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關(guān)鍵的風(fēng)力渦輪機(jī)部件極易受到微動腐蝕的影響,這可能導(dǎo)致功能故障。風(fēng)力渦輪機(jī)的預(yù)期使用壽命約為20年,而制造商的保修通常僅涵蓋運(yùn)行的前2到5年。因此,業(yè)主和運(yùn)營商需要可靠的腐蝕分析工具來支持他們的保修索賠。X射線衍射(XRD)目前被用于通過磨損碎片樣品積極識別和量化微動腐蝕。然而,傳統(tǒng)的X射線衍射實(shí)驗(yàn)室分析需要笨重、成本高昂的設(shè)備、大量樣品,且工作本身非常昂貴(通常每個樣品750美元),且周轉(zhuǎn)時間以周為單位。
一、微動腐蝕的成因與影響
過去十年,風(fēng)力渦輪機(jī)尺寸和數(shù)量顯著增長,隨之而來的是新的故障模式。高速齒輪箱軸承內(nèi)圈軸向開裂和微動腐蝕是兩種新出現(xiàn)的故障類型。微動腐蝕在風(fēng)能行業(yè)尚不為人所熟知。
微動腐蝕發(fā)生在風(fēng)力渦輪機(jī)中兩個鋼表面間,受壓力和微小振動影響。它在潤滑和干觸點(diǎn)中都可能發(fā)生,但干觸點(diǎn)微動更破壞性。潤滑部件中,微動腐蝕分兩階段:首先形成磁鐵礦,阻止?jié)櫥瑒┝魅?其次形成赤鐵礦,一種硬質(zhì)磨料。磁鐵礦和赤鐵礦的鋒利邊緣可導(dǎo)致磨料磨損。
二、微動腐蝕對風(fēng)力渦輪機(jī)的影響
相對于其他工業(yè)應(yīng)用,風(fēng)力渦輪機(jī)承受著強(qiáng)烈的負(fù)載變化。重要的是,隨著風(fēng)力渦輪機(jī)尺寸的增加,由于縮放效應(yīng),組件重量的增加速度是接觸區(qū)(如螺栓連接)中表面積的兩倍。這被稱為“表面積與體積比"問題。由于質(zhì)量更大,接觸面積更小,在關(guān)鍵組件和接口中發(fā)現(xiàn)了過去沒有發(fā)現(xiàn)的微動效應(yīng)。此外,還降低了安全系數(shù)以降低成本和減輕重量。市場有強(qiáng)烈的動機(jī)來更大限度地減少機(jī)艙和轉(zhuǎn)子的重量,以降低塔架和基礎(chǔ)的成本。
三、使用便攜式XRD分析儀進(jìn)行微動腐蝕檢測
使用奧林巴斯TERRA®便攜式XRD分析儀對風(fēng)力渦輪機(jī)磨損碎片樣品(包括干燥的和與潤滑劑混合的)進(jìn)行現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室調(diào)查。這些試驗(yàn)成功、快速地識別和量化了微動腐蝕碎片,表明渦輪機(jī)所有者、風(fēng)電行業(yè)服務(wù)提供商和樣品分析實(shí)驗(yàn)室可以從使用TERRA或BTX II™ XRD分析儀中受益,尤其是在解決保修問題時。除了TERRA裝置本身之外,實(shí)地調(diào)查只需要很少的工具和補(bǔ)給品,如下圖所示。下表總結(jié)了來自實(shí)地工作的數(shù)據(jù)。隨著赤鐵礦與磁鐵礦比例的增加,α鐵(Fe)開始出現(xiàn)在磨損嚴(yán)重的部件中。奧林巴斯的TERRA XRD分析儀能夠檢測潤滑樣品中的所有三種成分——磁鐵礦、赤鐵礦和α鐵。
奧林巴斯TERRA便攜式XRD分析儀和BTX II臺式XRD光譜儀是識別和量化風(fēng)能行業(yè)微動腐蝕的有效工具。微動腐蝕縮短風(fēng)力渦輪機(jī)壽命,可能帶來安全風(fēng)險。XRD儀器提供分析解決方案,XRF功能提供額外定性數(shù)據(jù),幫助識別失效組件。兩者均提供的分離相分辨率。
微動腐蝕影響風(fēng)力渦輪機(jī)組件接口,導(dǎo)致松動,影響使用壽命和維修成本。風(fēng)力渦輪機(jī)所有者可能未意識到其破壞力。
現(xiàn)代奧林巴斯XRD儀器增強(qiáng)早期探測能力,適用于保修期內(nèi)。TERRA XRD分析儀便攜且現(xiàn)場堅(jiān)固,成為維護(hù)程序工具。XRD技術(shù)在維護(hù)投資方面發(fā)揮重要作用。建議風(fēng)力渦輪機(jī)保修清掃包括微動腐蝕檢查,發(fā)現(xiàn)后應(yīng)通過XRD分析,并包含在保修索賠中。糾正措施包括增加緊固件預(yù)緊力、改善表面光潔度、添加摩擦墊片、改善潤滑、減少振動和故障率,避免長時間使用高速制動器。
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