Vēja turbīnu slīdgredzeni: veidi, kļūmes un izvēle

Vēja turbīnas slīdgredzeni ir mazi, taču misijai{0}}būtiski svarīgi komponenti. Tie pārnēsā strāvu, vadības signālus un datus pa rotējošām saskarnēm turbīnā - no leņķiskā gultņa torņa augšpusē līdz rotējošai rumbai, kas darbina lāpstiņas, līdz noteiktiem ģeneratoru dizainiem. Kad slīdēšanas gredzens ir pareizi norādīts, turbīna griežas, griežas un sazinās bez pārtraukuma. Ja tas ir mazizmēra, slikti noslēgts vai neatbilst piķa arhitektūrai, simptomi parādās ātri: piķa komunikācijas kļūdas, periodiskas atgriezeniskās saites kļūdas, suku gruveši un neplānota dīkstāve.

Šajā rokasgrāmatā ir izskaidroti galvenie veidislīdošie gredzeni, ko izmanto vēja turbīnās, kur katrs atrodas iekārtā, kā elektriskās un hidrauliskās slīpuma sistēmas maina prasības un kādas specifikācijas jāapkopo apkopes komandai vai projektēšanas inženierim pirms standarta rezerves vai pielāgotas vienības pasūtīšanas.

Kas ir vēja turbīnas slīdēšanas gredzens?

Slīdošais gredzens ir rotējošs elektriskais savienotājs. Tas pārsūta jaudu, vadības signālus vai datus no stacionāras struktūras uz rotējošu, nepiespiežot kabeļus sagriezties. Vēja turbīnā normālā darbībā griežas vairāki mezgli: gondola griežas, lai izsekotu vēja virzienam, rumba nepārtraukti griežas kopā ar lāpstiņām, un dažas ģeneratoru topoloģijas - jo īpaši divreiz-padeves indukcijas ģeneratori (DFIG), ko plaši izmanto komunālajos-mēroga vēja gredzenos un strāvās -.

Slīdēšanas gredzena uzdevums ir nodrošināt elektrisko nepārtrauktību caur šo rotāciju. Praktiski tas aizvieto kabeļa vadu, kas pretējā gadījumā dažu stundu laikā izzustu.

Kāpēc slīdošiem gredzeniem ir nozīme vēja turbīnās?

Vēja turbīnas nedarbojas tīrās laboratorijās. Gondolas iekšpusē slīdēšanas gredzens uztver vibrāciju no piedziņas, kondensāciju aukstā -siltā riteņbraukšanas laikā, smalkus putekļus no bremžu nodiluma un ārējā gaisa iekļūšanas, kā arī - piekrastes - sāls miglu, kas uzbrūk neaizsargātam metālam. Rumbas iekšpusē esošais slīpuma slīdēšanas gredzens pārraida arī drošības{5}}kritiskos signālus: ja lāpstiņas soļa regulators pazūd sakari, turbīnai ir jāreaģē, bieži vien sasveroties pret spalvu un apstājoties.

Tāpēc nolietots vai nepietiekami{0}}noteikts slīdošais gredzens reti kad neizdodas kā viens dramatisks notikums. Tas neizdodas kā paraugs: pieaug kontakta pretestība, ik pa laikam rodas CAN kopnes kļūdas, pakāpeniski biežāki brīdinājumi par augstumu, pēc tam nopietna kļūme. Uzticamības inženieri rūpējas par slīdēšanas gredzeniem tieši tāpēc, ka atteices režīms ir lēns, dārga attālināta diagnostika un dārga apkope 90 metru tornī vai 50 km attālumā no krasta.

Galvenie vēja turbīnu slīdgredzenu veidi

Ne katra turbīna izmanto visus veidus, un projektētais spiediens katrā vietā ir ļoti atšķirīgs. Zemāk minētie četri mezgli aptver gandrīz katru vēja turbīnas slīdošo gredzenu pielietojumu, ar kuru jūs saskaraties.

1. Slīdgredzeni (galvenokārt mazas un sadalītas vēja turbīnas)

Mazās vēja turbīnās - dzīvojamās, ārpus-tīkla, telekomunikāciju-torņa, lauksaimniecības - ģenerators parasti atrodas rotējošās galvas iekšpusē. Visa galva pagriežas, lai izsekotu vējam, un saražotajai jaudai ir jāpārvietojas pa stacionāru torni uz kontrolieri un akumulatora banku. Šai saskarnei ir slīdēšanas gredzens, kas ļauj galvai brīvi griezties, kamēr zemāk esošais kabeļa ceļš paliek fiksēts.

Šeit dominējošie ierobežojumi nav liels ātrums; tie ir telpa, laikapstākļi un kabeļu skaits. Gredzenam bieži ir jāietilpst cauri šaurai vertikālai vārpstai, jāiztur gadiem ilgi UV un sasalšanas-atkausēšanas cikli un jānovirza 2–6 strāvas ķēdes, kā arī papildu bremzēšanas vai sensoru līnijas. Lietojumprogrammām ar zemu-griešanās ātrumu korpusa vērtība un kabeļa spriedzes samazināšana parasti ir svarīgāka par birstes-ātruma veiktspēju -, kas bieži tiek pamanīts, kad pircēji koncentrējas tikai uz ķēžu skaitu.

To dara lielākā daļa utilītu{0}}mēroga (MW-klases) turbīnunēizmantojiet tradicionālo slīpuma gredzenu. Tie apstrādā griešanos ar kabeļa cilpām un kabeļa -griešanās skaitītāju, kas aktivizē automātisku atgriešanos pēc noteikta apgriezienu skaita. Tātad, kad kāds jautā: "vai visas vēja turbīnas izmanto slīdēšanas gredzenus?" - godīgā atbilde ir nē, nevis uz lielu turbīnu leņķa ass.

2. Rumbas vai soļa vadības slīdgredzeni (utilīta-mēroga turbīnas)

Šis ir slīdēšanas gredzens, ko lielākā daļa cilvēku domā, sakot "vēja turbīnas slīdēšanas gredzens". Tas atrodas starp stacionāro gondolas rāmi un rotējošo rumbu, un tas nodrošina jaudu un sakarus lāpstiņu slīpuma sistēmai - sistēmai, kas pielāgo katra lāpstiņas uzbrukuma leņķi, lai kontrolētu rotora ātrumu un aizsargātu turbīnu lielā vējā.

Soļa kontroles slīdēšanas gredzeni parasti pārnes:

• Jauda soļa motoriem vai soļa rezerves akumulatoriem (elektriskās slīpuma sistēmas)
• CAN kopne, PROFIBUS vai Ethernet soļa kontrollera komunikācijai
• Sensora atgriezeniskā saite no asmeņu sakņu deformācijas mērītājiem, kodētājiem un temperatūras zondēm
• Apkures vai atkausēšanas jauda aukstā-klimata variantos
• Zibensaizsardzības ceļi atkarībā no OEM dizaina

Toņu sistēmām signāla integritāte un protokolu savietojamība parasti ir svarīgāki par neapstrādātu mehānisko pielāgošanu. Slīpuma gredzens, kas pēc izmēriem ir identisks oriģinālā aprīkojuma ražotāja detaļai, bet nepareizi rīkojas ar ekranēšanu, radīs periodiskas CAN kļūdas, kuras apkopes komandas dzenas mēnešiem ilgi. Mersen, viens no pazīstamākajiem piegādātājiem šajā segmentā, savus slīpuma slīdgredzenus apraksta kā jaudas un sakaru pārvadi starp rotējošo rumbu un turbīnas kontrolieri IP-novērtētos, piesārņotājiem-izturīgos korpusos -, kas sniedz saprātīgu bāzes līniju tam, kā vajadzētu izskatīties rūpnieciskā slīpuma gredzenam (sk.Mersen piķa kontroles slīdēšanas gredzeni).

3. Ģeneratora slīdgredzeni (DFIG un brūces{1}}rotoru modeļi)

Ģeneratora slīdgredzeni dzīvo daudz grūtākā vidē nekā slīpuma vai slīpuma gredzeni. Divkāršās-padeves indukcijas ģeneratorā slīdgredzens nes rotora strāvu pie pilnas darbības apgr./min -, parasti no 1000 līdz 2000 apgr./min pie ģeneratora vārpstas aiz pārnesumkārbas. Tas pilnībā maina dizaina problēmu.

Pie šiem ātrumiem sāk dominēt lietas, kurām nav nozīmes slīpuma gredzenā: sukas materiāls un pakāpe, kontakta spiediena līknes, gredzena koncentriskums, suku putekļu izvadīšana un termiskā izturēšanās pie nepārtrauktas slodzes. Birstes nodilums vairs nav apkopes zemsvītras piezīme; tas ir ierobežojošais faktors apkopes intervālos.Birstes nodilums, kontakta piesārņojums un koriģējošie pasākumiir labi-dokumentēti šajā nozarē, un lielākā daļa ģeneratora slīdgredzenu ir paredzēti plānotai sukas nomaiņai, nevis noslēgti-, lai nodrošinātu mūža ilgumu.

Ģeneratora lietojumos pirms mehāniskās pielāgošanas ir jāpārskata kontakta materiāls un termiskā izturēšanās - pretēji pirkšanas instinktam, kas sākas ar urbuma diametru.

4. Hibrīda slīdēšanas gredzens / rotācijas savienojuma mezgli (hidrauliskās soļa turbīnas)

Daži turbīnu oriģināliekārtu ražotāji elektrisko vietā izmanto hidrauliskos soļa izpildmehānismus. Šajās mašīnās ir jāiztur rotējošā rumbas saskarneganhidrauliskā eļļa (slīpu cilindriem) un elektriskie signāli (vadībai un atgriezeniskajai saitei). Komponents, kas to veic, ir hibrīda slīdēšanas gredzena un rotācijas savienojums, ko dažreiz sauc par elektro-hidraulisko savienojumu.

Tos nevar aizstāt ar{0}}tikai elektriskiem slīpuma gredzeniem. Tiem rotācijas laikā ir jānoblīvē spiediena eļļa, elektriski jāizolē signāla kanāli no šķidruma ceļa un jāizdzīvo termiskais cikls bez noplūdēm.Hibrīda slīdēšanas gredzenu komplektiparasti tiek izstrādāti konkrētam turbīnas modelim, nevis tiek pārdoti no plaukta. Moog publicē detalizētu atsauces materiālu par kombinētajiem elektriskajiem-hidrauliskajiem rotācijas risinājumiem vējam, ko ir vērts izlasīt, ja norādāt hibrīda nomaiņu (sk.Moog vēja enerģijas rotācijas risinājumi).
 

Vēja turbīnas slīdēšanas gredzenu salīdzināšanas tabula

Reālās specifikācijas atšķiras atkarībā no OEM, turbīnas izmēra klases un vietas apstākļiem. 1,5 MW sauszemes turbīnā un 12 MW jūras platformā var izmantot slīdgredzenus, kas izskatās virspusēji līdzīgi, taču tiem nav nekā kopīga attiecībā uz birstes materiālu, blīvējumu un instalācijas galu.

Elektriskais solis pret hidraulisko soli: kā mainās slīdēšanas gredzens

Soļa sistēmas arhitektūra ir vienīgais lielākais faktors slīpuma slīdēšanas gredzena izvēlē. Daudzas neveiksmīgas nomaiņas notiek tāpēc, ka kāds saskaņoja daļu pēc izmēriem un ķēžu skaita, nepārbaudot, kāda veida soļa izpildmehānismu izmanto rumbas.

Elektriskā laukuma sistēmas

Elektriskajām piķa turbīnām katrā lāpstiņā ir elektromotors, piedziņa un rezerves akumulators. Soļa slīdēšanas gredzenam ir jānodrošina motora jauda (bieži 400–690 V maiņstrāvas vai līdzstrāvas kopne), vadības komunikācija un atgriezeniskā saite. Galvenie riski šeit ir EMC savienojums starp motora elektropārvades līnijām un CAN/Ethernet signāliem, kā arī siltuma paaugstināšanās jaudas kanālos nepārtrauktā slīpumā brāzmainā laikā. Pareiza jaudas un signāla ceļu nodalīšana slīdēšanas gredzenā ir svarīgāka par kopējo ķēžu skaitu.

Hidrauliskās slīpuma sistēmas

Hidrauliskās slīpuma turbīnas novirza hidraulisko jaudu caur rotējošu savienojumu un galvenokārt izmanto slīdēšanas gredzenu vadības signāliem, sensoru atgriezeniskajai saitei un soļa pozīcijas kodētājiem. Hidrauliskie un elektriskie ceļi var būt divos atsevišķos komponentos vai vienā apvienotā hibrīda vienībā. Integrācijas jautājumu - apvienots un atsevišķs - parasti izlemj turbīnas OEM, un tā nav lauka izvēle.

Praktiskais noteikums: vispirms izvēlieties piķa arhitektūru, pēc tam pārbaudiet izmērus un pēc tam pārbaudiet ķēžu skaitu. Citā secībā komandas iegūst perfekti piemērotu daļu, kas nevar sazināties.
 

Kā norādīt vēja turbīnas slīdēšanas gredzenu

Vēja turbīnas slīdēšanas gredzenam vienlaikus ir jāatbilst elektriskām, mehāniskām, vides un ekspluatācijas prasībām. Tālāk norādītais atlases process darbojas gan standarta nomaiņai, gan pielāgotam dizainam.

Elektriskā slodze un ķēžu skaits

Atlase jāsāk ar ķēžu sarakstu: cik jaudas ķēžu, ar kādu spriegumu un strāvu, kā arī cik signālu un datu ķēžu. Nelielam griezes gredzenam var būt nepieciešamas tikai 3 strāvas ķēdes pie 250 V maiņstrāvas. Mūsdienīgam utilīta-mēroga soļa gredzenam var būt vajadzīgas 12 līdz 60+ ķēdes ar motora jaudas, 24 V vadības, 230 V palīgierīces, CAN kopnes un Ethernet - kombināciju vienā komplektā. Strāvas un signāla ķēdēm jābūt fiziski atdalītām gredzenu skurstenī, lai ierobežotu šķērsrunu.

Signāla veids un protokols

Mūsdienu vēja turbīnas izmanto vairākus digitālos protokolus vienā un tajā pašā slīdēšanas gredzenā. Soļa kontrolleri parasti izmanto CAN kopni vai PROFIBUS; stāvokļa uzraudzība arvien vairāk izmanto Ethernet. Liela-joslas platuma signāliem var nepietikt ar otu-un-zvana kontaktu vien - aGigabit Ethernet slīdgredzensizmanto kontrolētu pretestību un ekranētus kontaktu pārus, lai uzturētu signāla integritāti pie 1 Gbps. Norādiet protokolu, datu pārraides ātrumu un to, vai ir nepieciešama ekranēšana, pirms piegādātājs pabeidz kontaktu steku.

Ātrums, kontakta materiāls un nodilums

Leņķiskā kustība ir intermitējoša un lēna - dažreiz tikai daži grādi minūtē. Soļa kustības ir biežākas, bet joprojām mērenas. Ģeneratora {{3}sānu rotācija ir nepārtraukta un ātra. Jo ātrāka un nepārtrauktāka rotācija, jo vairāk dizainā dominē otas materiāls, kontaktspiediens un gredzena virsmas apdare. Sudraba-grafīta sukas ir izplatītas vidēji-strāvas izmantošanai; zelta-uz-zelta kontakti tiek izmantoti zema-līmeņa signāliem, kur kontaktu pretestības troksnim ir jāpaliek zem dažiem miliomiem.

Vides aizsardzība

Godīgi apstipriniet darbības vidi. Slīdēšanas gredzens sauszemes turbīnas noslēgtā projektorā mērenā klimatā atšķiras no tā, kas atrodas jūras turbīnas rumbas iekšpusē, kas pakļauts sāls miglai, kondensācijai un –30 grādu aukstai palaišanai. PaskatiesIP reitinga izvēlepret reāli sliktāko gadījumu, nevis vidējo gadījumu. Lietojot atklātā jūrā, pret koroziju aizsargāti korpusi un konformāls{2} PCB ar pārklājumu parasti ir obligāti, nevis pēc izvēles.

Montāžas aploksne un siksnas

Lai veiktu nomaiņas darbus, slīdgredzenam ir jāpieskrūvē esošajā atlokā, jāpieņem esošie siksnu savienojumi un jānotīra esošā konstrukcija. OEM rasējumi, bojātās ierīces fotoattēli un oriģinālā elektroinstalācijas shēma ietaupa nedēļas no-un-atpakaļ ar piegādātāju.

Piekļuve apkopei

Birstes pārbaudes logi, drenāžas aizbāžņi un sensoru savienotāji ir svarīgāki turbīnai, kurai jākāpj uz servisu. Ārzonas O&M izmaksas par vienu apmeklējumu ir pietiekami augstas, lai dizaini, kas ļauj nomainīt birsti, nenoņemot pilnu slīdēšanas gredzenu, atmaksājas jau pirmajā apkalpošanā.

Kas izraisa vēja turbīnas slīdošā gredzena atteici?

Lielākā daļa vēja turbīnas slīdēšanas gredzenu bojājumu iedalās četrās kategorijās. Agrīna modeļa atpazīšana ir tas, kas atšķir plānotu suku nomaiņu no neplānotas kāpšanas tornī.

Birstes nodilums un gružu uzkrāšanās.Normāls jebkurā kontakta{0}}slīdgredzenā. Kļūst par kļūdu, ja gruži pārklāj blakus esošos gredzenus vai aizskar signāla kontaktus. Simptomi: pieaugoša kontaktu pretestība, periodiskas CAN kļūdas, redzami melni putekļi ap gredzenu kaudzi.

Mitruma iekļūšana un korozija.Izplatīts piekrastes turbīnās un nacelēs, kur apkure neizdodas ziemas slēgšanas laikā. Simptomi: zaļa oksidēšanās uz vara gredzeniem, zemējuma defekti, pēkšņi izolācijas pretestības kritumi.

Vibrācijas{0}}izraisīta novirze.Piedziņas rezonanse un torņa šūpošanās pakāpeniski atskrūvē stiprinājuma skrūves un pārslēdz gultņu izlīdzināšanu. Simptomi: nevienmērīgs otas nodilums, viens gredzens atkārtoti sabojājas, bet citi paliek tīri.

EMC un zemējuma defekti.Soļa komunikācijas kļūmes bieži rodas nevis pašos slīdgredzena kontaktos, bet gan aizsegumā, zemējuma stratēģijā vai soļa motora kabeļu tuvuma signāla kabeļiem rotējošās instalācijas iekšpusē.

Standarta nomaiņa pret pielāgotu slīdošo gredzenu

Lielākajai daļai vēja parku standarta OEM{0}}līdzvērtīga nomaiņa ir pareizais ceļš. Turbīnas modelis ir zināms, detaļu vēsture ir dokumentēta, rezerves daļa atrodas plauktā, un apkopes komanda to var apmainīt plānotajā servisa logā.

A pielāgots vēja turbīnas slīdēšanas gredzensir pareizais ceļš, ja:

• Sākotnējā daļa ir novecojusi, un OEM to vairs neatbalsta
• Slīpuma sistēma ir modernizēta (piemēram, pievienoti asmeņu slodzes sensori, uzlabota stāvokļa uzraudzība)
• Atkārtotas oriģinālā aprīkojuma ražotāju konstrukcijas kļūmes liecina, ka tas nebija piemērots faktiskajiem vietas apstākļiem
• Jums ir jāapvieno elektriskais slīdēšanas gredzens un atsevišķs rotējošais savienojums vienā hibrīda komplektā
• Jums ir nepieciešams augstāks IP vērtējums, labāka aizsardzība pret koroziju vai zemas{0}}temperatūras kvalifikācija jūrā vai aukstā{1}klimata vietā.

Jebkurā gadījumā piegādātājam ir nepieciešama viena un tā pati informācija iepriekš: turbīnas modelis un sērija, oriģinālais slīdgredzena zīmējums vai fotoattēli, pilns ķēžu saraksts ar spriegumiem un strāvām, sakaru protokoli, apgriezienu skaits, montāžas interfeiss, vides apstākļi un -, ja pieejams, - nomaināmās vienības kļūmju vēsture. Nosūtot to vienu reizi sākumā, parasti tiek ietaupītas divas līdz trīs precizēšanas kārtas.

BUJ: Vēja turbīnu slīdgredzeni

Vai visās vēja turbīnās tiek izmantoti slīdgredzeni?

Nē. Mazās vēja turbīnās bieži tiek izmantots slīdēšanas gredzens, jo ģenerators atrodas rotējošā galviņā. Lielākajai daļai utilītu-mēroga turbīnu rotējošajai rumbai tiek izmantots slīpuma/rumbas slīdēšanas gredzens, bet griežas tiek apstrādātas ar kabeļa cilpām un automātisku kabeļa-atvīšanas secību, nevis pagrieziena gredzenu. DFIG{5}}turbīnām ir arī ģeneratora slīdgredzeni; tiešās-piedziņas pastāvīgo magnētu turbīnas to nedara.

Ko vēja turbīnā dara slīdēšanas gredzens?

Tas pārsūta elektrisko strāvu, vadības signālus vai datus pa rotējošu interfeisu -, visbiežāk starp stacionāro gondolu un rotējošo rumbu, lai kontrolētu soļus, vai ģeneratorā, lai nodrošinātu rotora strāvu -, negriežot kabeļus.

Kāda ir atšķirība starp slīdēšanas gredzenu un rotācijas savienojumu vēja turbīnā?

Slīdēšanas gredzens nodod elektrisko jaudu un signālus pa rotāciju. Rotācijas savienojums pārnes šķidrumus -, kas parasti ir hidrauliskā eļļa soļa izpildmehānismiem - pa rotāciju. Hidrauliskajās-soļu turbīnās bieži tiek izmantots hibrīds mezgls, kas apvieno abus vienā vienībā.

Kas izraisa vēja turbīnas slīdēšanas gredzena atteici?

Visizplatītākie cēloņi ir birstes nodilums un gružu uzkrāšanās, mitruma vai sāls miglas iekļūšana, vibrācijas{0}}izraisīta novirze un elektromagnētiskās saderības vai zemējuma problēmas, kas traucē augstuma saziņu.

Cik ilgi kalpo vēja turbīnas slīdgredzeni?

Kalpošanas laiks ir atkarīgs no rotācijas profila, sukas materiāla un vides. Piekrastes turbīnu slīpuma slīdēšanas gredzeni bieži darbojas 5–10 gadu starplaikā starp galvenajiem birstu pakalpojumiem. Ģeneratora slīdgredzeniem DFIG mašīnās parasti ir īsāki suku nomaiņas intervāli, kas bieži tiek plānoti kopā ar plānoto pārnesumkārbas vai ģeneratora apkopi. Ražotāja dokumentācija un servisa vēsture konkrētajā vietā ir uzticamāka par jebkuru atsevišķu numuru.

Vai slīdēšanas gredzenu var aizstāt ar standarta slīdēšanas gredzenu?

Tikai tad, ja standarta vienība atbilst oriģināla sistēmas arhitektūrai, elektriskajām specifikācijām, sakaru protokoliem, IP reitingam un montāžas interfeisam. Daļa, kas ir piemērota mehāniski, bet nepareizi rīkojas ar signāla ekranēšanu, izraisīs periodiskas soļa kļūdas, kuras ir grūti diagnosticēt. Ja rodas šaubas, norādiet pielāgotu slīpuma slīdēšanas gredzenu, kas izstrādāts atbilstoši turbīnas modelim.

Vai vēja turbīnu slīdēšanas gredzenus var pielāgot?

Jā. Pielāgošana ir izplatīta novecojušām oriģinālo iekārtu ražotāju nomaiņām, modernizētām slīpuma sistēmām, ārzonas un aukstā klimata{1}}variantiem, kā arī hibrīda elektriskajiem-hidrauliskajiem mezgliem. Piegādātājam ir nepieciešama pilnīga specifikāciju pakotne - rasējumi, shēmu saraksts, vides apstākļi un kļūmju vēsture -, lai izveidotu noderīgu dizainu.

Kopsavilkums

Vēja turbīnas slīdēšanas gredzeni nodrošina jaudu, sakarus un - dažos veidos - hidrauliskos materiālus pa iekārtas rotējošajām saskarnēm. Labais slīdošais gredzens nav tas, kas atbilst urbumam; tas ir tas, kas atbilst konkrētās turbīnas piķa arhitektūrai, elektriskajai slodzei, signālu protokoliem, videi un apkopes plānam. Veicot nomaiņas darbus, pirms pasūtīšanas rūpīgi dokumentējiet oriģinālo vienību. Veicot pielāgotu darbu, kopīgojiet kļūmju modeli, kā arī specifikācijas - bieži vien kļūdu vēsture norāda uz to, kas jaunajā dizainā ir jāmaina.