Drsni obroči vetrnih turbin so majhne, a{0}}ključne komponente. Prenašajo moč, krmilne signale in podatke prek rotirajočih vmesnikov znotraj turbine - od nihajnega ležaja na vrhu stolpa do vrtljivega pesta, ki poganja lopatice, do določenih zasnov generatorjev. Ko je drsni obroč pravilno določen, se turbina nagiba, zasuka in komunicira brez prekinitve. Ko je premajhen, slabo zatesnjen ali se ne ujema z arhitekturo igrišča, se simptomi hitro pokažejo: napake v komunikaciji koraka, občasne napake povratnih informacij, ostanki krtač in nenačrtovani izpadi.
Ta vodnik pojasnjuje glavne vrstedrsni obroči, ki se uporabljajo v vetrnih turbinah, kje vsak sedi v stroju, kako električni in hidravlični sistemi naklona spreminjajo zahteve in katere specifikacije mora vzdrževalna ekipa ali inženir načrtovanja zbrati, preden naroči standardno nadomestno ali enoto po meri.
Kaj je drsni obroč vetrne turbine?
Drsni obroč je rotacijski električni konektor. Prenaša moč, krmilne signale ali podatke med stacionarno strukturo in vrtečo se strukturo, ne da bi kable prisilili k zvijanju. V vetrni turbini se pri normalnem delovanju vrti več sklopov: gondola se zasuka, da sledi smeri vetra, pesto se obrača neprekinjeno z lopaticami in nekatere topologije generatorjev - predvsem dvojno{3}}napajane indukcijske generatorje (DFIG), ki se pogosto uporabljajo v-veter - napajajo tok rotorja skozi ščetke in obroče.
Naloga drsnega obroča je ohranjanje električne kontinuitete skozi to vrtenje. Praktično nadomešča napeljavo kabla, ki bi se sicer pokvaril v nekaj urah.
Zakaj so drsni obroči pomembni pri vetrnih turbinah
Vetrne turbine ne delujejo v čistih laboratorijih. Znotraj gondole drsni obroč zaznava tresljaje pogonskega sklopa, kondenzacijo med hladnim-toplem ciklom, fin prah zaradi obrabe zavor in vstopa zunanjega zraka ter - morsko - solno meglico, ki napada nezaščiteno kovino. Znotraj pesta nosi drsni obroč naklona tudi varnostne-kritične signale: če krmilnik nagiba lopatic izgubi komunikacijo, se mora turbina odzvati, pogosto tako, da se nagiba in ustavi.
Zato se drsni obroček, ki je obrabljen ali premalo{0}}specificiran, redko pokvari kot en dramatičen dogodek. Ne uspe kot vzorec: naraščajoč kontaktni upor, občasne napake vodila CAN, postopoma pogostejša opozorila o naklonu, nato pa težka napaka. Inženirji za zanesljivost skrbijo za drsne obroče prav zato, ker je način okvare počasen, diagnoza na daljavo draga in drago servisiranje na 90-metrskem stolpu ali 50 km od obale.
Glavne vrste drsnih obročev vetrnih turbin
Vsaka turbina ne uporablja vseh vrst in konstrukcijski tlaki so na vsaki lokaciji zelo različni. Spodnji štirje sklopi pokrivajo skoraj vse aplikacije drsnih obročev vetrnih turbin, s katerimi se boste srečali.
1. Drsni obroči (večinoma majhne in porazdeljene vetrne turbine)
V majhnih vetrnih turbinah - stanovanjskih, zunaj-omrežnih, telekomunikacijskih-stolpnih, kmetijskih - generator običajno sedi znotraj vrtljive glave. Celotna glava se obrne, da sledi vetru, proizvedena moč pa mora potovati po nepremičnem stolpu do krmilnika in baterije. Na tem vmesniku je nameščen drsni obroček za nihanje in omogoča, da se glava prosto vrti, medtem ko pot kabla spodaj ostane fiksna.
Prevladujoče omejitve tukaj niso visoke hitrosti; so prostor, vreme in število kablov. Obroč se mora pogosto prilegati skozi ozko navpično gred, preživeti leta ultravijoličnih žarkov in ciklov zmrzovanja-odmrzovanja ter napeljati 2 do 6 napajalnih tokokrogov ter izbirne zavorne ali senzorske linije. Pri nizko-napetostnih aplikacijah sta ocena ohišja in razbremenitev kabla običajno pomembnejša od -hitrostne zmogljivosti ščetke - dejstvo, ki ga kupci pogosto spregledajo, ko se osredotočijo samo na število vezij.
Večina turbin-uporabnega obsega (MW-razreda) to počneneuporabite tradicionalni drsni obroč za zavijanje. Obvladajo zavijanje s kabelskimi zankami in -števcem zvitkov kabla, ki sproži samodejno odvijanje po določenem številu vrtljajev. Torej, ko nekdo vpraša "ali vse vetrne turbine uporabljajo drsne obroče?" - pošten odgovor je ne, ne pri zasučni osi velikih turbin.
2. Drsni obroči za krmiljenje pesta ali naklona (turbine-Utility)
To je drsni obroč, ki ga večina ljudi misli, ko reče "drsni obroč vetrne turbine." Nahaja se med stacionarnim okvirjem gondole in vrtljivim pestom ter prenaša moč in komunikacijo za sistem nagiba lopatic - sistem, ki prilagaja vpadni kot vsake lopatice za nadzor hitrosti rotorja in zaščito turbine pri močnem vetru.
Drsni obroči za nadzor nagiba običajno prenašajo:
- Napajanje za motorje naklona ali rezervne baterije (električni sistemi naklona)
- CAN vodilo, PROFIBUS ali Ethernet za komunikacijo krmilnika višine
- Povratne informacije senzorjev iz merilnikov napetosti korena rezila, dajalnikov in temperaturnih sond
- Moč ogrevanja ali od-odmrzovanja, v-hladnih podnebnih različicah
- Poti zaščite pred strelo, odvisno od zasnove OEM
Za sisteme nagiba sta celovitost signala in združljivost protokola običajno bolj kritični kot surovo mehansko prileganje. Nagibni obroč, ki je videti dimenzionalno enak delu OEM, vendar napačno ravna z zaščito, bo povzročil občasne napake CAN, ki jih vzdrževalne ekipe lovijo več mesecev. Mersen, eden od uveljavljenih dobaviteljev v tem segmentu, opisuje svoje naklonske drsne obroče kot prenos moči in komunikacije med vrtečim se pestom in krmilnikom turbine v ohišjih z oznako IP-,-odpornim na onesnaženje -, kar daje razumno osnovo za to, kako naj bi bil videti industrijski nagibni obroč (glejteDrsni obroči Mersen za nadzor naklona).
3. Drsni obroči generatorja (DFIG in navit-rotorji)
Drsni obroči generatorja živijo v veliko težjih okoljih kot obroči za nagib ali nagib. V indukcijskem generatorju z dvojnim-napajanjem prenaša drsni obroč rotorski tok pri polnem delovnem vrtljaju na minuto - običajno od 1000 do 2000 vrtljajev na minuto na gredi generatorja za menjalnikom. To popolnoma spremeni problem oblikovanja.
Pri teh hitrostih začnejo prevladovati stvari, ki niso bile pomembne v zasučnem obroču: material krtače in kakovost, krivulje kontaktnega tlaka, koncentričnost obroča, odvajanje prahu krtače in toplotno obnašanje pri stalni obremenitvi. Obraba krtač ni več opomba pri vzdrževanju; je omejevalni dejavnik pri servisnih intervalih.Obraba krtač, kontaktna kontaminacija in korektivni ukrepiso v industriji dobro{0}}dokumentirani in večina drsnih obročev generatorjev je zasnovana glede na načrtovano zamenjavo ščetk, namesto da so zaprti-za-življenjsko delovanje.
Pri aplikacijah generatorjev je treba pred mehanskim prileganjem pregledati kontaktni material in toplotno obnašanje - v nasprotju z nakupovalnim instinktom, ki se začne s premerom izvrtine.
4. Hibridni drsni obroč / rotacijski spojni sklopi (hidravlične nagibne turbine)
Nekateri proizvajalci originalne opreme za turbine uporabljajo hidravlične naklonske aktuatorje namesto električnih. V teh strojih mora vmesnik vrtljivega pesta prestatiobojehidravlično olje (za nagibne cilindre) in električne signale (za krmiljenje in povratne informacije). Komponenta, ki to počne, je hibridni drsni obroč–rotacijski spoj, včasih imenovan elektro-hidravlični spoj.
Teh ni mogoče zamenjati z-električnimi naklonskimi obroči. Zapreti morajo olje pod pritiskom pri vrtenju, električno izolirati signalne kanale od poti tekočine in preživeti toplotno cikliranje brez puščanja.Hibridni sklopi drsnih obročevso običajno zasnovani za določen model turbine, namesto da bi jih prodajali s polic. Moog objavlja podrobno referenčno gradivo o kombiniranih električnih-hidravličnih rotacijskih rešitvah za veter, ki ga je vredno prebrati, če določate hibridno zamenjavo (glejteMoogove rotacijske rešitve za vetrno energijo).
Primerjalna tabela drsnih obročev vetrne turbine
| Vrsta drsnega obroča | Tipična lokacija | Glavna funkcija | Skupni prenos | Dominantni oblikovalski izziv |
|---|---|---|---|---|
| Drsni obroč za nihanje | Majhna turbinska glava-to-vmesnik stolpa | Omogoča vrtenje glave, da sledi smeri vetra | 2–6 napajalnih tokokrogov, opcijske senzorske linije | Ocena IP za zunanjo uporabo, ozek ovoj za namestitev |
| Drsni obroč nagiba / pesta | gondola do vrtljivega pesta (uporabna-merila) | Napaja in komunicira s sistemom igrišča | Moč nagibnega motorja + CAN/PROFIBUS/Ethernet + povratna informacija senzorja | Celovitost signala, elektromagnetna združljivost, vibracije, ohišje z oceno IP- |
| Drsni obroč generatorja | DFIG ali navita-rotorska gred generatorja | Prenaša tok rotorja med neprekinjenim-vrtenjem visoke hitrosti | Tri{0}}fazni tok rotorja pri vrtljajih generatorja | Obraba krtač, odvajanje toplote, nadzor drobcev |
| Hibridni drsni obroč – rotacijski spoj | Hidravlične naklonske turbine, vmesnik pesta | Združuje električne signale s prenosom hidravličnega olja | Signali + podatki + hidravlični mediji pod pritiskom | Tesnjenje, električna izolacija, nazivni tlak |
Dejanske specifikacije se razlikujejo glede na OEM, razred velikosti turbine in pogoje na lokaciji. Turbina na kopnem z močjo 1,5 MW in platforma na morju z močjo 12 MW lahko uporabljata drsne obroče, ki so na videz podobni, vendar nimajo nič skupnega v smislu materiala krtač, tesnila in zaključka snopa.
Električni nagib v primerjavi s hidravličnim nagibom: Kako se spreminja drsni obroč
Arhitektura sistema naklona je največji dejavnik pri izbiri drsnega obroča naklona. Veliko neuspešnih zamenjav se zgodi, ker je nekdo primerjal del po dimenzijah in številu tokokrogov, ne da bi preveril, kakšen aktuator naklona uporablja pesto.
Električni naklonski sistemi
Električne nagibne turbine imajo električni motor, pogon in rezervno baterijo na vsaki lopatici. Nagibni drsni obroč mora prenašati moč nagibnega motorja (pogosto 400–690 V AC ali DC vodilo), krmilno komunikacijo in povratne informacije. Glavna tveganja pri tem so elektromagnetna združljivost med napajalnimi vodi motorja in signali CAN/Ethernet ter dvig toplote v močnostnih kanalih pri neprekinjenem nagibu med sunkovitim vremenom. Pravilno ločevanje moči in signalnih poti znotraj drsnega obroča je pomembnejše od skupnega števila tokokrogov.
Hidravlični nagibni sistemi
Hidravlične naklonske turbine usmerjajo hidravlično moč skozi rotacijski spoj in uporabljajo drsni obroč predvsem za krmilne signale, povratne informacije senzorjev in dajalnike položaja naklona. Hidravlične in električne poti so lahko v dveh ločenih komponentah ali v eni kombinirani hibridni enoti. Vprašanje integracije - kombinirano v primerjavi z ločenim - običajno določi proizvajalec originalne opreme turbine in ni izbira na terenu.
Praktično pravilo: najprej izberite arhitekturo nagiba, nato preverite dimenzije, nato preverite število vezij. Če gremo v drugem vrstnem redu, ekipe končajo s popolnoma ustreznim delom, ki ne more komunicirati.
Kako določiti drsni obroč vetrne turbine
Drsni obroč vetrne turbine mora hkrati izpolnjevati električne, mehanske, okoljske zahteve in zahteve glede uporabnosti. Spodnji izbirni postopek deluje tako za standardne zamenjave kot za modele po meri.
Električna obremenitev in število tokokrogov
Izbor se mora začeti s seznamom vezij: koliko napajalnih vezij, pri kateri napetosti in toku ter koliko signalnih in podatkovnih vezij. Majhen zasučni obroč morda potrebuje le 3 napajalna vezja pri 250 V AC. Sodoben pomožni-naklonski obroč bo morda potreboval od 12 do 60+ tokokrogov z mešanico moči nagibnega motorja, krmiljenja 24 V, pomožnega 230 V, vodila CAN in Etherneta -, vse v enem sklopu. Napajalna in signalna vezja morajo biti fizično ločena znotraj sklopa obročev, da se omeji presluh.
Vrsta signala in protokol
Sodobne vetrne turbine izvajajo več digitalnih protokolov prek istega drsnega obroča. Krmilniki naklona običajno uporabljajo vodilo CAN ali PROFIBUS; spremljanje stanja vse bolj uporablja ethernet. Za signale z visoko-pasovno širino samo stik-in-obročka morda ne bosta zadostovala - aGigabit Ethernet drsni obročuporablja nadzorovano impedanco in zaščitene kontaktne pare za vzdrževanje celovitosti signala pri 1 Gbps. Določite protokol, hitrost prenosa podatkov in ali je potrebna zaščita, preden dobavitelj dokonča sklad kontaktov.
Hitrost, kontaktni material in obraba
Odklon je prekinjen in počasen - včasih le nekaj stopinj na minuto. Gibanje po višini je pogostejše, vendar še vedno zmerno. Vrtenje na-strani generatorja je neprekinjeno in hitro. Hitrejše in bolj zvezno kot je vrtenje, več materiala krtače, kontaktnega pritiska in zaključne površine obroča prevladuje v zasnovi. Srebrne-grafitne ščetke so običajne za srednje{7}}tokovne aplikacije; zlati-na-zlati kontakti se uporabljajo za nizko{10}}signale, pri katerih mora šum kontaktnega upora ostati pod nekaj miliohmi.
Varstvo okolja
Iskreno potrdite delovno okolje. Drsni obroč znotraj zaprte gondole turbine na kopnem v zmernem podnebju je drugačna specifikacija od tistega znotraj pesta turbine na morju, ki je izpostavljena solni megli, kondenzaciji in hladnemu zagonu pri –30 stopinjah. PoglejteIzbira ocene IPproti realno najslabšemu primeru, ne povprečnemu primeru. Za uporabo na morju so protikorozijsko-zaščitena ohišja in konformno-prevlečeni PCB-ji običajno obvezni in ne izbirni.
Montažna ovojnica in pas
Za nadomestna dela se mora drsni obroč priviti v obstoječo prirobnico, sprejeti obstoječe zaključke kabelskega snopa in očistiti obstoječo strukturo. Risbe proizvajalca originalne opreme, fotografije pokvarjene enote in izvirni načrt ožičenja prihranijo tedne poti -in-z dobaviteljem.
Dostop za vzdrževanje
Okence za pregled krtač, odtočni čepi in konektorji senzorjev so bolj pomembni pri turbini, ki jo morate povzpeti na servis. Stroški O&M na obisku na morju so dovolj visoki, da se zasnove, ki omogočajo zamenjavo ščetk brez odstranitve celotnega sklopa drsnih obročev, povrnejo ob prvem servisu.
Kaj povzroča okvaro drsnega obroča vetrne turbine?
Večina okvar drsnih obročev vetrnih turbin spada v štiri kategorije. Zgodnje prepoznavanje vzorca je tisto, kar loči načrtovano spremembo krtače od nenačrtovanega vzpona na stolp.
Obraba krtač in kopičenje smeti.Običajno v vsakem drsnem-obroču, ki temelji na kontaktu. Postane napaka, ko drobci premostijo sosednje obroče ali zamašijo signalne kontakte. Simptomi: naraščajoč kontaktni upor, občasne napake CAN, viden črn prah okoli sklopa obročev.
Vdor vlage in korozija.Pogost v turbinah na morju in v gondolah, kjer med zimskimi zaustavitvami ogrevanje odpove. Simptomi: zelena oksidacija na bakrenih obročkih, ozemljitveni stiki, nenaden padec izolacijske upornosti.
Neusklajenost zaradi-vibracij.Resonanca pogonskega sklopa in nihanje stolpa postopoma zrahljata pritrdilne vijake in premakneta poravnavo ležajev. Simptomi: neenakomerna obraba ščetke, en obroček večkrat odpove, drugi pa ostanejo čisti.
EMC in ozemljitvene napake.Napake v nagibni komunikaciji pogosto ne izhajajo iz samih kontaktov drsnega obroča, temveč v zaključku oklopa, strategiji ozemljitve ali bližini kablov nagibnega motorja do signalnih kablov znotraj vrtljivega snopa.
Standardni nadomestni v primerjavi z drsnim obročem po meri
Za večino vetrnih elektrarn je standardna OEM{0}}enakovredna zamenjava prava pot. Model turbine je znan, zgodovina delov je dokumentirana, rezervni del je na polici in vzdrževalna ekipa ga lahko zamenja v načrtovanem servisnem roku.
A drsni obroč vetrne turbine po merije prava pot, ko:
- Originalni del je zastarel in OEM ga ne podpira več
- Sistem naklona je bil naknadno vgrajen (npr. dodani senzorji obremenitve rezila, nadgrajen nadzor stanja)
- Ponavljajoče se napake pri zasnovi OEM kažejo, da je bila premajhna za dejanske pogoje na lokaciji
- Združiti morate električni drsni obroč in ločen rotacijski spoj v en hibridni sklop
- Potrebujete višjo oceno IP, boljšo zaščito pred korozijo ali nizko-temperaturno kvalifikacijo za lokacijo na morju ali hladno-klimo
Kakor koli že, dobavitelj potrebuje iste informacije vnaprej: model turbine in serijsko številko, izvirno risbo drsnega obroča ali fotografije, celoten seznam tokokrogov z napetostmi in tokovi, komunikacijskimi protokoli, RPM, vmesnikom za montažo, okoljskimi pogoji in -, če je na voljo - zgodovino napak enote, ki se zamenjuje. Če to pošljete enkrat na začetku, običajno prihranite dva do tri kroge pojasnjevanja.
Pogosta vprašanja: Drsni obroči vetrnih turbin
Ali vse vetrne turbine uporabljajo drsne obroče?
Ne. Majhne vetrne turbine pogosto uporabljajo zasučni drsni obroč, ker je generator v vrteči se glavi. Večina turbin-uporabnega obsega uporablja drsni obroč naklona/pesta za vrteče se pesto, vendar se obračanja obračajo s kabelskimi zankami in samodejnim zaporedjem-odvijanja kabla namesto z vrtljivim obročem. Turbine na osnovi DFIG-imajo tudi drsne obroče generatorja; turbine s trajnim magnetom-na direktni pogon ne.
Kaj počne drsni obroč v vetrni turbini?
Prenaša električno energijo, krmilne signale ali podatke prek vrtljivega vmesnika - najpogosteje med stacionarno gondolo in vrtljivim pestom za krmiljenje naklona ali v generatorju za rotorski tok - brez zvijanja kablov.
Kakšna je razlika med drsnim obročem in rotacijskim spojem v vetrni turbini?
Drsni obroč prenaša električno energijo in signale med vrtenjem. Rotacijski spoj prenaša tekočine - običajno hidravlično olje za nagibne aktuatorje - čez vrtenje. Hidravlične-turbine z naklonom pogosto uporabljajo hibridni sklop, ki združuje oboje v eni enoti.
Kaj povzroča okvaro drsnega obroča vetrne turbine?
Najpogostejši vzroki so obraba ščetk in nabiranje ostankov, vdor vlage ali solne meglice,-neporavnanost zaradi vibracij in težave z elektromagnetno združljivostjo ali ozemljitvijo, ki motijo komunikacijo nagiba.
Kako dolgo trajajo drsni obroči vetrnih turbin?
Življenjska doba je odvisna od profila vrtenja, materiala ščetke in okolja. Drsni obroči nagiba v turbinah na kopnem pogosto delujejo 5–10 let med večjimi servisi krtač. Drsni obroči generatorja v strojih DFIG imajo običajno krajše intervale menjave ščetk, ki so pogosto načrtovani skupaj z načrtovanim vzdrževanjem menjalnika ali generatorja. Dokumentacija proizvajalca in zgodovina servisiranja na določenem mestu sta zanesljivejši od katere koli posamezne številke.
Ali je mogoče naklonski drsni obroč zamenjati s standardnim drsnim obročem?
Samo, če se standardna enota ujema z arhitekturo nagibnega sistema, električnimi specifikacijami, komunikacijskimi protokoli, oceno IP in vmesnikom za montažo izvirnika. Del, ki se mehansko prilega, vendar slabo ravna z zaščito signala, bo povzročil občasne napake naklona, ki jih je težko diagnosticirati. Če ste v dvomih, določite drsni obroč po meri, zasnovan za model turbine.
Ali je mogoče prilagoditi drsne obroče vetrnih turbin?
ja Prilagoditev je običajna za zastarele nadomestne OEM, naknadno vgrajene sisteme nagiba, različice za morsko in hladno{1}}klimo ter hibridne električne-hidravlične sklope. Dobavitelj potrebuje celoten paket specifikacij - risbe, seznam vezij, okoljske pogoje in zgodovino napak - za izdelavo uporabne zasnove.
Povzetek
Drsni obroči vetrnih turbin prenašajo moč, komunikacijo in - v nekaterih izvedbah - hidravlične medije prek vrtljivih vmesnikov stroja. Pravi drsni obroč ni tisti, ki ustreza izvrtini; je tisti, ki se ujema z arhitekturo koraka, električno obremenitvijo, signalnimi protokoli, okoljem in načrtom vzdrževanja določene turbine. Za nadomestna dela temeljito dokumentirajte originalno enoto pred naročilom. Za delo po meri delite vzorec napake in specifikacijo - pogosto je zgodovina napak tista, ki kaže na to, kaj je treba spremeniti v novi zasnovi.