Жел турбиналарында қисық сызықты басқару жүйесі қалай жұмыс істейді
Қазіргі заманғы жел турбиналары жел ағындарының бағыты мен жылдамдығының өзгеруінен мүмкіндігінше көп энергияны жинауға арналған. Ротордың (қалақтың) әрқашан желге дұрыс бұрышпен «қарап» отыруын қамтамасыз ету үшін турбинаға жел бағытының өзгеруіне сәйкес гондола (гондола) айналдыра алатын механизм қажет. Бұл механизм қисықтықты басқару жүйесі деп аталады. Қарапайым тілмен айтқанда, қисықтық - турбинаның тік ось айналасында айналуы, сондықтан ротордың сыпыру жазықтығы кіретін жел бағытына параллель болып қалады. Бұл мақалада қисықтықты басқару жүйесінің жел турбиналарында қалай жұмыс істейтіні, оның негізгі компоненттері, басқару стратегиялары, қиындықтары мен техникалық қызмет көрсетуі талқыланады.
1. Неліктен қисық сызықты бақылау маңызды?
Айналуды басқарудың негізгі мақсаты - айналмалы дөңессіздікті, яғни жел бағыты мен ротордың қозғалыс бағыты арасындағы бұрыштық айырмашылықты азайту. Егер ротор желмен сәйкес келмесе, жел энергиясының бір бөлігі оңтайлы түрде ұсталмай, ротор арқылы «өтеді». Әсер:
1. Қуат шығысының төмендеуі. Жалпы, тураланбау неғұрлым үлкен болса, қуат шығысының төмендеуі соғұрлым үлкен болады.
2. Құрылымдық жүктемелер артады. Жел бүйірден соққанда, аэродинамикалық күштер асимметриялық болады және қалақтарға, центрифугаға, оське және мұнараға динамикалық жүктемелерді тудырады.
3. Діріл және жеделдетілген тозу. Дұрыс емес туралау дірілді арттырып, механикалық бөлшектердің тозуын жеделдетуі мүмкін.
Жақсы иілуді басқару арқылы турбина тиімділігін сақтап, қызмет ету мерзімін ұзарта алады.
2. Фистинг жүйесінің негізгі принциптері
Көлденең осьті жел турбиналары (ГОТ) әдетте қозғалтқышты пайдаланып гондолаларды белсенді түрде айналдыратын белсенді бұрылыс жүйесін пайдаланады. Кейде желді пассивті түрде «еркін жүру» үшін құйрықты (қалағышты) пайдаланатын шағын турбиналардан айырмашылығы, коммуналдық турбиналар гондолалардың үлкен массасына және дәл басқару қажеттілігіне байланысты әрқашан белсенді бұрылыс жүйесін пайдаланады.
Датчик жел бағытының өзгеруін анықтаған кезде, контроллер (PLC/SCADA контроллері) турбинаның қанша айналуы керектігін есептейді. Егер туралаудың бұзылуы бұрышы белгілі бір шекті мәннен асып кетсе, қисық қозғалтқыш қисық мойынтірегіндегі берілістерді қосады, бұл годольдің тураланғанша айналуына әкеледі.
3. Фистингті басқару жүйесінің негізгі компоненттері
а) Жел жылдамдығы мен бағытының сенсоры
Әдетте гондола үстінде:
– Желдің бағытын гондоламен салыстырмалы түрде өлшеуге арналған жел қалақшасы.
- Жел жылдамдығын өлшеуге арналған анемометр.
Бұл деректер қиғаштықты түзету қажеттілігін анықтау үшін негізгі кіріс болып табылады.
b) қисық мойынтірек
Қисық мойынтірек - гондоланың мұнарада айналуына мүмкіндік беретін үлкен, сақина тәрізді мойынтірек. Бұл мойынтірек біріктірілген жүктемеге: гондола салмағына, ротордың тарту күшіне және турбуленттіліктен туындаған динамикалық жүктемелерге төтеп бере алуы керек.
c) Яв жетегі және Яв қозғалтқышы
Иілгіш жетек әдетте иілгіш мойынтірегіндегі сақиналы беріліспен түйісетін тісшелі беріліс қорабын басқаратын бірнеше электр қозғалтқыштарынан (көбінесе резервтеу үшін бірнеше) тұрады. Қозғалтқыштар конструкция мен момент талаптарына байланысты кезектесіп немесе бір мезгілде жұмыс істей алады.
d) Яв тежегіші
Қозғалтқыштан басқа, гондоланың еркін айналуына жол бермейтін тежеу жүйесі бар. Тиек тежегіштері мыналар үшін өте маңызды:
– турбина қажетті бұрышқа жеткенде орналасуды тұрақтандыру,
– үздіксіз ұсақ қозғалыстардың (жақсылап аулаудың) алдын алу,
– белгілі бір жел жағдайларында немесе турбина тоқтаған кезде гондола ұстап тұру.
e) Турбина контроллері (бақылаушы)
Контроллер сенсор сигналдарын қабылдайды, басқару логикасын қолданады, содан кейін қозғалтқыштар мен тежегіштерге командалар жібереді. Контроллер сонымен қатар қауіпсіздік құлыптарын іске қосады: мысалы, сенсор істен шыққан кезде, турбина белгілі бір режимдерде болған кезде немесе желдің жылдамдығы өте жоғары болған кезде ауытқудың алдын алады.
4. Турбина қашан иілу керектігін қалай анықтайды?
Турбиналар жел аздап өзгерген сайын әрдайым түзетілмейді. Егер олар тым сезімтал болса, жүйе жиі қозғалады және қозғалтқыштың, иілу жетегіндегі кішкентай беріліс қорабының және иілу мойынтіректерінің тозуын жеделдетеді. Сондықтан, иілуді басқару әдетте шекті (өлі жолақ) және уақыт кідірісі ұғымдарын пайдаланады.
a) Яв қатесі және өлі жолақ
– Руль қателігі = өлшенген жел бағыты – гондоланың ағымдағы орналасуы
– Өлі жолақ – төзімділік диапазоны, мысалы, ±5° - ±15° (өндірушілер мен басқару стратегиялары арасында өзгереді).
Егер бұрылыс қатесі әлі де өлі жолақта болса, турбина қозғалмауды таңдайды.
b) Уақыт кідірісі және деректерді сүзу
Жел бағыты турбуленттілікке байланысты өзгереді. Сондықтан, сенсор деректері әдетте:
– қозғалмалы орташаны пайдаланып сүзгіден өткізілді,
– белгілі бір уақыт аралығында бағаланған (мысалы, 10–60 секунд),
турбина лездік «шуға» реакция жасамауы үшін.
c) Яв қадам стратегиясы
Турбиналар үздіксіз айналудың орнына көбінесе шағын қадамдармен айналады. Олар бірнеше градусқа айналады, тоқтайды, қайта бағалайды және қажет болған жағдайда қайта жұмысын жалғастырады. Бұл тәсіл тербелісті азайтуға және механикалық жүктемелерді басқаруға көмектеседі.
5. Жау басқару жұмыс процесін тізбектей орындау
Ірі турбиналар үшін келесі жұмыс процесі жиі кездеседі:
1. Жел жағдайларын өлшеу. Жел қалағы желдің бағытын гондоламен салыстыра отырып көрсетеді, ал анемометр жылдамдықты көрсетеді.
2. Дұрыс емес туралауды есептеу. Контроллер ауытқу қатесін есептейді және оның өлі жолақтан асып кететінін тексереді.
3. Жұмыс жағдайын тексеру. Жүйе турбинаның қауіпсіз айналу жағдайында екеніне көз жеткізеді: маңызды дабылдар жоқ, тежегіштер дайын, қозғалтқыштар қолжетімді және кабельдің айналу шектеулері қауіпсіз (мұнараның ішінде кабельдері бар конструкциялар үшін).
4. Қажет болса, иілу тежегіштерін босатыңыз. Тежегіштерді гондола қозғалуы үшін босатуға болады.
5. Фокустық қозғалтқышты іске қосу. Қозғалтқыш гондолаларды желге қарай айналдырады. Жүктемені азайту үшін фокустық жылдамдық салыстырмалы түрде баяу ұсталады (мысалы, секундына бірнеше градус).
6. Тежеу және позицияны бекіту. Нысанаға жету бұрышы жақындаған сайын қозғалтқыш тоқтайды және тежегіштер гондолаларды тұрақты ұстайды.
7. Тексеру. Сенсор ауытқу қателігінің азайғанын көру үшін қайтадан оқиды. Егер азаймаса, цикл қайталанады.
6. Фокусты басқарудың дыбыс биіктігі мен қуатты басқарумен байланысы
Дискіні басқару оқшауланбайды. Қазіргі заманғы турбиналарда үш негізгі өзара басқару бар:
– Дыбыс биіктігін басқару: қуат пен жүктемені реттеу үшін қалақтардың бұрышын өзгертеді.
– Ротор жылдамдығын басқару: ротордың айналуын реттейді (генератор және түрлендіргіш арқылы).
– Еңкейісті басқару: ротордың желге қарағанын қамтамасыз етеді.
Мысалы, өте қатты желде турбина белгілі бір қадамда қуатты шектеу режиміне өтуі мүмкін. Мұндай жағдайларда жүктемені арттырмау үшін иілу жүйесі консервативтірек болуы мүмкін. Керісінше, қалыпты өндіріс жағдайында тиімділікке жету үшін иілу белсендірек болады.
7. Yaw жүйелеріндегі жиі кездесетін қиындықтар мен мәселелер
а) Жау аулау
Бұл турбина жел бағытының шулы сигналына немесе өте кішкентай өлі жолаққа байланысты айналу бағытын тым жиі өзгерткен кезде орын алады. Бұл қозғалтқыштың, тежегіштердің және мойынтіректердің тозуына әкеледі.
b) Мойынтіректің қисаюы және беріліс тозуы
Ауыр жүктемелер мен қайталанатын қозғалыстарға байланысты майлау және тексеру өте маңызды. Берілістің дұрыс орналаспауы, майлаудың нашарлығы немесе ластаушы заттардың енуі зақымдануды жеделдетуі мүмкін.
c) Сенсордың істен шығуы
Егер жел қалағы зақымдалған болса немесе анемометр дұрыс емес көрсеткіштерді берсе, турбина дұрыс емес бағытқа қарап тұруы мүмкін. Көптеген турбиналар ақаулы сенсорларды анықтау үшін диагностика мен резервтеуді пайдаланады.
d) Кабельдің бұралу шегі
Кейбір конструкцияларда гондола ішіндегі электр және сигнал кабельдері бір бағытта тым алыс бұрылса, бұралып қалуы мүмкін. Сондықтан, гондоланы қалпына келтіру үшін бұралу сенсоры және бұралуды ашу процедурасы сияқты бұралуды басқару жүйелері бар.
8. Күтім және ең жақсы тәжірибелер
Фистинг жүйесінің оңтайлы жұмыс істеуі үшін операторлар әдетте келесілерді қолданады:
– Жел бағыты датчигін мезгіл-мезгіл калибрлеп отырыңыз.
– Тежегіш пен қозғалтқышты тексеру: температура, ток күші және тежеуге реакция.
– Өндірушінің кестесіне сәйкес мойынтіректер мен берілістерді майлаңыз.
– SCADA деректерін талдау: айналу жиілігін, ұзақтығын және қателік үлгілерін бақылау. Үлгілердегі өзгерістер ерте ақауларды көрсетуі мүмкін.
– Сақиналы берілістің, болттардың және гондола құрылымының визуалды тексеруі.
Қорытынды
Жел турбиналарын желге қаратып ұстау және қауіпсіз құрылымдық жүктемелерді сақтай отырып, қуатты тиімді өндіру үшін қисықтықты басқару жүйесі маңызды. Жел жылдамдығы мен бағыт сенсорларын пайдаланып, контроллер тураланбау қашан түзетілетінін анықтайды, содан кейін қозғалтқыш арқылы қисықтықты басқарады және тежегіштермен позицияны ұстайды. Өлі жолақ, сигналды сүзу және қисықтықты қадамдау сияқты стратегиялар жиі қарама-қайшы келетін екі мақсатты теңестіру үшін қолданылады: желдің өзгеруіне жылдам жауап беру және компоненттердің тозуын азайту. Олар экстремалды ортада жұмыс істейтіндіктен және айтарлықтай жүктемелерді көтеретіндіктен, қисықтық жүйелері жұмыс істеу мерзімі ішінде турбиналардың оңтайлы жұмысын сақтау үшін сенімді жобалауды және жоспарлы техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді.
