વિન્ડ ટર્બાઇન નેસેલ અને તેના ઘટકો
આધુનિક પવન ટર્બાઇન સિસ્ટમ્સમાં, નેસેલ એ "એન્જિન હાઉસિંગ" છે જે ટાવરની ટોચ પર, રોટર (બ્લેડ) ની સીધી પાછળ સ્થિત છે. જ્યારે ટાવર સહાયક માળખા તરીકે કામ કરે છે અને રોટર પવન ઊર્જા મેળવે છે, ત્યારે નેસેલ એ ઊર્જા રૂપાંતર કેન્દ્ર છે: તે તે સ્થાન છે જ્યાં રોટરના પરિભ્રમણમાંથી યાંત્રિક ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે, નિયંત્રિત, નિરીક્ષણ અને જાળવણી કરવામાં આવે છે જેથી બધી હવામાન પરિસ્થિતિઓમાં સલામત કામગીરી સુનિશ્ચિત થાય. તેની મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકાને કારણે, નેસેલની ડિઝાઇનમાં કાર્યક્ષમતા, ટકાઉપણું, જાળવણીની સરળતા અને સલામતી ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ.
દેખાવમાં, નેસેલ એક વિસ્તરેલ બોક્સ અથવા કેપ્સ્યુલ જેવું લાગે છે જે આંતરિક ઘટકોને વરસાદ, ધૂળ, કાટ અને તાપમાનના ફેરફારોથી રક્ષણ આપે છે. તેમાં ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમ્સ, જનરેટર, નિયંત્રણ સિસ્ટમ્સ, ઠંડક, લુબ્રિકેશન અને સલામતી ઉપકરણોની શ્રેણી છે. આ લેખ નેસેલના કાર્ય અને મુખ્ય ઘટકોની ચર્ચા કરે છે, જેમાં દરેક ભાગ સંપૂર્ણ રીતે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે શામેલ છે.
નાસેલનું મુખ્ય કાર્ય
નેસેલના કાર્યને ચાર મુખ્ય ક્ષેત્રોમાં સારાંશ આપી શકાય છે. પ્રથમ, તે બાહ્ય વાતાવરણથી ઘટકોનું રક્ષણ કરે છે - જોરદાર પવન, ખારા પાણી (ઓફશોર ટર્બાઇન પર), અને જો સારવાર ન કરવામાં આવે તો ધૂળના કણો ઘસારાને વેગ આપી શકે છે. બીજું, તે યોગ્ય ગોઠવણી સુનિશ્ચિત કરવા અને કંપન ઘટાડવા માટે શાફ્ટ, ગિયરબોક્સ અને જનરેટર જેવા યાંત્રિક ઘટકોને ટેકો આપે છે અને ગોઠવે છે. ત્રીજું, તે પવન સેન્સરથી લઈને કટોકટી બ્રેકિંગ મિકેનિઝમ્સ સુધી નિયંત્રણ અને સલામતી પ્રણાલીઓને એકીકૃત કરે છે. ચોથું, તે કામગીરી અને જાળવણીને સરળ બનાવે છે, કારણ કે મુખ્ય ઘટકો મર્યાદિત ઍક્સેસ (સેવા દરવાજા, આંતરિક ક્રેન્સ, નિરીક્ષણ ટ્રેક) સાથે એક જ કાર્યસ્થળમાં રાખવામાં આવે છે.
નેસેલ કવર અને બેડપ્લેટ સ્ટ્રક્ચર
નેસેલનો સૌથી દૃશ્યમાન ઘટક નેસેલ કવર (અથવા હાઉસિંગ) છે. તે સામાન્ય રીતે સંયુક્ત સામગ્રી અથવા હળવા વજનના ધાતુઓથી બનેલું હોય છે જે મજબૂત, કાટ-પ્રતિરોધક અને એરોડાયનેમિક હોય છે. આ કવર માત્ર સૌંદર્યલક્ષી હેતુઓ માટે જ નહીં પરંતુ હવામાનની અસરને પણ ઘટાડે છે અને અતિશય તોફાનને રોકવા માટે હવાના પ્રવાહને દિશામાન કરવામાં મદદ કરે છે.
અંદર બેડપ્લેટ છે - એક ફ્રેમ અથવા "સ્ટ્રક્ચરલ ફ્લોર" જે ગિયરબોક્સ અને જનરેટર જેવા ભારે ઘટકોને માઉન્ટ કરવા માટે પાયા તરીકે કામ કરે છે. બેડપ્લેટ ડિફ્લેક્શન ઘટાડવા અને ઘટકોની ગોઠવણી જાળવવા માટે અત્યંત કઠોર હોવી જોઈએ, કારણ કે સહેજ ખોટી ગોઠવણી પણ કંપન, ઓવરહિટીંગ અને બેરિંગ નિષ્ફળતામાં વધારો કરી શકે છે.
રોટર હબ, મુખ્ય શાફ્ટ અને મુખ્ય બેરિંગ્સ
પવન ઊર્જા બ્લેડ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે અને રોટર હબમાં ટ્રાન્સફર થાય છે. હબ બ્લેડને ફરતી સિસ્ટમ સાથે જોડે છે અને મુખ્ય શાફ્ટમાં ટોર્ક ટ્રાન્સમિટ કરે છે. મુખ્ય શાફ્ટ પછી ટર્બાઇન ડિઝાઇનના આધારે યાંત્રિક ઊર્જાને ગિયરબોક્સમાં અથવા સીધી જનરેટરમાં ટ્રાન્સફર કરે છે.
મુખ્ય શાફ્ટ મુખ્ય બેરિંગ્સ દ્વારા સપોર્ટેડ છે. આ બેરિંગ્સ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તેઓ સંયુક્ત ભારનો સામનો કરે છે: પવનના ધબકારાને કારણે અક્ષીય ભાર (શાફ્ટ સાથે) અને રેડિયલ લોડ (શાફ્ટને લંબ) અને રોટરના વજન. બેરિંગ્સની ગુણવત્તા અને તેમની લ્યુબ્રિકેશન સિસ્ટમ ટર્બાઇનના કાર્યકારી જીવન માટે મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે બેરિંગ નિષ્ફળતા ખર્ચાળ ડાઉનટાઇમનું મુખ્ય કારણ છે.
ગિયરબોક્સ (ગિયરવાળા પ્રકારના ટર્બાઇન પર)
ઘણી પવન ટર્બાઇન રોટરની પ્રમાણમાં ધીમી પરિભ્રમણ ગતિને જનરેટર દ્વારા જરૂરી ઊંચી ઝડપ સુધી વધારવા માટે ગિયરબોક્સનો ઉપયોગ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, રોટર દસ આરપીએમ પર સ્પિન કરી શકે છે, જ્યારે જનરેટર સેંકડોથી હજારો આરપીએમ (પ્રકાર પર આધાર રાખીને) પર વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે.
ગિયરબોક્સ એ જટિલ ઘટકો છે જે વિવિધ અને વધઘટ થતા ભાર હેઠળ કાર્ય કરે છે. તેથી, ગિયરબોક્સને જરૂરી છે:
- ગિયર ઘસારો અટકાવવા માટે વિશ્વસનીય લ્યુબ્રિકેશન સિસ્ટમ,
- ગરમી દૂર કરવા માટે ઠંડક પ્રણાલી,
- પ્રવાહી સ્વચ્છતા જાળવવા માટે તેલ ગાળણક્રિયા,
- વહેલા નુકસાન (દા.ત. દાંત ખસી જવા) શોધવા માટે વાઇબ્રેશન મોનિટરિંગ.
કેટલાક આધુનિક ટર્બાઇન જટિલતા ઘટાડવા માટે ડાયરેક્ટ ડ્રાઇવ ડિઝાઇન (ગિયરબોક્સ વિના) નો ઉપયોગ કરે છે, પરંતુ આ માટે સામાન્ય રીતે મોટા વ્યાસના જનરેટર અને અલગ મેગ્નેટ સિસ્ટમની જરૂર પડે છે.
જનરેટર: યાંત્રિક ઉર્જાને વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે
જનરેટર એ વિદ્યુત ઉર્જા રૂપાંતરનું હૃદય છે. જ્યારે શાફ્ટ (સીધા અથવા ગિયરબોક્સ દ્વારા) જનરેટર રોટરને ફેરવે છે, ત્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને કોઇલ વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે. વિન્ડ ટર્બાઇન જનરેટર વિવિધ પ્રકારના હોય છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:
- ઘણા ગિયરબોક્સવાળા ટર્બાઇન પર ડબલી-ફેડ ઇન્ડક્શન જનરેટર (DFIG),
- કાયમી ચુંબક સિંક્રનસ જનરેટર (PMSG) ઘણીવાર ડાયરેક્ટ ડ્રાઇવ અથવા આધુનિક ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ટર્બાઇન પર.
જનરેટર ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે, તેથી તેમને ઠંડક (હવા અથવા પ્રવાહી) અને તાપમાન દેખરેખની જરૂર પડે છે. આઉટપુટ વોલ્ટેજ અને આવર્તનની સ્થિરતા ફક્ત જનરેટર પર જ નહીં પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનિક પાવર કન્વર્ઝન સિસ્ટમ પર પણ આધાર રાખે છે.
પાવર કન્વર્ટર અને પાવર ટ્રાન્સફોર્મેશન
પવનની ગતિમાં ફેરફાર થતાં, રોટરનું પરિભ્રમણ અને જનરેટરની વિદ્યુત લાક્ષણિકતાઓ પણ બદલાય છે. ગુણવત્તા ધોરણ પર ગ્રીડને વીજળી પહોંચાડવા માટે, ટર્બાઇન પાવર કન્વર્ટર (ઇન્વર્ટર/રેક્ટિફાયર અને પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ નિયંત્રણ) નો ઉપયોગ કરે છે. કન્વર્ટર નિયમન કરે છે:
- વોલ્ટેજ,
- આવર્તન,
- પાવર ફેક્ટર,
- અને ગ્રીડ સાથે સુમેળ સુનિશ્ચિત કરો.
કેટલીક રૂપરેખાંકનોમાં, નેસેલમાં ટ્રાન્સફોર્મર પણ હોય છે (ખાસ કરીને ચોક્કસ ડિઝાઇનમાં), જોકે ઘણી ટર્બાઇનમાં મુખ્ય ટ્રાન્સફોર્મર વજન અને જાળવણીની સુવિધાના કારણોસર ટાવરના પાયા પર અથવા અન્ય પ્લેટફોર્મ પર મૂકવામાં આવે છે.
યાવ સિસ્ટમ: પવન તરફ મુખ રાખીને
રોટર મહત્તમ ઉર્જા મેળવે તે માટે, નેસેલને પવનનો સામનો કરવો જ જોઇએ. આ કાર્ય યાવ સિસ્ટમ દ્વારા કરવામાં આવે છે, જેમાં શામેલ છે:
– યાવ ડ્રાઇવ (યાવ ડ્રાઇવ મોટર),
- યાવ ગિયર/રિંગ ગિયર (મોટા ગિયર),
– યાવ બેરિંગ (મોટા વ્યાસ યાવ બેરિંગ),
- અને પવન સેન્સર-આધારિત વાવ નિયંત્રણ.
યાવ સિસ્ટમ નેસેલની સ્થિતિને ધીમે ધીમે સમાયોજિત કરીને કાર્ય કરે છે. ખૂબ વારંવાર અથવા આક્રમક હલનચલન ઘસારો વધારી શકે છે. તેથી, યાવ નિયંત્રણ અલ્ગોરિધમ્સ સામાન્ય રીતે "શક્ય તેટલી સચોટ રીતે પવનનો સામનો કરવો" અને "યાંત્રિક ભાર ઘટાડવા" વચ્ચે સમાધાન પસંદ કરે છે.
પિચ સિસ્ટમ: બ્લેડ એંગલ સેટ કરવું
હબની અંદર અને નેસેલમાં નિયંત્રણો સાથે સંકલિત પિચ સિસ્ટમ છે, જે ટર્બાઇન બ્લેડના કોણને નિયંત્રિત કરે છે. પિચ આ માટે કાર્ય કરે છે:
- મધ્યમ પવનની ગતિએ ઉર્જા કેપ્ચરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો,
- ભારે પવનમાં પાવર મર્યાદિત કરો જેથી રેટિંગ ઓળંગી ન જાય,
- અને કટોકટીની સ્થિતિમાં "પીંછા ચડાવવા" (પવનના બળને ઘટાડવા માટે બ્લેડ ફેરવવા) કરો.
પિચ એક્ટ્યુએટર્સ હાઇડ્રોલિક અથવા ઇલેક્ટ્રિક હોઈ શકે છે. પીચ સિસ્ટમમાં સામાન્ય રીતે પાવર બેકઅપ (દા.ત., બેટરી) હોય છે જેથી પાવર આઉટેજની સ્થિતિમાં બ્લેડ સુરક્ષિત રીતે સ્થિત રહે.
બ્રેક્સ (બ્રેકિંગ સિસ્ટમ) અને સલામતી
વિન્ડ ટર્બાઇન્સને ઓપરેશનલ અને કટોકટી બંને પરિસ્થિતિઓ માટે બ્રેકિંગ સિસ્ટમની જરૂર પડે છે. સામાન્ય રીતે, તેમાં બે સ્તરો હોય છે:
1. પિચ દ્વારા એરોડાયનેમિક બ્રેકિંગ (બ્લેડને ફેરવવાથી પવનનું બળ ખૂબ જ ઓછું થાય છે).
2. જાળવણી અથવા કટોકટી દરમિયાન પરિભ્રમણ અટકાવવા માટે હાઇ-સ્પીડ એક્સલ્સ અથવા ડ્રાઇવટ્રેનના અમુક ભાગો પર યાંત્રિક બ્રેક્સ (ડિસ્ક બ્રેક્સ).
વધુમાં, નેસેલ વિવિધ સલામતી ઉપકરણોથી સજ્જ છે જેમ કે ઓવરસ્પીડ સેન્સર, ઓવરટેમ્પરેચર પ્રોટેક્શન, અગ્નિશામક પ્રણાલીઓ (ખાસ કરીને મોટા ટર્બાઇન પર), અને ઓટોમેટિક શટડાઉન પ્રક્રિયાઓ.
ઠંડક અને વેન્ટિલેશન સિસ્ટમ્સ
જનરેટર, કન્વર્ટર અને ગિયરબોક્સ જેવા ઘટકો ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. તેથી, નેસેલમાં ઠંડક પ્રણાલી હોય છે જેમાં શામેલ છે:
- હીટ એક્સ્ચેન્જર,
- વેન્ટિલેશન પંખો,
- ગિયરબોક્સ ઓઇલ કૂલર,
- અથવા પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક ઘટકો માટે પ્રવાહી ઠંડક પ્રણાલી.
ઇલેક્ટ્રોનિક્સને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે અને કાટને વેગ આપી શકે છે તેવા ઘનીકરણને રોકવા માટે ભેજનું નિયંત્રણ પણ મહત્વપૂર્ણ છે.
લુબ્રિકેશન, હાઇડ્રોલિક્સ અને ગાળણક્રિયા
લાંબા સમય સુધી ચાલતી યાંત્રિક પ્રણાલીઓને સુનિશ્ચિત કરવા માટે, નેસેલમાં કેન્દ્રિય લ્યુબ્રિકેશન સિસ્ટમ છે - મુખ્યત્વે ગિયરબોક્સ, બેરિંગ્સ અને અન્ય ઘર્ષણ બિંદુઓ માટે. કેટલીક ડિઝાઇનમાં પિચ, બ્રેક્સ અથવા અન્ય એક્ટ્યુએટર્સ માટે હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ્સનો પણ સમાવેશ થાય છે. તેલ ગાળણક્રિયા મુખ્ય છે, કારણ કે નાના કણો દ્વારા દૂષણ ગિયર અને બેરિંગના ઘસારાને વેગ આપી શકે છે.
સેન્સર્સ, SCADA, અને સ્થિતિ દેખરેખ
આધુનિક ટર્બાઇન લગભગ હંમેશા SCADA (સુપરવાઇઝરી કંટ્રોલ એન્ડ ડેટા એક્વિઝિશન) થી સજ્જ હોય છે જે કામગીરીનું નિરીક્ષણ કરે છે અને દૂરસ્થ રીતે કામગીરીને નિયંત્રિત કરે છે. નેસેલમાં વિવિધ પ્રકારના સેન્સર હોય છે, જેમ કે:
- એનિમોમીટર (પવનની ગતિ) અને પવન વેન (પવનની દિશા),
- ગિયરબોક્સ અને જનરેટર પર વાઇબ્રેશન સેન્સર,
- તેલ તાપમાન અને દબાણ સેન્સર,
- ઇલેક્ટ્રિક કરંટ/વોલ્ટેજ સેન્સર,
- તેમજ પ્રારંભિક નિષ્ફળતા શોધ સિસ્ટમ (સ્થિતિ દેખરેખ).
સેન્સર્સમાંથી મળેલો ડેટા ઓપરેટરોને આગાહીયુક્ત જાળવણી કરવામાં મદદ કરે છે: મોટું નુકસાન થાય તે પહેલાં સમારકામ કરવામાં આવે છે, જેનાથી ડાઉનટાઇમ અને ખર્ચ ઓછો થાય છે.
જાળવણી ઍક્સેસ: આંતરિક ક્રેન અને નિરીક્ષણ ટ્રેક
તેની ઊંચાઈને કારણે, જાળવણીની સુવિધા પડકારજનક છે. નેસેલ્સ ઘણીવાર ચોક્કસ ઘટકોને ખસેડવા માટે આંતરિક ક્રેન્સ અથવા લિફ્ટિંગ પોઈન્ટથી સજ્જ હોય છે. નિરીક્ષણ પાથ, લાઇટિંગ, સલામતી પેનલ્સ અને કેબલ અને પાઇપ લેઆઉટ ટેકનિશિયનોને સલામત અને કાર્યક્ષમ રીતે કામ કરવાની મંજૂરી આપવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે.
કેસિમ્પુલન
વિન્ડ ટર્બાઇન નેસેલ એ ઓપરેશનલ સેન્ટર છે, જે યાંત્રિક, વિદ્યુત, નિયંત્રણ અને સલામતી પ્રણાલીઓને એક જ, સુરક્ષિત એકમમાં જોડે છે. તેમાં સ્ટ્રક્ચરલ બેડપ્લેટ, મુખ્ય શાફ્ટ અને બેરિંગ્સ, ગિયરબોક્સ (ગિઅર્ડ ટર્બાઇનમાં), જનરેટર, પાવર કન્વર્ટર, યૉ અને પિચ સિસ્ટમ્સ, બ્રેક્સ, કૂલિંગ, લ્યુબ્રિકેશન અને SCADA સાથે જોડાયેલા સેન્સર્સની શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે. ટર્બાઇનનું પ્રદર્શન મોટે ભાગે નેસેલ ઘટકોની વિશ્વસનીયતા અને તેમના એકીકરણની ગુણવત્તા દ્વારા નક્કી થાય છે. નેસેલ જેટલી સારી રીતે ડિઝાઇન, દેખરેખ અને જાળવણી કરવામાં આવે છે, તેટલી જ વિન્ડ ટર્બાઇનની ઊર્જા કાર્યક્ષમતા, કાર્યકારી સલામતી અને સેવા જીવન વધુ સારું હોય છે.
જો તમે ઇચ્છો તો, હું આ લેખનું વધુ ટેકનિકલ સબહેડિંગ્સ સાથે એક સંસ્કરણ બનાવી શકું છું, જેમાં ઊર્જા પ્રવાહ આકૃતિઓ (પવન → રોટર → ડ્રાઇવટ્રેન → જનરેટર → કન્વર્ટર → ગ્રીડ) શામેલ છે અથવા ડાયરેક્ટ ડ્રાઇવ વિરુદ્ધ ગિયરબોક્સ સરખામણી પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી શકું છું.
