Rotor yo'nalishi uchun shamol turbinasini boshqarish tizimi
Zamonaviy shamol turbinalari yo'nalish va tezlikni doimiy ravishda o'zgartirib turadigan shamollardan iloji boricha ko'proq energiya olish uchun mo'ljallangan. Samarali bo'lish uchun turbina rotori - pichoqlar va uya - shamol bilan aniq moslashtirilgan bo'lishi kerak. Rotorning har doim shamol yo'nalishiga mos kelishini ta'minlash jarayoni rotor yo'nalishini boshqarish yoki ko'proq tarqalganda, burilish nazorati deb nomlanadi. Ushbu maqolada rotor yo'nalishini boshqarish uchun shamol turbinasini boshqarish tizimlaridagi tushunchalar, komponentlar, boshqaruv strategiyalari va asosiy muammolar muhokama qilinadi.
Rotorning yo'nalishi nima uchun muhim?
Shamol turbinasining ushlay oladigan quvvati shamol yo'nalishi va rotorning supurish tekisligi orasidagi burchakka sezilarli darajada ta'sir qiladi. Rotor shamolga qaramaganda (yonboshlashning noto'g'ri joylashishi), rotor tekisligidan oqib o'tadigan energiya optimal ravishda ishlatilmaydi. Kichik noto'g'ri joylashuvlar quvvatni kamaytirishi mumkin, katta noto'g'ri joylashuvlar esa pichoqlar, gondola va minoraga qo'shimcha strukturaviy yuklarni keltirib chiqarishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda, rotorning yo'nalishi nafaqat samaradorlik, balki komponentning ishlash muddati bilan ham bog'liq.
Aslida, gorizontal o'qli shamol turbinalari (HAWT) rotor shamolga yo'naltirilishi uchun gondolani aylantirish uchun burilish tizimini talab qiladi. Bu vertikal o'qli turbinalardan (VAWT) farq qiladi, ular geometrik jihatdan turli yo'nalishlardan shamolni ushlash uchun burilish talab qilmaydi. Biroq, HAWTlar yuqori samaradorligi tufayli kommunal sohada ustunlik qiladi.
Yawning asosiy kontseptsiyasi: rotorlarni alohida emas, balki gondolani yo'naltirish
HAWT turbinasida rotor pichoqlari gondola oldidagi markazga o'rnatiladi. Shamol yo'nalishi minoraning yuqori qismida butun gondolani (rotor va uzatish tizimini olib yuradigan) aylantirish orqali boshqariladi. Bu aylanish gondola va minora o'rtasida nisbiy harakatlanishni ta'minlaydigan yaw podshipniklari orqali amalga oshiriladi. Yaw tizimi gondolani rotor o'qi markaz joylashgan joyda o'rtacha shamol yo'nalishiga mos keladigan tarzda yo'naltiradi.
Shuni ta'kidlash kerakki, shamol yo'nalishi turbulent va tez o'zgaradi, shuning uchun yonboshlashni boshqarish odatda har bir kichik tebranishlarni aniqlay olmaydi. Tizim ma'lum bir vaqt ichida o'rtacha shamol yo'nalishini to'g'rilash uchun mo'ljallangan bo'lib, bu aktuatorning aşınmasını va energiya sarfini tezlashtirishi mumkin bo'lgan haddan tashqari yonboshlashni oldini oladi.
Rotor yo'nalishini boshqarish tizimining asosiy komponentlari
1. Shamol yo'nalishi sensori (shamol fleytasi) va shamol tezligi (anemometr)
Odatda gondola ustiga o'rnatilgan shamol qanoti gondolaga nisbatan shamol yo'nalishini baholaydi, anemometr esa shamol tezligini o'lchaydi. Zamonaviy turbinalarda ma'lumotlar rotorga yetib borishidan oldin shamolni "ko'rish" uchun LIDAR (Yorug'likni aniqlash va masofani o'lchash) kabi boshqa sensorlar bilan ham to'ldirilishi mumkin.
2. Yaw boshqaruvchisi
Bu turbina boshqaruv tizimining (PLC/sanoat boshqaruvi) qismi bo'lib, u gondolani qachon va qancha masofaga aylantirish kerakligini hal qiladi. Nazoratchi mantiq va noto'g'ri hizalanish chegarasi, o'lik diapazon, shamol tezligi va burilish tezligi chegaralari kabi parametrlardan foydalanadi.
3. Yaw drayveri va yaw motori
Elektr dvigateli (ba'zan bir nechta birliklar) ravoq podshipnigidagi halqali tishli g'ildirak bilan o'zaro ta'sir qiluvchi tishli g'ildirakni harakatga keltiradi. Gondola katta va og'ir bo'lgani uchun u juda ko'p momentni talab qiladi; yukni taqsimlash uchun ko'pincha bir nechta motorlar ishlatiladi.
4. Yaw podshipnigi
Katta halqali podshipniklar aylanishga imkon berib, eksenel va radial yuklarni qo'llab-quvvatlaydi. Moylash sharoitlari, murvatning mahkamligi va aşınması uzoq muddatli foydalanish uchun juda muhim muammolar hisoblanadi.
5. Yaw tormozi (yaw tormozi)
Mexanik/gidravlik tormozlar aerodinamik moment tufayli gondolaning aylanishiga yo'l qo'ymaydi va ish paytida gondolani barqarorlashtiradi.
6. Sirpanuvchi halqa va kabel tizimi
Gandel aylanayotganligi sababli, chalkashib ketishning oldini olish uchun kabelni boshqarish zarur. Sirpanuvchi halqalar gandel aylanayotganda quvvat va signal uzatishni ta'minlaydi, ammo ba'zi dizaynlarda kabelning burilishini oldini olish uchun kümülatif aylanish burchagi chegaralari mavjud.
7. Yaw holati sensori (enkoder / aniqlovchi)
Aniq boshqaruv, ma'lumotlarni qayd etish va himoya qilish uchun minora ma'lumotnomasiga nisbatan mutlaq gondola burchagi ma'lumotlarini taqdim etadi.
Boshqaruv strategiyasi: turbina qachon yonishi kerak?
Yaw boshqaruv tizimlari odatda bir nechta printsiplarni qo'llaydi:
1. O'lik zona (o'lik zona)
Agar noto'g'ri hizalanish hali ham kichik bo'lsa, boshqaruvchi hech qanday tuzatish kiritmaydi. Bu turbulentlik tufayli oldinga va orqaga harakatlanishning oldini olish uchun muhimdir. Masalan, turbina faqat dizaynga qarab, noto'g'ri hizalanish bir necha soniya yoki daqiqa davomida ±10° dan oshsagina yaw qilishi mumkin.
2. Vaqt filtri va signalni tekshirish
Shamol yo'nalishi ma'lumotlari ko'pincha harakatlanuvchi o'rtacha yoki past chastotali filtr yordamida filtrlanadi. Bundan tashqari, kontroller validatsiyani amalga oshiradi: agar qanot sensori nosoz bo'lsa, yassilanishni cheklash yoki xavfsiz rejimga o'tkazish mumkin.
3. Shamol tezligiga asoslangan mantiq
Shamol tezligi past bo'lganda, burilishning foydasi kichik bo'lishi mumkin, bu esa tizimga uzoqroq kutish imkonini beradi. Nominal tezlikka yaqin bo'lgan ma'lum tezliklarda ishlab chiqarishni maksimal darajada oshirish uchun yo'nalish muhimroq bo'ladi. Aksincha, juda kuchli shamollarda yoki turbina to'xtab turganida, yukni kamaytirish uchun burilish strategiyasi o'zgarishi mumkin.
4. Yaw va qiyshayish tezligining chegaralari
Gandelni juda tez aylantirmaslik kerak, chunki bu dinamik yuklarni keltirib chiqarishi va tishli g'ildiraklar va podshipniklarning aşınmasını kuchaytirishi mumkin. Nazoratchi odatda aylanish tezligini (masalan, soniyasiga daraja) cheklaydi va silliq tezlanish/sekinlashuvni qo'llaydi.
5. Moment/energiyaga asoslangan boshqaruv
Ba'zi ilg'or dizaynlar dvigatelning burilish energiyasi narxini energiya ishlab chiqarishning ortishi bilan solishtirganda hisobga oladi. Bu, ayniqsa, katta turbinalar va yuqori turbulentlikka ega joylar uchun juda muhimdir.
Rotor yo'nalishini boshqarishdagi texnik qiyinchiliklar
Turbulentlik va shamol siljishi
Rotor balandligidagi shamol yo'nalishi har doim ham bir xil emas. Rotorning harakati davomida ham yo'nalish va tezlik farq qilishi mumkin. Naycha ustidagi sensorlar rotor ta'sir qilgan shamolni (rotorning harakati) o'lchaydi, bu esa shamol yo'nalishini baholashga ta'sir qilishi mumkin. Bu kontroller uchun optimal burchakni aniqlashni qiyinlashtiradi.
Noto'g'ri joylashuv tufayli strukturaviy yuklar
Noto'g'ri hizalanish minora va gondolada lateral kuchlar va momentlarni keltirib chiqaradi. Agar yaw kechiksa yoki juda tez-tez bo'lsa, tsiklik yuklar ortadi va materialning charchoqini tezlashtirishi mumkin. Shuning uchun, yawni boshqarish shunchaki "shamolga iloji boricha tezroq qarash" emas, balki energiya ishlab chiqarish va yuk o'rtasidagi murosaga kelishdir.
Yaw podshipnigi, tishli uzatmasi va tormoz aşınması
Tez-tez yonboshlash operatsiyalari aşınmayı oshiradi. Chang, namlik va moylash sifati ham podshipniklarning ishlash muddatiga ta'sir qiladi. Boshqaruv tizimlari odatda kuniga yetarli miqdordagi yonboshlash manevrlarini maqsad qilib oladi.
Kabel muammolari va aylanish cheklovlari
Agar turbina to'liq sirpanuvchi halqalardan foydalanmasa yoki ma'lum bir chegaraga ega bo'lsa, kabelning burilishini oldini olish uchun kontroller bir nechta kümülatif aylanishlardan keyin buralib qolishi kerak.
Sensor xatolari va ortiqchalik
Shamol pervanellari tiqilib qolishi, anemometrlar ifloslanishi yoki ko'rsatkichlarga muzlash ta'sir qilishi mumkin. Zamonaviy turbinalar xavfsiz ishlashni ta'minlash uchun ko'pincha diagnostika, sensor zaxirasi yoki modelga asoslangan baholashdan foydalanadilar.
Yaw ish rejimlari: normal, to'xtash joyi va himoya
1. Oddiy rejim
Turbina quvvat ishlab chiqaradi va yaw noto'g'ri joylashishni ma'lum chegaralar ichida ushlab turadi.
2. To'xtash rejimi (to'xtash/to'xtash)
Turbina texnik xizmat ko'rsatish uchun ishlamay qolganda yoki kuchli shamol esganda, yukni kamaytirish uchun yo'naltirish strategiyalaridan foydalanish mumkin. Ba'zi turbinalar pat pichoqlari va gondolalari shamolga qaragan holda to'xtab turadi, boshqalari esa tebranishni minimallashtirish uchun joylashtiriladi.
3. Favqulodda / himoya rejimi
Agar tizim yonboshlashning ishlamay qolishini, motorning yuqori haroratini, nosoz tormozlarni yoki noto'g'ri sensorlarni aniqlasa, yonboshlash o'chirilishi mumkin va turbina shikastlanishning oldini olish uchun ishlashni to'xtatadi.
Zamonaviy ishlanmalar: LIDAR, bashoratli nazorat va fermer xo'jaligi darajasi
Naselle o'rnatilgan LIDAR texnologiyasi turbinalarga rotor oldidagi shamol profilini o'lchash imkonini beradi. Ushbu ma'lumot bilan yonboshlashni boshqarish yanada bashoratli bo'lishi mumkin, bu tuzatish kechikishlarini kamaytiradi va potentsial yuklarni kamaytiradi. Bundan tashqari, shamol fermalari kontekstida turbinaning yo'nalishi ham uyg'onishga ta'sir qiladi, bu esa uning orqasidagi turbinalarning ishlab chiqarilishini kamaytirishi mumkin. Ferma darajasidagi boshqaruv tadqiqotlari uyg'onishni yo'naltirish uchun yonboshlashni (yonboshlashni boshqarish) ataylab qiyshaytirishni o'rganmoqda va shu bilan fermaning umumiy ishlab chiqarishini oshirmoqda, garchi alohida turbinalar quvvatda biroz pasayishni boshdan kechirishi mumkin bo'lsa ham.
Xulosa
Rotor yo'nalishini boshqarish uchun shamol turbinasini boshqarish tizimi shamol yo'nalishini o'lchash, qaror qabul qilish algoritmlari va gondolani aylantirish uchun mexanik aktuatorlarni bog'laydigan muhim elementdir. Yakuniy maqsad - strukturaviy yuklar va komponentlarning aşınmasını cheklab, maksimal energiya ishlab chiqarish uchun rotorni shamol bilan bir tekisda ushlab turishdir. Turbulentlik, sensor cheklovlari va mexanik ishonchlilik muammolari kabi muammolar shuni anglatadiki, qiyalikni boshqarish dizayni doimo ehtiyotkorlik bilan murosaga kelishni talab qiladi. Kelajakka nazar tashlasak, LIDAR va ferma darajasidagi boshqaruv strategiyalari kabi ilg'or sensorlarning integratsiyasi ham energiya, ham uskunaning ishlash muddati nuqtai nazaridan optimallashtirish uchun imkoniyatlar ochadi.
Agar xohlasangiz, men ushbu maqolani yanada texnikroq qilish uchun moslashtirishim mumkin (masalan, boshqaruv blok-sxemasini, yaw noto'g'ri hizalanishining quvvatga ta'siri uchun formulalarni yoki PID/mantiqiy o'lik diapazonli algoritmlarga misollar qo'shish) yoki uni sodda tilda keng o'quvchilarga yo'naltirishim mumkin.
