IoT傳感器維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

 隨著太陽(yáng)能與風(fēng)力等再生能源的發(fā)電比例日益吃重，相關(guān)發(fā)電設(shè)備的運(yùn)作效益與使用壽命至為關(guān)鍵，有助于確保風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(wind turbine)及其機(jī)件的正常運(yùn)作、性能表現(xiàn)、最佳化維護(hù)方式的各種電(electrical)傳感器與光學(xué)(optical)傳感器，將扮演日益吃重的角色。

根據(jù)Electronics360報(bào)導(dǎo)，傳感器收集的數(shù)據(jù)可用于分析與確認(rèn)那些環(huán)境因素普遍會(huì)影響風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)作，并可協(xié)助建立作業(yè)狀況的基準(zhǔn)，當(dāng)偵測(cè)到機(jī)件的機(jī)械應(yīng)力、壓力、溫度、震動(dòng)變化等的偏離可能影響其運(yùn)作或?qū)е缕鋼p壞時(shí)，便可及時(shí)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)性維護(hù)(preventative maintenance)與檢修，以延長(zhǎng)機(jī)件與設(shè)備的使用壽命。

風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)最常應(yīng)用到也是最重要的傳感器，包括量測(cè)軸承間隙(bearing gap)的渦電流位移(eddy current displacement)傳感器、控制空氣供給的拉線式(draw-wire)位移傳感器、量測(cè)發(fā)電機(jī)空氣間隙(generator air gap)的電容式(capacitive-type)位移傳感器、監(jiān)測(cè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)塔震動(dòng)的雷射三角(laser triangulation)位移傳感器。

電容式位移傳感器具備高分辨率、耐高溫、不受電磁場(chǎng)影響的特性，運(yùn)用兩個(gè)鄰近的導(dǎo)體表面間存在電容且會(huì)隨兩者距離改變的原理，傳感器根據(jù)電容的變化偵測(cè)定子(stator)與轉(zhuǎn)子(rotor)間的距離變化，以此來(lái)衡量發(fā)電機(jī)空氣間隙以防止定子與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生接觸，這對(duì)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的安全性與維護(hù)至為重要。

拉線式位移傳感器透過(guò)監(jiān)測(cè)渦輪通風(fēng)葉片(air flap)的位置并根據(jù)溫度變化來(lái)控制空氣供給，傳感器運(yùn)用纏繞在鼓狀物上的超高彈性不銹鋼線量測(cè)線性移動(dòng)，不銹鋼線的一端與要量測(cè)的物體連接，而鼓狀物的軸線則搭配編碼器(encoder)或電位計(jì)(potentiometer)使用，物體與傳感器的距離改變時(shí)鼓狀物會(huì)隨之旋轉(zhuǎn)，并轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)傳送至空氣供給控制器。

雷射三角位移傳感器會(huì)向目標(biāo)發(fā)射細(xì)窄的激光束，再接收由物體反射回來(lái)的光束，因此能高度精準(zhǔn)的計(jì)算地基與垂直柱體間極小的距離變化，確實(shí)掌握風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)塔的震動(dòng)情況，而依據(jù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)紀(jì)錄還可進(jìn)行趨勢(shì)分析，以顯示風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)塔在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的震動(dòng)行為。

位移傳感器可用于量測(cè)一個(gè)物體與參考點(diǎn)間的距離，渦電流位移傳感器運(yùn)用導(dǎo)體進(jìn)入移動(dòng)中的磁場(chǎng)會(huì)造成電流變化的特性，將電流變化換算為距離的變化來(lái)量測(cè)軸承間隙，或是渦輪離合器碟(clutch disc)在軸向(axial)、徑向(radial)、切線(tangential)方向的偏移(deflection)，這些與滑動(dòng)屬性(sliding property)相關(guān)的信息，對(duì)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)作不可或缺。

渦輪軸承表面與驅(qū)動(dòng)軸(drive shaft)的間隙需充填潤(rùn)滑油，間隙縮小則潤(rùn)滑油膜變薄可能造成機(jī)件間的摩擦力增加、軸承升溫，導(dǎo)致內(nèi)部機(jī)件使用壽命縮短、軸承受損，影響風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)作效益。傳統(tǒng)量測(cè)軸承間隙的方式需停機(jī)且相當(dāng)耗時(shí)，渦電流位移傳感器透過(guò)外部軟件能快速、可靠的完成量測(cè)。

此外抗油污、壓力、溫度等特性對(duì)設(shè)置在戶外的儀器設(shè)備如風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)非常重要，因此渦電流位移傳感器的設(shè)計(jì)可承受嚴(yán)苛的作業(yè)環(huán)境。