One way to tackle the climate change society is facing today is through the change to renewable energy sources, such as wind power. Today, a trend when it comes to technology is that products are evolving into becoming more cyber-physical systems (CPS) by integrating functions realized with mechanics, control and communication. One challenge for CPS is to find cost-effective and reliable sensor solutions. The purpose of this project is to lay the foundations for an intelligent CPS with the help of sensors and condition monitoring methods that, with further development, can reduce the downtime of a wind turbine. Thus, the reliability of the wind turbine and the profitability of its investors increase. The aim of the work is to develop an overall concept for a sensor package with analysis methods that enable real-time diagnosis in the gearbox of a wind turbine. This sensor package should be able to monitor the most common problems that arise in the gearbox and it should also be able to be used as a basis for a possible development of a CPS in the future. The work is based on an information search that enables the creation of a list of requirements. This then forms the basis for concept generation through the use of a function/means tree and concept evaluation through the use of elimination matrix, weight determination matrix and weighted criteria matrix. The work concludes that there are four main types of failures that occur in the gearbox and that should be monitored. These are scuffing, micropitting, propagation of cracks and bearing failure. The final concept uses vibration analysis for monitoring of micropitting, crack propagation and bearing failure, oil analysis for monitoring of scuffing and micropitting and temperature measurement for monitoring of scuffing and bearing failure. For vibration analysis, piezoelectric sensors are used, for oil analysis electromagnetic sensors and for temperature measurement resistance thermometers are used. The work finds that it is appropriate in this day and age to use well-established methods for condition monitoring in the gearbox of wind turbines. / Ett sätt att tackla de klimatförändringar samhället står inför idag är genom omställningen till förnybara energikällor, såsom vindkraft. Idag är en trend när det kommer till teknik att produkter utvecklas till att allt mer bli cyberfysiska system (CPS) genom att de integrerar funktioner som realiseras med mekanik, reglering och kommunikation. En utmaning för CPS är att hitta kostnadseffektiva och tillförlitliga sensorlösningar. Syftet med detta projekt är att lägga grunden till ett intelligent CPS med hjälp av sensorer och tillståndsövervakningsmetoder som med vidare utveckling ska kunna minska stilleståndstiden hos ett vindkraftverk. Således ökar tillförlitligheten hos vindkraftverket samt räntabiliteten för investerarna av dessa. Arbetets mål är att utveckla ett övergripande koncept för ett sensorpaket med analysmetoder som möjliggör realtidsdiagnos i växellådan hos ett vindkraftverk. Detta sensorpaket ska kunna övervaka de vanligaste problemen som uppstår i växellådan och ska kunna användas som grund för eventuell utveckling av ett CPS i framtiden. Arbetet grundas i en informationssökning som möjliggör skapandet av en kravspecifikation. Denna ligger sedan till grund för konceptgenerering genom användandet av funktions/medelträd samt konceptutvärdering genom användandet av elimineringsmatris, viktbestämningsmatris samt kriterieviktsmetoden. I arbetet framkommer att det finns fyra huvudsakliga skador som uppkommer i växellådan och som bör övervakas. Dessa är scuffing, mikropitting, sprickpropagering och lagerhaveri. Det slutgiltiga konceptet använder vibrationsanalys för övervakning av mikropitting, sprickpropagering och lagerhaveri, oljeanalys för övervakning av scuffing och mikropitting samt temperaturmätning för övervakning av scuffing och lagerhaveri. Vid vibrationsanalys används piezoelektriska sensorer, vid oljeanalys elektromagnetiska sensorer och för temperaturmätning resistanstermometrar. Arbetet konstaterar att det i dagsläget är lämpligt att använda väletablerade metoder för tillståndsövervakning i växellådan hos vindkraftverk.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-274922 |
| Date | January 2020 |
| Creators | Lundman, Pontus |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2020:133 |
Page generated in 0.0028 seconds