Шамал турбиналарынын борборлорунун түзүлүшү жана иштеши
Заманбап шамал турбиналарынын системаларында коомчулуктун көңүлү көбүнчө бийик мунарага, узун калактарга же электр энергиясын өндүргөн генераторго бурулат. Бирок, ролу абдан маанилүү, бирок көп учурда көңүл сыртында калган бир компонент бар: шамал турбинасынын борбору. Борд турбина калактары менен гондоланын ичиндеги кыймылдаткычтын ортосундагы негизги "көпүрө". Ал калактардан чоң аэродинамикалык жүктөмдөрдү кабыл алат, аларды валга өткөрөт жана кадамды башкаруу, сенсорлор жана коопсуздук түзүлүштөрү сыяктуу ар кандай системалар үчүн интеграциялык чекит катары кызмат кылат. Бул макалада борддун түзүлүшү, функциясы, материалдары жана дизайндагы кыйынчылыктары кеңири талкууланат.
1. Шамал турбиналарынын борборлорун түшүнүү
Хаб – шамал турбинасынын роторунун борборунда жайгашкан, калактар бекитилип, айланып турган структуралык компонент. Жөнөкөй сөз менен айтканда, хабды ротордун "башы" деп эсептөөгө болот. Эң көп колдонулган горизонталдык огу бар шамал турбиналарында (HAWT) хаб гондоланын алдында жайгашкан жана түз эле негизги валга туташтырылган. Шамал калактарда көтөрүү күчүн пайда кылганда, ал күч калактын тамыры аркылуу хабга, андан кийин валга жана трансмиссия/генератор системасына берилет.
Ротордун конфигурацияларынын бир нече түрлөрү бар — мисалы, эки же үч калакты — бирок коммерциялык турбиналардын көпчүлүгү динамикалык балансынын, натыйжалуулугунун жана ызы-чуунун деңгээлинин жакшырышынан улам үч калакты колдонушат. Бул конфигурация борбордун формасына жана дизайнына таасир этет.
2. Шамал турбинасынын борборунун негизги функциясы
Хабдын функциясы жөн гана бычакты бекитүү эмес. Анын кеминде беш негизги функциясы бар:
1. Бычакты айлануучу система менен туташтыруу
Хаб бычактар менен негизги валдын ортосунда бекем механикалык байланышты камсыз кылат. Бул байланыш турбинанын иштөө мөөнөтүндө (20–25 жыл) жогорку моментке жана кайталануучу жүктөмдөргө туруштук бере алышы керек.
2. Аэродинамикалык жана гравитациялык жүктөрдү өткөрүү
Канаттар айланганда түртүү күчүн, тангенциалдык күчтөрдү (моментти пайда кылган) жана тартылуу күчтөрүн сезишет. Хаб бул жүктөрдүн баарын кыймылдаткыч системасына жана гондола конструкциясына өткөрөт.
3. Тырмак системасы үчүн башкы бет
Заманбап турбиналарда калактын чабуул бурчу кадам системасы менен башкарылат. Көптөгөн конструкцияларда чоң кадам подшипниги, кадам мотору/иштеткичи, кадам редуктору жана башкаруу элементтери борбор аймагына жайгаштырылат.
4. Ротордун динамикалык туруктуулугун сактоо
Хаб туруктуу айланууну камсыз кылышы, тең салмактуулуктун бузулушунун алдын алышы, титирөөнү азайтуу жана ар кандай шамал шарттарында (шамал, турбуленттүүлүк) ротордун динамикалык жүрүм-турумун колдоосу керек.
5. Коопсуздук жана мониторинг функцияларын колдойт
Хабдар көбүнчө сенсорлор (мисалы, подшипниктин температурасы, бурулуш абалы, титирөө), ошондой эле бузулуу болгон учурда шашылыш түрдө жүн менен иштетүү (бычактарды коопсуз абалга айландыруу) сыяктуу коргоо системалары менен интеграцияланган.
3. Хабдын курулушу: маанилүү тетиктер жана компоненттер
Конструкциялык жактан алганда, хаб татаал геометрияга ээ болгон эбегейсиз чоң структуралык компонент болуп саналат. Бул жерде кээ бир жалпы бөлүктөр келтирилген:
а) Бордюрдун корпусу
Негизги компонент - бул бычактарды бекитүүчү чекиттер катары бир нече "колдор" же фланецтер колдонулган куюлган же жасалган конструкция. Үч бычактуу ротордун бири-биринен 120 градус аралыкта жайгашкан үч бычак интерфейси бар. Алардын формасы өндүрүүчүнүн дизайнына жараша тоголок же көп бурчтуу болушу мүмкүн.
б) Блейд интерфейси
Бул жерде бычактын тамыры тегерек формадагы жогорку бекем болтторду колдонуу менен бекитилет. Бул интерфейс жүктүн бирдей бөлүштүрүлүшүн камсыз кылуу жана чыңалуу концентрациясынын алдын алуу үчүн так болушу керек.
в) Подшипниктин кадамы
Калемдердин бурулуш кадамын башкаруу үчүн өз огунда айлануусуна мүмкүндүк берген чоң, шакек формасындагы компонент (айланма подшипник). Бул подшипник айкалышкан жүктөмдөрдө (октук, радиалдык жана момент) иштейт, андыктан майлоонун сапаты жана коррозиядан коргоо абдан маанилүү.
г) Тепкич системасы (иштеткич жана башкаруу)
Алар, адатта, редуктору бар электр кыймылдаткычын (электрдик кадам) же гидравликалык системаны (гидравликалык кадам) колдонушат. Электр кадамдары көбүнчө электр энергиясы өчүп калган учурда бычакты коопсуз жайгаштыруу үчүн батарея/суперконденсатор менен жабдылган.
e) Хабдын капкагы (мурун конусу/айланма)
Хабдын алдыңкы бөлүгүн жаап турган аэродинамикалык компонент, ал каршылыкты азайтып, ички компоненттерди жамгырдан, чаңдан же муздан коргойт. Бул капкак негизги түзүлүш болбосо да, аэродинамикалык көрсөткүчтөргө жана коргоого таасир этет.
е) Кирүү жана коопсуздук (кирүү люк, ички платформа)
Чоң турбиналарда техниктер бурулуш системасын тейлөө үчүн хабдын ичине кире алышат. Бул аймак тар жана айланма болгондуктан, катуу коопсуздук эрежелери талап кылынат.
4. Материалдар жана өндүрүш процесстери
Көпчүлүк шамал турбиналарынын борборлору EN-GJS же ага барабар ийкемдүү чоюндан жасалган куюуларды колдонуу менен жасалат. Ийкемдүү чоюнду тандоонун себептери төмөнкүлөрдү камтыйт:
– Динамикалык жүктөмдөр үчүн жакшы бекемдик жана бышыктык
– Татаал жана калың формаларды куюу мүмкүнчүлүгү
– Болотко салыштырмалуу жакшы титирөөнү басат
– Чоң өлчөмдөгү продукциялар үчүн атаандаштыкка жөндөмдүү өндүрүш чыгымдары
Бирок, кээ бир конструкцияларда куюлган болоттон же ширетилген болоттон жасалган плитадан жасалган хабдар колдонулат, айрыкча, белгилүү бир механикалык касиеттер же башка өндүрүш стратегиясы талап кылынса. Куюудан кийин хаб, адатта, төмөнкүлөргө дуушар болот:
– Максаттуу механикалык касиеттерге жетүү үчүн жылуулук менен иштетүү
– Маанилүү беттерде (фланец, подшипник отургучу, болт тешиктери) иштетүү
– Ички кемчиликтерди аныктоо үчүн ультраүндүк текшерүү, магниттик бөлүкчөлөрдү текшерүү же рентгенография сыяктуу бузбай текшерүү (NDT)
– Коррозиядан коргоо үчүн, айрыкча деңиз турбиналары үчүн каптоо/боёо
5. Жумуш жүгү жана дизайндагы кыйынчылыктар
Хабдар абдан татаал шарттарда иштейт. Дизайнерлер төмөнкүлөрдү эске алышы керек:
1. Чарчоо (материалдык чарчоо)
Турбиналар иштөө учурунда миллиондогон жүктөө циклдерин башынан өткөрөт. Чарчоо дубалдын калыңдыгын, филе радиусун жана туташтыруунун деталдарын аныктоодо негизги фактор болуп саналат.
2. Пычак муунунун аймагындагы чыңалуу концентрациясы
Болт тешиктери, курч бурчтар жана калыңдыгынын өзгөрүшү жаракалардын булагы болушу мүмкүн. Ошондуктан, так геометриялык дизайн жана жогорку өндүрүш сапатын көзөмөлдөө талап кылынат.
3. Коррозия жана айлана-чөйрө
Деңизде туздуу тумандын таасири коррозияны тездетет. Каптоо жана пломбалоо системалары, анын ичинде болт менен бекитилген туташууларды жана подшипниктердин жантайыңкы бурчтарын коргоо кылдаттык менен иштелип чыгышы керек.
4. Салмак жана ишенимдүүлүк
Өтө оор хаб мунарага жана фланс системасына жүктөмдү көбөйтөт. Тескерисинче, өтө жеңил хаб деформация жана чарчоо коркунучун жогорулатышы мүмкүн. Оптималдаштыруу чектүү элементтерди симуляциялоо (FEA) жана сыноо аркылуу жүргүзүлөт.
5. Питч системасы менен интеграциялоо
Подшипниктер, моторлор, кабелдер жана башкаруу элементтери тейлөөгө оңой, корголуучу жана ротордун балансын бузбагандай кылып жайгаштырылышы керек.
6. Турбинанын иштөө системасындагы борбор: энергия агымы жана башкаруу
Шамал соккондо, калактар ротордо моментти пайда кылат. Төп бул моментти кабыл алып, аны негизги вал менен кошо айлантат. Редуктору бар турбиналарда негизги вал генератордун айлануу ылдамдыгын жогорулатуу үчүн редукторду иштетет. Түз жетектүү турбиналарда төп редуктору жок чоң диаметрдеги генераторго туташтырылган.
Башкаруу жагынан алганда, борбор кадам системасы аркылуу роль ойнойт. Шамалдын ылдамдыгы номиналдык ылдамдыктан ашып кеткенде, кадамды башкаруу көтөрүү күчүн азайтуу үчүн бычактарды айлантат, бул туруктуу кубаттуулукту камсыз кылат жана компоненттердин ашыкча жүктөлүшүнүн алдын алат. Шамал өтө күчтүү болгондо же турбина бузулганда, бычактар роторду коопсуз токтотуу үчүн "жүндөй" (күчтү азайтуу үчүн бурчталат).
7. Көп кездешүүчү техникалык тейлөө жана бузулуулар
Алдыңкы ротордо жайгашкандыктан, хаб жана анын компоненттери үзгүлтүксүз текшерүүнү талап кылат. Айрым кеңири таралган көйгөйлөргө төмөнкүлөр кирет:
– Майлоонун жетишсиздигинен же булгануудан улам подшипниктердин эскириши
– Титирөөдөн же туура эмес тартуу процедураларынан улам келип чыгышы мүмкүн болгон бычактын борбордук болтторунун бошоп кетиши.
– Стресс топтолуучу жерлерде чарчоо пайда болот (сейрек кездешет, бирок олуттуу)
– Суунун киришине жана коррозияны тездетүүгө алып келүүчү герметикалык бузулуулар
– Үн күчөткүч моторундагы, үн күчөткүч кутусундагы же резервдик системадагы (батареядагы) кемчиликтер
Текшерүүлөргө, адатта, өндүрүүчү сунуштагандай, болттун моментин текшерүү, титирөөнү талдоо, майлоону текшерүү жана белгилүү бир аймактарда NDT кирет.
8. Корутунду
Шамал турбинасы борбору – бул шамал энергиясын электр энергиясына айландыруу системасында борбордук ролду ойногон структуралык компонент. Ал калактарды орнотуучу чекит катары гана эмес, ошондой эле негизги жүк көтөрүүчү чекит катары да кызмат кылат, ал чайпалуучу системаны камтыйт жана турбинанын коопсуздугунда жана башкаруусунда маанилүү элемент болуп саналат. Анын конструкциясы бекем материалдарды, так өндүрүш процесстерин жана узак мөөнөттүү циклдик жүктөмдөргө туруштук бере алган конструкцияны талап кылат. Хабдын конструкциясын жана функциясын түшүнүү бизге ийгиликтүү шамал турбинасы калактар жана генератор гана эмес, ошондой эле ротордун борборундагы күчтүү жана ишенимдүү механикалык интеграция, башкача айтканда, хаб жөнүндө экенин көрүүгө жардам берет.
Кааласаңыз, мен жөнөкөй схемалык чиймени, хаб компоненттеринин кененирээк тизмесин же кургактагы жана деңиздеги турбиналардын хабдарынын салыштыруу талкуусун кошо алам.
