Klizni prstenovi vjetroturbine: vrste, kvarovi i odabir

Klizni prstenovi vjetroturbina male su, ali-ključne komponente. Oni prenose snagu, upravljačke signale i podatke preko rotirajućih sučelja unutar turbine - od zakretnog ležaja na vrhu tornja, do rotirajuće glavčine koja pokreće lopatice, do određenih dizajna generatora. Kada je klizni prsten ispravno određen, turbina se naginje, zakreće i komunicira bez prekida. Kada je premale veličine, loše zabrtvljen ili nije usklađen s arhitekturom terena, simptomi se brzo pojavljuju: greške u komunikaciji nagiba, povremene pogreške povratne informacije, ostaci četkica i neplanirani zastoji.

Ovaj vodič objašnjava glavne vrsteklizni prstenovi koji se koriste u vjetroturbinama, gdje se svaki nalazi u stroju, kako električni i hidraulički sustavi nagiba mijenjaju zahtjeve i koje bi specifikacije tim za održavanje ili dizajnerski inženjer trebao prikupiti prije naručivanja standardne zamjene ili prilagođene jedinice.

Što je klizni prsten vjetroturbine?

Klizni prsten je rotirajući električni konektor. Prenosi snagu, upravljačke signale ili podatke između nepokretne strukture i one koja se rotira bez prisiljavanja kabela na uvijanje. U vjetroturbini, nekoliko sklopova rotira u normalnom radu: gondola se okreće kako bi pratila smjer vjetra, glavčina se okreće kontinuirano s lopaticama, a neke topologije generatora - osobito dvostruko{3}}napajane indukcijske generatore (DFIG) koji se naširoko koriste u-razmjeru vjetra - napajaju struju rotora kroz četke i prstenove.

Zadatak kliznog prstena je održavanje električnog kontinuiteta kroz tu rotaciju. U praktičnom smislu, on zamjenjuje kabel koji bi se inače pokvario unutar nekoliko sati.

Zašto su klizni prstenovi važni u vjetroturbinama

Vjetroturbine ne rade u čistim laboratorijima. Unutar gondole, klizni prsten uočava vibracije pogonskog sklopa, kondenzaciju tijekom hladnog-toplog ciklusa, finu prašinu od istrošenosti kočnica i ulazak vanjskog zraka i - pučinsku - slanu maglu koja napada nezaštićeni metal. Unutar glavčine, klizni prsten za uspon također prenosi sigurnosne-kritične signale: ako regulator nagiba lopatica izgubi komunikaciju, turbina mora reagirati, često nagibom i zaustavljanjem.

Zato istrošeni klizni prsten ili klizni prsten prema -specifikacijama rijetko pada kao jedan dramatičan događaj. Ne uspijeva kao uzorak: rastući kontaktni otpor, povremene pogreške CAN sabirnice, postupno sve češća upozorenja o nagibu, zatim teška greška. Inženjeri za pouzdanost brinu o kliznim prstenovima upravo zato što je način kvara spor, skupo je dijagnosticirati na daljinu i skupo je servisirati na tornju od 90 metara ili 50 km od obale.

Glavni tipovi kliznih prstenova vjetroturbina

Ne koristi svaka turbina svaki tip, a projektirani su pritisci vrlo različiti na svakoj lokaciji. Četiri sklopa u nastavku pokrivaju gotovo svaku primjenu kliznog prstena vjetroturbine na koju ćete naići.

1. Klizni prstenovi (uglavnom male i raspoređene vjetroturbine)

U malim vjetroturbinama - stambenim, van-mrežnim, telekom-tornjevima, poljoprivrednim - generator se obično nalazi unutar rotirajuće glave. Cijela se glava okreće kako bi pratila vjetar, a proizvedena energija mora putovati niz stacionarni toranj do kontrolera i baterije. Klizni prsten za skretanje nalazi se na tom sučelju i dopušta glavi da se slobodno okreće, dok putanja kabela ispod ostaje fiksirana.

Dominantna ograničenja ovdje nisu velika brzina; to su prostor, vrijeme i broj kabela. Prsten se često mora provući kroz usko okomito vratilo, preživjeti godine ciklusa UV zračenja i smrzavanja-odmrzavanja i usmjeriti 2 do 6 strujnih krugova plus dodatne kočione ili senzorske vodove. Za male-prijave skretanja skretanja, ocjena kućišta i rasterećenje kabela obično su važniji od-brzinskih performansi - činjenica koja se često propušta kada se kupci fokusiraju samo na broj krugova.

Većina turbina -razreda (MW-klase) to čininekoristite tradicionalni klizni prsten za skretanje. Oni upravljaju skretanjem pomoću omči za kabel i brojača-uvrtanja kabela koji pokreće automatsko odvrtanje nakon određenog broja okretaja. Dakle, kada netko pita "upotrebljavaju li sve vjetroturbine klizne prstene?" - iskren odgovor je ne, ne na osi skretanja na velikim turbinama.

2. Klizni prstenovi za kontrolu glavčine ili nagiba (uslužne-turbine)

Ovo je klizni prsten koji većina ljudi misli kada kaže "klizni prsten vjetroturbine". Nalazi se između stacionarnog okvira gondole i rotirajuće glavčine i prenosi snagu i komunikaciju za sustav nagiba lopatica - sustav koji prilagođava napadni kut svake lopatice za kontrolu brzine rotora i zaštitu turbine pri jakim vjetrovima.

Klizni prstenovi za kontrolu nagiba obično prenose:

• Napajanje za motore za nagib ili pomoćne baterije za nagib (električni sustavi nagiba)
• CAN sabirnica, PROFIBUS ili Ethernet za komunikaciju kontrolera nagiba
• Povratne informacije senzora od mjerača naprezanja korijena lopatice, enkodera i temperaturnih sondi
• Snaga grijanja ili od-odleđivanja, u hladnim-klimatskim varijantama
• Putevi zaštite od munje, ovisno o OEM dizajnu

Za sustave nagiba, integritet signala i kompatibilnost protokola obično su kritičniji od sirovog mehaničkog uklapanja. Nagibni prsten koji izgleda dimenzionalno identično OEM dijelu, ali loše rukuje oklopom, proizvest će povremene CAN pogreške koje timovi za održavanje jure mjesecima. Mersen, jedan od etabliranih dobavljača u ovom segmentu, opisuje svoje klizne prstenove za prijenos snage i komunikacije između rotirajuće glavčine i regulatora turbine u kućištima otpornim na-zagađivače- s IP-ocjenom - što daje razumnu osnovu za to kako bi industrijski nagibni prsten trebao izgledati (pogledajteMersen klizni prstenovi za kontrolu nagiba).

3. Klizni prstenovi generatora (DFIG i dizajn-rotora)

Klizni prstenovi generatora žive u mnogo težem okruženju nego prstenovi za skretanje ili uspon. U indukcijskom generatoru s dvostrukim napajanjem, klizni prsten nosi struju rotora pri punom radnom broju okretaja u minuti - obično 1000 do 2000 okretaja u minuti na osovini generatora nakon mjenjačke kutije. To u potpunosti mijenja problem dizajna.

Pri tim brzinama počinju dominirati stvari koje nisu bile važne u prstenu za skretanje: materijal četke i kvaliteta, krivulje kontaktnog pritiska, koncentričnost prstena, evakuacija prašine četke i toplinsko ponašanje pod kontinuiranim opterećenjem. Trošenje četki više nije fusnota za održavanje; to je ograničavajući čimbenik servisnih intervala.Trošenje četkica, kontaktna kontaminacija i korektivne mjeresu dobro-dokumentirani u industriji, a većina kliznih prstenova generatora dizajnirana je oko planirane zamjene četkica, a ne zatvorena-za-životni rad.

Za primjene generatora, potrebno je pregledati kontaktni materijal i toplinsko ponašanje prije mehaničke prilagodbe - suprotno od instinkta kupnje koji počinje s promjerom provrta.

4. Hibridni sklopovi s kliznim prstenom / rotacijski spoj (hidraulične turbine s nagibom)

Neki proizvođači originalne opreme za turbine koriste hidraulične aktuatore nagiba umjesto električnih. U tim strojevima, sučelje rotirajućeg čvorišta mora proćiobahidrauličko ulje (za cilindre nagiba) i električne signale (za kontrolu i povratnu vezu). Komponenta koja to radi je hibridni klizni prsten-rotacijski spoj, koji se ponekad naziva i elektro-hidraulički spoj.

Oni nisu zamjenjivi s-samo električnim usponskim prstenovima. Moraju zatvoriti ulje pod tlakom pri rotaciji, električno izolirati signalne kanale od putanje tekućine i preživjeti toplinski ciklus bez curenja.Hibridni sklopovi kliznih prstenovaobično su projektirani za određeni model turbine, a ne prodaju se s police. Moog objavljuje detaljan referentni materijal o kombiniranim električnim-hidrauličkim rotacijskim rješenjima za vjetar, koji vrijedi pročitati ako specificirate hibridnu zamjenu (pogledajteMoog rotacijska rješenja za energiju vjetra).
 

Usporedna tablica kliznog prstena vjetroturbine

Stvarne specifikacije ovise o OEM-u, klasi veličine turbine i uvjetima na lokaciji. Turbina na kopnu od 1,5 MW i platforma na moru od 12 MW mogu koristiti klizne prstenove koji naizgled izgledaju slično, a opet nemaju ništa zajedničko u pogledu materijala četke, brtvljenja i završetka kabelskog svežnja.

Električni nagib naspram hidrauličkog nagiba: Kako se mijenja klizni prsten

Arhitektura sustava nagiba je najveći pojedinačni čimbenik u odabiru kliznog prstena nagiba. Mnoge neuspjele zamjene događaju se jer je netko uskladio dio po dimenzijama i broju krugova bez provjere koju vrstu pokretača koraka koristi glavčina.

Električni sustavi nagiba

Električne nagibne turbine imaju električni motor, pogon i pomoćnu bateriju na svakoj lopatici. Klizni prsten za uspon mora prenositi snagu motora za uspon (često 400–690 V AC ili DC sabirnica), upravljačku komunikaciju i povratnu informaciju. Glavni rizici ovdje su EMC spoj između energetskih vodova motora i CAN/Ethernet signala, te toplinski porast u kanalima napajanja pod kontinuiranim nagibom tijekom burovitog vremena. Ispravna segregacija napajanja i putova signala unutar kliznog prstena važnija je od ukupnog broja krugova.

Hidraulički sustavi nagiba

Hidraulične turbine uspona usmjeravaju hidrauličku snagu kroz rotacijski spoj i koriste klizni prsten prvenstveno za upravljačke signale, povratne informacije senzora i enkodere položaja nagiba. Hidraulički i električni putovi mogu biti u dvije odvojene komponente ili u jednoj kombiniranoj hibridnoj jedinici. O pitanju integracije - kombinirano naspram zasebno - obično odlučuje OEM turbina i nije izbor na terenu.

Praktično pravilo: prvo odaberite arhitekturu nagiba, zatim provjerite dimenzije, a zatim provjerite broj krugova. Drugim redoslijedom timovi završavaju sa savršeno pristajućim dijelom koji ne može komunicirati.
 

Kako odrediti klizni prsten vjetroturbine

Klizni prsten vjetroturbine mora u isto vrijeme zadovoljiti električne, mehaničke, ekološke zahtjeve i zahtjeve za upotrebljivost. Postupak odabira u nastavku funkcionira i za standardne zamjene i za prilagođene dizajne.

Električno opterećenje i broj krugova

Odabir bi trebao početi s popisom krugova: koliko strujnih krugova, na kojem naponu i struji, plus koliko signalnih i podatkovnih krugova. Malom okretnom prstenu možda su potrebna samo 3 kruga napajanja na 250 V AC. Moderni pomoćni-smjerni nagibni prsten možda će trebati 12 do 60+ krugova s ​​mješavinom snage nagibnog motora, 24 V upravljanja, 230 V pomoćnog napona, CAN sabirnice i Etherneta - sve u jednom sklopu. Strujni i signalni krugovi trebaju biti fizički odvojeni unutar prstenastog skupa kako bi se ograničilo preslušavanje.

Vrsta signala i protokol

Moderne vjetroturbine pokreću nekoliko digitalnih protokola preko istog kliznog prstena. Pitch kontroleri obično koriste CAN sabirnicu ili PROFIBUS; praćenje stanja sve više koristi Ethernet. Za signale velike-propusnosti, kontakt četkice-i-prstena sam po sebi možda neće biti dovoljan - aGigabit Ethernet klizni prstenkoristi kontroliranu impedanciju i oklopljene kontaktne parove za održavanje integriteta signala na 1 Gbps. Odredite protokol, brzinu prijenosa podataka i je li potrebna zaštita prije nego što dobavljač finalizira hrpu kontakata.

Brzina, kontaktni materijal i trošenje

Skretanje je isprekidano i sporo - ponekad samo nekoliko stupnjeva u minuti. Usponsko kretanje je češće, ali još uvijek umjereno. Rotacija-strane generatora kontinuirana je i brza. Što je rotacija brža i kontinuiranija, to više materijala četke, kontaktnog pritiska i površine prstena dominira dizajnom. Srebrne-grafitne četkice uobičajene su za aplikacije srednje-napona; zlatni-na-zlatnim kontaktima koriste se za-signale niske razine gdje šum kontaktnog otpora mora ostati ispod nekoliko miliohma.

Zaštita okoliša

Iskreno potvrdite radno okruženje. Klizni prsten unutar zatvorene gondole turbine na kopnu u umjerenoj klimi drugačija je specifikacija od onog unutar glavčine turbine na moru izloženoj slanoj magli, kondenzaciji i hladnom startu od –30 stupnjeva. Pogledati naIzbor IP ocjeneprotiv realno najgoreg slučaja, a ne prosječnog slučaja. Za upotrebu u moru, kućišta-zaštićena od korozije i PCB-ovi s konformnim-obloženjem obično su obvezni, a ne izborni.

Montažna omotnica i pojas

Za radove na zamjeni, klizni prsten se mora učvrstiti vijcima u postojeću prirubnicu, prihvatiti postojeće završetke kabelskog svežnja i očistiti postojeću strukturu. OEM nacrti, fotografije pokvarene jedinice i izvorni dijagram ožičenja štede tjedne putovanja naprijed--nazad s dobavljačem.

Pristup za održavanje

Prozori za pregled četkica, odvodni čepovi i priključci senzora važniji su na turbini koju morate popeti na servis. Troškovi rada i održavanja na moru po posjeti dovoljno su visoki da se dizajni koji omogućuju zamjenu četkica bez uklanjanja kompletnog sklopa kliznih prstenova sami isplate pri prvom servisu.

Što uzrokuje kvar kliznog prstena vjetroturbine?

Većina kvarova kliznih prstenova vjetroturbina spada u četiri kategorije. Rano prepoznavanje uzorka je ono što razdvaja planiranu promjenu četke od neplaniranog penjanja na toranj.

Trošenje četkica i nakupljanje krhotina.Normalno u svakom kontaktu-zasnjenom kliznom prstenu. Postaje greška kada krhotine premoste susjedne prstenove ili pokvare signalne kontakte. Simptomi: rastući kontaktni otpor, povremene greške CAN-a, vidljiva crna prašina oko niza prstenova.

Prodor vlage i korozija.Uobičajeno u turbinama na moru i u gondolama gdje grijanje ne radi tijekom zimskih gašenja. Simptomi: zelena oksidacija na bakrenim prstenovima, uzemljenje, nagli pad izolacijskog otpora.

Neusklađenost-izazvana vibracijama.Rezonancija pogonskog sklopa i njihanje tornja postupno otpuštaju pričvrsne vijke i pomiču poravnanje ležaja. Simptomi: neravnomjerno trošenje četkica, jedan prsten više puta otkazuje dok drugi ostaju čisti.

EMC i kvarovi uzemljenja.Kvarovi komunikacije uspona često se ne povezuju sa samim kontaktima kliznog prstena, već završetkom oklopa, strategijom uzemljenja ili blizinom kabela motora nagiba signalnim kabelima unutar rotirajućeg kabelskog svežnja.

Standardni zamjenski naspram prilagođenog kliznog prstena

Za većinu vjetroelektrana pravi je put standardna OEM{0}}ekvivalentna zamjena. Model turbine je poznat, povijest dijelova je dokumentirana, rezervni je na polici, a tim za održavanje može ga zamijeniti u planiranom servisnom roku.

A prilagođeni klizni prsten vjetroturbineje pravi put kada:

• Originalni dio je zastario i OEM ga više ne podržava
• Sustav nagiba je naknadno ugrađen (npr. dodani senzori opterećenja noževa, nadograđen nadzor stanja)
• Ponovljeni kvarovi OEM dizajna sugeriraju da je premalen za stvarne uvjete na gradilištu
• Morate konsolidirati električni klizni prsten i odvojeni rotacijski spoj u jedan hibridni sklop
• Potrebna vam je viša IP ocjena, bolja zaštita od korozije ili kvalifikacija za niske-temperature za pučinsko ili hladno{1}}klimatsko mjesto

U svakom slučaju, dobavljač treba iste informacije unaprijed: model i serijski broj turbine, originalni crtež kliznog prstena ili fotografije, potpuni popis krugova s ​​naponima i strujama, komunikacijske protokole, RPM, sučelje za montažu, uvjete okoline i - ako je dostupno - povijest kvarova jedinice koja se zamjenjuje. Slanje ovoga jednom na početku obično štedi dva do tri kruga pojašnjenja.

FAQ: klizni prstenovi vjetroturbine

Koriste li sve vjetroturbine klizne prstenove?

Ne. Male vjetroturbine često koriste klizni prsten za skretanje jer je generator u rotirajućoj glavi. Većina uslužnih-turbina koristi klizni prsten za nagib/glavčinu za rotirajuću glavčinu, ali skretanje upravlja s petljama za kabel i automatskim slijedom-odvrtanja kabela, a ne skretnim prstenom. DFIG-turbine također imaju klizne prstenove generatora; turbine s izravnim-pogonom s trajnim magnetima nemaju.

Čemu služi klizni prsten u vjetroturbini?

Prenosi električnu energiju, upravljačke signale ili podatke preko rotirajućeg sučelja - najčešće između stacionarne gondole i rotirajućeg čvorišta za kontrolu nagiba ili u generatoru za struju rotora - bez uvrtanja kabela.

Koja je razlika između kliznog prstena i rotacijskog spoja u vjetroturbini?

Klizni prsten prenosi električnu energiju i signale preko rotacije. Rotacijski spoj prenosi tekućine - tipično hidrauličko ulje za nagibne aktuatore - preko rotacije. Hidrauličke-turbine nagiba često koriste hibridni sklop koji kombinira oboje u jednoj jedinici.

Što uzrokuje kvar kliznog prstena vjetroturbine?

Najčešći uzroci su istrošenost četkica i nakupljanje krhotina, ulazak vlage ili slane maglice,-neusklađenost izazvana vibracijama i EMC ili problemi s uzemljenjem koji ometaju komunikaciju nagiba.

Koliko dugo traju klizni prstenovi vjetroturbine?

Životni vijek ovisi o profilu rotacije, materijalu četke i okolini. Klizni prstenovi nagiba u turbinama na kopnu često rade 5-10 godina između velikih servisa četke. Klizni prstenovi generatora u DFIG strojevima obično imaju kraće intervale zamjene četkica, često planirane uz planirano održavanje mjenjača ili generatora. Dokumentacija proizvođača i servisna povijest na određenom mjestu pouzdaniji su od bilo kojeg pojedinačnog broja.

Može li se klizni prsten na nagibu zamijeniti standardnim kliznim prstenom?

Samo ako standardna jedinica odgovara arhitekturi sustava nagiba, električnim specifikacijama, komunikacijskim protokolima, IP ocjenom i sučeljem za montažu originala. Dio koji se mehanički uklapa, ali loše rukuje zaštitom signala uzrokovat će povremene greške u visini tona koje je teško dijagnosticirati. Ako ste u nedoumici, odredite klizni prsten prilagođenog nagiba projektiran za model turbine.

Mogu li se klizni prstenovi vjetroturbina prilagoditi?

Da. Prilagodba je uobičajena za zastarjele zamjene OEM-a, naknadno opremljene sustave nagiba, varijante morske i hladne-klime i hibridne električne-hidraulične sklopove. Dobavljač treba kompletan paket specifikacija - crteže, popis strujnih krugova, uvjete okoline i povijest kvarova - kako bi proizveo koristan dizajn.

Sažetak

Klizni prstenovi turbina na vjetar prenose snagu, komunikaciju i - u nekim izvedbama - hidraulične medije preko rotirajućih sučelja stroja. Pravi klizni prsten nije onaj koji odgovara provrtu; to je onaj koji odgovara arhitekturi nagiba, električnom opterećenju, signalnim protokolima, okruženju i planu održavanja određene turbine. Za zamjenske radove temeljito dokumentirajte izvornu jedinicu prije naručivanja. Za prilagođeni rad, podijelite uzorak kvarova kao i specifikaciju - često je povijest kvarova ta koja ukazuje na ono što treba promijeniti u novom dizajnu.