного масла CMM-G;
• экономические аспекты замены масла в редукторах ветряных турбин.

Из чего состоит ветряная турбина

Ветряная турбина предназначена для преобразования энергии ветра в электрическую энергию. В целом это сложное техническое устройство, в состав которого входят лопасти, ротор, редуктор, генератор, гондола, мачта, тормоз, контроллер, приводы и датчики.

Лопасти предназначены для «захвата» ветра и крепятся на роторе. При появлении рабочих скоростей ветра ротор передает вращение на тихоходный вал, который соединен с трансмиссией. Далее от редуктора вращательный момент через быстроходный вал передается в генератор, где и происходит преобразование механической энергии в электрическую. Для выработки электроэнергии необходима относительно большая скорость вращения вала (1000-2000 об/мин). Получить напрямую ее не представляется возможным, так как ветер обеспечивает скорость вращения тихоходного вала на уровне не более 15-20 об/мин. Для увеличения скорости оборотов и используется редуктор. Назначение других частей ветряных турбин следующее:

• гондола выполняет функцию корпуса, в котором расположены валы, редуктор, генератор и тормоз;
• башня (мачта) одним концом крепится к основанию, а на другом располагается гондола. Внутри башни есть лестница, с помощью которой обеспечивается доступ обслуживающего персонала к другим частям ветроустановки;
• тормоз выполняет остановку ротора в случае появления критических скоростей ветра;
• контроллер управляет рабочими процессами установки;
• приводы поворачивают или изменяют положения отдельных элементов;
• датчики определяют необходимые параметры (направление и скорость ветра) и передают информацию в контроллер, где формируется управляющее воздействие.

Появляются новые конструкции ветряных турбин без редуктора или лопастей, но подавляющее большинство пребывающих в эксплуатации устройств имеют состав, который приведен выше.

Редуктор – наиболее уязвимая часть ветроустановки

Стоимость генератора и редуктора составляет 34% от всей стоимости турбины, роторного механизма – 20% и механизма поддержки – 15%. Одновременно с дороговизной редуктор продолжает оставаться наиболее уязвимым звеном ветроустановки. Совместное воздействие неблагоприятных факторов приводит к преждевременному выходу из строя этой части оборудования. Среди наиболее распространенных причин стоит выделить высокие нагрузки, большой крутящий момент, сезонные перепады температур, переменную силу ветра, коррозию, а также частые остановки и запуски. Учитывая сложность технического обслуживания, важно продлить жизненный цикл редуктора на максимальный срок. И в этом помогает применение трансмиссионного масла.

Для чего предназначено трансмиссионное масло

В ветряных турбинах присутствует несколько «слабых» мест, которые требуют своевременной смазки. Это подшипники лопастей винтов, главного вала, поворотного механизма, генератора и зубчатые передачи трансмиссии.

Трансмиссионное масло предназначено для уменьшения трения, защиты от появления пены, предотвращения окисления и коррозии. Также оно обеспечивает чистоту в редукторе за счет присадок, которые удерживают металлические частицы и препятствуют отложениям на внутренних поверхностях.

Выше мы отмечали, что разрабатываются модели ветряных турбин без редуктора. Это не является абсолютным ноу-хау, так как и до этого выпускались установки небольшой мощности, скорости вращения ротора которых было достаточно для прямой связи с электрическим генератором. Сейчас ведутся разработки, направленные на отказ от редуктора для ветряных турбин больших мощностей.  В некоторых моделях, оснащенных маленькими редукторами, существует практика «пожизненного» трансмиссионного масла. Она предусматривает отсутствие ремонтов и полную замену при поломке редуктора со всем его содержимым.

Тем не менее, подавляющее большинство установок, эксплуатирующихся на сегодняшний день, оснащены полноценными редукторами и требуют применения трансмиссионного масла. Правильное использование и своевременная замена масла в редукторе позволяет повысить эксплуатационную надежность и продлить временные интервалы между техническими обслуживаниями ветрогенераторов. Также снижается риск возникновения аварий и сокращается время незапланированных перебоев в производстве электроэнергии.

Выбор трансмиссионного масла турбины

Выбор трансмиссионного масла – задача не менее важная, чем его правильная эксплуатация. Основные требования, которым должна соответствовать смазочная среда редуктора:

• длительный срок службы. Высота современных ветряных турбин достигает ста метров, что делает процесс замены масла трудоемким и опасным. Поэтому чем реже меняется трансмиссионное масло – тем лучше;
• безопасность холодного пуска. Большинство промышленных редукторов функционирует при стабильных температурах, но редукторы ветроустановок являются исключением, так как работают на открытом воздухе и подвержены воздействию атмосферных факторов;
• надежная работа под высокими нагрузками, предотвращение коррозии и преждевременного износа деталей механизма редуктора;
• водостойкость, невспениваемость и безвредность для обслуживающего персонала.

На рынке доступно два принципиально разных класса таких масел – минеральные и синтетические. Каждый из них имеет свои преимущества:

• допускается смешивание минеральных трансмиссионных масел различных марок (смеси синтетических масел использовать не рекомендуется);
• в сравнении с синтетическими минеральные масла обладают лучшей смазывающей способностью;
• синтетическое масло более долговечно и лучше работает при разных температурах окружающей среды.

Выбор трансмиссионного масла индивидуален для каждого случая и требует учета всех возможных факторов.

Причины замены трансмиссионного масла ветрогенератора

Трансмиссионное масло работает в тяжелых условиях: высокие нагрузки, резкие порывы ветра, изменение температуры, большое трение и т.п. В результате через некоторое время происходит ухудшение эксплуатационных свойств смазочной среды и снижение надежности работы всего ветроагрегата.

Среди интенсифицирующих факторов старения трансмиссионного масла стоит выделить:

• свободную и растворенную воду;
• продукты износа деталей трансмиссии;
• газы;
• грязь.

Учитывая то, что смазочный материал контактирует со всеми частями редуктора, целесообразно рассматривать его как отдельную часть всей установки, требующую персонального контроля и обслуживания. Одной из составляющей текущего обслуживания является полная замена трансмиссионного масла ветряной турбины.

Основные проблемы редуктора ветрогенератора

Снижение качества масла приводит к возникновению в редукторе ветроагрегата ряда проблем. Среди наиболее частых выделяют микропиттинг и питтинг, поломки зубьев и подшипников. Микропитттингом называют явление поверхностной усталости, которое появляется при контакте зубьев шестерен.

Он возникает в результате:

• недостаточного количества и неравномерного слоя масла на поверхности зубьев;
• неправильного подбора смазочного материала;
• наличие в масле пены;
• регулярное изменение нагрузки.

Появление микропиттинга – первый этап образования питтинга, в результате которого происходит выкрашивание и поломка зубьев.

Исходя из причин микропиттинга, можно утверждать, что своевременная замена трансмиссионного масла является хорошей профилактической мерой для обеспечения целостности и надежности работы зубчатых колес.

Замена масла в редукторе ветроагрегата

Существует два похода, с помощью которых выполняется замена масла в редукторе. В первом случае ориентируются на данные от производителей смазочных материалов и производят замену по истечению гарантийного срока эксплуатации без учета текущего состояния масла. Обычно периодичность замены трансмиссионного масла составляет два-три года. Во втором случае замена производится после выявления критических отклонений параметров смазки, обнаруженных в результате анализа взятых проб.

Вы определили, что необходима замена масла в редукторе. Далее необходимо выбрать способ технической реализации данной процедуры. На первых порах она осуществлялась с помощью создания «живой цепочки» — несколько работников передавали ведра друг другу, осуществляя доставку масла от редуктора на землю и наоборот. Сложно поверить, но даже сейчас такой способ замены все еще находит применения при обслуживании ветроагрегатов.

Со временем замена масла в редукторе  стала осуществляться за счет механических устройств, которые уменьшали долю ручного труда, выполняя при этом простой слив старого и заливку нового масла. Но исследования показали, что этого недостаточно. После слива в редукторе остается до 50% загрязняющих частиц и некоторая часть старой смазки. Это приводит к быстрому старению свежего масла, да и не все виды смазочного материала совместимы между собой.

Установка замены трансмиссионного масла CMM-G

Для решения актуальной задачи замены масла ветряной турбины компанией GlobeCore разработана и производится установка типа CMM-G. Основная отличительная черта данного оборудования – наличие еще одной стадии. Кроме слива и заливки масла CMM-G также выполняет и промывку редуктора, во время которой происходит удаление всех примесей и остатков старого смазывающего материала. Такой подход позволяет по максимуму  использовать потенциал купленного масла. Также установка может нагревать смазочную жидкость перед подачей в редуктор. Для заливики пригодны как минеральные, так и синтетические трансмиссионные масла. При переходе с одного класса масла на другой необходимо промыть установку и заменить фильтроэлементы.

Технические характеристики CMM-G (замена масла в редукторе)

№	Наименование параметра	Значение
1	Производительность закачки, м3/час, не менее	0,8
2	Производительность слива, м3/час, не менее	0,5
3	Максимальная температура масла на выходе в режиме нагрева, ºС	70
4	Давление на выходе, МПа	1,3
5	Мощность маслонагревателя, кВт, не более	4,8
6	Максимальная потребляемая мощность, кВт, не более	8
7	Параметры электрического тока
	— напряжение, В	380
	— переменный с частотой, Гц	50
8	Габаритные размеры, мм, не более
	— длина	5700
	— ширина	2400
	— высота	1650
9	Масса пустой установки, кг, не более	2500

Установка замены трансмиссионного масла CMM-G состоит из бокса, емкости для чистого масла, емкости для грязного масла и барабанов для шлангов. Все перечисленные части расположены на двохосном прицепе. При отсутствии возможности подключения к электросети предусмотрена автономная работа на генераторе. Функционирование клапанов автоматизировано за счет контроллера. Количество подаваемого масла фиксируется счетчиком, установленным на конце заправочного шланга.

Для защиты насосов от крупных примесей используется специальный сетчатый фильтр. Фильтр тонкой очистки (тонкость фильтрации 12 мкм) дополнительно очищает новое масло от частиц, которые могут накапливаться во время хранения и транспортировки. Система датчиков обеспечивает постоянный контроль всех рабочих процессов установки CMM-G (датчики температуры масла, загрязнения фильтрующего элемента, давления на выходе, вакуума, уровня масла в емкостях и др.).

Преимущества установки замены трансмиссионного масла типа CMM-G торговой марки GlobeCore:

• качественный уход за трансмиссией ветрогенератора;
• мобильность использования и возможность транспортировки на прицепе или в контейнере;
• небольшие габариты;
• объема емкостей достаточно для замены масла в турбинах трех ветрогенераторов;
• процесс слива-закачки занимает не более одного-двух часов;
• шланги быстро наматываются на барабан за счет электропривода.

Экономические аспекты

Экономическая целесообразность применения оборудования для замены масла ветряной турбины  в сравнении с ручным трудом не вызывает сомнений. Например, для замены и заливки 80 галлонов масла двум людям необходимо трудится на протяжении 12 часов. Такой же объем работы выполняется установкой CMM-G за один-два часа.

Для организаций, которые занимаются производством альтернативной энергии с помощью ветрогенераторов, существует три варианта замены масла: покупка оборудования, аренда или договор с третьей стороной.

Сравним аренду и покупку установки замены трансмиссионного масла. Каждое из решений имеет как преимущества, так и недостатки. Использование оборудования только в одном ветропарке, состоящем, например, из 60 башен, не позволит рассчитывать на быструю окупаемость финансовых вложений. В этом случае целесообразно арендовать установку на время замены масла. При эксплуатации нескольких ветропарков собственное оборудование – правильный выбор и выгодная инвестиция!

Некоторые энергетические компании стремятся к полному контролю над процессом замены масла ветряной турбины и промывки редуктора, начиная от выбора смазочного материала и заканчивая подготовкой собственных кадров для выполнения работ. Для остальных случаев рассматривается привлечение сторонней организации, в которой работают квалифицированные специалисты по очистке масла и удалению загрязнений из редуктора.

Окончательное решение относительно механизмов ухода за трансмиссионной системой ветряной турбины принимается на основании факторов, которые можно учесть и проанализировать.