Klzné krúžky veterných turbín sú v porovnaní s lopatkami alebo prevodovkami malé, ale jediný zlý kontakt môže zastaviť multi-megawattový stroj. Ich úlohou je prenášať energiu, riadiace signály a dáta cez rotačné rozhrania vo vnútri náboja, generátora a niekedy aj zostavy vybočenia. Keď sa tento prenos stane nestabilným, následky sa zvyčajne prejavia ako chyby sklonu, prerušované údaje zo snímačov alebo neplánované-návštevy vežového servisu - a na pobrežných lokalitách môže jedna výmena stáť viac ako samotný zberný krúžok.
Táto príručka je napísaná pre inžinierov, správcov aktív a obstarávacie tímy, ktorí si potrebujú vybraťzberné krúžky veterných turbínpre novostavby, rekonštrukcie alebo výmeny. Zaoberá sa tým, kde sú zberné krúžky v turbíne, ako zlyhávajú, čo špecifikovať a ako porovnávať kontaktné technológie bez toho, aby ste sa dostali do bežných selekčných pascí.
Čo robia klzné krúžky veternej turbíny
Klzný krúžok je elektromechanické rozhranie, ktoré umožňuje prechod elektrickým a signálnym obvodom zo stacionárneho rámu do rotujúceho. Vo vnútri modernej úžitkovej-turbíny zvyčajne nájdete zberné krúžky prepravujúce tri druhy dopravy naraz:
- Výkon motora na nastavenie uhla čepele
- Riadiace a spätnoväzbové signály medzi systémom pitch a hlavným ovládačom
- Údaje zo senzorov, ako je napätie čepele, teplota, vibrácie a detekcia ľadu
Kontrola výšky tónu je z týchto troch kanálov-najkritickejší z hľadiska bezpečnosti.Séria IEC 61400Normy pre veterné turbíny vyžadujú, aby systémy rozstupu zostali schopné zakrývať lopatky aj pri poruchových podmienkach, čo znamená, že zberný krúžok musí pracovať počas 20-ročnej projektovanej životnosti prostredníctvom vibrácií, teplotných výkyvov, kondenzácie a miliónov otáčok. Súčiastka v hodnote 200 EUR sediaca v náboji môže teda rozhodnúť, či 5 MW turbína vyrába alebo nečinne čaká na žeriav.
Kde sú klzné krúžky vo veternej turbíne
Logika výberu je pre každé miesto iná. Ich zmiešanie -, napríklad zadanie všeobecného návrhu rozbočovača pre budiaci obvod generátora -, je jednou z drahších chýb v tejto kategórii.
Nábojové klzné krúžky (systém rozstupu)
Nábojové zberné krúžky sú namontované na hlavnom hriadeli a otáčajú sa s rotorom. Prenášajú výkon motora (často 400–690 V striedavé alebo jednosmerné napätie zbernice), signály riadenia výšky tónu (CANopen, Profibus alebo proprietárne protokoly) a zvyšujúci sa počet kanálov lopatkových senzorov. Nábojové zberné krúžky majú zvyčajne veľké-vŕtanie, pretože cez ne prechádza hriadeľ rotora a musia vydržať spektrá vibrácií, ktoré sú odolnejšie ako väčšina výrobných zariadení.
Klzné krúžky generátora (stroje DFIG)
Dvojité{0}}indukčné generátory (DFIG), ktoré sú stále bežné v pobrežných flotilách, používajú zberné krúžky na rotore na privádzanie striedavého budiaceho prúdu do vinutí rotora. Ide o vysoký prúd (zvyčajne niekoľko stoviek ampérov), vyššie rýchlosti otáčania a významnú tvorbu uhlíkového prachu. Kvalita kefy, povrchová úprava prstenca, tlak pružiny a vetranie gondoly, to všetko priamo ovplyvňuje životnosť. Turbíny s priamym-permanentným{5}}magnetickým pohonom tento zberný krúžok vôbec nepotrebujú - jeden z dôvodov, prečo sa pobrežné plošiny presunuli na priamy-pohon.
Sklzné krúžky na vybočenie
Väčšina veľkých turbín používa káblovú slučku a rutinu odkrúcania namiesto otočného klzného krúžku, ale menšie turbíny (zvyčajne pod ~ 500 kW) niekedy používajú otočný klzný krúžok na vrchole veže, aby sa umožnilo nepretržité otáčanie. Tieto čelia nižším rýchlostiam, ale viac vystaveniu životnému prostrediu a tesnému montážnemu priestoru.
Hub vs Generátor vs Yaw
| Parameter | Hub (rozstup) | Generátor (DFIG) | Yaw (malé turbíny) |
|---|---|---|---|
| Typická rýchlosť | Až ~20 otáčok za minútu | 900-2000 ot./min | <1 rpm |
| Typický prúd na krúžok | 10–63 A výkon, plus signál | 200–1,500 A | 5–30 A |
| Trieda napätia | 400–690 V plus nízkonapäťový-signál | 690 V (strana rotora) | 230–400 V |
| Dominantný stres | Vibrácie, kondenzácia, šum signálu | Opotrebenie kefy, prach, teplo | Expozícia počasia, soľná hmla |
| Typické kanály | 20–60 (zmiešaný výkon/signál) | 3 výkon + uzemnenie | 4–24 |
| Smernica o servisných intervaloch | Kontrola 12-24 mesiacov | Kontrola kefky po 3–12 mesiacoch | 12 mesiacov |
Vyššie uvedené hodnoty sú bežné rozsahy z údajových listov výrobcu a servisných príručiek OEM; skutočné hodnoty pre váš stroj by mali vždy pochádzať z dokumentácie turbíny a skúšobných správ dodávateľa zberných krúžkov.
Ako vlastne klzné krúžky veternej turbíny zlyhávajú
„Zlyhanie klzného krúžku“ je vágna kategória. V teréne sa problémy takmer vždy spájajú s jedným z mechanizmov uvedených nižšie - a každý z nich poukazuje na iný dizajn alebo opravu údržby.
- Opotrebenie kefy a hromadenie prachu.Uhlíkové a kovové-grafitové kefy pri opotrebovaní vytvárajú vodivý prach. Bez vetrania sa na zväzku krúžkov hromadí prach a vytvára únikové cesty medzi susednými krúžkami, čo sa prejavuje poklesom izolačného odporu pod 100 MΩ alebo rušivým zemným-spínaním.Vzory opotrebovania štetcovsú zvyčajne prvým príznakom, ktorý revízny technik vidí.
- Stúpa kontaktný odpor.Oxidácia, kontaminácia alebo strata tlaku pružiny zvyšuje kontaktný odpor z miliohmov na rozsah ohmov. Na silovom okruhu to spôsobuje pokles napätia a zahrievanie; na nízkoprúdovom vedení snímača zvyšuje úroveň šumu a môže poškodiť telegramy CAN.
- Kondenzácia a korózia.Náboje sú vlhké prostredia - teplé stroje, studená oceľ, okolitý vzduch. Pitting na povrchu prstencov nasleduje rýchlo, najmä v pobrežných a pobrežných oblastiach, kde je prítomný soľný aerosól. Určené pre offshore platformyoffshore opatrenia spoľahlivostisa zvyčajne zapisujú do špec.
- Opotrebenie kabeláže a konektorov-spôsobené vibráciami.Sklzný krúžok sám o sebe môže byť v poriadku, ale pigtail káble, odľahčenie napätia alebo konektory sa unavujú na vstupnom bode. Toto je bežnejšie ako zlyhanie kruhovej-trate na mladších flotilách.
- Degradácia maziva.Niektoré konštrukcie používajú kontaktné mazivo alebo inhibítor oxidácie. Postupom času polymerizuje alebo vysychá, najmä nad 60 stupňovou teplotou gondoly, a kontaktné správanie sa mení.
- Rozpad izolácie.Sledovanie cez kontaminované izolátory môže spôsobiť vzplanutie, najmä na autobusoch s vyšším napätím-. Toto je ťažké zlyhanie, nie degradačná krivka.
Väčšina z týchto mechanizmov je postupná a väčšinu z nich možno zistiť počas plánovanej kontroly -, ale iba vtedy, ak sa pri kontrole skutočne meria prechodový odpor, izolačný odpor a dĺžka kefy, a nie len „pohľad do vnútra náboja“.
Špecifikovanie elektrických požiadaviek
Pred kontaktovaním dodávateľov napíšte obálku s elektrinou na papier. Dodávatelia o to aj tak požiadajú a žiadosť-o-cenovú ponuku (RFQ) ide rýchlejšie, keď sa o odpovediach rozhodne vopred.
- Prúd na okruh, nepretržitý aj špičkový (prestávkový prúd motora môže byť 3–6× nominálny).
- Trieda napätiaa či je obvod striedavý alebo jednosmerný. Pre 690 V systémy potvrďte, či platí IEC 60664 kategória prepätia III alebo IV.
- Počet napájacích obvodovprotipočet signálových/dátových okruhov, vedené oddelene.
- Signálne protokoly- CANopen, Profibus DP, EtherCAT, Profinet, Ethernet 100/1000 Mbit alebo analógové senzorové linky. Každý protokol má inú toleranciu šumu.
- Rozpočet elektrického hlukupre senzorové kanály. Kódovače tónov a tenzometre-záťažového kolíka zvyčajne vyžadujú čistotu na úrovni milivoltov-;kontrola kontaktného hlukuv zbernom krúžku je súčasťou plnenia tohto rozpočtu.
- Požiadavky na izoláciu a dielektriku- zvyčajne väčší alebo rovný 1 000 MΩ pri napätí 500 V jednosmerného prúdu pre napájacie obvody plus test odolnosti -frekvencie napájania.
- Uzemnenie. Mnohé návrhy obsahujú samostatný uzemňovací krúžok alebo kefu; pre stránky náchylné na blesky-sa o tom nedá-vyjednávať.
Výber technológie kontaktu
Žiadna jednokontaktná technológia nie je najlepšia pre každú aplikáciu veternej turbíny. Správnou odpoveďou je zvyčajne hybrid, ktorý používa rôzne technológie pre napájacie a signálne časti tej istej zostavy.
Uhlíkové a kovové-grafitové kefy
Uhlíkové a strieborné-grafitové kefy sú ťahúňmi-súčasných aplikácií - budiacich krúžkov generátora a zberníc. Znášajú vysoké prúdy, akceptujú určitú kontamináciu a ich výmena je lacná. Kompromisom-je tvorba prachu, počuteľný hluk a potreba pravidelnej kontroly dĺžky kefy a tlaku pružiny. Thestupeň štetca(živicou-viazaný uhlík, elektrografit, kovový-grafit, medený-grafit) by mali zodpovedať prúdovej hustote a materiálu prstenca.
Najvhodnejšie pre: výkon motora, budenie generátora, uzemnenie. Dávajte pozor na: nahromadenie prachu na signálnych krúžkoch v blízkosti, posun tlaku pružiny, prach z kefiek na optike kódovača, ak je namontovaný blízko.
Kontakty vláknitej kefy (viac{0}}vlákna).
Dizajn kefiek na vlákna používa zväzky jemných zlatých drôtov alebo drôtov zo{0}}zliatiny zlata, ktoré sú navlečené na prstenci z vzácneho{1}}kovu. S mnohými paralelnými kontaktnými bodmi a veľmi nízkou kontaktnou silou na vlákno nevytvárajú takmer žiadne nečistoty a majú veľmi nízky kontaktný hluk. Sú dominantnou voľbou pre senzorové a dátové kanály v moderných zberných krúžkoch náboja.
Najvhodnejšie pre: dátové linky CAN/Profibus/Ethernet, signály lopatkových snímačov, riadenie nízkeho-prúdu. Dávajte pozor na: obmedzený prúd na zväzok vlákna (zvyčajne<10 A), higher cost, and sensitivity to chemical contamination on the gold surface.
Jednovláknové a ušľachtilé-kontakty z kovového drôtu
Monovláknové kontakty z ušľachtilého{0}}kovu (jednoduchý drôt zo zlata alebo zo zliatiny zlata-na prstenci zo vzácneho{2}}kovu) sú umiestnené medzi vláknitými kefami a tradičnými kefami. Sú bežné v kompaktnomvlastný krúžokzostavy, kde je málo miesta.
Najlepšie sa hodí pre: nízkoprúdové signálne obvody, hybridné zostavy. Dávajte pozor na: opotrebenie pokovovaním po veľmi vysokých počtoch rotácií a skutočnosť, že „pozlátené“{2}}nie je automaticky lepšie, - tenké zlato sa môže opotrebovať rýchlejšie ako správne špecifikovaná strieborná-grafitová kefa.
Hybridné dizajny
V typickom klznom krúžku náboja nesie spodný zväzok napájanie motora na uhlíkových alebo kovových -grafitových kefách, stredný zväzok prenáša poľnú-busovú premávku na vláknitých kefách a horný zväzok spracováva nízkoprúdové vodiče snímačov na zlatých--zlatých kontaktoch. Uzemnenie je na vlastnom vyhradenom prstenci s nadbytočnými kefami. Toto oddelenie umožňuje jednej zostave súčasne spĺňať protichodné požiadavky (vysoký prúd + nízky hluk).
Špecifikácia prostredia: Nezastavujte sa na „priemyselnej triede“
„Priemyselná trieda“ vám nehovorí nič užitočné. Nižšie uvedené čísla sú tie, na ktorých záleží na technickom liste veternej turbíny.
- Ochrana proti vniknutiu.Vnútorné časti náboja sú zvyčajne IP54; offshore gondoly a exponované otočné krúžky zvyčajne potrebujú IP65 alebo vyššie. PozriInterpretácia hodnotenia IPza to, čo vlastne zaručujú číslice.
- Prevádzková teplota.Primeraná predvolená hodnota je –40 stupňov až +70 stupňov pre severné-pobrežné oblasti podnebia, -20 stupňov až +60 stupňov pre oblasti s miernym podnebím a kondenzácia-riadená pre oblasti na mori. Varianty pre studené-klima potrebujú mazivo overené pri nízkej teplote.
- Vlhkosť.95 % RH bez-kondenzácie je typické minimum; na miestach s pravidelnou kondenzáciou môže byť potrebné vnútorné vykurovanie.
- Odolnosť-soľnej hmle.Pobrežné a pobrežné turbíny by mali odkazovať na IEC 60068-2-52 alebo ISO 9227 testovanie soľným postrekom na kovových častiach a konektoroch.
- Vibrácie.IEC 60068-2-6 sínusové a 2-64 náhodné profily sú spoločné referenčné body; dodávateľ by mal poskytnúť protokoly o skúškach, nie marketingové tvrdenia.
- Blesk a prepätie.Pitch slip rings sedia na ceste, ktorá môže vidieť nepriame bleskové prúdy. Odolnosť proti prepätiu by mala byť dohodnutá vopred.
TheProgram výskumu vetra amerického Národného laboratória pre obnoviteľnú energiuzverejňuje užitočné{0}}údaje o spoľahlivosti v teréne, ktoré ukazujú, že náklon a elektrické systémy patria medzi subsystémy s vyššou{1}}poruchovosťou{2}}v prevádzkových flotilách -, a preto by tieto environmentálne čísla mali byť uvedené v zmluve, nie v ústnom záväzku.
Mechanické a integračné obmedzenia
Projekty modernizácie zlyhávajú na mechanickom prispôsobení častejšie ako na elektrickom výkone. Pred schválením návrhu potvrďte:
- Priemer otvoru a vonkajší priemer oproti dostupnému obalu v náboji alebo gondole
- Tolerancia hriadeľa, hádzanie a tolerancia súososti
- Smer výstupu kábla (axiálny vs. radiálny) a typ konektora - mnohé turbíny majú veľmi obmedzený polomer ohybu kábla
- Vzor montážnej príruby a ukotvenie momentového ramena
- Hmotnosť a vyváženie pre rotujúce zostavy
- Servisný prístup - môže technik dosiahnuť okno kefy s turbínou v servisnej polohe?
V praxi pri mnohých projektoch modernizácie a renovácie rozhodujú o dizajne mechanické obmedzenia skôr ako elektrické. Vtedy je rozumnejšia konfigurovateľná alebo plne prispôsobená zostava, ako nútiť katalógový diel, aby pasoval.
Čo poslať dodávateľovi
Čistá RFQ skracuje cyklus cenových ponúk z týždňov na dni. Dodávateľ potrebuje na navrhnutie alebo výber zberného krúžku všetky nasledujúce položky:
| Kategória | Požadované informácie |
|---|---|
| Aplikácia | Hodnotenie turbíny, model (ak je možné ho zverejniť), umiestnenie (na pevnine/pobrežie/na mori), novostavba vs. |
| Mechanické | Vŕtanie, vonkajší priemer, dĺžka, montážne rozhranie, rýchlosť otáčania (kontinuálna a špičková), výstup kábla |
| Silové obvody | Počet obvodov, napätie, trvalý a špičkový prúd, AC/DC, frekvencia |
| Signálne obvody | Počet obvodov, protokol (CAN, Profibus, EtherCAT, Ethernet, analógový), rýchlosť prenosu dát, požiadavky na tienenie |
| Uzemnenie | Požadovaná cesta uzemňovacieho prúdu, úroveň bleskového prepätia |
| Životné prostredie | Rozsah teplôt, vlhkosť, krytie IP, soľ{0}}hmla, ak je to možné, trieda vibrácií |
| Údržba | Očakávaný servisný interval, predpokladaná životnosť kefy, obmedzenia prístupu |
| Dokumentácia | Požadované protokoly o skúške (odolnosť proti VN, IR, kontaktný odpor, soľný sprej, vibrácie), certifikáty, údaje MTBF |
FAQ
Otázka: Čo je to klzný krúžok veternej turbíny?
Odpoveď: Je to elektromechanická zostava, ktorá prenáša energiu, riadiace signály a údaje medzi stacionárnou konštrukciou veternej turbíny a rotujúcou časťou -, najčastejšie nábojom rotora (na riadenie sklonu) alebo v prípade strojov DFIG vinutia rotora generátora.
Otázka: Prečo zlyhávajú klzné krúžky veternej turbíny?
Odpoveď: Bežnými mechanizmami sú opotrebovanie kief a hromadenie prachu, nárast kontaktného odporu v dôsledku znečistenia alebo nízkej sily pružiny, korózia spôsobená kondenzáciou-, únava káblov z vibrácií a porucha izolácie. Väčšina z nich je postupná a zistiteľná plánovanou kontrolou.
Otázka: Ako často by sa mal kontrolovať klzný krúžok veternej turbíny?
Odpoveď: Rozumnou predvolenou hodnotou je každoročná vizuálna kontrola plus kontroly prechodového odporu a izolačného odporu; kefové krúžky generátora na strojoch DFIG zvyčajne vyžadujú kontrolu dĺžky kefy každých 3–12 mesiacov v závislosti od prevádzky. Presný interval by sa mal riadiť príručkou dodávateľa a plánom údržby OEM turbíny.
Otázka: Sú klzné krúžky kefiek na vlákna lepšie ako uhlíkové kefy pre veterné turbíny?
Odpoveď: V prípade nízkoprúdových signálových a dátových kanálov áno, - vláknité kefy nevytvárajú takmer žiadne nečistoty a majú veľmi nízky kontaktný šum. Pre vysoký-prúd alebo budenie generátora sú zvyčajne lepšou voľbou uhlíkové alebo kovové-grafitové kefy. Moderné zberné krúžky náboja používajú oboje, v samostatných sekciách tej istej zostavy.
Otázka: Môže byť vo veternej turbíne použitý štandardný priemyselný klzný krúžok?
Odpoveď: Zvyčajne nie bez úprav. Turbíny spôsobujú vibrácie, kondenzáciu, soľnú hmlu (na mori), dlhé servisné intervaly a zmiešaný výkon/signál, ktorý presahuje všeobecnú priemyselnú špecifikáciu. Zvyčajne sa vyžaduje buď konkrétny katalógový model turbíny{2}, alebo prispôsobená zostava.
Otázka: Akú dokumentáciu by mal poskytnúť dodávateľ klzného krúžku veternej turbíny?
Odpoveď: Minimálne: správa o elektrickom teste (odolnosť proti HV, izolačný odpor, prechodový odpor), výsledky environmentálnych testov (vibrácie, teplota, soľný sprej, ak je na mori), príručka údržby s definovaným postupom kontroly, zoznam náhradných dielov a materiálové certifikáty komponentov krúžkov a kief.
Zhrnutie: Výber krúžku berte ako rozhodnutie o spoľahlivosti
Správny klzný krúžok veternej turbíny je ten, ktorý zodpovedá elektrickému obalu turbíny, prežije svoje prostredie, vyhovuje dostupnému mechanickému priestoru a podporuje realistický plán údržby na 20 rokov. Väčšinu nákladov na to, že sa to pokazíte, neplatíte pri kúpe, ale počas prvej neplánovanej návštevy-veže.
Pred rozhovorom s dodávateľmi definujte elektrické, environmentálne a mechanické požiadavky. Žiadajte testovacie protokoly, nie slogany. Samostatné napájacie a signálne kontaktné technológie všade tam, kde to montáž umožňuje. A v prípade pobrežných alebo pobrežných lokalít berte koróziu a tesnenie vážnejšie než výber kontaktného materiálu - soľ zvyčajne vyhráva spory skôr ako kefa.