Shamol turbinalarida yonboshlashni boshqarish tizimi qanday ishlaydi
Zamonaviy shamol turbinalari shamol oqimlarining o'zgaruvchan yo'nalishi va tezligidan iloji boricha ko'proq energiya olish uchun mo'ljallangan. Rotor (pichoq) har doim shamolga to'g'ri burchak ostida "qarashi" uchun turbina gondolani (gondola) shamol yo'nalishidagi o'zgarishlarga muvofiq aylantira oladigan mexanizmga muhtoj. Bu mexanizm burilish boshqaruv tizimi deb ataladi. Sodda qilib aytganda, burilish - bu turbinaning vertikal o'q atrofida aylanishi, shunda rotorning supurish tekisligi kiruvchi shamol yo'nalishiga parallel bo'lib qoladi. Ushbu maqolada shamol turbinalarida burilish boshqaruv tizimi qanday ishlashi, uning asosiy komponentlari, boshqaruv strategiyalari, qiyinchiliklar va texnik xizmat ko'rsatish masalalari muhokama qilinadi.
1. Nima uchun yonboshlashni nazorat qilish muhim?
Yaw boshqaruvining asosiy maqsadi yaw nomutanosibligini, ya'ni shamol yo'nalishi va rotorning harakat yo'nalishi o'rtasidagi burchak farqini minimallashtirishdir. Agar rotor shamol bilan noto'g'ri hizalansa, shamol energiyasining bir qismi optimal tarzda ushlanmasdan rotor orqali "o'tadi". Ta'sir:
1. Quvvat chiqishining pasayishi. Umuman olganda, noto'g'ri joylashish qanchalik katta bo'lsa, quvvat chiqishi ham shuncha kamayadi.
2. Konstruktiv yuklar ortadi. Shamol yon tomondan kelganda, aerodinamik kuchlar assimetrik bo'lib qoladi va pichoqlar, markaz, o'q va minoraga dinamik yuklarni keltirib chiqaradi.
3. Vibratsiya va tezlashtirilgan aşınma. Noto'g'ri joylashish tebranishni kuchaytirishi va mexanik qismlarning aşınmasını tezlashtirishi mumkin.
Yaxshi burilish nazorati bilan turbina samaradorlikni saqlab qolishi va xizmat muddatini uzaytirishi mumkin.
2. Yaw tizimining asosiy tamoyillari
Gorizontal o'qli shamol turbinalari (HAWT) odatda faol burilish tizimidan foydalanadi, bu esa motor yordamida gondolani faol ravishda aylantiradi. Ba'zan shamolni passiv ravishda "kuzatish" uchun dum (qora qanot) dan foydalanadigan kichik turbinalardan farqli o'laroq, kommunal turbinalar katta gondola massasi va aniq boshqaruv zarurati tufayli deyarli har doim faol burilishdan foydalanadilar.
Sensor shamol yo'nalishidagi o'zgarishni aniqlaganda, boshqaruvchi (PLC/SCADA boshqaruvchisi) turbinaning qancha aylanishi kerakligini hisoblab chiqadi. Agar noto'g'ri hizalanish burchagi ma'lum bir chegaradan oshsa, qiyshaytirish motori qiyshaytirish podshipnigidagi viteslarni ishga tushiradi va gondola hizalanmaguncha aylanadi.
3. Yaw boshqaruv tizimining asosiy komponentlari
a) Shamol tezligi va yo'nalishi sensori
Odatda gondolaning ustida quyidagilar joylashgan:
– Shamol yo'nalishini gondolaga nisbatan o'lchash uchun shamol fırlagi.
– Shamol tezligini o'lchash uchun anemometr.
Bu ma'lumotlar qiyalikni tuzatish zarurligini aniqlash uchun asosiy ma'lumot hisoblanadi.
b) Yaw rulmani
Yaw podshipnigi katta, halqa shaklidagi podshipnik bo'lib, u gondolaning minorada aylanishiga imkon beradi. Bu podshipnik umumiy yukga: gondolaning og'irligiga, rotorning turtki kuchiga va turbulentlik tufayli yuzaga keladigan dinamik yuklarga bardosh bera olishi kerak.
c) Yaw Drive va Yaw Motor
Yaw haydovchisi odatda bir nechta elektr motorlaridan (ko'pincha ortiqcha quvvat uchun bir nechta) iborat bo'lib, ular yaw podshipnigidagi halqali tishli g'ildirak bilan bog'langan pinion tishli g'ildirakni harakatga keltiradi. Motorlar dizayn va moment talablariga qarab navbatma-navbat yoki bir vaqtning o'zida ishlashi mumkin.
d) Yaw tormozi
Motordan tashqari, gondolaning erkin aylanishiga yo'l qo'ymaslik uchun tormoz tizimi mavjud. Yaw tormozlari quyidagilar uchun juda muhimdir:
– turbina kerakli burchakka yetganda pozitsiyani barqarorlashtirish,
– uzluksiz kichik harakatlarning oldini olish (yamoq ovlash),
– ma'lum bir shamol sharoitida yoki turbina to'xtaganida gondolani ushlab turish.
e) Turbina boshqaruvchisi (boshqaruvchi)
Nazoratchi sensor signallarini qabul qiladi, boshqaruv mantig'ini qo'llaydi va keyin motorlar va tormozlarga buyruqlar yuboradi. Nazoratchi shuningdek, xavfsizlik blokirovkalarini ham amalga oshiradi: masalan, sensor ishlamay qolganda, turbina ma'lum rejimlarda bo'lganda yoki shamol tezligi juda yuqori bo'lganda, qiyalikning oldini oladi.
4. Turbina qachon yaw kerakligini qanday aniqlaydi?
Turbinalar har doim ham shamol ozgina o'zgarganda to'g'rilanmaydi. Agar ular juda sezgir bo'lsa, tizim tez-tez harakatlanadi va dvigatelning, ravshan uzatmalar qutisidagi kichik vites qutisining va ravshan podshipniklarning aşınmasını tezlashtiradi. Shuning uchun, ravshanlikni boshqarish odatda pol (o'lik polosali) va vaqt kechikishi tushunchalaridan foydalanadi.
a) Yaw xatosi va o'lik tasmasi
– Yo'nalish xatosi = o'lchangan shamol yo'nalishi – nayzaning joriy holati
– O'lik diapazon - bu bardoshlik diapazoni, masalan, ±5° dan ±15° gacha (ishlab chiqaruvchilar va boshqaruv strategiyalari orasida farq qiladi).
Agar burilish xatosi hali ham o'lik diapazon ichida bo'lsa, turbina harakatlanmaslikni tanlaydi.
b) Vaqtni kechiktirish va ma'lumotlarni filtrlash
Shamol yo'nalishi turbulentlik tufayli o'zgarib turadi. Shuning uchun sensor ma'lumotlari odatda quyidagicha bo'ladi:
– harakatlanuvchi o'rtacha ko'rsatkich yordamida filtrlangan,
– ma'lum bir vaqt oralig'ida baholangan (masalan, 10–60 soniya),
shunda turbina bir lahzalik "shovqin"ga reaksiyaga kirishmaydi.
c) Yaw Step strategiyasi
Turbinalar uzluksiz aylanish o'rniga, ko'pincha kichik qadamlar bilan yonboshlaydi. Ular bir necha daraja aylanadi, to'xtaydi, qayta baholaydi va kerak bo'lganda qayta ishlaydi. Bu yondashuv tebranishlarni kamaytirishga va mexanik yuklarni boshqarishga yordam beradi.
5. Yaw Control ish jarayoni ketma-ketligi
Quyida keng ko'lamli turbinalar uchun umumiy ish jarayoni keltirilgan:
1. Shamol sharoitlarini o'lchash. Shamol qanoti shamol yo'nalishini gondolaga nisbatan, anemometr esa tezlikni o'lchaydi.
2. Noto'g'ri hizalanishni hisoblash. Nazoratchi burilish xatosini hisoblab chiqadi va uning o'lik diapazondan oshib ketishini tekshiradi.
3. Ishlash holatini tekshirish. Tizim turbinaning xavfsiz burilish holatida ekanligini ta'minlaydi: muhim signalizatsiya yo'q, tormozlar tayyor, motorlar mavjud va kabelning aylanish chegaralari xavfsiz (minora ichidagi kabellari bo'lgan dizaynlar uchun).
4. Agar kerak bo'lsa, tormozlarni qo'yib yuboring. Tormozlarni gondolaning harakatlanishiga imkon berish uchun qo'yib yuborish mumkin.
5. Yaw motorini faollashtirish. Motor gondolani shamol tomon aylantiradi. Yukni kamaytirish uchun yaw tezligi nisbatan sekin saqlanadi (masalan, sekundiga bir necha daraja).
6. Tormozlash va pozitsiyani qulflash. Nishon burchagi yaqinlashganda, motor to'xtaydi va tormozlar gondolani barqaror ushlab turadi.
7. Tasdiqlash. Sensor yonboshlash xatosi kamayganligini tekshirish uchun yana bir bor o'qiydi. Agar kamaymasa, sikl takrorlanadi.
6. Yaw boshqaruvining ohang va kuch boshqaruvi bilan aloqasi
Yaw boshqaruvi alohida mavjud emas. Zamonaviy turbinalarda uchta asosiy qo'shimcha boshqaruv mavjud:
– Tovush balandligini boshqarish: quvvat va yukni sozlash uchun pichoqlarning burchagini o'zgartiradi.
– Rotor tezligini boshqarish: rotorning aylanishini sozlaydi (generator va konvertor orqali).
– Yon tomonni boshqarish: rotorning shamolga qaragan holda harakatlanishini ta'minlaydi.
Masalan, juda kuchli shamollarda turbina ma'lum bir qadamda quvvatni cheklash rejimiga o'tishi mumkin. Bunday sharoitlarda yukni oshirmaslik uchun yaw tizimi yanada konservativ bo'lishi mumkin. Aksincha, normal ishlab chiqarish sharoitida samaradorlikka erishish uchun yaw faolroq bo'ladi.
7. Yaw tizimlaridagi keng tarqalgan qiyinchiliklar va muammolar
a) Yaw ovlash
Bu shovqinli shamol yo'nalishi signali yoki juda kichik o'lik diapazon tufayli turbinaning burilish yo'nalishini juda tez-tez o'zgartirganda yuzaga keladi. Bu motor, tormozlar va podshipniklarning aşınmasına olib keladi.
b) Yaw podshipnigi va tishli kiyimlarning aşınması
Og'ir yuklar va takroriy harakatlar tufayli moylash va tekshirish juda muhimdir. Reduktorning noto'g'ri joylashishi, yomon moylash yoki ifloslantiruvchi moddalarning kirishi shikastlanishni tezlashtirishi mumkin.
c) Sensorning ishlamay qolishi
Agar shamol qanoti shikastlangan bo'lsa yoki anemometr noto'g'ri ko'rsatkichlarni berayotgan bo'lsa, turbina noto'g'ri yo'nalishga qaragan bo'lishi mumkin. Ko'pgina turbinalar nosoz sensorlarni aniqlash uchun diagnostika va ortiqchalikdan foydalanadilar.
d) Kabelning burilish chegarasi
Ba'zi dizaynlarda, agar nayza bir yo'nalishda juda uzoqqa burilgan bo'lsa, nayza ichidagi elektr va signal kabellari burishib ketishi mumkin. Shuning uchun, nayzani tiklash uchun burish sensori va burishdan chiqarish protsedurasi kabi burishlarni boshqarish tizimlari mavjud.
8. Xizmat va eng yaxshi amaliyotlar
Yaw tizimining optimal ishlashi uchun operatorlar odatda quyidagilarni qo'llaydilar:
– Shamol yo'nalishi sensorini vaqti-vaqti bilan sozlang.
– Tormoz va motorni tekshirish: harorat, tok va tormozlash reaksiyasi.
– Ishlab chiqaruvchining jadvaliga muvofiq tishli g'ildirak podshipniklari va tishli g'ildiraklarini moylang.
– SCADA ma'lumotlarini tahlil qilish: burilish chastotasini, davomiyligini va xato naqshlarini kuzatib boring. Naqshlardagi o'zgarishlar dastlabki muammolarni ko'rsatishi mumkin.
– Tishli halqa, murvat va gondola konstruktsiyasini vizual tekshirish.
Xulosa
Yonboshlashni boshqarish tizimi shamol turbinalarini shamolga qaratib ushlab turish va xavfsiz konstruktiv yuklarni saqlab turish bilan birga energiyani samarali ishlab chiqarish uchun kalit hisoblanadi. Shamol tezligi va yo'nalishi sensorlaridan foydalangan holda, boshqaruvchi noto'g'ri hizalanishni tuzatish uchun yetarlicha katta bo'lgan vaqtni aniqlaydi, so'ngra motor orqali yonboshlashni qo'llaydi va tormozlar yordamida pozitsiyani ushlab turadi. O'lik diapazon, signalni filtrlash va yonboshlashni qadamlash kabi strategiyalar ko'pincha qarama-qarshi bo'lgan ikkita maqsadni muvozanatlash uchun ishlatiladi: shamol o'zgarishiga tezkor javob berish va komponentlarning aşınmasını minimallashtirish. Ular ekstremal muhitlarda ishlaganligi va katta yuklarni ko'targanligi sababli, yonbosh tizimlari turbinalarning ishlash muddati davomida optimal ishlashini saqlab qolish uchun ishonchli dizayn va rejalashtirilgan texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi.
