A szélturbina csúszógyűrűi kicsik, de a küldetés{0}}kritikus elemei. Az áramellátást, a vezérlőjeleket és az adatokat egy turbinán belüli forgó interfészeken keresztül - szállítják, a torony tetején lévő lehajló csapágytól a lapátokat meghajtó forgó agyig, bizonyos generátor-konstrukciókig. Ha a csúszógyűrű helyesen van megadva, a turbina dől, elfordul, és megszakítás nélkül kommunikál. Ha alulméretezett, rosszul tömített vagy nem illeszkedik a hangmagasság architektúrájához, a tünetek gyorsan jelentkeznek: hangmagasság-kommunikációs hibák, időszakos visszacsatolási hibák, kefetörmelék és nem tervezett állásidő.
Ez az útmutató ismerteti a fő típusokatszélturbinákban használt csúszógyűrűk, hol ülnek a gépben, hogyan változtatják meg a követelményeket az elektromos és hidraulikus osztású rendszerek, és milyen specifikációkat kell összegyűjtenie egy karbantartó csapatnak vagy tervezőmérnöknek, mielőtt szabványos cserét vagy egyedi egységet rendelne.
Mi az a szélturbina csúszógyűrűje?
A csúszógyűrű egy forgó elektromos csatlakozó. Az áramot, a vezérlőjeleket vagy az adatokat egy álló és egy forgó szerkezet között továbbítja anélkül, hogy a kábeleket csavarodásra kényszerítené. Egy szélturbinában több szerelvény forog normál működés közben: a gondola elfordul a szél irányának követése érdekében, az agy folyamatosan forog a lapátokkal, és egyes generátortopológiák - nevezetesen kétszeres-táplálású indukciós generátorok (DFIG), amelyeket széles körben használnak a közművekben
A csúszógyűrű feladata az elektromos folytonosság fenntartása ezen a forgáson keresztül. Gyakorlatilag egy olyan kábelt helyettesít, amely egyébként órákon belül meghibásodna.
Miért fontosak a csúszógyűrűk a szélturbinákban?
A szélturbinák nem működnek tiszta laboratóriumokban. A gondola belsejében a csúszógyűrű látja a hajtáslánc vibrációját, a hideg-meleg kerékpározás során páralecsapódást, a fékkopásból és a külső levegő behatolásából származó finom port, valamint a - tengeri - sóködöt, amely megtámadja a védtelen fémeket. A kerékagyon belül a dőlésszög-csúszás gyűrű szintén biztonsági -kritikus jeleket hordoz: ha a lapátszög-szabályozó kommunikációja megszakad, a turbinának reagálnia kell, gyakran úgy, hogy tollal dől és megáll.
Ez az oka annak, hogy egy kopott vagy nem megfelelő{0}}slip gyűrű ritkán hibázik egyetlen drámai eseményként. Mintázatként meghibásodik: növekvő érintkezési ellenállás, időnként CAN-busz-hibák, fokozatosan gyakoribb pitch-figyelmeztetések, majd kemény hiba. A megbízhatósági mérnökök pontosan azért törődnek a csúszógyűrűkkel, mert a meghibásodási mód lassú, költséges a távolról diagnosztizálható, és költséges szervizelni egy 90 méteres toronyban vagy 50 km-re a parttól.
A szélturbina csúszógyűrűinek fő típusai
Nem minden turbina használ minden típust, és a tervezési nyomások nagyon eltérőek az egyes helyeken. Az alábbi négy szerelvény szinte minden szélturbina csúszógyűrűs alkalmazást lefed, amellyel találkozni fog.
1. Csúszógyűrűk (főleg kisméretű és elosztott szélturbinák)
Kisméretű szélturbinákban - lakossági, off-grid, telecom-torony, mezőgazdasági - a generátor jellemzően a forgófej belsejében helyezkedik el. Az egész fej megfordul, hogy követni tudja a szelet, és a megtermelt áramnak egy álló toronyban kell lejutnia a vezérlőhöz és az akkumulátor bankhoz. Ezen az interfészen egy elhajló csúszógyűrű található, és lehetővé teszi a fej szabad forgását, miközben az alatta lévő kábelút rögzített marad.
A domináns korlátok itt nem a nagy sebesség; ezek a tér, az időjárás és a kábelszám. A gyűrűnek gyakran át kell férnie egy keskeny függőleges tengelyen, túl kell élnie az UV-sugárzást és a fagyás{1}}olvadási ciklusait, és 2-6 áramkört kell vezetnie, valamint az opcionális fék- vagy érzékelővezetékeket. Alacsony-fordulatszámú alkalmazásoknál a burkolat besorolása és a kábel feszültségmentesítése általában többet számít, mint a kefe-sebességteljesítménye -. Ezt a tényt gyakran figyelmen kívül hagyják, amikor a vásárlók csak az áramkörök számára koncentrálnak.
A legtöbb hasznos -méretű (MW-osztályú) turbina igennemhasználjon hagyományos elhajló csúszógyűrűt. Kábelhurkokkal és kábel-elfordulásszámlálóval kezelik az elfordulást, amely meghatározott számú fordulat után automatikus kicsavarást indít el. Tehát amikor valaki megkérdezi: "minden szélturbina használ csúszógyűrűt?" - az őszinte válasz: nem, nem a nagy turbinák elfordulási tengelyénél.
2. Agy- vagy dőlésszög-szabályozó csúszógyűrűk (haszon{1}}mérlegturbinák)
Ez az a csúszógyűrű, amelyre a legtöbben azt gondolják, hogy "szélturbina csúszógyűrűje". Az álló gondolakeret és a forgó agy között helyezkedik el, és energiát és kommunikációt szállít a lapátemelkedési rendszerhez -, amely rendszer beállítja az egyes lapátok ütési szögét, hogy szabályozza a rotor sebességét és védje a turbinát erős szélben.
A dőlésszög-szabályozó csúszógyűrűk általában a következőket adják át:
- Tápfeszültség emelkedési motorokhoz vagy tartalék akkumulátorokhoz (elektromos emelőrendszerek)
- CAN busz, PROFIBUS vagy Ethernet a pitch vezérlő kommunikációhoz
- Érzékelő visszajelzése a penge gyökér nyúlásmérőitől, kódolóitól és hőmérsékletszondáitól
- Fűtési vagy jégtelenítő{0}teljesítmény hideg-klímával
- Villámvédelmi utak, az OEM kiviteltől függően
A hangmagasságú rendszerek esetében a jelintegritás és a protokollkompatibilitás általában kritikusabb, mint a nyers mechanikai illesztés. Az OEM alkatrészével méretben megegyező, de az árnyékolást rosszul kezelő gyűrű szaggatott CAN hibákat produkál, amelyeket a karbantartó csapatok hónapokig üldöznek. A Mersen, az egyik legismertebb beszállító ebben a szegmensben, úgy írja le dőlésszögű csúszógyűrűit, hogy a forgó agy és a turbinavezérlő közötti energiát és kommunikációt IP--besorolású, szennyeződés--ellenálló házakban - adják, ami ésszerű kiindulási alapot ad ahhoz, hogy egy ipari osztógyűrűnek milyennek kell lennie (lásdMersen dőlésszög-szabályozó csúszógyűrűk).
3. Generátor csúszógyűrűi (DFIG és seb{1}}rotor kialakítások)
A generátor csúszógyűrűi sokkal keményebb környezetben élnek, mint a lengés- vagy dőlésszögű gyűrűk. A kétszeres-táplálású indukciós generátorban a csúszógyűrű a forgórész áramát teljes üzemi fordulatszámon -, jellemzően 1000-2000 ford./perc sebességgel szállítja a generátor tengelyénél a sebességváltó után. Ez teljesen megváltoztatja a tervezési problémát.
Ennél a sebességnél a nem számító dolgok kezdenek dominálni: a kefe anyaga és minősége, az érintkezési nyomásgörbék, a gyűrű koncentrikussága, a kefepor elvezetése és a termikus viselkedés folyamatos terhelés mellett. A kefe kopása már nem karbantartási lábjegyzet; ez a korlátozó tényező a szervizintervallumokban.A kefe kopása, kontaktszennyeződés és korrekciós intézkedésekjól-dokumentálják az iparban, és a legtöbb generátor csúszógyűrűjét az ütemezett kefecserére tervezték, nem pedig a tömítetten-az-élettartamra.
Generátoros alkalmazásoknál az érintkezési anyagokat és a termikus viselkedést felül kell vizsgálni a mechanikai illeszkedés előtt - a furatátmérővel kezdődő vásárlási ösztön ellentéte.
4. Hibrid csúszógyűrű/forgócsatlakozó szerelvények (hidraulikus emelkedési turbinák)
Egyes turbinák OEM-jei elektromos helyett hidraulikus dőlésszögű működtetőket használnak. Azokban a gépekben a forgó hub interfésznek át kell menniemindkéthidraulikaolaj (a dobóhengerekhez) és elektromos jelek (vezérléshez és visszacsatoláshoz). Az alkatrész, amely ezt teszi, egy hibrid csúszógyűrűs-forgócsatlakozó, amelyet néha elektro-hidraulikus kötésnek is neveznek.
Ezek nem cserélhetők fel{0}}csak elektromos gyűrűkkel. Le kell zárniuk a nyomás alatt álló olajat forgás közben, elektromosan le kell választaniuk a jelcsatornákat a folyadék útjáról, és szivárgás nélkül túl kell élniük a hőciklust.Hibrid csúszógyűrűs szerelvényekjellemzően egy adott turbinás modellre tervezték, nem pedig a polcról árusítják. A Moog részletes referenciaanyagot tesz közzé a kombinált elektromos -hidraulikus forgószélmegoldásokról, amelyeket érdemes elolvasni, ha hibrid cserét határoz meg (lásdMoog szélenergia rotációs megoldások).
Szélturbina csúszógyűrűjének összehasonlító táblázata
| Csúszógyűrű típusa | Tipikus helyszín | Fő funkció | Közös átvitel | Domináns tervezési kihívás |
|---|---|---|---|---|
| Csúszógyűrű | Kis turbinafej---torony interfész | Lehetővé teszi a fej elforgatását a szél irányának követéséhez | 2-6 áramkör, opcionális érzékelő vezetékek | Kültéri IP-besorolás, szűk beépítési burkolat |
| Pitch/agy csúszógyűrű | Gondola a forgó kerékagyhoz (a segédprogram-skálája) | Támogatja a hangmagasságot és kommunikál vele | Pitch motor teljesítmény + CAN/PROFIBUS/Ethernet + érzékelő visszajelzés | Jelintegritás, EMC, vibráció, IP{0}}besorolású ház |
| Generátor csúszógyűrű | DFIG vagy tekercselt{0}}rotor generátor tengely | Folyamatos nagy sebességű{0}}forgás közben forgórészáramot hordoz | Három-fázisú forgórész áram a generátor fordulatszámánál | Kefekopás, hőleadás, törmelékszabályozás |
| Hibrid csúszógyűrű-forgó univerzális | Hidraulikus emelkedési turbinák, agy interfész | Egyesíti az elektromos jeleket a hidraulikaolaj-átvitellel | Jelek + adatok + túlnyomásos hidraulikus közeg | Tömítés, elektromos szigetelés, nyomásérték |
A valós specifikációk az OEM-től, a turbina méretosztályától és a helyszíni körülményektől függően változnak. Egy 1,5 MW-os szárazföldi turbina és egy 12 MW-os tengeri platform olyan csúszógyűrűket alkalmazhat, amelyek felületesen hasonlóak, de nincs semmi közös a kefe anyagában, a tömítésben és a kábelköteg-végződésben.
Elektromos és hidraulikus emelkedés: Hogyan változik a csúszógyűrű
A dőlésszög-rendszer architektúrája a legnagyobb tényező a dőlésszög-csúszógyűrű kiválasztásában. Sok sikertelen csere történik azért, mert valaki a méretet és az áramkörök számát illeszti, anélkül, hogy ellenőrizte volna, hogy az agy milyen ütemű működtetőelemet használ.
Elektromos pályarendszerek
Az elektromos pitch turbinák mindegyik lapátján villanymotor, hajtás és tartalék akkumulátor található. A dőlésszögű csúszógyűrűnek emelkedési motorteljesítményt (gyakran 400–690 V AC vagy DC buszt), vezérlő kommunikációt és visszacsatolást kell szállítania. A fő kockázatok itt az EMC-csatolás a motor tápvezetékei és a CAN/Ethernet jelek között, valamint a tápcsatornák hőemelkedése folyamatos emelkedés mellett viharos időben. A csúszógyűrűn belüli teljesítmény- és jelutak megfelelő elkülönítése fontosabb, mint az áramkörök teljes száma.
Hidraulikus emelőrendszerek
A hidraulikus emelkedési turbinák a hidraulikus energiát egy forgócsatlakozón keresztül vezetik, és a csúszógyűrűt elsősorban vezérlőjelekhez, érzékelők visszacsatolásához és emelkedési pozíció-kódolókhoz használják. A hidraulikus és elektromos pályák két külön komponensből vagy egy kombinált hibrid egységből állhatnak. A - kombinált és különálló - integrációs kérdést általában a turbina OEM-je dönti el, és ez nem egy mezőválasztás.
A gyakorlati szabály: először válassza ki a hangmagasság architektúráját, majd ellenőrizze a méreteket, majd ellenőrizze az áramkörök számát. A másik sorrendben a csapatok végül egy tökéletesen illeszkedő részhez jutnak, amely nem tud kommunikálni.
A szélturbina csúszógyűrűjének meghatározása
A szélturbina csúszógyűrűjének egyszerre kell megfelelnie az elektromos, mechanikai, környezetvédelmi és használhatósági követelményeknek. Az alábbi kiválasztási folyamat mind a szabványos cseréknél, mind az egyedi tervezéseknél működik.
Elektromos terhelés és áramkörök száma
A kiválasztást az áramköri listával kell kezdeni: hány tápáramkör, milyen feszültséggel és árammal, plusz hány jel- és adatáramkör. Egy kis elforduló gyűrűhöz csak 3 áramkör szükséges 250 V AC feszültségen. Egy modern közüzemi-skálaosztású gyűrűnek 12-től 60+-ig terjedő áramkörre lehet szüksége, amelyekben a motor teljesítménye, a 24 V-os vezérlés, a 230 V-os kiegészítő, a CAN-busz és az Ethernet - egy összeállításban vegyesen. Az áthallás korlátozása érdekében a táp- és jeláramköröket fizikailag el kell választani a gyűrűkötegben.
A jel típusa és protokollja
A modern szélturbinák több digitális protokollt futtatnak ugyanazon a csúszógyűrűn. A hangmagasság-vezérlők általában CAN-buszt vagy PROFIBUS-t használnak; az állapotfigyelés egyre inkább Ethernetet használ. A nagy sávszélességűGigabit Ethernet csúszógyűrűszabályozott impedanciát és árnyékolt érintkezőpárokat használ a jel integritásának 1 Gbps-on való megőrzéséhez. Határozza meg a protokollt, az adatsebességet és azt, hogy szükség van-e árnyékolásra, mielőtt a szállító véglegesíti az érintkezési köteget.
Sebesség, érintkezési anyag és kopás
A lehajlás szaggatott és lassú -, néha csak néhány fok/perc. A pitch mozgás gyakoribb, de még mindig mérsékelt. A generátor-oldalsó forgása folyamatos és gyors. Minél gyorsabb és folyamatosabb a forgás, annál nagyobb a kefe anyaga, az érintkezési nyomás és a gyűrű felületének kidolgozása dominál a tervezésben. Az ezüst-grafitkefék gyakoriak a közepes-áramú alkalmazásokhoz; Az arany-on-arany érintkezők alacsony{10}}szintű jelekhez használatosak, ahol az érintkezési ellenállás zajának néhány milliohm alatt kell maradnia.
Környezetvédelem
Őszintén erősítse meg a működési környezetet. Mérsékelt éghajlaton a szárazföldi turbina zárt gondolájában lévő csúszógyűrű más specifikációt jelent, mint a sóködnek, páralecsapódásnak és –30 fokos hidegindításnak kitett tengeri turbina agyában. MegnéziIP minősítés kiválasztásaa reális legrosszabb esettel szemben, nem az átlagos esettel szemben. Offshore felhasználás esetén a korrózióvédett-házak és a konform-bevonatú PCB-k általában kötelezőek, nem pedig opcionálisak.
Szerelési boríték és kábelköteg
A cseremunkákhoz a csúszógyűrűt a meglévő karimába kell csavarozni, el kell fogadni a meglévő kábelköteg-végződéseket, és meg kell tisztítani a meglévő szerkezetet. Az OEM-rajzok, a meghibásodott egység fényképei és az eredeti kapcsolási rajz heteket takarítanak meg a szállítónál--vissza
Karbantartási hozzáférés
A kefés ellenőrző ablakok, a leeresztő dugók és az érzékelőcsatlakozók mind fontosabbak egy turbinán, amelyet szervizelni kell. Az offshore O&M látogatásonkénti költsége elég magas ahhoz, hogy azok a kialakítások, amelyek lehetővé teszik a kefe cseréjét a teljes csúszógyűrű-szerelvény eltávolítása nélkül, már az első szervizeléskor megtérülnek.
Mi okozza a szélturbina csúszógyűrűjének meghibásodását?
A legtöbb szélturbina csúszógyűrűs meghibásodása négy kategóriába sorolható. A minta korai felismerése az, ami elválasztja a tervezett ecsetcserét a nem tervezett toronymászástól.
A kefe kopása és a törmelék felhalmozódása.Normál bármilyen érintkező{0}}alapú csúszógyűrűben. Hibává válik, ha a törmelék áthidalja a szomszédos gyűrűket vagy elrontja a jelérintkezőket. Tünetek: növekvő érintkezési ellenállás, időszakos CAN hibák, látható fekete por a gyűrűköteg körül.
Nedvesség behatolása és korrózió.Gyakori tengeri turbinákban és gondolákban, ahol a fűtés a téli leállások során meghibásodik. Tünetek: zöld oxidáció a rézgyűrűkön, földzárlatok, hirtelen szigetelési ellenállás csökkenés.
Rezgés{0}}kiváltotta beállítási eltérés.A hajtáslánc rezonanciája és a torony kilengése fokozatosan lazítja meg a rögzítőcsavarokat és váltja a csapágyak beállítását. Tünetek: egyenetlen kefekopás, az egyik gyűrű többször meghibásodik, míg a többi tiszta marad.
EMC és földelési hibák.A hangmagasság-kommunikációs hibák gyakran nem magukra a csúszógyűrűs érintkezőkre vezethetők vissza, hanem az árnyékolásra, a földelési stratégiára vagy a hangmagasságú motorkábelek közelségére a forgó kábelkötegben lévő jelkábelekhez.
Szabványos csere vs. egyedi csúszógyűrű
A legtöbb szélerőmű esetében a szabványos OEM{0}}egyenértékű csere a megfelelő út. A turbina modellje ismert, az alkatrésztörténet dokumentálva, a tartalék a polcon van, a karbantartó csapat egy tervezett szervizablakban cserélheti.
A egyedi szélturbina csúszógyűrűez a helyes út, ha:
- Az eredeti alkatrész elavult, és az OEM már nem támogatja
- A dőlésszög-rendszert utólag felszerelték (pl. hozzáadott lapátterhelés-érzékelők, továbbfejlesztett állapotfigyelés)
- Az OEM-tervezés ismétlődő meghibásodásai arra utalnak, hogy a tényleges helyszíni körülményekhez képest alulméretezett
- Egy elektromos csúszógyűrűt és egy külön forgó egységet kell egyetlen hibrid szerelvénybe tömöríteni
- Magasabb IP-besorolásra, jobb korrózióvédelemre vagy alacsony{0}}hőmérsékletű minősítésre van szüksége tengeri vagy hideg{1}}klímával
Akárhogy is, a szállítónak ugyanazokra az információkra van szüksége előre: turbina modell és sorozat, eredeti csúszógyűrű rajz vagy fényképek, teljes áramköri lista feszültségekkel és áramokkal, kommunikációs protokollok, fordulatszám, szerelési interfész, környezeti feltételek és -, ha rendelkezésre áll - a cserélt egység meghibásodási előzményei. Ha ezt egyszer elküldi az elején, általában két-három pontosítási kört takarít meg.
GYIK: Szélturbina csúszógyűrűi
Minden szélturbina használ csúszógyűrűt?
Nem. A kis szélturbinák gyakran használnak elhajló csúszógyűrűt, mivel a generátor a forgó fejben van. A legtöbb közüzemi-skála turbina dőlésszögű/agy csúszógyűrűt használ a forgó agyhoz, de az elfordulást kábelhurkokkal és automatikus kábel-kicsavarási szekvenciával kezelik, nem pedig elforduló gyűrűt. A DFIG{5}}alapú turbinák generátor csúszógyűrűkkel is rendelkeznek; a közvetlen-meghajtású állandó mágneses turbinák nem.
Mit csinál a csúszógyűrű a szélturbinában?
Az elektromos energiát, a vezérlőjeleket vagy az adatokat egy forgó interfészen - továbbítja, leggyakrabban az álló gondola és a forgó agy között a dőlésszög-szabályozás érdekében, vagy a generátorban a rotoráramhoz - anélkül, hogy a kábeleket megcsavarná.
Mi a különbség a szélturbina csúszógyűrűje és forgócsatlakozója között?
Egy csúszógyűrű továbbítja az elektromos energiát és a jeleket a forgáson keresztül. A forgócsatlakozó folyadékokat -, jellemzően hidraulikaolajat szállít a dőlésszögű működtetőkhöz - a forgás mentén. A hidraulikus-hangturbinák gyakran olyan hibrid szerelvényt használnak, amely mindkettőt egy egységben egyesíti.
Mi okozza a szélturbina csúszógyűrűjének meghibásodását?
A leggyakoribb okok a kefe kopása és a törmelék felhalmozódása, a nedvesség vagy a sóköd bejutása, a vibráció{0}}kiváltása, valamint az EMC vagy a földelési problémák, amelyek megzavarják a hangmagasság-kommunikációt.
Mennyi ideig tartanak a szélturbinák csúszógyűrűi?
Az élettartam a forgási profiltól, a kefe anyagától és a környezettől függ. A szárazföldi turbinák pitch csúszógyűrűi gyakran 5–10 évet futnak a nagyobb kefeműveletek között. A DFIG gépekben a generátor csúszógyűrűi általában rövidebb kefecsere-intervallumokkal rendelkeznek, gyakran a sebességváltó vagy a generátor ütemezett karbantartása mellett tervezik. A gyártói dokumentáció és az adott telephelyen található szervizelőzmények megbízhatóbbak bármely egyedi számnál.
Cserélhető-e egy dőlésszögű csúszógyűrű egy szabványos csúszógyűrűre?
Csak akkor, ha a szabványos egység megegyezik az eredeti rendszer felépítésével, elektromos specifikációival, kommunikációs protokolljaival, IP-besorolásával és szerelési interfészével. Az a rész, amely mechanikusan illeszkedik, de rosszul kezeli a jelárnyékolást, időszakos hangmagasság-hibákat okoz, amelyeket nehéz diagnosztizálni. Ha kétségei vannak, adjon meg egy egyedi dőlésszögű csúszógyűrűt, amelyet a turbinamodellhez terveztek.
Testreszabhatók a szélturbina csúszógyűrűi?
Igen. A személyre szabás gyakori az elavult OEM-cserék, az utólag beépített osztású rendszerek, a tengeri és hidegklíma{1}}változatok, valamint a hibrid elektromos-hidraulikus szerelvények esetében. A szállítónak teljes specifikációs csomagra - rajzokra, áramköri listára, környezeti feltételekre és hibatörténetre - szüksége van egy hasznos terv elkészítéséhez.
Összegzés
A szélturbina csúszógyűrűi áramot, kommunikációt és - egyes kivitelekben - hidraulikus közeget szállítanak a gép forgó felületein keresztül. A jobb oldali csúszógyűrű nem az, amelyik illeszkedik a furathoz; ez az, amely megfelel az adott turbina hangmagasság-architektúrájának, elektromos terhelésének, jelprotokolljainak, környezetének és karbantartási tervének. Csere munkákhoz rendelés előtt alaposan dokumentálja az eredeti egységet. Egyedi munkához ossza meg a hibamintát és a specifikációt - gyakran a hibaelőzmények mutatják, hogy mit kell változtatni az új kialakításban.