Ресурс турбины дизельного двигателя

Турбокомпрессор бензинового или дизельного двигателя изначально имеет достаточно большой ресурс, который планово может даже превышать моторесурс силового агрегата до первого капитального ремонта. На практике турбина может выходить из строя гораздо быстрее, требуя регулярной проверки работоспособности.

Рекомендуем также прочитать статью об устройстве турбокомпрессора. Из этой статьи вы узнаете о том, как работает система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания.

Средний срок службы турбины дизельного двигателя находится на отметке около 150-250 тыс. пройденных километров. Что качается бензиновых двигателей, турбина на таких моторах может прослужить немного дольше, однако на срок службы сильно влияют конструктивные особенности турбонагнетателя и индивидуальные условия эксплуатации.

Содержание статьи

• Особенности турбин для бензиновых и дизельных ДВС
• Поломка турбины и последствия
• Советы и рекомендации

Особенности турбин для бензиновых и дизельных ДВС

Современные турбодизели зачастую получают нагнетатели, которые конструктивно предусматривают возможность гибкого управления потоком отработавших газов. Решение называется турбиной с изменяемой геометрией. Такое устройство отличается довольно высокой начальной стоимостью на фоне аналогов. Также стоит добавить, что ремонтопригодность данных турбин достаточно низкая.

Бензиновые ДВС решений в виде турбин с изменяемой геометрией практически никогда не получают по причине того, что температура отработавших газов в агрегатах на бензине заметно выше сравнительно с выхлопом дизельного двигателя.

На бензиновые турбомоторы повсеместно ставятся турбины, геометрия которых фиксирована. Ремонту нагнетатели данного типа поддаются намного легче и способны прослужить достаточно долго после профессионального восстановления и последующего прохождения процесса балансировки.

Что касается восстановления турбин с изменяемой геометрией, которые повсеместно ставят на дизеля, то ситуация другая. Далеко не каждый сервис принимает турбины с такой конструкцией в работу. Также после ремонта нет никаких гарантий, что турбокомпрессор данного типа будет способен нагнетать должное количество воздуха в строгом соответствии с оборотами мотора.

Поломка турбины и последствия

Неисправности турбокомпрессора независимо от типа его конструкции требуют незамедлительного ремонта. Также необходимо устранить причины, которые могут приводить к поломке турбины. Это необходимо для того, чтобы после ремонта или установки нового нагнетателя устройство не вышло из строя повторно.

Рекомендуем также прочитать статью о ресурсе дизельного двигателя. Из этой статьи вы узнаете о том, какой плановый ресурс имеет мотор данного типа, а также о факторах, влияющих на моторесурс силового агрегата.

Чаще всего турбонагнетатели страдают по причине того, что сильно снижается эффективность смазки ротора турбокомпрессора. Дело в том, что к маслу для турбированных дизельных или бензиновых ДВС выдвигаются особые требования. Смазка турбомоторов работает в условиях повышенных нагрузок и высоких температур, а также выступает в качестве рабочей жидкости для охлаждения.

В процессе эксплуатации двигателя наблюдается снижение производительности маслонасоса по причине его износа, пропускная способность подводящих масляных магистралей для подачи смазки в турбину постепенно забивается отложениями. Также продукты износа деталей двигателя в виде механических частиц попадают в моторное масло и могут привести к повреждению ротора турбины.

Советы и рекомендации

Нарушения в работе компрессора приводят к нестабильной работе двигателя, потере мощности, увеличению расхода топлива, изменению состава отработавших газов и повышенному содержанию токсичных веществ в выхлопе. В дизельном двигателе с некорректно работающей турбиной может быстро выходить из строя сажевый фильтр.

1. Основной рекомендацией во время эксплуатации турбомотора является регулярная замена моторного масла и масляного фильтра строго по регламенту. Также необходимо поддерживать постоянную чистоту системы смазки. После ремонта турбины обязательно требуется тщательная промывка системы смазки двигателя. Дополнительно может потребоваться снятие картера для лучшей очистки. Не редки случаи, когда замене подлежит и маслоподводящая магистраль, по которой смазка подается к турбокомпрессору.
2. Не меньшего внимания требует и система подачи воздуха, так как от максимальной чистоты также зависит ресурс турбины дизельного или бензинового двигателя. Может потребоваться промывка или даже замена интеркулера, продувка всех магистралей. Поток воздуха обязательно должен проходить свободно, так как любое увеличение давления в выходной части турбокомпрессора приведет к утечкам моторного масла через уплотнения в области турбинного колеса. Высокое разрежение во впуске дополнительно приводит к тому, что выбросы масла увеличиваются.  Также обязательной и регулярной замене подлежит воздушный фильтр.

Ремонт турбины необходимо производить только в условиях профессионального сервиса. Также для восстановления необходимо использовать запчасти проверенных производителей, которые не могут стоить дешево.

После ремонта особое внимание уделяется настройке турбокомпрессора. Слишком малое или слишком большое количество подаваемого в двигатель воздуха негативно сказывается на ресурсе силового агрегата.

На разных режимах работы мотору необходим оптимальный состав топливно-воздушной смеси для своевременного воспламенения и полноценного сгорания.

Правда и мифы о турбомоторах: надежность, ресурс, особенности обслуживания

Компоненты

Главная   /   Компоненты

Роман Зубко

17.08.2022

Двигатели с турбонаддувом давно и прочно заняли немалую долю на российском авторынке: среди работавших в РФ в докризисные времена автопроизводителей трудно было найти тех, кто не предлагал бы россиянам машины с турбомоторами. И все же многие по-прежнему опасаются покупать автомобили с двигателями подобного типа, считая их априори менее надежными по сравнению со старыми добрыми «атмосферниками». С вопросом о том, какие из самых распространенных предубеждений можно считать мифами, а какие имеют под собой основания, мы обратились к специалистам компании «БР Турбо», специализирующейся на продажах и ремонте турбокомпрессоров.

Турбина и ее влияние на надежность мотора

Когда-то было принято считать, что применение системы турбонаддува чуть ли не автоматически ведет к снижению ресурса двигателя на 30%.

Компоненты / Статьи

Как ремонтируют турбины: выясняем на примере реального автомобиля

Эксперты из «БР Турбо» это не подтверждают: по их словам, само по себе наличие турбины не влияет напрямую на надежность мотора.

И если раньше, когда производители двигателей просто ставили нагнетатели на изначально атмосферные моторы, турбины действительно пагубно влияли на их надежность, то сегодня уровень технологий таков, что моторостроителям удается увеличить КПД двигателей при сохранении их надежности именно благодаря турбинам.

«Современные двигатели с турбонаддувом разрабатываются с учетом нагрузок, свойственных именно турбомоторам, – рассказали „Движку“ в „БР Турбо“. – Вместе с тем ресурс всех современных двигателей из-за их сложности стал немного меньше, чем был раньше, вне зависимости от наличия турбины».

На вопрос же о том, сколько в среднем в состоянии «прожить» турбина в штатных условиях эксплуатации, однозначного ответа, по словам наших экспертов, нет. Однако можно выделить ряд факторов, существенно влияющих на ресурс турбонагнетателя. Один из главных – регулярность и качество технического обслуживания мотора. Не менее важно качество используемых при этом расходных материалов: фильтров и масла.

 

Что касается регулярности техобслуживания, то рекомендации автопроизводителей обычно созданы на основе усредненных данных. В России же, в связи с тяжелыми условиями эксплуатации и пробками, масло редко выдерживает положенный ресурс, вследствие чего ухудшаются его свойства, и далее начинает резко снижаться ресурс турбины и мотора в целом. Поэтому применительно к замене масла в турбомоторах в нашей стране вполне работает принцип «чем чаще, тем лучше» (это же, впрочем, относится и к «атмосферникам»).

Турбокомпрессоры Garrett серии VNT с изменяемой геометрией турбины для дизельных (слева) и бензиновых (справа) двигателей

При этом турбированный двигатель весьма чувствителен к качеству самого масла: имеет значение, есть ли у него допуски автопроизводителя и соответствует ли оно требуемым параметрам, поскольку и мотор, и турбина разрабатываются с учетом свойств определенного масла. Именно поэтому масла, которые подходят, например, для японских автомобилей, могут быть губительны для немецких. И наоборот.

 

Кроме того, следует учесть, что вал в турбине работает в «масляном клину», то есть при работе турбины он не касается подшипников, так как между трущимися деталями образуется клин из масла. Если в масле есть загрязнения или абразив, оно слишком разжижено или, наоборот, в моторе образовался шлак от высоких температур, то начинается резкий износ подшипников скольжения. Таким образом, некачественное или с большим пробегом масло резко снижает ресурс турбины.

В целом, по словам специалистов «БР Турбо», если обслуживать автомобиль согласно рекомендациям автопроизводителя, то для легковых автомобилей ресурс турбины – от 250 тыс. км, для грузовиков – от 1 млн км. Если обслуживать автомобиль чаще – ресурс турбины можно увеличить на 20–40%.

Как продлить жизнь турбине: рекомендации для автовладельцев

Чтобы продлить срок службы турбины, специалисты рекомендуют следовать следующим правилам:

• Регулярно обслуживать автомобиль и менять фильтры. Для легковых автомобилей рекомендуется менять масло и фильтры каждые 7–10 тыс. км пробега.
• Использовать качественные расходники и заливать масло согласно допускам автопроизводителя.
• Следить за состоянием двигателя: топливной системы (чтобы форсунки не «переливали»), системы ВКГ (вентиляции картерных газов), выхлопной системы (забитый катализатор создает излишнюю нагрузку на турбину).
• После активной езды рекомендуется дать мотору поработать какое-то время на холостых оборотах.

В отношении последнего пункта авторам «Движка» доводилось слышать разные мнения. Многие представители дилерских центров говорили, например, что для большинства современных машин это уже не актуально.

Специалисты же «БР Турбо» уточняют, что в процессе езды выпускной коллектор и турбина могут раскаляться до 300–500 °C. Пока масло циркулирует, оно охлаждает турбину и не застаивается в масляных каналах. Когда водитель глушит мотор, масло перестает циркулировать и из-за высокой температуры может начать выгорать и закоксовывать масляные каналы, что снижает уровень смазки турбины и влечет за собой ее весьма скорый износ. Даже три минуты простоя на холостых оборотах позволят снизить температуру в турбине и избежать закоксовывания масляных каналов.

Конструкция турбокомпрессора Garrett GTD22 VNT, предназначенного для дизельных двигателей

На работу турбомотора (и на турбину в отдельности), по словам специалистов «БР Турбо», влияет также качество топлива. Из-за плохого горючего в выхлопной системе и, соответственно, в корпусе турбины и на роторе образуются отложения, которые затрудняют поток газов, увеличивают дисбаланс турбины и снижают ее ресурс. Кроме того, из-за некачественного топлива может быть нарушен температурный режим выхлопных газов, в том числе плохое горючее может не успевать догореть в цилиндрах и в таком случае продолжает гореть уже в турбине.

Весьма чувствительна турбина и к частой езде в режиме «педаль в пол», так как в этом случае она работает на пределе возможностей под максимальной нагрузкой. А вот частые пробки и заторы для турбин не столь критичны: в таких режимах обороты двигателя в основном холостые, а турбина вращается с минимальной скоростью, без нагрузки и перегрева. При исправном масляном насосе на холостых оборотах создается необходимое давление масла, и ресурс турбины не тратится.

Неполадки в работе турбокомпрессора: первые симптомы

Можно ли выявить проблемы в работе системы турбонаддува на ранней стадии, пока мощность двигателя не упала критически, а сама машина еще на ходу?

Первое и самое очевидное, как рассказали нам в «БР Турбо», – это расход масла. Если воздушные патрубки – с масляным налетом, а в интеркулере скапливается масло, не следует затягивать с диагностикой и надо начать искать причину. Поломка турбины раньше срока службы – это, как правило, следствие некорректной работы двигателя. Устранение причины позволит избежать более серьезных проблем и, соответственно, дорогостоящего ремонта турбокомпрессора.

Второй симптом – посторонние звуки из турбины. Если она начинает издавать явный свист – возможно, превышен люфт вала и он касается корпусов. Звон из турбины говорит об износе перепускного клапана (калитки вестгейта).

Третий симптом – запах выхлопных газов из-под капота. Он появляется, когда образуются трещины на коллекторе или превышен люфт калитки, через которую появляются просечки выхлопных газов.

На фото слева: сажа на горячей части узла турбокомпрессора – признак того, что либо «переливают» форсунки, либо имеет место неправильное смесеобразование (недостаток воздуха – «недодув» – и излишек топлива), либо масло просачивается через турбину в горячую часть.

На фото справа – последствия попадания постороннего предмета в холодную (компрессорную) часть. Наиболее популярные причины: отрываются куски от воздушного фильтра (причем на грузовиках эти фильтры – в металлической сетке, соответственно, она отрывается и повреждает крыльчатку). Даже мелкого кусочка достаточно, чтобы сначала погнуть какую-нибудь лопасть. Далее при скорости вращения 130 тыс об/мин этот погнутый кусок отрывается и начинает «перемалывать» крыльчатку, повреждая остальные лопасти. Вторая причина – негерметичные соединения патрубков.

На фото слева: трещина внутри чугунного корпуса турбины для мотора EP6, образовавшаяся вследствие перегрева. Возможные причины – агрессивная езда или последствия чип-тюнинга.

На фото справа: картридж турбины для мотора EP6 совместной разработки PSA Group (ныне – альянс Stellantis) и BMW Group. Система начала гнать масло в сторону горячей части. Масло догорало и закокосовывалось на крыльчатке, поэтому образовался такой сильный нагар.

Покупка машины с турбомотором на вторичном рынке: на что обращать внимание

Помимо стандартных проверок (отсутствие индикации Check Engine и ошибок в блоках управления), необходимо проверить турбину визуально, рекомендуют специалисты «БР Турбо». Для этого надо снять патрубки с турбины и визуально проверить крыльчатку на отсутствие масла, повреждений и пескоструя; пальцами попробовать подвигать вал вбок (радиальный люфт) – должен быть еле заметный люфт (допуск примерно 0,2 мм), при этом крыльчатка не должна касаться корпусов. Люфт внутрь и наружу (осевой) должен отсутствовать (допуск 0,02 мм). Далее необходимо провести осмотр интеркулера. Снаружи он не должен быть забит грязью, соты — не замяты, иначе охлаждение наддувочного воздуха будет затруднено.

Стоит ли опасаться на вторичном рынке моторов, подвергнутых чип-тюнингу? В «БР Турбо» отмечают, что любая подобная доводка двигателя не проходит бесследно для автомобиля. Как правило, при тюнинге увеличивается интенсивность наддува, вследствие чего увеличивается и количество подаваемого топлива, изменяется тепловая нагрузка на мотор и экологичность выхлопа, растет нагрузка на смежные узлы. И вовсе недаром на автомобили с двигателями разной мощности устанавливаются разные радиаторы, тормоза, коробки передач, приводные валы и т. д. Таким образом, по мнению наших экспертов, «чипованные» моторы требуют более внимательного и частого обслуживания.

Турбины BorgWarner. На фото слева на переднем плане – регулируемый двухступенчатый турбокомпрессор R2S. Справа – турбина с вестгейтом

Каков итог?

Судя по тому, что рассказали нам специалисты, современные турбомоторы вполне надежны конструктивно и способны отработать отнюдь не только гарантийный срок и послужить верой и правдой не только первому владельцу автомобиля. По крайней мере пресловутые «минус 30% ресурса» можно смело считать мифом.

Тем не менее определенного внимания к себе такие двигатели требуют. Прежде всего, не стоит экономить на обслуживании и необходимых расходных материалах, а также на качестве топлива. В случае с пострагантийным автомобилем нелишним будет несколько сократить рекомендованный межсервисный пробег и менять масло чаще, чем предписано производителем. Кроме того, не стоит увлекаться чип-тюнингом, а автомобили, подвергшиеся ему, следует проверять перед покупкой вдвойне внимательно.

Фото: компании – производители автомобилей и турбокомпрессоров, компания “БР Турбо, журнал “Движок”; инфографика: журнал “Движок”

Подпишитесь на наш канал в Яндекс. Дзен

«Движок» теперь в Telegram! Подписывайтесь и узнавайте первыми о новинках и результатах тестов!

2774

Новости по теме

Компоненты / Новости

Trialli расширил ассортимент колодок и дисков для иномарок

21 новый артикул предназначен для обслуживания широкого спектра моделей — от Haval Jolion до Range Rover.Представители бренда Trialli сообщили о расширении фирменного ассортимента компонентов тормозной системы. Для заказа со склада стали доступны…

Trialli, тормозные колодки, тормозные диски

Компоненты / Новости

ZF представил сверхкомпактный электропривод EVSys800

Его уже примерил Porsche Taycan, но пока в демонстративных целях. В портфолио концерна ZF уже есть компактный электропривод для 800-вольтовой системы: его дебют на серийном электромобиле ожидается в 2025 году. Однако немцы пошли дальше — и…

ZF, Электропривод, Porsche Taycan

Компоненты / Новости

15 новых сайлентблоков Febest расширили фирменный ассортимент

Свежие позиции адресованы владельцам BMW, Citroen, Geely, Hyundai, Kia, Jeep, Renault, Toyota и SsangYong. Как следует из обновленного каталога, новые сайлентблоки задней балки стали доступны владельцам первого поколения кроссовера Hyundai…

Febest, Сайлентблоки

Статьи по теме

Компоненты / Статьи

Антибактериальные фильтры: реальная польза или уловка маркетологов?

В последнее время на рынке автозапчастей наблюдается существенный рост предложения в сегменте антибактериальных фильтров салона. В том, что они собой представляют, и стоит ли верить рекламе, «Движок» разбирался вместе с техническими специалистами…

Антибактериальные фильтры, салонные фильтры

Компоненты / Статьи

Завод в Новополоцке: как делают присадки для масел «ЛУКОЙЛ»

Брендов масел на российском рынке сегодня столько, что их производство кажется делом нехитрым: ставим смесительное оборудование, закупаем базовое масло, присадки — и можно подсчитывать прибыль! Но чтобы получить по-настоящему качественный продукт,…

ЛУКОЙЛ, Производство

Компоненты / Статьи

Последовательно или параллельно? Особенности обслуживания автомобилей, поступающих в РФ по параллельному импорту

Журнал «Движок» поговорил с экспертами — представителями российской автоиндустрии о том, как обслуживаются машины, поставляемые в нашу страну по схеме параллельного импорта. В частности — о том, доступны ли на рынке запчасти для таких автомобилей,…

Послепродажное обслуживание, Параллельный импорт

Тесты по теме

Компоненты / Тесты

Большой тест салонных фильтров для Toyota: оригинал Toyota, MANN Filter, BIG Filter, Mando, Lucas Filters, Corteco, Sakura, Fenox, Metaco, Parts-Mall, Stellox, Tatsumi, TSN, Zekkert, Filtron

Журнал «Движок» продолжает ставшие уже традиционными ежегодные испытания фильтров в весенне-летний сезон. Однако до этого мы тестировали только воздушные фильтры, несправедливо обходя вниманием салонные, а ведь именно в эти жаркие месяцы, в…

Toyota, MANN Filter, BIG Filter, Mando, Lucas Filters, Corteco, Sakura, Fenox, Metaco, Parts Mall, Stellox, Tatsumi, TSN, Zekkert, Filtron

Компоненты / Тесты

Тест шин Cordiant Off Road 2: для бездорожья и не только

Когда речь заходит о внедорожных покрышках, большинство даже бывалых «джиповодов» с ходу вспоминают только пару-тройку всем известных марок с отнюдь не российской пропиской. А зря, ведь нашим производителям тоже есть чем порадовать любителей…

Тест шин, Cordiant

Компоненты / Тесты

Тест щеток стеклоочистителя: испытываем девять образцов на качество очистки и ресурс

Журнал «Движок» продолжает серию сравнительных тестов автозапчастей и компонентов самых востребованных на российском рынке категорий. На сей раз мы испытывали бескаркасные щетки стеклоочистителя длиной 600 мм, причем тесты проходили по расширенной…

Щетки стеклоочистителя

Как долго служат ветряные турбины? Можно ли продлить их срок службы?

Современная ветряная турбина хорошего качества обычно служит 20 лет , хотя этот может быть продлен до 25 лет или дольше в зависимости от факторов окружающей среды и соблюдения правильных процедур обслуживания . Однако затраты на техническое обслуживание будут увеличиваться по мере старения конструкции.

Ветряные турбины вряд ли прослужат намного дольше из-за экстремальных нагрузок, которым они подвергаются в течение всего срока службы. Отчасти это связано с конструкцией самих турбин, поскольку лопасти турбины и башня закреплены только на одном конце конструкции и, следовательно, сталкиваются с полной силой ветра. Конечно, по мере увеличения скорости ветра увеличиваются и нагрузки, которым подвергаются турбины. Это может достигать уровней, почти в 100 раз превышающих расчетные нагрузки при номинальной скорости ветра, поэтому многие турбины спроектированы так, чтобы отключаться для самозащиты при более высоких скоростях ветра.

 

Одним из основных факторов, определяющих срок службы ветряной турбины, являются условия окружающей среды, с которыми сталкивается ветроэнергетика. Эти условия зависят от конкретной площадки и включают в себя среднюю скорость ветра, интенсивность турбулентности и (для операторов морских ветряных электростанций) циклическую нагрузку на фундаменты, каркасные конструкции и монолиты, вызванные волнами.

В дополнение к этим факторам окружающей среды существуют обычные проблемы для любой конструкции, связанные с усталостным разрушением в результате использования в течение срока службы актива. К ним относятся различные детали и компоненты, от лопастей ветряных турбин до электропроводки и гидравлических систем.

Лопасти ветряных турбин заслуживают особого упоминания, так как они особенно подвержены повреждениям. В качестве движущегося компонента лопасти ротора подвержены более высоким уровням нагрузки и усталости, а также могут быть повреждены от ударов птиц или других объектов, а также от воздействия сильного ветра или ударов молнии.

Срок службы турбины можно продлить за счет тщательного контроля и технического обслуживания. Для этого необходимо оценить состояние актива и сравнить его с истекшим сроком службы турбины, исходя из ожидаемых нагрузок и усталости, а также факторов окружающей среды для объекта ветроэнергетики.

Эти оценки позволят определить, возможна ли дальнейшая эксплуатация и когда может потребоваться замена каких-либо компонентов для продления срока службы всей конструкции. Это называется оценкой продления срока службы и включает в себя как теоретический, так и практический анализ, например инспекции на месте и оценку данных расчетной нагрузки.

В отчете о состоянии будут подробно описаны требования к техническому обслуживанию, на основе которых может быть получена точная оценка стоимости продления срока службы ветряной турбины. Это позволяет операторам определить постоянные эксплуатационные расходы и риск отказа по сравнению со стоимостью замены или даже вывода из эксплуатации. Отчет также может использоваться для подачи заявки на продление страхового полиса, а также часто требуется поставщиками услуг в конце расчетного срока службы турбины.

Как упоминалось выше, фактический объем технического обслуживания, необходимого для поддержания в рабочем состоянии ветроэнергетического актива, будет варьироваться в зависимости от факторов, включая конкретные условия эксплуатации и используемые материалы. Тем не менее, ветряные турбины обычно требуют профилактических осмотров два или три раза в год. Потребность в этих проверках может увеличиваться по мере старения турбины, а также требует большего обслуживания для поддержания ее в рабочем состоянии.

Оффшорные электростанции сталкиваются с собственным набором особых проблем, связанных с обслуживанием. Проблемы, с которыми сталкиваются наземные активы, часто усугубляются оффшорными условиями эксплуатации, а также добавляют свои собственные специфические проблемы. Эти проблемы включают коррозию, эрозию и биообрастание наряду с обычными материалами, усталостью и ветровыми факторами.

По мере роста зависимости от морских возобновляемых источников энергии становится все более важным решать эти проблемы для поддержания эксплуатационной готовности.

Аналитическая оценка

Для обеспечения безопасной эксплуатации важно установить структурную устойчивость ветряных турбин. Устройства безопасности, тормозные системы и системы управления турбиной требуют испытаний для проверки устойчивости конструкции, но также необходимо сравнить расчетные нагрузки с фактическими нагрузками, которым подвергалась турбина. Эта информация о нагрузке может быть получена из компьютерного моделирования, представляющего проектные условия после типовых испытаний наряду с условиями эксплуатации.

Эксплуатационные условия окружающей среды включают специфические для данной площадки ветровые условия, такие как средняя скорость ветра, турбулентность и любые экстремальные погодные явления. Они контролируются в течение предыдущих 20 лет, чтобы рассчитать предполагаемые нагрузки во время эксплуатации. Ветряным электростанциям может потребоваться, чтобы каждая турбина имела свой собственный набор данных. Затем эти данные оцениваются вместе с технической документацией на турбину. Эта техническая документация включает в себя информацию, касающуюся конструкции турбины, ввода в эксплуатацию, разрешений на эксплуатацию, данных по эксплуатации и производительности, а также электрических и гидравлических схем. Кроме того, также оцениваются отчеты о ремонте, осмотре и техническом обслуживании. Технический отчет также требуется для ежегодного документирования состояния лопастей несущего винта.

Операторы ветряных электростанций обязаны своевременно предоставлять соответствующие документы и проводить оценку. В некоторых случаях можно получить документацию по замене от производителя, однако, если производитель больше не доступен, можно использовать опыт для сравнения турбины с другими.

Эти аналитические расчеты используются для создания заявления, в котором указываются любые немедленные действия, необходимые для продолжения работы, а также те, которые необходимо будет запланировать на более позднюю дату, например, замена деталей или полная проверка.

Все эти симуляции должны быть подкреплены проверками на месте. Традиционно это выполнялось инспектором лично, но все чаще это делается удаленно с использованием роботов и технологий, таких как система BladeSave.

Узнайте больше о проекте BladeSave

Физический мониторинг

Состояние ветряной турбины оценивается посредством инспекции на месте, которая основывается на аналитической оценке. Это позволяет проверить конкретные слабые места, дефекты или потенциальные проблемы. Физический мониторинг также ищет необычный износ или повреждение компонентов и оборудования. Несущие и важные для безопасности компоненты требуют особого внимания, поскольку некоторые типы ветряных турбин имеют свои конструктивные недостатки или производственные проблемы, которые могут привести к преждевременному выходу из строя.

Физические проверки проводятся на лопатках турбины, несущей конструкции и фундаменте для поиска признаков коррозии и растрескивания или прослушивания подозрительных или необычных шумов от зубчатых колес и подшипниковых узлов.

Значительное повреждение может привести к немедленной остановке актива, что часто приводит к дорогостоящим простоям перед техническим обслуживанием или ремонтом. Тем не менее, эти проверки, как правило, обнаруживают незначительные повреждения, вызванные коррозией, усталостью или атмосферными воздействиями, что позволяет устранить дефект до того, как он станет еще хуже.

Различные детали требуют разного уровня контроля и обслуживания, а лопасти турбины и тросы требуют более тщательного осмотра и ухода.

Физический мониторинг также относится к мониторингу окружающей среды и тому, как это может повлиять на турбулентность и скорость ветра, используемые в аналитической оценке.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (также известные как затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание) составляют значительную часть общих годовых затрат на ветровую турбину. Эти затраты варьируются в зависимости от возраста актива, но в среднем составляют около 20-25% от общей приведенной стоимости за кВтч, произведенный в течение срока службы турбины. Для новой турбины эти затраты могут составлять всего 10-15%, но могут увеличиться до 20-35% к концу жизненного цикла турбины. Производители работают над новыми конструкциями, чтобы помочь сократить эти расходы, создавая турбины, которые требуют меньшего количества визитов в сервис и, следовательно, меньшего времени простоя.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание покрывают следующие расходы:

• Страхование
• Регулярное техническое обслуживание
• Ремонт
• Запасные части
• Администрация

Некоторые из фактических затрат, связанных с этими расходами, например, страхование и техническое обслуживание, можно оценить, поскольку можно получить стандартные контракты, охватывающие большую часть жизненного цикла турбины. Однако затраты на ремонт и замену деталей определить труднее, поскольку на них может влиять возраст и состояние турбины, которые часто увеличиваются по мере старения актива. Кроме того, поскольку ожидаемый срок службы очень небольшого числа турбин подошёл к концу, данных об этих затратах на более позднем этапе жизненного цикла мало, в то время как многие старые турбины имеют меньшие размеры, чем те, что представлены на рынке в настоящее время.

Заключение

Операторы ветряных электростанций сталкиваются с необходимостью принимать бизнес-решения по мере старения своих активов – продолжать работу, перенастраивать или выводить из эксплуатации. На эти решения влияет физическое состояние по сравнению с теоретическим сроком службы турбин. Инспекции на месте и инструменты мониторинга помогают оценить эти факторы, чтобы обеспечить безопасную работу ветряных электростанций в течение расчетного срока службы. Этот срок службы может быть увеличен или сокращен в зависимости от повреждений, вызванных факторами окружающей среды и усталостью.

Некоторые компоненты, такие как лопасти, требуют дополнительного контроля и обслуживания, а такие технологии, как BladeSave, могут упростить этот процесс для оператора, обеспечивая постоянный удаленный мониторинг срока службы лопастей ветряной турбины.

Если ветроэлектростанция эксплуатируется в пределах параметров проектного срока службы и условий и регулярно проводится техническое обслуживание, они могут работать сверх расчетного срока службы. Во многих случаях ветровые условия на площадке создают меньшие нагрузки, чем предполагалось, а это означает, что конструкции турбины не имеют значительных повреждений. В этих случаях ремонт является незначительным и относительно недорогим, в то время как оценка продления срока службы может определить, что турбина может продолжать работать по истечении первоначального расчетного срока службы.

Мониторинг и управление ветровыми турбинами в TWI

TWI имеет богатый опыт работы с ветряными турбинами, включая решение конкретных проблем морских активов, таких как неразрушающий контроль фундаментов морских оболочек. Мы также были частью консорциума BladeSave по разработке системы мониторинга состояния лопастей ветряных турбин и работали над ультразвуковым контролем корней лопастей с помощью фазированной решетки.

Мы предоставляем независимую экспертизу и консультации, связанные с материалами, производством и контролем, чтобы предложить решения для ветроэнергетики. Вы можете узнать больше о наших услугах в этой области здесь.

Лопасти ветряных турбин не должны оказаться на свалках

Обновление: дополнительные ресурсы о жизненном цикле ветряных турбин и лопастей см. в блогах Чарли Хоффса, доступных здесь, здесь и здесь.

Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям переработки чистых энергетических технологий. См. вводный пост , а также другие записи о солнечных панелях и аккумуляторных батареях . Особая благодарность Джессике Гарсия, сотруднику UCS по политике в области чистой энергии на Среднем Западе летом 2020 г. , за поддержку исследований и соавторство в написании этих постов.

Ветряные турбины увеличились в размерах и количестве для удовлетворения потребностей в чистой энергии

Современная энергия ветра преобразует кинетическую энергию (движения) ветра в механическую энергию. Это происходит за счет вращения больших лопастей из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Ветряные турбины, как известно, могут быть расположены на берегу или в море.

По прогнозам, к 2050 году ветровая энергия будет продолжать расти в США. Последний отчет о рынке ветровых технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на энергию ветра находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году 7,3 процента электроэнергии коммунальных предприятий поколение в США пришло от ветра. В этом сообщении блога мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности переработки, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопастей турбин.

Источник: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)

Конструкции ветряных турбин со временем эволюционировали, чтобы увеличить размер и эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующей мощности. Принципиальная конструкция коммерческих турбин сегодня представляет собой ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая в свою очередь прикреплена к центральной части (гондоле), установленной на стальной башне. Различные другие механизмы и бетонные фундаменты также включены в конструкцию современной ветряной турбины, которая включает более 8000 деталей на турбину.

Лопасти ветряных турбин в существующем американском парке в среднем имеют длину около 50 метров или около 164 футов (примерно ширина футбольного поля в США). А учитывая недавние тенденции использования более длинных лопастей на больших турбинах и более высоких башнях для увеличения производства электроэнергии, некоторые из самых больших лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.

Источник: Лаборатория Беркли, Обновление данных о технологиях ветроэнергетики: издание 2020 г., стр. 37. Обратите внимание, что диаметр ротора (указанный здесь в метрах) чуть более чем в два раза превышает длину лопастейФото: Джеймс Жиньяк

С точки зрения долговечности ветряные турбины служат в среднем около 25 лет. Около 85 процентов материалов компонентов турбин, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, могут быть переработаны или использованы повторно. Но лопасти отличаются тем, что они сделаны из стекловолокна (композитный материал), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы. Смешанный характер материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки материал из стекловолокна, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также трудно разбить физически.

Куда теперь попадают использованные лопасти ветряных турбин?

Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации на этапе окончания использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как модернизация. Модернизация включает в себя сохранение той же площадки и часто поддержание или повторное использование основной инфраструктуры для ветряных турбин, но модернизацию турбин большей мощности. Лезвия могут быть заменены более современными и обычно более крупными лезвиями. В любом случае, лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезную проблему с точки зрения конечного использования энергии ветра.

Несмотря на то, что можно разрезать лезвия на несколько частей на месте в процессе вывода из эксплуатации или восстановления мощности, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации. И процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы, установленные на транспортных средствах, или алмазные канатные пилы, подобные тем, которые используются в карьерах. Поскольку в настоящее время вариантов утилизации лезвий очень мало, подавляющее большинство тех, которые подходят к концу, либо хранятся в разных местах, либо вывозятся на свалки.

Действительно, ранее в этом году агентство Bloomberg Green сообщило о том, что лопасти ветряных турбин выбрасываются на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь небольшую часть твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация. Поскольку ветряные турбины выводятся из эксплуатации или заменяются, возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.

Хорошей новостью является то, что некоторые усилия по разработке альтернатив уже предпринимаются. Например, две крупные коммунальные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, недавно объявили о планах партнерства с компанией Carbon Rivers из Теннесси для переработки некоторых отработанных лопаток турбин коммунальных предприятий вместо их захоронения на свалке. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантового финансирования Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из бывших в употреблении лопаток турбины.

Фото: Flickr/Chuck Coker

Новые инновации в переработке стекловолокна

Несмотря на то, что составная природа лопаток турбины из стекловолокна делает их очень трудными для обработки на этапе конечного использования, интерес к поиску альтернатив может также стимулировать творчество и инновации. Например, партнерство с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind разработало несколько интересных идей проектов гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лопастей из стекловолокна. К ним относится использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства как части конструкций линий электропередач или башен, или крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их пилотного использования на пешеходных мостах вдоль зеленых дорожек.

Ниже по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки. WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей. По оценкам организаций, в течение следующих нескольких лет только в Европе будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум подготовил исчерпывающий отчет Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, в котором подробно описаны проекты, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.

Ключевым соображением при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках. Одним из примеров является Германия, где концепция переработки турбинных лопаток в цемент была впервые разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.

Эта форма переработки включает в себя контроль над цепочкой поставок утилизации, включая распиловку лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации, чтобы уменьшить транспортную логистику и затраты. Процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья переработанными лезвиями, а также использования биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.

Другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, также разрабатываются, что идеально обеспечит промышленность дополнительными возможностями обращения с лезвиями из стекловолокна, когда они достигнут конца срока службы.

Другой творческий вариант вторичной переработки позволяет производить гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions начала производство продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре будет дополнительно производить панельную версию. Эти продукты сертифицированы как переработанные из выведенных из эксплуатации лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопасти до конечного продукта. Пеллеты EcoPoly могут быть преобразованы в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или парковочные столбики. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions предполагает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.

Дополнительный подход к проблеме переработки лезвий заключается в том, чтобы сосредоточиться на основной части — из чего сделаны лезвия. Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластичной смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле перерабатывать.

В конце концов, цель увеличения количества инноваций для дополнительного использования выведенных из эксплуатации лопастей турбины требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопасти. Наряду с этой проблемой в США отсутствует политика в отношении конечного использования турбинных лопаток, что еще больше усугубляет статус-кво хранения или удаления твердых отходов на свалках.

Достижение 100-процентной пригодности систем ветряных турбин к вторичной переработке

Как обсуждалось выше, в настоящее время дешевле утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшей свалке, чем часто требуется транспортировка на дальние расстояния, необходимая для переработки на ограниченном количестве объектов. которые могут эффективно их обрабатывать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от отсутствия регулятивного давления или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.

Два подхода к экономике замкнутого цикла — это более тесная коммуникация в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели. Например, Vestas Wind Systems A/S, глобальная компания по проектированию, производству и установке ветряных турбин, объявила о смелом намерении производить безотходные ветряные турбины к 2040 году. тесно сотрудничает со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерств, подобных этому, между компаниями ветроэнергетики, чтобы помочь заполнить пробел и сделать ветроэнергетические системы на 100 процентов пригодными для повторного использования.

Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как повышение ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Кроме того, штаты могли бы рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры по переработке, особенно в штатах с большей долей ветровой энергии, таких как Техас или Айова, для решения проблемы конечного использования лопастей ветряных турбин.

В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию о переработке солнечных панелей и аккумуляторов энергии.