Klizni prstenovi za vjetroturbine: vrste, kvar i izbor

Klizni prstenovi za vjetroturbine su male, ali{0}}kritične komponente. Oni prenose snagu, kontrolne signale i podatke preko rotirajućih interfejsa unutar turbine - od skretanja na vrhu tornja, do rotirajuće glavčine koja pokreće lopatice, do određenih dizajna generatora. Kada je klizni prsten ispravno specificiran, turbina se naginje, svlači i komunicira bez prekida. Kada je poddimenzioniran, loše zatvoren ili neusklađen sa arhitekturom nagiba, simptomi se brzo pojavljuju: greške u komunikaciji po visini, povremene greške povratnih informacija, ostaci četkice i neplanirani zastoji.

Ovaj vodič objašnjava glavne vrsteklizni prstenovi koji se koriste u vjetroturbinama, gdje svaki sjedi u stroju, kako električni i hidraulički sistemi nagiba mijenjaju zahtjeve i koje specifikacije tim za održavanje ili projektant treba prikupiti prije nego naruči standardnu ​​zamjenu ili prilagođenu jedinicu.

Šta je klizni prsten vjetroturbine?

Klizni prsten je rotirajući električni konektor. On prenosi snagu, kontrolne signale ili podatke između stacionarne strukture i rotirajuće strukture bez prisiljavanja kablova da se uvijaju. U vjetroturbini, nekoliko sklopova se rotira u normalnom radu: gondola se okreće kako bi pratila smjer vjetra, čvorište se neprekidno okreće s lopaticama, a neke topologije generatora - posebno dvostruko-napajani indukcijski generatori (DFIG) koji se široko koriste u komunalnoj-skali vjetra - dovode struju vjetra kroz četke.

Zadatak kliznog prstena je da zadrži električni kontinuitet kroz tu rotaciju. U praktičnom smislu, on zamjenjuje kablovsku instalaciju koja bi inače dovela do kvara u roku od nekoliko sati.

Zašto su klizni prstenovi važni u vjetroturbinama

Vjetroturbine ne rade u čistim laboratorijama. Unutar gondole, klizni prsten vidi vibracije od pogonskog sklopa, kondenzaciju tokom hladnog-toplog biciklizma, finu prašinu od habanja kočnica i ulaska vanjskog zraka, i - morsku - solnu maglu koja napada nezaštićeni metal. Unutar glavčine, klizni prsten nagiba također nosi sigurnosne-kritične signale: ako regulator nagiba lopatice izgubi komunikaciju, turbina mora reagirati, često naginjanjem do pera i zaustavljanjem.

Zato istrošeni ili nedovoljno{0}}specificirani klizni prsten rijetko propadne kao jedan dramatični događaj. Ne uspijeva kao obrazac: rastući otpor kontakta, povremene greške na CAN sabirnici, postepeno sve češća upozorenja o visini, zatim teška greška. Inženjeri pouzdanosti brinu o kliznim prstenovima upravo zato što je način kvara spor, skup za dijagnosticiranje na daljinu i skup za servisiranje na tornju od 90 metara ili 50 km od obale.

Glavne vrste kliznih prstenova za vjetroturbine

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

1. Klizni prstenovi za skretanje (uglavnom male i distribuirane vjetroturbine)

U malim vjetroturbinama - stambenim, van-mrežnim, telekom{2}}tornjama, poljoprivrednim - generator se obično nalazi unutar rotirajuće glave. Cijela glava se okreće kako bi pratila vjetar, a proizvedena energija mora putovati niz stacionarni toranj do kontrolera i baterije. Klizni prsten za skretanje se nalazi na tom interfejsu i omogućava da se glava slobodno rotira, dok staza kabla ispod ostaje fiksirana.

Dominantna ograničenja ovdje nisu velika brzina; oni su prostor, vremenska prognoza i broj kablova. Prsten često mora proći kroz usko vertikalno otvor, preživjeti godine ciklusa UV zračenja i smrzavanja{1}}odmrzavanja, te usmjeriti 2 do 6 strujnih krugova plus opcioni vodovi za kočenje ili senzore. Za niske{5}}prilike za skretanje sa malim brzinama, ocjena kućišta i rasterećenje kablova obično su važniji od -performanse brzine - što se često propušta kada se kupci fokusiraju samo na broj strujnih kola.

Većina turbina{0}}razmjera (MW{1}}klasa) radinekoristite tradicionalni klizni prsten za skretanje. Oni upravljaju skretanjem pomoću omča za kablove i -brojača okretanja kabla koji pokreće automatsko odmotavanje nakon određenog broja rotacija. Dakle, kada neko pita "da li sve vjetroturbine koriste klizne prstenove?" - iskren odgovor je ne, ne na osi skretanja na velikim turbinama.

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

Ovo je klizni prsten koji većina ljudi misli kada kaže "klizni prsten za vjetroturbine". Nalazi se između stacionarnog okvira gondole i rotirajuće glavčine, i nosi snagu i komunikaciju za sistem nagiba lopatica - sistem koji prilagođava napadni ugao svake lopatice da kontroliše brzinu rotora i štiti turbinu od jakog vjetra.

Klizni prstenovi za kontrolu nagiba obično prenose:

• Snaga za motore za nagib ili rezervne baterije (električni sistemi nagiba)
• CAN sabirnica, PROFIBUS ili Ethernet za komunikaciju kontrolora tona
• Povratna informacija senzora sa mjerača naprezanja korijena lopatice, enkodera i temperaturnih sondi
• Snaga grijanja ili od{0}}anja, u hladnim{1}} varijantama klime
• Putevi za zaštitu od groma, u zavisnosti od OEM dizajna

Za sisteme nagiba, integritet signala i kompatibilnost protokola su obično kritičniji od sirovog mehaničkog uklapanja. Nagibni prsten koji izgleda dimenzionalno identičan OEM dijelu, ali pogrešno rukuje izolacijom će proizvesti povremene CAN greške za kojima timovi za održavanje jure mjesecima. Mersen, jedan od etabliranih dobavljača u ovom segmentu, opisuje svoje klizne prstenove nagiba kao prijenos snage i komunikacije između rotirajuće glavčine i turbinskog kontrolera u IP-ocijenjenim kućištima otpornim na zagađivač-- što daje razumnu osnovu za to kako bi industrijski nagibni prsten trebao izgledati (vidiMersen klizni prstenovi za kontrolu nagiba).

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

Klizni prstenovi generatora žive u mnogo težem okruženju od skretanja ili nagibnih prstenova. U indukcionom generatoru sa dvostrukim-napajanjem, klizni prsten nosi struju rotora pri punom radnom obrtaju u minuti - tipično 1.000 do 2.000 o/min na osovini generatora nakon mjenjača. To u potpunosti mijenja problem dizajna.

Pri tim brzinama počinju da dominiraju stvari koje nisu bile bitne u prstenu za skretanje: materijal četke i nagib, krivulje kontaktnog pritiska, koncentričnost prstena, evakuacija prašine iz četke i termičko ponašanje pod kontinuiranim opterećenjem. Habanje četkica više nije fusnota o održavanju; to je ograničavajući faktor servisnih intervala.Habanje četkica, kontaminacija kontakta i korektivne mjeresu dobro-dokumentirani u industriji, a većina kliznih prstenova generatora je dizajnirana za planiranu zamjenu četkica, a ne zapečaćena-za-doživotni rad.

Za primjene generatora, kontaktni materijal i termičko ponašanje treba pregledati prije mehaničkog uklapanja - suprotno od instinkta kupovine koji počinje s promjerom provrta.

4. Hibridni klizni prsten / rotacijski sklopovi (hidraulične turbine)

Neki OEM proizvođači turbina koriste hidraulične aktuatore nagiba umjesto električnih. U tim mašinama, interfejs rotirajućeg čvorišta mora da prođeobojehidrauličko ulje (za nagibne cilindre) i električni signali (za kontrolu i povratnu informaciju). Komponenta koja to čini je hibridni klizni prsten-rotirajući spoj, koji se ponekad naziva i elektro-hidraulični spoj.

Oni nisu zamjenjivi sa električnim-prstenovima. Moraju zatvoriti ulje pod pritiskom pri rotaciji, električno izolirati signalne kanale od putanje fluida i preživjeti termički ciklus bez curenja.Hibridni sklopovi kliznih prstenovaobično su projektovani prema određenom modelu turbine, a ne prodaju se na policama. Moog objavljuje detaljan referentni materijal o kombinovanim električnim-hidrauličnim rotirajućim rješenjima za vjetar, koji vrijedi pročitati ako navodite hibridnu zamjenu (vidiMoog rotirajuća rješenja za energiju vjetra).
 

Tabela za poređenje kliznih prstena vjetroturbina

Stvarne specifikacije variraju u zavisnosti od OEM-a, klase veličine turbine i uslova na lokaciji. Turbina od 1,5 MW na kopnu i platforma od 12 MW na moru mogu koristiti klizne prstenove koji izgledaju površno slično, a ipak nemaju ništa zajedničko u pogledu materijala četkice, brtvljenja i završetka kabelskog svežnja.

Električni nagib u odnosu na hidraulični korak: kako se klizni prsten mijenja

Arhitektura sistema koraka je jedini najveći faktor u izboru kliznog prstena. Mnoge neuspjele zamjene se dešavaju zato što je neko uskladio dio po dimenziji i broju krugova bez provjere kakvu vrstu pokretača koraka čvorište koristi.

Električni sistemi nagiba

Električne turbine imaju električni motor, pogon i rezervnu bateriju na svakoj lopatici. Klizni prsten koraka mora nositi snagu motora (često 400–690 V AC ili DC sabirnice), kontrolnu komunikaciju i povratnu informaciju. Glavni rizici ovdje su EMC sprega između elektroenergetskih vodova motora i CAN/Ethernet signala, te porast temperature u energetskim kanalima pod kontinuiranim nagibom tokom olujnog vremena. Pravilna segregacija puteva napajanja i signala unutar kliznog prstena važnija je od ukupnog broja krugova.

Hidraulički sistemi nagiba

Hidraulične turbine usmjeravaju hidrauličku snagu kroz rotacijski spoj i koriste klizni prsten prvenstveno za kontrolne signale, povratne informacije senzora i enkodere položaja nagiba. Hidraulički i električni putevi mogu biti u dvije odvojene komponente ili u jednoj kombiniranoj hibridnoj jedinici. O integracijskom pitanju - kombinovano naspram odvojeno - obično odlučuje OEM turbine i nije izbor na terenu.

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

Kako odrediti klizni prsten vjetroturbine

Klizni prsten vjetroturbine mora istovremeno zadovoljiti električne, mehaničke, ekološke zahtjeve i zahtjeve upotrebljivosti. Proces odabira u nastavku funkcionira i za standardne zamjene i za prilagođene dizajne.

Električno opterećenje i broj kola

Odabir treba započeti s popisom krugova: koliko strujnih kola, na kojem naponu i struji, plus koliko signalnih i podatkovnih kola. Malom prstenu za skretanje mogu biti potrebna samo 3 strujna kruga na 250 V AC. Moderni uslužni-razmjerni prsten možda će trebati kola od 12 do 60+ sa mješavinom snage motora napona, 24 V kontrole, 230 V pomoćnog, CAN magistrale i Etherneta - sve u jednom sklopu. Strujni i signalni krugovi trebaju biti fizički odvojeni unutar prstenastog steka kako bi se ograničilo preslušavanje.

Tip 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 visokog{2}}propusnog opsega, kontakt četkice-i-samo kontakt možda neće biti dovoljan - aGigabit Ethernet klizni prstenkoristi kontroliranu impedanciju i zaštićene kontaktne parove za održavanje integriteta signala na 1 Gbps. Odredite protokol, brzinu prenosa podataka i da li je potrebna zaštita prije nego dobavljač finalizira stek kontakata.

Brzina, kontaktni materijal i habanje

Pokret je isprekidan i spor - ponekad samo nekoliko stepeni u minuti. Pokret je češći, ali i dalje umjeren. Rotacija{3}}bočne strane generatora je kontinuirana i brza. Što je rotacija brža i kontinuiranija, više materijala četkice, kontaktni pritisak i završna obrada površine prstena dominiraju dizajnom. Srebrne-grafitne četke su uobičajene za srednje{7}}trenutne aplikacije; zlatni-na-zlatni kontakti se koriste za signale niskog-nivoa gdje šum kontaktnog otpora mora ostati ispod nekoliko miliona oma.

Zaštita životne sredine

Iskreno potvrdite radno okruženje. Klizni prsten unutar zatvorene gondole turbine na kopnu u umjerenoj klimi je drugačija specifikacija od onog unutar čvorišta turbine na moru izložene slanoj magli, kondenzaciji i hladnom startu od -30 stepeni. PogledajIzbor IP rejtingaprotiv realnog najgoreg slučaja, a ne prosječnog slučaja. Za upotrebu na moru, kućišta-zaštićena od korozije i konformni{2}}obloženi PCB-i su obično obavezni, a ne opcioni.

Montažni omotač i pojas

Za radove zamjene, klizni prsten mora da se uvrne u postojeću prirubnicu, prihvati postojeće završetke kabelskog svežnja i očisti postojeću strukturu. OEM crteži, fotografije neispravne jedinice i originalni dijagram ožičenja štede sedmice-i-nazad sa dobavljačem.

Pristup za održavanje

Prozori za pregled četkica, čepovi za odvod i konektori senzora važniji su na turbini na koju se morate penjati na servis. Offshore O&M troškovi po posjeti su dovoljno visoki da se dizajni koji dozvoljavaju zamjenu četkica bez uklanjanja kompletnog sklopa kliznog prstena sami sebe isplate pri prvom servisu.

Šta uzrokuje kvar kliznog prstena vjetroturbine?

Većina kvarova kliznog prstena vjetroturbina spada u četiri kategorije. Rano prepoznavanje uzorka je ono što razdvaja planiranu promjenu četke od neplaniranog penjanja na kulu.

Istrošenost četkica i nakupljanje otpadaka.Normalan u bilo kojem kontakt{0}}baziranom kliznom prstenu. Postaje kvar kada krhotine premoste susjedne prstenove ili pokvare kontakte signala. Simptomi: rastući kontaktni otpor, povremene greške CAN-a, vidljiva crna prašina oko prstena.

Ulazak vlage i korozija.Uobičajeno u turbinama na moru i u gondolama gdje grijanje ne uspijeva tokom zimskih isključenja. Simptomi: zelena oksidacija na bakrenim prstenovima, zemljospoji, nagli pad otpora izolacije.

Neusklađenost izazvana vibracijama{0}}.Rezonancija pogonskog sklopa i ljuljanje tornja postepeno otpuštaju montažne vijke i poravnavanje ležajeva mjenjača. Simptomi: neravnomjerno trošenje četkice, jedan prsten više puta pokvari dok drugi ostaju čisti.

EMC i kvarovi uzemljenja.Greške u komunikaciji po nagibu često se ne nalaze u samim kontaktima kliznog prstena, već do završetka oklopa, strategije uzemljenja ili blizine kablova motora nagiba signalnim kablovima unutar rotirajućeg svežnja.

Standardna zamjena u odnosu na prilagođeni klizni prsten

Za većinu vjetroelektrana, standardna OEM{0}}ekvivalentna zamjena je pravi put. Model turbine je poznat, istorija delova je dokumentovana, rezervni je na polici, a tim za održavanje ga može zameniti u planiranom servisnom roku.

A prilagođeni klizni prsten za vjetroturbinuje pravi put kada:

• Originalni dio je zastario i OEM ga više ne podržava
• Sistem nagiba je naknadno opremljen (npr. dodani senzori opterećenja noža, nadograđeno praćenje stanja)
• Ponavljani kvarovi OEM dizajna ukazuju na to da je bio premali za stvarne uslove lokacije
• Morate konsolidirati električni klizni prsten i odvojeni rotacioni spoj u jedan hibridni sklop
• Potrebna vam je veća IP ocjena, bolja zaštita od korozije ili niska{0}}kvalifikacija za nisku temperaturu za lokaciju na moru ili hladnu{1}}klimu

U svakom slučaju, dobavljaču su potrebne iste informacije unaprijed: model turbine i serijski, originalni crtež ili fotografije kliznog prstena, potpuna lista krugova sa naponima i strujama, komunikacijski protokoli, RPM, interfejs za montažu, uslovi okoline i - ako je dostupno - historija kvarova jedinice koja se zamjenjuje. Slanje ovoga jednom na početku obično štedi dva do tri kruga pojašnjenja.

FAQ: Klizni prstenovi za vjetroturbine

Da li sve vjetroturbine koriste klizne prstenove?

Ne. Male vjetroturbine često koriste klizni prsten za skretanje jer je generator u rotirajućoj glavi. Većina uslužnih-turbina koristi klizni prsten nagiba/glavčine za rotirajuću glavčinu, ali upravljaju skretanjem pomoću petlji za kablove i automatskog{3}}odmotavanja kabla umjesto prstena za skretanje. Turbine zasnovane na DFIG-također imaju klizne prstenove generatora; turbine sa stalnim magnetom sa direktnim{6}}pogonom nemaju.

Šta klizni prsten radi u turbini na vetar?

Prenosi električnu energiju, kontrolne signale ili podatke preko rotacionog interfejsa - najčešće između stacionarne gondole i rotirajuće glavčine za kontrolu koraka, ili u generatoru za struju rotora - bez uvrtanja kablova.

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

Klizni prsten prenosi električnu snagu i signale preko rotacije. Rotacijski spoj prenosi tekućine - tipično hidrauličko ulje za pogonske aktuatore - preko rotacije. Hidraulične{4}}turbine često koriste hibridni sklop koji kombinuje oboje u jednoj jedinici.

Šta uzrokuje kvar kliznog prstena vjetroturbine?

Najčešći uzroci su trošenje četkica i nakupljanje krhotina, ulazak vlage ili slane magle, neusklađenost izazvana vibracijama-i EMC ili problemi sa uzemljenjem koji ometaju komunikaciju po visini.

Koliko dugo traju klizni prstenovi vjetroturbina?

Vijek trajanja ovisi o profilu rotacije, materijalu četkice i okolišu. Klizni prstenovi nagiba u turbinama na kopnu često rade 5-10 godina između glavnih servisa četkica. Klizni prstenovi generatora u DFIG mašinama obično imaju kraće intervale zamene četkica, koji se često planiraju zajedno sa planiranim održavanjem menjača ili generatora. Dokumentacija proizvođača i istorija servisa na određenoj lokaciji pouzdaniji su od bilo kojeg pojedinačnog broja.

Da li se klizni prsten može zamijeniti standardnim kliznim prstenom?

Samo ako se standardna jedinica podudara sa arhitekturom sistema nagiba, električnim specifikacijama, komunikacijskim protokolima, IP rejtingom i sučeljem za montažu originala. Dio koji se uklapa mehanički, ali loše rukuje zaštitom signala, uzrokovat će povremene greške u visini tona koje je teško dijagnosticirati. Kada ste u nedoumici, navedite klizni prsten prilagođenog nagiba dizajniran za model turbine.

Mogu li se klizni prstenovi vjetroturbina prilagoditi?

Da. Prilagođavanje je uobičajeno za zastarjele OEM zamjene, naknadno opremljene sisteme nagiba, varijante s klimom na moru i hladne{1}}klime, i hibridne električne-hidraulične sklopove. Dobavljaču su potrebni kompletni paket specifikacija - crteži, lista kola, uslovi okoline i istorija kvarova - da proizvede koristan dizajn.

Rezime

Klizni prstenovi vjetroturbine prenose snagu, komunikaciju i - u nekim dizajnima - hidraulične medije preko rotirajućih interfejsa mašine. Desni klizni prsten nije onaj koji odgovara otvoru; to je onaj koji odgovara arhitekturi nagiba, električnom opterećenju, signalnim protokolima, okruženju i planu održavanja specifične turbine. Za radove zamjene, prije naručivanja temeljito dokumentirajte originalnu jedinicu. Za prilagođeni rad, podijelite obrazac kvara kao i specifikaciju -, to je često historija kvarova koja ukazuje na ono što treba promijeniti u novom dizajnu.