Салхины янз бүрийн нөхцөлд салхин турбины роторын гүйцэтгэл
Салхин турбинууд нь салхины кинетик энергийг генераторын голыг эргэлдүүлдэг ротор (ир ба зангилаа)-аар дамжуулан цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Гэсэн хэдий ч роторын гүйцэтгэл хэзээ ч "тогтмол" байдаггүй; энэ нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөж буй салхины нөхцөл байдлаас ихээхэн хамаардаг. Салхины хурд, турбулент байдал, салхины чиглэл, агаарын нягтрал, тэр ч байтугай салхи, босоо зүсэлт зэрэг эрс тэс үзэгдлүүд нь ротор энергийг хэр үр дүнтэй цуглуулж, хэр их механик ачаалал үүсгэж, цахилгаан гаралт хэр тогтвортой байгааг тодорхойлдог. Энэ нийтлэлд салхин турбины роторууд янз бүрийн салхины нөхцөлд хэрхэн ажилладаг, үр ашиг, найдвартай байдлыг хадгалахад ашигладаг дизайн, хяналтын үр нөлөөг авч үзэх болно.
Роторын гүйцэтгэлийн үндэс: Хүч, эргүүлэх хүч ба чадлын коэффициент
Салхинд агуулагдах энерги нь салхины хурдтай хамт хурдацтай нэмэгддэг. Ерөнхийдөө салхины урсгалд агуулагдах онолын хүч нь салхины хурдны кубтай (∝ v³) пропорциональ байна. Энэ нь салхины хурд бага зэрэг нэмэгдэхэд илүү их чадлын потенциал бий болно гэсэн үг юм. Дараа нь ротор нь тодорхой аэродинамик үр ашигтайгаар энэ энергийн зарим хэсгийг "барих" бөгөөд үүнийг чадлын коэффициент (Cp)-ээр илэрхийлнэ. Cp утга нь Бетцийн хязгаараас (ойролцоогоор 59,3%) хэтэрч болохгүй, учир нь ротор нь агаарын урсгалыг зогсоохгүйгээр бүх энергийг барьж чадахгүй.
Роторын гүйцэтгэл нь мөн үзүүрийн хурдны харьцаанаас (TSR) хамаардаг бөгөөд энэ нь ирний үзүүрийн хурд ба салхины хурдны харьцаа юм. Ротор нь оновчтой TSR-тэй байдаг бөгөөд ирний цохилтын өнцөг нь хамгийн бага чирэлттэй хамгийн их өргөлтийг бий болгодог. Хэрэв TSR хэт бага байвал ир нь гацах хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь үр ашгийг бууруулдаг. Хэрэв TSR хэт өндөр байвал чирэлт нэмэгдэж, ачаалал нэмэгдэж, үр ашгийг бууруулж, дуу чимээг нэмэгдүүлдэг.
Салхи багатай нөхцөл (хязгаарлалтаас доогуур): Ротор хараахан үр дүнтэй болоогүй байна
Салхины хурд багатай үед ротор нь ихэвчлэн таслалтын босго хэмжээнээс доогуур унадаг (орчин үеийн турбинуудад ихэвчлэн 3-4 м/с орчим байдаг). Ийм нөхцөлд салхины энерги нь механик болон цахилгааны алдагдлыг (даацын үрэлт, роторын инерци, генераторын алдагдал, хяналтын алдагдал) даван туулахад хангалтгүй тул турбин цэвэр ашигтай чадал үүсгэдэггүй. Эргэлт нь тогтворгүй байдаг тул роторын гүйцэтгэл нь оновчтой TSR-д хүрэхэд бэрхшээлтэй байдаг. Зарим загварт удирдлага нь тоормосыг барих эсвэл суллах, хазайлтыг тохируулах эсвэл байнга асаах, унтраахаас үүдэлтэй элэгдлийг бууруулахын тулд эхлүүлэх стратегийг хэрэгжүүлдэг.
Салхи багатай үед гол бэрхшээл нь асаах чадварыг сайжруулах, хэт их мөчлөгийн ачаалал үүсгэхгүйгээр эргэлтийг хадгалах явдал юм. Рейнольдсын бага тоон дээр таатай аэродинамик профайлтай ир, зөөлөн асаах чадвартай генераторын удирдлагын систем нь турбиныг салхи багатай бүс нутагт илүү үр дүнтэй ажиллуулахад тусалдаг.
Дунд зэргийн салхи (2-р бүс): Хамгийн их үр ашгийг хүртэх
Салхины хурд зөвшөөрөгдсөн хэмжээнээс дээгүүр боловч нэрлэсэн салхины хурднаас доогуур байх үед ротор нь ихэвчлэн "2-р бүс"-д ажилладаг бөгөөд энэ үе шатанд хяналтын зорилго нь энерги хуримтлалыг хамгийн их байлгах явдал юм. Ийм нөхцөлд хувьсах хурдтай турбин нь TSR-ийг оновчтой утгад ойр байлгахын тулд роторын хурдыг тохируулна. TSR-ийг оновчтой хэмжээнд байлгаснаар Cp нь оргил үедээ хүрч, гаргаж авсан чадлыг v³-ээр нэмэгдүүлэх боломжтой.
Энэ үе шатанд ротор нь өндөр үр ашигтай, харьцангуй хяналттай бүтцийн ачааллын ачаар ерөнхийдөө хамгийн "эдийн засгийн" хүчийг үйлдвэрлэдэг. Аэродинамик өргөлтийг оновчтой болгохын тулд ирний алхамыг ихэвчлэн бага өнцөгт (бага алхам) хийдэг. Генераторын эргүүлэх хүчийг хянах нь эргэлтийн хурдыг зохицуулдаг: салхи хүчтэй байх тусам TSR-ийг хадгалахын тулд ашиглах эргүүлэх хүч их байдаг.
Салхины ойролцоох үнэлгээ (шилжилт): Эрчим хүч хязгаарлагдмал, ачаалал нэмэгдэнэ
Салхи нэрлэсэн хурдад ойртох үед (жишээлбэл, загвараас хамааран 11–13 м/с) турбин шилжилтийн үе шатанд ордог. Хэрэв чадал v³-г дагаж байвал генератор болон цахилгааны систем нь нэрлэсэн хүчин чадлаасаа хэтэрнэ. Тиймээс хяналтын стратеги өөрчлөгддөг: анхаарал нь "эрчим хүчийг хамгийн их байлгах"-аас "цахилгаан ба ачааллыг хязгаарлах" руу шилждэг. Энэ үед давирхайн хяналт чухал болдог.
Өргөлтийг бууруулж, Cp-г бууруулахын тулд роторыг налуугаар байрлуулсан (ирний өнцөг нэмэгдсэн) бөгөөд гаралтын чадлыг нэрлэсэн утга орчимд байлгадаг. Цахилгаан чадлыг тогтвортой байлгаж байгаа ч турбулент байдал, хяргалт, салхины чиглэлийн хэлбэлзлээс болж аэродинамик ачаалал болон ядаргаа нэмэгдэж болно. Хэт их чичиргээнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд хариу үйлдэл үзүүлэх ирний загвар, ачааллын хяналт, налууг хянах алгоритм шаардлагатай.
Хүчтэй салхи (3-р бүс): Нэрлэсэн хүч болон аюулгүй байдлыг хадгалах
Салхины нэрлэсэн хурдаас дээш салхитай үед турбин нь өөр өөр шинж чанартай байдаг: цахилгаан эрчим хүч бараг тогтмол хэвээр байх бол ротор нь бүтцийн болон генераторын хязгаарыг хадгалахын тулд аэродинамик үр ашгийг алддаг. Ирний өнцөг нь өд хүртэл нэмэгдэж (довтолгооны өнцгийг бууруулж) өргөлтийг бууруулдаг. Ийм нөхцөлд ротор нь "хамгийн их эрчим хүчийг гаргаж авах"-аас илүү "аюулгүй байх" зорилготой хяналттай систем болж ажилладаг.
Ротор дээрх ачаалал нь зөвхөн салхины хүчний хэмжээнээс гадна огцом хэлбэлзлээс үүдэлтэй байдаг. Салхи нь ир болон цамхагт эргүүлэх хүчийг огцом нэмэгдүүлж, нугалах момент үүсгэж болзошгүй. Тиймээс орчин үеийн олон турбинууд нь хурдан цохилтын хяналт, хэт хурднаас хамгаалах систем, хэт ачааллыг илрүүлэх мэдрэгч зэрэг онцлог шинж чанартай байдаг.
Хуйлрал ба салхи: Үр ашиг буурч, ядаргаа нэмэгдэнэ
Хэрэв турбулентын түвшин өөр өөр байвал ижил дундаж салхины хурдаар ажилладаг хоёр турбин өөр өөрөөр ажиллаж болно. Турбулентын нөлөө нь салхины тусах өнцгийг өөрчилж, ирний довтолгооны өнцгийг хэлбэлзүүлж, оновчтой Cp-ийг хадгалахад хэцүү болгодог. Үүний үр дүнд эрчим хүчний үйлдвэрлэл буурч, ачааллын мөчлөг илүү олон удаа давтагдсанаас болж ядрах ачаалал нэмэгддэг.
Салхи (богино, өндөр хурдтай салхи) нь илүү хүчтэй байдаг: энэ нь хүчний огцом өсөлтийг үүсгэж, огцом цохилтын хариу үйлдлийг өдөөж, ирний үндэс болон хөтлөгч хэсэгт ядрах эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг. Орчин үеийн удирдлага нь ихэвчлэн өндөр турбулент үед тэгш бус ачааллыг бууруулахын тулд ир бүрийн цохилтын өндрийг тохируулдаг бие даасан цохилтын хяналт (IPC) гэх мэт "ачаалыг бууруулах" аргыг ашигладаг.
Салхины чиглэлийн өөрчлөлт ба эргэлтийн буруу байрлал
Ротор нь салхи руу шууд харсан үед хамгийн үр дүнтэй ажилладаг. Хэрэв хазайлтын тэнхлэгийн зөрүү (салхины чиглэл ба роторын тэнхлэгийн хоорондох өнцөг) үүсвэл үр дүнтэй арчигдах талбай багасч, ирний дээгүүрх урсгал жигд бус болдог. Үр дүн: хүч буурч, ачаалал, ялангуяа гондол болон цамхаг дээрх хажуугийн ачаалал нэмэгддэг. Хазайлтын удирдлагын систем нь роторыг салхины чиглэлд "түгжигдсэн" байлгахын тулд гондол эргүүлэх үүрэгтэй боловч хэт түрэмгий хазайлтын хариу үйлдэл нь элэгдэл болон нэмэлт ачааллыг үүсгэж болзошгүй. Тиймээс хазайлтын удирдлага нь ихэвчлэн бага зэргийн хэлбэлзэлтэй байнга хөдлөхөөс сэргийлж үхлийн зурвас (хүлцлийн бүс)-тэй байдаг.
Салхины зүсэлт ба босоо профайл: Ир дээрх тэгш бус ачаалал
Салхины хяргалт гэдэг нь өндрөөс хамааран салхины хурдны өөрчлөлт юм. Том диаметртэй роторууд дээр роторын дээд хэсэг нь доод хэсгээс илүү хүчтэй салхитай байж болно. Энэ нь нэг ирний эргэлтийн туршид тэгш бус хүчний тархалтыг бий болгож, ир, төв болон цамхагт циклийн ачааллыг үүсгэдэг. Хяргалт нь мөн хяналтын стратегид нөлөөлдөг: хүчтэй хяргах нөхцөлд материалын хурдасгасан ядралаас зайлсхийхийн тулд давтагдсан ачааллыг харгалзан үзэх ёстой.
Гадаргуугийн ойролцоох хэсэгт (эхийн гадаргуу дээр) гадаргуугийн үрэлт болон мод, барилга байгууламж зэрэг саад бэрхшээлээс болж зүсэлт илүү хүчтэй байх хандлагатай байдаг. Үүний эсрэгээр, далайн эрэг дээр ерөнхийдөө урсгал илүү жигд, зүсэлт бага байдаг тул ротор илүү тогтвортой ажиллаж, илүү тогтвортой энерги үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.
Агаарын нягтрал, температур ба өндөр: Салхины эрчим хүч ижил биш
Хурднаас гадна агаарын нягтрал (ρ) нь боломжтой чадалд нөлөөлдөг. Хүйтэн, өндөр даралттай агаар нь илүү нягтралтай тул ротор нь ижил салхины хурдаар илүү их хүч үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Үүний эсрэгээр, агаар нимгэн өндөрлөг газарт үр дүнтэй салхины хүч буурдаг. Энэ нь турбины байршлыг төлөвлөх, чадлын муруйн тохируулга хийхэд чухал юм. Операторууд мөн салхины хурдны статистик тогтмол харагдаж байсан ч температур, даралтын улирлын хэлбэлзэл нь эрчим хүчний үйлдвэрлэлд нөлөөлж болохыг анхаарч үзэх хэрэгтэй.
Онцгой нөхцөл байдал ба тасалдал: Төгс хамгаалалт
Салхины хурд хязгаарлагдмал хэмжээнд хүрэхэд (ихэвчлэн 20-25 м/с орчим) турбиныг гэмтлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд ихэвчлэн унтраадаг. Хэт хүнд нөхцөлд аэродинамик ачаалал нь дизайны утгаас давж, эвдрэл гарах эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг. Унтраах процедурт ирийг өдний байрлалд байрлуулах, роторыг тоормослох, хазайлтын системийг түгжих зэрэг орно. Салхи багасч, тогтворжсоны дараа аюулгүй байдлын журмын дагуу турбиныг дахин ажиллуулж болно.
Хаах
Салхин турбины роторын гүйцэтгэл нь ирний аэродинамик, хурд болон давирхайн хяналт, байршлын салхины шинж чанаруудын хоорондын нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэлийн үр дүн юм. Намхан салхитай үед гол бэрхшээл нь эргэлтийг эхлүүлэх, хадгалах явдал юм; дунд зэргийн салхитай үед ротор нь оновчтой TSR-ээр хамгийн үр ашигтай ажилладаг; нэрлэсэн хурдтай ойролцоо болон түүнээс дээш үед анхаарал нь чадлын хязгаарлалт болон ачааллыг бууруулахад шилждэг; турбулент, салхи, зүсэлт, хазайлтын буруу байрлал нь үр ашгийг бууруулж, бүтцийн ядаргааны эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг. Зөв ирний загвар, нарийн хяналт (давирхай, эргүүлэх хүч, хазайлт, тэр ч байтугай бие даасан давирхай), байршлыг сайтар сонгосноор ротор нь турбины ашиглалтын хугацаанд олон төрлийн салхины нөхцөл байдлыг тэсвэрлэхийн зэрэгцээ хамгийн их энерги гаргаж чаддаг.
