Helstu íhlutir nacelle í vindmyllu
Í nútíma vindmyllukerfum er nacellan „aðalhúsið“ sem hýsir flesta mikilvægustu vélrænu og rafmagnslegu íhlutina. Hún er staðsett efst í turninum, beint fyrir aftan snúningsásinn og miðstöðina (blaðhýsið). Innan í nacellunni er vindorkan sem snýr blöðunum send, stjórnað, breytt í raforku og síðan dreift til raforkukerfisins. Vegna hárrar staðsetningar sinnar og útsetningar fyrir öfgakenndu veðri er nacellan einnig hönnuð til að vera sterk, þétt lokuð mannvirki með alhliða öryggis- og eftirlitskerfum.
Eftirfarandi eru helstu íhlutir vindmyllunasellu, ásamt hlutverki þeirra og hlutverki við að tryggja að vélin starfi skilvirkt, örugglega og áreiðanlega.
1. Rammi vélarhússins (botnplata/rammi)
Grunnþáttur vélarhússins er aðalgrindin eða botnplatan. Þetta er burðarvirkið sem þjónar sem „grunnur“ fyrir uppsetningu gírkassa, rafstöðvar, bremsukerfis, aðallegna og ýmissa annarra burðarhluta. Botnplatan verður að geta þolað bæði kyrrstöðuálag (þyngd íhluta) og hreyfiálag (titring, togbreytingar og vindóróa).
Efnið er almennt hástyrktarstál eða steypujárn, með hönnun sem tekur mið af stífleika þannig að uppsettir íhlutir haldist í takt og verði ekki fyrir rangri stillingu sem getur aukið slit.
2. Aðalás og aðallegur
Vélræn orka frá snúningshlutanum er flutt til aðalássins. Þessi ás snýst á lágum hraða en ber gríðarlegt tog. Til að styðja við snúning ássins er notað aðallegur. Sumar gerðir eru með eina aðallegu, en aðrar nota tvær aðallegur til að auka stöðugleika.
Hlutverk lega er afar mikilvægt því bilun í legum getur leitt til langs niðurtíma og mikils viðgerðarkostnaðar. Þess vegna eru smurkerfi og eftirlit með hitastigi/titringi á þessu sviði yfirleitt mjög ströng.
3. Gírkassi (á túrbínum með gírakerfi)
Margar vindmyllur nota gírkassa til að auka snúningshraðann úr hægum ás (t.d. 10–20 snúningar á mínútu) í þann hraða sem rafallinn þarfnast (sem getur verið á bilinu hundruð til þúsunda snúninga á mínútu, allt eftir gerð rafallsins). Gírkassinn er einn flóknasti íhluturinn í vélarhúsinu og samanstendur af röð gíra (planetaríkja og/eða samsíða ása), legum og smurkerfi.
Hins vegar er vert að hafa í huga að það eru líka til beintengdar túrbínur sem nota ekki gírkassa. Í þessari hönnun er snúningshlutinn tengdur beint við stóran rafal sem snýst á lágum hraða. Kosturinn við beintengda vél er að hún dregur úr fjölda snúningsíhluta og líkum á bilun í gírkassa, en rafallinn og breytikerfið eru yfirleitt stærri og dýrari.
4. Rafall
Rafall er íhlutur sem breytir vélrænni orku í raforku. Tegundir rafalstöðva eru mismunandi, þar á meðal:
– DFIG (Doubly-Fed Induction Generator), sem er algengur í gírkassa-túrbínum, gerir kleift að nota breytilega með hlutabreytum.
– PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator) sem er oft notaður í beinhjóladrifnum og sumum nútíma gírhönnunum, með mikilli skilvirkni og góðri stjórn.
Rafallinn framleiðir rafmagn með ákveðnum eiginleikum (spennu, tíðni) sem síðan er stjórnað af rafeindakerfinu áður en því er dreift.
5. Tónleikakerfi (Tónleikakerfi)
Hallakerfið stjórnar blaðhorninu miðað við vindátt. Það er eitt mikilvægasta stjórnkerfið fyrir:
– Hámarkar orkuöflun við lágan til meðalvindhraða.
– Takmarkar afl og álag við mikinn vindhraða.
– Stöðva túrbínuna (slökkva á henni) með því að snúa blöðunum í fjaðurstöðu (minnka lyftikraft).
Hallakerfið getur verið vökva- eða rafknúið (lítill mótor og gírkassi í miðstöðinni). Þó að hallastýringin sé staðsett í miðstöðinni, eru stjórnun þess, aflgjafi og samþætting almennt nátengd kerfunum í vélarhúsinu, þar á meðal stjórneiningunni og varaaflgjafanum.
6. Gígjakerfi
Til að tryggja að snúningshlutinn snúi alltaf að vindinum er vélarhúsnæði búið girðingarkerfi sem gerir vélarhúsnæðinu kleift að snúast fyrir ofan turninn. Þetta kerfi samanstendur venjulega af:
– Gírlegi: stór, hringlaga legi sem virkar sem „snúningshluti“ milli turnsins og nacelle.
– Gírmótor/drif: drifmótorar sem snúa nacelle samkvæmt stjórnskipunum.
– Gírbremsa: bremsa til að halda nacelle í stöðugri stöðu.
Gírstýring notar gögn úr vindrönd og vindmæli. Markmið gírstýringarinnar er að lágmarka skekkju til að hámarka orkuframleiðslu og stjórna álagi á burðarvirki.
7. Bremsukerfi (Bremsukerfi)
Vindmyllur nota nokkur stig af hemlunaraðferðum til að auka öryggi. Almennt eru þetta meðal annars:
– Loftaflfræðilegar bremsur: aðallega með snúningskerfinu snúast blöðin til að draga úr þrýstikrafti og stöðva snúningshlutann.
– Vélrænar bremsur (diskabremsur): oft staðsettar á hraðskreiða ásnum nálægt gírkassanum/rafstöðinni. Þessar bremsur eru yfirleitt notaðar sem handbremsur eða í neyðartilvikum, frekar en til stöðugrar hemlunar.
Bremsukerfið er mikilvægt til að takast á við erfiðar aðstæður, viðhald eða bilun í stjórnbúnaði.
8. Smurning og vökvakerfi
Inni í nacellunni er stuðningskerfi þannig að snúningsíhlutirnir virki við bestu aðstæður, þar á meðal:
– Olíusmurningarkerfi fyrir gírkassa: dæla, sía, kælir og olíugæðaskynjari.
– Smurkerfi fyrir ákveðnar legur og girlager.
– Vökvakerfi (ef þau eru notuð), t.d. fyrir vökvahalla eða sérstaka stýribúnað.
Góð smurning dregur úr núningi, hitastigi og sliti og lengir þannig líftíma íhluta.
9. Kælikerfi
Íhlutir eins og rafall, aflbreytir og gírkassi geta myndað mikinn hita. Þess vegna er kælikerfið í nacelle útbúið með kælikerfi sem getur innihaldið:
– Loftkæling (loft-til-loft).
– Vökvakæling, til dæmis í ákveðnum breytum eða rafstöðvum.
– Hitaskiptir og vifta til að halda rekstrarhita innan öruggra marka.
Léleg hitastjórnun getur dregið úr skilvirkni og flýtt fyrir niðurbroti rafmagnseinangrunar og smurefna.
10. Rafmagnsrafmagns- og stjórnkerfi (breytir og stjórnskápur)
Nútíma vindmyllur starfa yfirleitt á breytilegum hraða og þarfnast aflbreytis til að aðlaga rafmagn að raforkukerfinu. Þessi eining stjórnar spennu, tíðni og aflstuðli og hjálpar til við að uppfylla kröfur raforkukerfisins.
Hins vegar inniheldur stjórnskápurinn PLC/stýritölvu, verndareiningar, rofa og samskiptakerfi. Stýrikerfið stýrir halla, sveiflu, ræsingu/stöðvun, ofhraðavörn og öryggisrökfræði. Það er einnig venjulega búið SCADA fyrir fjarstýrða eftirlit, gagnaskráningu og greiningu.
11. Skynjarar: Vindmælir, vindsproti, titringur, hitastig og fleira
Til þess að túrbínan geti brugðist við rekstrarskilyrðum í rauntíma er nacellan búin mörgum skynjurum, svo sem:
– Vindmælir (vindhraði) og vindsvani (vindátt).
– Titringsskynjarar á gírkassa, rafal og legum.
– Hitaskynjarar á legum, olíu, rafalvöfðum og rafmagnsskápum.
– Þrýstings- og flæðisskynjarar í smur-/vökvakerfinu.
Skynjaragögn eru notuð til stýringar og fleiri og fleiri túrbínur nota spágreiningar til að greina hugsanleg bilun fyrr.
12. Spennubreytir (hönnun fer eftir)
Í sumum túrbínum er spennubreytirinn staðsettur inni í nacelle; í öðrum gerðum er hann staðsettur inni í turninum eða utan hans. Spennubreytirinn hækkar spennuna frá rafalnum/breytirnum upp í stig sem hentar betur fyrir innri flutning vindmyllugarða, sem leiðir til lægri straums og minni orkutaps.
13. Nacelle-lok og umhverfisverndarkerfi
Nasellan er þakin hlíf sem verndar íhlutina fyrir rigningu, ryki, raka, saltþoku (undan ströndum) og miklum hitabreytingum. Hún inniheldur einnig:
– Loftræstingar- og rakastýringarkerfi til að draga úr rakamyndun.
– Eldingarvörn samþætt jarðlínum.
– Eldskynjunar- og slökkvikerfi á nokkrum túrbínum, sérstaklega á stöðum þar sem mikil hætta er á bruna.
Niðurstaða
Nacellan er „heili og vöðvar“ vindmyllu. Inni í henni vinna grind, ás, legur, gírkassi (ef við á), rafall, bremsur og sveiflu- og stjórnkerfi saman í krefjandi umhverfi. Að auki tryggja smurning, kæling, skynjarar, breytir og verndarkerfi að vindmylla framleiðir ekki aðeins rafmagn heldur sé einnig örugg, skilvirk og auðvelt að fylgjast með henni.
Að skilja lykilþætti vindmylluhúss hjálpar okkur að skilja hvers vegna vindmyllutækni heldur áfram að þróast: markmiðið er ekki aðeins að auka afl, heldur einnig að bæta áreiðanleika, einfalda viðhald og lækka kostnað við vindorkuframleiðslu. Ef þú vilt gæti ég bætt við sérstökum kafla um muninn á vindmylluhúsum á landi og á sjó, eða rætt orkuflæðisrit frá snúningshlutanum að raforkukerfinu.
