Главни компоненти на наколната греда во ветерна турбина
Во современите системи на ветерни турбини, гондолата е „главната куќа“ во која се сместени повеќето од критичните механички и електрични компоненти. Се наоѓа на врвот од кулата, директно зад роторот и главчината (куќиште на лопатката). Во рамките на гондолата, енергијата на ветерот што ги ротира лопатките се пренесува, контролира, претвора во електрична енергија, а потоа се дистрибуира до мрежата. Поради својата висока положба и изложеност на екстремни временски услови, гондолата е исто така дизајнирана да биде силна, цврсто затворена структура со сеопфатни системи за безбедност и следење.
Следните се главните компоненти на гондолата на ветерната турбина, заедно со нивните функции и улоги во обезбедувањето ефикасно, безбедно и сигурно работење на турбината.
1. Рамка на гондолата (плоча/рамка)
Основната компонента на гондолата е главната рамка или плоча за подлога. Ова е потпорната структура што служи како „темел“ за монтирање на менувачот, генераторот, системот за сопирање, главните лежишта и разни други потпорни компоненти. Плочата за подлога мора да може да издржи и статички оптоварувања (тежина на компонентите) и динамички оптоварувања (вибрации, варијации на вртежниот момент и турбуленции на ветерот).
Материјалот е генерално челик со висока цврстина или леано железо, со дизајн што ја зема предвид цврстината, така што инсталираните компоненти остануваат порамнети и не доживуваат нерамномерно порамнување што може да го зголеми абењето.
2. Главно вратило и главно лежиште
Механичката енергија од роторот се пренесува на главната оска. Оваа оска ротира со мала брзина, но носи огромен вртежен момент. За да се поддржи ротацијата на оската, се користи главно лежиште. Некои дизајни имаат едно главно лежиште, додека други користат две главни лежишта за зголемена стабилност.
Улогата на лежиштата е клучна бидејќи откажувањето на лежиштата може да доведе до долг застој и високи трошоци за поправка. Затоа, системите за подмачкување и следењето на температурата/вибрациите во оваа област се обично многу строги.
3. Менувач (на турбини со системи со запчаници)
Многу ветерни турбини користат менувач за да ја зголемат брзината на ротација од бавно вратило (на пр., 10–20 вртежи во минута) до големата брзина потребна за генераторот (која може да се движи од стотици до илјадници вртежи во минута, во зависност од типот на генераторот). Менувачот е една од најсложените компоненти во гондолата, која се состои од серија запчаници (планетарни и/или паралелни вратила), лежишта и систем за подмачкување.
Сепак, вреди да се напомене дека постојат и турбини со директен погон кои не користат менувач. Во овој дизајн, роторот е подиректно поврзан со генератор со голем дијаметар кој ротира со мала брзина. Предноста на директниот погон е тоа што го намалува бројот на ротирачки компоненти и потенцијалот за дефект на менувачот, но системот на генератор и конвертор има тенденција да биде поголем и поскап.
4. Генератор
Генераторот е компонента што ја претвора механичката енергија во електрична енергија. Видовите генератори се разликуваат, вклучувајќи:
– DFIG (Двојно напојуван индукциски генератор) кој е вообичаен кај турбините со менувач, овозможува променлива работа со конвертори со делумно ниво.
– PMSG (синхрон генератор со перманентни магнети) кој често се користи во дизајни со директен погон и некои модерни запчаници, со висока ефикасност и добра контрола.
Генераторот произведува електрична енергија со одредени карактеристики (напон, фреквенција) која потоа се регулира од системот за енергетска електроника пред да се дистрибуира.
5. Систем за точење (Систем за точење)
Системот за наклон го регулира аголот на лопатките во однос на насоката на ветерот. Тој е еден од најважните системи за контрола за:
– Оптимизира зафаќање на енергија при ниски до средни брзини на ветерот.
– Ја ограничува моќноста и оптоварувањето при големи брзини на ветерот.
– Запирање на турбината (исклучување) со вртење на лопатките во положба на пердув (намалување на подигнувањето).
Системот за наклон може да биде хидрауличен или електричен (мал мотор и менувач во главчината). Иако актуаторот за наклон се наоѓа во главчината, неговата контрола, напојување и интеграција се генерално тесно поврзани со системите во гондолата, вклучувајќи го контролниот модул и резервниот извор на енергија.
6. Систем за отстапување
За да се осигури дека роторот секогаш е свртен кон ветерот, гондолата е опремена со систем за заштита од вртење што ѝ овозможува на гондолата да ротира над кулата. Овој систем обично се состои од:
– Лежиште за отклонување: големо лежиште во форма на прстен кое делува како „грамофонска плоча“ помеѓу кулата и гондолата.
– Погон/мотор со отстапување од рамнината: погонски мотори што ја ротираат гондолата според контролните команди.
– Сопирачка за скршнување: сопирачка за одржување на гондолата во стабилна положба.
Контролата на скршнувањето користи податоци од ветролор и анемометар. Целта на скршнувањето е да се минимизира неусогласеноста за да се максимизира производството на енергија и да се контролираат структурните оптоварувања.
7. Систем за сопирање (Систем за сопирање)
Ветерните турбини имаат неколку слоеви на стратегии за сопирање за безбедност. Општо земено, тие вклучуваат:
– Аеродинамички сопирачки: главно преку системот за наклон, лопатките се ротираат за да се намали потисокот и да се запре роторот.
– Механички сопирачки (диск сопирачки): често се наоѓаат на брзото вратило во близина на менувачот/генераторот. Овие сопирачки обично се користат како паркирни сопирачки или за итни ситуации, наместо за континуирано сопирање.
Системот за сопирање е важен за справување со екстремни услови, одржување или откажување на контролата.
8. Подмачкување и хидраулични системи
Внатре во гондолата има систем за поддршка, така што ротирачките компоненти работат во оптимални услови, вклучувајќи:
– Систем за подмачкување со масло за менувач: пумпа, филтер, ладилник и сензор за квалитет на масло.
– Систем за подмачкување за одредени лежишта и лежишта со отстапување.
– Хидраулични системи (доколку се користат), на пр. за хидрауличен наклон или специфични актуатори.
Доброто подмачкување го намалува триењето, температурата и абењето, со што се продолжува животниот век на компонентите.
9. Систем за ладење
Компоненти како што се генераторот, конверторот на енергија и менувачот можат да генерираат значителна топлина. Затоа, гондолата е опремена со систем за ладење кој може да вклучува:
– Воздушно ладење (воздух-воздух).
– Ладење со течност, на пример кај одредени конвертори или генератори.
– Разменувач на топлина и вентилатор за одржување на работната температура во безбедни граници.
Лошото термичко управување може да ја намали ефикасноста и да го забрза распаѓањето на електричната изолација и средствата за подмачкување.
10. Енергетска електроника и контролни системи (конвертор и контролен кабинет)
Современите ветерни турбини обично работат со променливи брзини, при што е потребен конвертор на моќност за да се прилагоди електричната моќност за да одговара на мрежата. Оваа единица ги регулира напонот, фреквенцијата и факторот на моќност, помагајќи да се исполнат барањата на мрежниот код.
Од друга страна, контролниот кабинет содржи PLC/контролен компјутер, модули за заштита, релеи и комуникациски мрежи. Контролниот систем управува со наклон, отстапување, стартување/стоп, заштита од пребрзина и безбедносна логика. Исто така, обично е опремен со SCADA за далечинско следење, евидентирање на податоци и дијагностика.
11. Сензори: анемометар, ветромер, вибрации, температура и други
За да може турбината да реагира на работните услови во реално време, гондолата е опремена со многу сензори, како што се:
– Анемометар (брзина на ветерот) и ветролор (насока на ветерот).
– Сензори за вибрации на менувачот, генераторот и лежиштата.
– Сензори за температура на лежишта, масло, намотки на генератор и електрични ормари.
– Сензори за притисок и проток во системот за подмачкување/хидраулика.
Податоците од сензорите се користат за контрола, а сè повеќе турбини користат предвидлива аналитика за порано откривање на потенцијални дефекти.
12. Трансформатор (зависи од дизајнот)
Кај некои турбини, трансформаторот е сместен во внатрешноста на гондолата; кај други дизајни, се наоѓа во внатрешноста на кулата или надвор. Трансформаторот го зголемува напонот од генераторот/конверторот на ниво посоодветно за внатрешен пренос на ветерни фарми, што резултира со пониски струи и намалени загуби на енергија.
13. Покривка на гондолата и систем за заштита на животната средина
Голдната плоча е покриена со капак што ги штити компонентите од дожд, прашина, влажност, солена магла (од море) и екстремни температурни промени. Исто така, содржи:
– Системи за вентилација и контрола на влажноста за намалување на кондензацијата.
– Громобранична заштита интегрирана со заземјувачки линии.
– Системи за откривање и сузбивање на пожар на неколку турбини, особено за локации со висок ризик.
Заклучок
Годлото е „мозок и мускул“ на ветерна турбина. Внатре, рамката, вратилото, лежиштата, менувачот (доколку е применливо), генераторот, сопирачките и системите за отстапување и контрола работат заедно во предизвикувачки средини. Дополнително, подмачкувањето, ладењето, сензорите, конверторите и системите за заштита обезбедуваат турбината не само да генерира електрична енергија, туку и да остане безбедна, ефикасна и лесно следена.
Разбирањето на главните компоненти на гондолата ни помага да разбереме зошто технологијата на ветерни турбини продолжува да се развива: целта не е само да се зголеми моќноста, туку и да се подобри сигурноста, да се поедностави одржувањето и да се намалат трошоците за електрична енергија произведена од ветер. Доколку сакате, би можел да додадам посебен дел за разликите помеѓу копнените и офшор турбинските гондоли или да го дискутирам дијаграмот на проток на енергија од роторот до мрежата.
