Rüzgar Türbini Kayma Halkaları: Çeşitleri, Arızaları ve Seçimi

Rüzgar türbini kayma halkaları küçük ancak-görev açısından kritik bileşenlerdir. Gücü, kontrol sinyallerini ve verileri, bir türbinin - içindeki dönen arayüzler boyunca, kulenin tepesindeki sapma yatağından, kanatları çalıştıran döner göbeğe ve belirli jeneratör tasarımlarına taşırlar. Kayma halkası doğru şekilde belirlendiğinde türbin eğilir, yalpalar ve kesintisiz olarak iletişim kurar. Küçük boyutlu, kötü yalıtılmış veya saha mimarisiyle uyumsuz olduğunda belirtiler hızla ortaya çıkar: perde iletişim hataları, aralıklı geri bildirim hataları, çalı döküntüleri ve plansız kesintiler.

Bu kılavuzda ana türler açıklanmaktadır.Rüzgar türbinlerinde kullanılan kayma halkaları, her birinin makinede nerede oturduğu, elektrik ve hidrolik hatve sistemlerinin gereksinimleri nasıl değiştirdiği ve bir bakım ekibinin veya tasarım mühendisinin standart bir yedek parça veya özel bir ünite sipariş etmeden önce hangi özellikleri toplaması gerektiği.

Rüzgar Türbini Kayma Halkası Nedir?

Kayma halkası, döner bir elektrik konektörüdür. Kabloları bükülmeye zorlamadan, sabit bir yapı ile dönen bir yapı arasında güç, kontrol sinyalleri veya verileri aktarır. Bir rüzgar türbininde, normal çalışma sırasında birkaç düzenek döner: motor bölmesi rüzgar yönünü takip etmek için yalpalar, göbek kanatlarla birlikte sürekli döner ve bazı jeneratör topolojileri - özellikle çift-beslenen endüksiyon jeneratörleri (DFIG), faydalı-ölçekli rüzgarda yaygın olarak kullanılır - fırçalar ve halkalar yoluyla rotor akımını besler.

Kayma halkasının görevi bu dönüş boyunca elektriksel sürekliliği sağlamaktır. Pratik anlamda, aksi takdirde birkaç saat içinde arızaya uğrayacak bir kablo hattının yerini alır.

Rüzgar Türbinlerinde Kayma Halkaları Neden Önemlidir?

Rüzgar türbinleri temiz laboratuvarlarda çalışmaz. Motor bölmesinin içindeki kayma halkası, aktarma organlarından gelen titreşimi, soğuk-sıcak bisiklet sırasında yoğunlaşmayı, fren aşınmasından ve dışarıdan hava girişinden kaynaklanan ince tozu ve korumasız metale saldıran - açık denizde - tuz sisini görür. Göbeğin içinde, eğim kayma halkası aynı zamanda güvenlik- açısından kritik sinyalleri de taşır: kanat eğimi kontrol cihazı iletişimi kaybederse, türbinin genellikle geçiş yumuşatma ve durma yoluyla tepki vermesi gerekir.

Bu nedenle, aşınmış veya{0}gereksiz özelliklere sahip bir kayma halkası nadiren tek bir dramatik olay olarak başarısızlığa uğrar. Bir model olarak başarısız oluyor: artan kontak direnci, ara sıra CAN veri yolu hataları, kademeli olarak daha sık adım uyarıları, ardından ciddi bir arıza. Güvenilirlik mühendisleri kayma halkalarını tam olarak önemserler çünkü arıza modu yavaştır, uzaktan teşhis edilmesi maliyetlidir ve 90 metrelik bir kulede veya denizden 50 km açıkta bakımı pahalıdır.

Rüzgar Türbini Kayma Halkalarının Ana Tipleri

Her türbin her tipi kullanmaz ve tasarım basınçları her lokasyonda çok farklıdır. Aşağıdaki dört düzenek, karşılaşacağınız hemen hemen her rüzgar türbini kayma halkası uygulamasını kapsamaktadır.

1. Sapma Kayma Halkaları (Çoğunlukla Küçük ve Dağıtılmış Rüzgar Türbinleri)

Küçük rüzgar türbinlerinde - konut, şebeke dışı-şebeke, telekomünikasyon kulesi-kule, tarım - jeneratör genellikle dönen başlığın içinde bulunur. Başın tamamı rüzgarı takip etmek için dönüyor ve üretilen gücün sabit bir kuleden kontrol ünitesine ve akü bankasına gitmesi gerekiyor. Bu arayüzde bir sapma kayma halkası bulunur ve aşağıdaki kablo yolu sabit kalırken kafanın serbestçe dönmesini sağlar.

Buradaki baskın kısıtlamalar yüksek hız değil; bunlar uzay, hava durumu ve kablo sayımıdır. Halkanın genellikle dar bir dikey şafta sığması, yıllarca süren UV ve donma-çözülme döngülerine dayanması ve 2 ila 6 güç devresini artı isteğe bağlı frenleme veya sensör hatlarını yönlendirmesi gerekir. Düşük-hızlı sapma uygulamaları için, muhafaza derecesi ve kablo geriliminin azaltılması genellikle fırça-hız performansından - daha önemlidir; alıcılar yalnızca devre sayısına odaklandığında sıklıkla gözden kaçırılan bir gerçektir.

Faydalı-ölçekli (MW-sınıfı) türbinlerin çoğuOlumsuzgeleneksel bir sapma kayma halkası kullanın. Sapmayı kablo halkaları ve belirli sayıda dönüşten sonra otomatik olarak bükülmeyi tetikleyen bir kablo-bükme sayacıyla hallederler. Birisi "tüm rüzgar türbinleri kayma halkaları kullanıyor mu?" diye sorduğunda - dürüst cevap hayırdır; büyük türbinlerde sapma ekseninde değildir.

2. Hub veya Hatve Kontrol Kayma Halkaları (Yardımcı-Ölçekli Türbinler)

Bu çoğu insanın "rüzgar türbini kayma halkası" derken kastettiği kayma halkasıdır. Sabit motor kaportası çerçevesi ile dönen göbek arasında yer alır ve rotor hızını kontrol etmek ve türbini şiddetli rüzgarlarda korumak için her bir kanadın hücum açısını ayarlayan kanat eğim sistemi - için güç ve iletişim taşır.

Adım kontrolü kayma halkaları tipik olarak şunları aktarır:

• Adım motorları veya adım yedek pilleri için güç (elektrikli adım sistemleri)
• Adım denetleyici iletişimi için CAN veri yolu, PROFIBUS veya Ethernet
• Kanat kökü gerinim ölçerlerden, kodlayıcılardan ve sıcaklık problarından sensör geri bildirimi
• Soğuk iklim varyantlarında-ısıtma veya buz çözme gücü-
• OEM tasarımına bağlı olarak yıldırımdan korunma yolları

Pitch sistemleri için sinyal bütünlüğü ve protokol uyumluluğu genellikle ham mekanik uyumdan daha kritiktir. OEM parçasıyla boyutsal olarak aynı görünen ancak korumayı yanlış kullanan bir adım halkası, bakım ekiplerinin aylarca takip ettiği aralıklı CAN hatalarına neden olacaktır. Bu segmentteki köklü tedarikçilerden biri olan Mersen, hatve kayma halkalarını, endüstriyel hatve halkasının nasıl görünmesi gerektiğine dair makul bir temel sağlayan, IP-derecelendirmeli, kirleticilere{{3}dirençli mahfazalar - içinde dönen göbek ile türbin kontrolörü arasında güç ve iletişim aktarımı olarak tanımlamaktadır (bkz.Mersen perde kontrolü kayma halkaları).

3. Jeneratör Kayma Halkaları (DFIG ve Yara-Rotor Tasarımları)

Jeneratör kayma halkaları, sapma veya eğim halkalarından çok daha zorlu bir ortamda yaşar. Çift-beslemeli bir endüksiyon jeneratöründe, kayma halkası, dişli kutusundan sonra jeneratör şaftında tam çalışma devrinde - tipik olarak 1.000 ila 2.000 devir/dakika rotor akımını taşır. Bu tasarım problemini tamamen değiştirir.

Bu hızlarda, sapma halkasında önemli olmayan şeyler baskın olmaya başlar: fırça malzemesi ve kalitesi, temas basıncı eğrileri, halka eşmerkezliliği, fırça tozu tahliyesi ve sürekli yük altında termal davranış. Fırça aşınması artık bir bakım dipnotu değil; servis aralıklarını sınırlayan faktördür.Fırça aşınması, temas kirliliği ve düzeltici önlemlersektörde-iyi bir şekilde belgelenmiştir ve jeneratör bağlantı halkalarının çoğu, ömür boyu çalışma için mühürlü-olmak yerine, planlı fırça değişimine göre tasarlanmıştır.

Jeneratör uygulamaları için, mekanik montajdan önce kontak malzemesi ve termal davranış gözden geçirilmelidir - delik çapıyla başlayan satın alma içgüdüsünün tam tersi.

4. Hibrit Kayma Halkası / Döner Rakor Tertibatları (Hidrolik Pitch Türbinleri)

Bazı türbin OEM'leri elektrikli olanlar yerine hidrolik hatve aktüatörleri kullanır. Bu makinelerde döner göbek arayüzünün geçmesi gerekirikisi birdenhidrolik yağı (adım silindirleri için) ve elektrik sinyalleri (kontrol ve geri bildirim için). Bunu yapan bileşen, bazen elektro-hidrolik bağlantı olarak da adlandırılan hibrit bir kayar halka-döner bağlantıdır.

Bunlar yalnızca-elektrikli adım halkalarıyla değiştirilemez. Basınçlı yağı dönüş sırasında sızdırmaz hale getirmeleri, sinyal kanallarını sıvı yolundan elektriksel olarak izole etmeleri ve termal döngüyü sızıntı olmadan atlatmaları gerekiyor.Hibrit kayma halkası düzeneklerigenellikle rafta satılmak yerine belirli bir türbin modeline göre tasarlanırlar. Moog, rüzgara yönelik birleşik elektrikli-hidrolik döner çözümler hakkında ayrıntılı referans materyali yayınlamaktadır; eğer hibrit bir değişim planlıyorsanız okumaya değer (bkz.Moog rüzgar enerjisi döner çözümleri).
 

Rüzgar Türbini Kayma Halkası Karşılaştırma Tablosu

Gerçek özellikler OEM'e, türbin boyutu sınıfına ve saha koşullarına göre değişir. 1,5 MW'lık bir kara türbini ve 12 MW'lık bir açık deniz platformu, yüzeysel olarak benzer görünen ancak fırça malzemesi, sızdırmazlık ve kablo demeti sonlandırma açısından hiçbir ortak yanı olmayan kayar halkalar kullanabilir.

Elektrikli Hatve ve Hidrolik Hatve: Kayma Halkası Nasıl Değişir?

Hatve sistemi mimarisi, hatve kayma halkası seçiminde en büyük faktördür. Çoğu başarısız değişim, birisinin hub'ın ne tür bir adım aktüatörü kullandığını kontrol etmeden parçayı boyut ve devre sayısına göre eşleştirmesi nedeniyle meydana gelir.

Elektrikli saha sistemleri

Elektrikli hatveli türbinlerin her kanadında bir elektrik motoru, tahrik ve yedek batarya bulunur. Hatve kayma halkası, hatve motor gücünü (genellikle 400–690 V AC veya DC bara), kontrol iletişimini ve geri bildirimi taşımalıdır. Buradaki ana riskler, motor güç hatları ile CAN/Ethernet sinyalleri arasındaki EMC eşleşmesi ve şiddetli havalarda sürekli eğim altında güç kanallarındaki termal artıştır. Kayma halkası içindeki güç ve sinyal yollarının uygun şekilde ayrılması, toplam devre sayısından daha önemlidir.

Hidrolik hatve sistemleri

Hidrolik hatveli türbinler, hidrolik gücü döner bir bağlantı üzerinden yönlendirir ve kayma halkasını öncelikle kontrol sinyalleri, sensör geri bildirimi ve hatve konumu kodlayıcıları için kullanır. Hidrolik ve elektrik yolları iki ayrı bileşenden veya tek bir birleşik hibrit üniteden oluşabilir. Birleşik - ve ayrı - entegrasyon sorusuna genellikle türbin OEM'i tarafından karar verilir ve bir saha seçimi değildir.

Pratik kural: önce hatve mimarisini seçin, ardından boyutları kontrol edin, ardından devre sayısını kontrol edin. Diğer sıraya göre ise takımlar, iletişim kuramayan, mükemmel uyum sağlayan bir parçaya sahip oluyor.
 

Rüzgar Türbini Kayma Halkası Nasıl Belirlenir

Bir rüzgar türbini kayma halkasının aynı zamanda elektrik, mekanik, çevresel ve servis kolaylığı gereksinimlerini karşılaması gerekir. Aşağıdaki seçim süreci hem standart değiştirmeler hem de özel tasarımlar için geçerlidir.

Elektrik yükü ve devre sayımı

Seçim devre listesiyle başlamalıdır: Kaç adet güç devresi, hangi voltaj ve akımda, ayrıca kaç adet sinyal ve veri devresi. Küçük bir sapma halkasının 250 V AC'de yalnızca 3 güç devresine ihtiyacı olabilir. Modern bir yardımcı-ölçekli adım halkası, tümü tek bir düzenekte adımlı motor gücü, 24 V kontrol, 230 V yardımcı, CAN veri yolu ve Ethernet - karışımı ile 12 ila 60+ devreye ihtiyaç duyabilir. Güç ve sinyal devreleri, karışmayı sınırlamak için halka yığını içinde fiziksel olarak ayrılmalıdır.

Sinyal türü ve protokolü

Modern rüzgar türbinleri aynı kayma halkası üzerinden çeşitli dijital protokolleri çalıştırır. Pitch kontrolörleri genellikle CAN veriyolunu veya PROFIBUS'u kullanır; durum izleme giderek daha fazla Ethernet kullanıyor. Yüksek-bant genişliğine sahip sinyaller için, fırça{-ve-halka teması tek başına yeterli olmayabilir - aGigabit Ethernet kayma halkası1 Gbps'de sinyal bütünlüğünü korumak için kontrollü empedans ve korumalı kontak çiftleri kullanır. Tedarikçi iletişim yığınını tamamlamadan önce protokolü, veri hızını ve korumanın gerekli olup olmadığını belirtin.

Hız, temas malzemesi ve aşınma

Sapma hareketi aralıklı ve yavaştır -, bazen dakikada yalnızca birkaç derecedir. Pitch hareketi daha sıktır ancak yine de orta düzeydedir. Jeneratör-yan dönüşü sürekli ve hızlıdır. Dönüş ne kadar hızlı ve sürekli olursa, tasarıma o kadar fazla fırça malzemesi, temas basıncı ve halka yüzeyi kalitesi hakim olur. Gümüş-grafit fırçalar orta-akım uygulamalarda yaygındır; altın-üzerine-altın kontaklar, temas direnci gürültüsünün birkaç miliohm'un altında kalması gereken düşük-seviyeli sinyaller için kullanılır.

Çevre koruma

Çalışma ortamını dürüstçe doğrulayın. Ilıman bir iklimde karadaki bir türbinin sızdırmaz motor kaportasının içindeki kayma halkası, tuz sisine, yoğuşmaya ve –30 derecelik soğuk çalıştırmaya maruz kalan bir açık deniz türbininin göbeğinin içindekinden farklı bir özelliktir. BakIP derecelendirme seçimiortalama duruma değil, gerçekçi en kötü duruma karşı. Açık denizde kullanım için, korozyona-korumalı muhafazalar ve uyumlu-kaplanmış PCB'ler isteğe bağlı olmaktan ziyade genellikle zorunludur.

Montaj zarfı ve kablo demeti

Değiştirme işlemi için kayma halkasının mevcut flanşa cıvatalanması, mevcut kablo demeti sonlandırmalarını kabul etmesi ve mevcut yapıyı temizlemesi gerekir. OEM çizimleri, arızalı ünitenin fotoğrafları ve orijinal bağlantı şeması, tedarikçiyle haftalarca süren-ileri geri gidişlerden- tasarruf etmenizi sağlar.

Bakım erişimi

Servise götürmeniz gereken bir türbinde fırça inceleme pencereleri, tahliye tapaları ve sensör konektörleri daha da önemlidir. Offshore İşletme ve Bakım ziyaret başına maliyeti, kayar halka düzeneğinin tamamını çıkarmadan fırça değişimine izin veren tasarımların ilk serviste masraflarını çıkarmasını sağlayacak kadar yüksektir.

Rüzgar Türbini Kayma Halkası Arızasına Neden Olan Nedir?

Rüzgar türbini kayma halkası arızalarının çoğu dört kategoriye ayrılır. Deseni erken tanımak, planlı bir çalı değişimini plansız bir kule tırmanışından ayıran şeydir.

Fırça aşınması ve döküntü birikimi.Herhangi bir temas-tabanlı kayma halkasında normaldir. Enkaz bitişik halkaları köprülediğinde veya sinyal kontaklarına faul yapıldığında hata haline gelir. Belirtiler: artan kontak direnci, aralıklı CAN hataları, halka yığını çevresinde görünür siyah toz.

Nem girişi ve korozyon.Açık deniz türbinlerinde ve kışın kapanma sırasında ısıtmanın başarısız olduğu motor kaportalarında yaygındır. Belirtileri: bakır halkalarda yeşil oksidasyon, topraklama arızaları, ani izolasyon direnci düşüşleri.

Titreşimin- neden olduğu yanlış hizalama.Aktarma organlarının rezonansı ve kule sallanması, montaj cıvatalarını kademeli olarak gevşetir ve yatak hizalamasını değiştirir. Belirtiler: düzensiz fırça aşınması, bir halkanın sürekli arızalanması, diğerlerinin temiz kalması.

EMC ve topraklama hataları.Hatve iletişim arızaları genellikle kayar halka kontaklarının kendisinden değil, koruma sonlandırmasından, topraklama stratejisinden veya hatve motor kablolarının dönen kablo demeti içindeki sinyal kablolarına yakınlığından kaynaklanır.

Standart Değiştirme ve Özel Kayma Halkası

Çoğu rüzgar santrali için standart OEM'e-eşdeğer bir değişim doğru yoldur. Türbin modeli biliniyor, parça geçmişi belgeleniyor, yedek parça rafta bulunuyor ve bakım ekibi bunu planlı bir servis penceresinde değiştirebilir.

A özel rüzgar türbini kayma halkasışu durumlarda doğru yoldur:

• Orijinal parça eski ve OEM artık onu desteklemiyor
• Adım sistemi yenilendi (örn. eklenen bıçak yükü sensörleri, iyileştirilmiş durum izleme)
• OEM tasarımının tekrarlanan arızaları, gerçek saha koşullarına göre boyutlarının küçük olduğunu gösteriyor
• Bir elektrikli kayar halkayı ve ayrı bir döner bağlantıyı tek bir hibrit düzenekte birleştirmeniz gerekir
• Açık denizde veya soğuk-iklimdeki bir site için daha yüksek bir IP derecesine, daha iyi korozyon korumasına veya-düşük sıcaklık yeterliliğine ihtiyacınız var

Her iki durumda da tedarikçinin aynı bilgilere önceden ihtiyacı vardır: türbin modeli ve seri numarası, orijinal kontak halkası çizimi veya fotoğrafları, voltaj ve akımları içeren tam devre listesi, iletişim protokolleri, RPM, montaj arayüzü, çevresel koşullar ve değiştirilen ünitenin - varsa - arıza geçmişi. Bunu başlangıçta bir kez göndermek, genellikle iki ila üç turluk açıklama tasarrufu sağlar.

SSS: Rüzgar Türbini Kayma Halkaları

Tüm rüzgar türbinleri kayma halkaları kullanıyor mu?

Hayır. Küçük rüzgar türbinleri, jeneratör dönen başlığın içinde olduğundan sıklıkla bir sapma kayma halkası kullanır. Yardımcı-ölçekli türbinlerin çoğu, dönen göbek için bir eğim/göbek kayma halkası kullanır, ancak sapmayı, sapma halkası yerine kablo döngüleri ve otomatik kablo-açma sırası ile halleder. DFIG-tabanlı türbinlerde ayrıca jeneratör kayma halkaları bulunur; doğrudan-tahrikli kalıcı mıknatıslı türbinler bunu yapmaz.

Rüzgar türbinindeki kayma halkası ne işe yarar?

Elektrik gücünü, kontrol sinyallerini veya verileri, çoğunlukla sabit motor bölümü ile adım kontrolü için dönen göbek arasındaki dönen bir arayüz - üzerinden veya kabloları bükmeden rotor akımı - için jeneratörde aktarır.

Rüzgar türbinindeki kayma halkası ile döner bağlantı arasındaki fark nedir?

Bir kayma halkası elektrik gücünü ve sinyallerini dönüş boyunca aktarır. Bir döner bağlantı, dönüş boyunca sıvıları ({1}}, hatve aktüatörleri için - tipik olarak hidrolik yağı aktarır. Hidrolik-kademeli türbinler genellikle her ikisini de tek bir ünitede birleştiren hibrit bir düzenek kullanır.

Rüzgar türbini kayma halkası arızasına ne sebep olur?

En yaygın nedenler fırça aşınması ve döküntü birikmesi, nem veya tuz sisi girişi, titreşimin- neden olduğu yanlış hizalama ve perde iletişimini bozan EMC veya topraklama sorunlarıdır.

Rüzgar türbini kayma halkaları ne kadar dayanır?

Servis ömrü dönüş profiline, fırça malzemesine ve çevreye bağlıdır. Karadaki türbinlerdeki eğim kayma halkaları genellikle büyük fırça hizmetleri arasında 5-10 yıl çalışır. DFIG makinelerindeki jeneratör kayma halkaları genellikle daha kısa fırça değiştirme aralıklarına sahiptir ve genellikle planlı dişli kutusu veya jeneratör bakımıyla birlikte planlanır. Belirli bir tesisteki üretici belgeleri ve servis geçmişi, herhangi bir tek numaradan daha güvenilirdir.

Bir adım kayma halkası standart bir kayma halkasıyla değiştirilebilir mi?

Yalnızca standart ünitenin orijinalin perde sistemi mimarisine, elektriksel özelliklerine, iletişim protokollerine, IP derecesine ve montaj arayüzüne uyması durumunda. Mekanik olarak takılan ancak sinyal korumayı yanlış kullanan bir parça, teşhis edilmesi zor olan aralıklı hatve hatalarına neden olacaktır. Şüpheye düştüğünüzde türbin modeline göre tasarlanmış özel bir adım kayma halkası belirtin.

Rüzgar türbini kayma halkaları özelleştirilebilir mi?

Evet. Eski OEM parçaları, yenilenen hatve sistemleri, açık deniz ve soğuk-iklim çeşitleri ve hibrit elektrikli-hidrolik düzenekler için özelleştirme yaygındır. Tedarikçinin kullanışlı bir tasarım üretebilmesi için eksiksiz bir spesifikasyon paketine - çizimlere, devre listesine, çevre koşullarına ve arıza geçmişine - ihtiyacı vardır.

Özet

Rüzgar türbini kayma halkaları, makinenin dönen arayüzleri boyunca güç, iletişim ve bazı tasarımlarda - hidrolik medyayı - taşır. Sağ kayma halkası deliğe uyan halka değildir; belirli bir türbinin hatve mimarisine, elektrik yüküne, sinyal protokollerine, ortamına ve bakım planına uygun olanıdır. Değiştirme çalışmaları için, sipariş vermeden önce orijinal üniteyi iyice belgeleyin. Özel çalışmalar için, arıza modelinin yanı sıra spesifikasyonu da paylaşın - genellikle yeni tasarımda neyin değişmesi gerektiğine işaret eden arıza geçmişidir.