Vòng trượt tuabin gió: Hướng dẫn lựa chọn và khắc phục lỗi

Vòng trượt của tuabin gió có kích thước nhỏ so với cánh quạt hoặc hộp số, nhưng chỉ cần một điểm tiếp xúc kém cũng có thể khiến cỗ máy nhiều{0} megawatt ngừng hoạt động. Công việc của chúng là truyền năng lượng, tín hiệu điều khiển và dữ liệu qua các giao diện quay bên trong trung tâm, máy phát điện và đôi khi là cụm ngáp. Khi quá trình truyền đó trở nên không ổn định, hậu quả thường xuất hiện dưới dạng lỗi cao độ, dữ liệu cảm biến không liên tục hoặc-các chuyến thăm dịch vụ tháp - đột xuất và tại các địa điểm ở nước ngoài, một chuyến thay thế duy nhất có thể tốn nhiều chi phí hơn cả vòng trượt.

Hướng dẫn này được viết dành cho các kỹ sư, người quản lý tài sản và nhóm mua sắm, những người cần lựa chọnvòng trượt tuabin giócho các bản dựng mới, trang bị thêm hoặc thay thế. Nó đề cập đến vị trí của các vòng trượt trong tuabin, chúng bị hỏng như thế nào, những gì cần chỉ định và cách so sánh các công nghệ tiếp xúc mà không rơi vào các bẫy lựa chọn thông thường.

Vòng trượt tuabin gió làm gì

Vòng trượt là một giao diện cơ điện cho phép các mạch điện và tín hiệu chuyển từ khung đứng yên sang khung quay. Bên trong một tuabin quy mô tiện ích{1}}hiện đại, bạn thường thấy các vòng trượt mang ba loại lưu lượng cùng một lúc:

• Công suất động cơ bước để điều chỉnh góc lưỡi cắt
• Tín hiệu điều khiển và phản hồi giữa hệ thống cao độ và bộ điều khiển chính
• Dữ liệu cảm biến như độ căng của lưỡi dao, nhiệt độ, độ rung và phát hiện băng

Kiểm soát quảng cáo chiêu hàng là kênh quan trọng-an toàn nhất trong ba kênh.Dòng sản phẩm IEC 61400Các tiêu chuẩn tuabin gió yêu cầu hệ thống bước phải duy trì khả năng hoạt động của các cánh ngay cả trong điều kiện lỗi, có nghĩa là vòng trượt phải tiếp tục hoạt động trong điều kiện rung, dao động nhiệt độ, ngưng tụ và hàng triệu vòng quay trong suốt tuổi thọ thiết kế 20 năm. Do đó, một bộ phận trị giá €200 nằm trong trung tâm có thể quyết định xem một tuabin 5 MW có sản xuất hay không hoạt động chờ cần cẩu.

Vị trí của vòng trượt trong tuabin gió

Logic lựa chọn là khác nhau ở mỗi vị trí. Ví dụ: trộn lẫn chúng -, chỉ định thiết kế trung tâm chung cho mạch kích thích máy phát điện - là một trong những sai lầm đắt giá hơn trong danh mục này.

Vòng trượt Hub (Hệ thống cao độ)

Vòng trượt trung tâm được gắn trên trục chính và quay cùng với rôto. Chúng mang công suất động cơ cao độ (thường có điện áp bus AC hoặc DC 400–690 V), tín hiệu điều khiển cao độ (CANopen, Profibus hoặc các giao thức độc quyền) và số lượng kênh cảm biến lưỡi ngày càng tăng. Vòng trượt trục thường có thiết kế lỗ-lớn vì trục rôto đi qua chúng và chúng phải chịu đựng quang phổ rung động khắc nghiệt hơn hầu hết các thiết bị của nhà máy.

Vòng trượt máy phát điện (Máy DFIG)

Máy phát điện cảm ứng cấp nguồn kép (DFIG), vẫn phổ biến ở các đội tàu trên bờ, sử dụng vòng trượt trên rôto để cấp dòng điện kích thích AC đến cuộn dây rôto. Chúng cho thấy dòng điện cao (thường là vài trăm ampe), tốc độ quay cao hơn và tạo ra bụi carbon đáng kể. Cấp độ chải, độ hoàn thiện bề mặt vòng, áp suất lò xo và khả năng thông gió của vỏ bọc đều ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ sử dụng. Tua bin nam châm vĩnh cửu-truyền động trực tiếp-không cần vòng trượt này chút nào - một lý do khiến nền tảng ngoài khơi đã chuyển sang truyền động-trực tiếp.

Nhẫn trượt Yaw

Hầu hết các tuabin lớn sử dụng vòng cáp và quy trình tháo xoắn thay vì vòng trượt ngáp, nhưng các tuabin nhỏ hơn (thường dưới ~500 kW) đôi khi sử dụng vòng trượt ngáp ở đỉnh tháp để cho phép quay liên tục. Những thiết bị này có tốc độ thấp hơn nhưng tiếp xúc với môi trường nhiều hơn và không gian lắp đặt chật hẹp.
 

Hub vs Máy phát điện vs Yaw

Các giá trị trên là phạm vi phổ biến từ bảng dữ liệu của nhà sản xuất và hướng dẫn sử dụng dịch vụ OEM; số liệu thực tế cho máy của bạn phải luôn được lấy từ tài liệu tuabin và báo cáo thử nghiệm của nhà cung cấp vòng trượt.

Vòng trượt tuabin gió thực sự thất bại như thế nào

"Hỏng vòng trượt" là một phạm trù mơ hồ. Tại hiện trường, các sự cố hầu như luôn bắt nguồn từ một trong các cơ chế bên dưới - và mỗi cơ chế đều hướng đến một thiết kế hoặc cách khắc phục bảo trì khác nhau.

• Bàn chải mòn và tích tụ bụi.Chổi than chì và than chì-kim loại tạo ra bụi dẫn điện khi chúng mòn. Nếu không có hệ thống thông gió, bụi sẽ tích tụ trên ngăn xếp vòng và tạo ra các đường rò rỉ giữa các vòng liền kề, biểu hiện khi điện trở cách điện giảm xuống dưới 100 MΩ hoặc khi xảy ra sự cố chạm đất-gây phiền toái.Kiểu mòn bàn chảithường là triệu chứng đầu tiên mà kỹ thuật viên kiểm tra nhìn thấy.
• Điện trở tiếp xúc tăng.Quá trình oxy hóa, nhiễm bẩn hoặc mất áp suất lò xo làm tăng điện trở tiếp xúc từ miliohm đến phạm vi ohm. Trên mạch công suất cao độ, điều này gây ra sụt áp và nóng lên; trên đường dây cảm biến hiện tại-thấp, nó làm tăng mức nhiễu nền và có thể làm hỏng điện tín CAN.
• Ngưng tụ và ăn mòn.Hub là môi trường ẩm ướt - máy móc ấm áp, thép lạnh, không khí xung quanh. Sự rỗ trên bề mặt vòng diễn ra nhanh chóng, đặc biệt là ở các khu vực ven biển và ngoài khơi nơi có khí dung muối. Đối với các nền tảng ngoài khơi, dành riêngcác biện pháp độ tin cậy ngoài khơithường được ghi vào thông số kỹ thuật.
• Rung-gây ra sự mài mòn của cáp và đầu nối.Bản thân vòng trượt có thể ổn, nhưng dây cáp đuôi lợn, bộ phận chống căng hoặc các đầu nối bị mỏi ở điểm vào. Điều này phổ biến hơn lỗi theo dõi vòng- ở các nhóm trẻ hơn.
• Sự xuống cấp của chất bôi trơn.Một số thiết kế sử dụng chất bôi trơn tiếp xúc hoặc chất ức chế oxy hóa. Theo thời gian, nó bị trùng hợp hoặc khô đi, đặc biệt là nhiệt độ vỏ bọc trên 60 độ và hành vi tiếp xúc sẽ thay đổi.
• Sự cố cách nhiệt.Việc theo dõi trên các chất cách điện bị nhiễm bẩn có thể gây ra hiện tượng phóng điện, đặc biệt là trên-các đường dẫn điện áp cao hơn. Đây là một thất bại nặng nề, không phải là một đường cong xuống cấp.

Hầu hết các cơ chế này diễn ra dần dần và hầu hết đều có thể được phát hiện trong quá trình kiểm tra theo lịch trình - nhưng chỉ khi quy trình kiểm tra thực sự đo điện trở tiếp xúc, điện trở cách điện và chiều dài chổi thay vì chỉ "nhìn vào bên trong trục".
 

Xác định các yêu cầu về điện

Trước khi liên hệ với nhà cung cấp, hãy viết phong bì điện ra giấy. Dù sao thì nhà cung cấp cũng sẽ yêu cầu và yêu cầu-cho-báo giá (RFQ) sẽ nhanh hơn khi các câu trả lời được quyết định trước.

• Dòng điện trên mỗi mạch, cả liên tục và cực đại (dòng điện chết máy của động cơ bước có thể là 3–6× danh nghĩa).
• Cấp điện ápvà mạch đó là AC hay DC. Đối với hệ thống 690 V, hãy xác nhận xem có áp dụng loại quá điện áp IEC 60664 loại III hoặc IV hay không.
• Số lượng mạch điệnso vớisố lượng mạch tín hiệu/dữ liệu, được giữ riêng biệt.
• Giao thức tín hiệu- CANopen, Profibus DP, EtherCAT, Profinet, Ethernet 100/1000 Mbit hoặc các dòng cảm biến tương tự. Mỗi giao thức có khả năng chịu nhiễu khác nhau.
• Ngân sách tiếng ồn điệncho các kênh cảm biến. Bộ mã hóa cao độ và máy đo biến dạng chốt-tải thường cần độ sạch ở mức milivolt-;kiểm soát tiếng ồn liên lạctrong vòng trượt là một phần của việc đáp ứng ngân sách đó.
• Yêu cầu cách điện và điện môi- thường Lớn hơn hoặc bằng 1.000 MΩ ở 500 V DC đối với mạch nguồn, cộng với thử nghiệm khả năng chịu đựng tần số nguồn-.
• Nối đất. Nhiều thiết kế bao gồm một vòng hoặc chổi nối đất riêng biệt; đối với những địa điểm-có nguy cơ bị sét đánh, điều này là không thể-thương lượng được.

Chọn công nghệ liên hệ

Không có công nghệ tiếp xúc đơn nào là tốt nhất cho mọi ứng dụng tuabin gió. Câu trả lời đúng thường là một loại hybrid sử dụng các công nghệ khác nhau cho các phần nguồn và tín hiệu của cùng một tổ hợp.

Chổi than chì và cacbon-kim loại

Chổi than chì-cacbon và bạc là đặc trưng của các vòng kích thích máy phát điện-ứng dụng hiện tại - cao hơn và các bus công suất cao độ. Chúng chịu được dòng điện cao, chấp nhận một số ô nhiễm và không tốn kém để thay thế. Sự đánh đổi-là tạo ra bụi, tiếng ồn có thể nghe được và nhu cầu kiểm tra định kỳ chiều dài chổi than và áp suất lò xo. cáclớp cọ(cacbon liên kết nhựa-, điện cực, than chì-kim loại, đồng-graphit) phải phù hợp với mật độ dòng điện và vật liệu vòng.

Phù hợp nhất cho: công suất động cơ bước, máy phát điện kích thích, nối đất. Chú ý: bụi tích tụ trên các vòng tín hiệu gần đó, độ lệch áp suất của lò xo, quét bụi trên bộ phận quang học của bộ mã hóa nếu được gắn gần.

Danh bạ Bàn chải sợi (Đa{0}}dây tóc)

Thiết kế chổi sợi sử dụng các bó dây hợp kim-vàng nguyên chất bằng vàng ròng hoặc vàng chạy trên một vòng kim loại-quý giá. Với nhiều điểm tiếp xúc song song và lực tiếp xúc trên mỗi dây tóc rất thấp, chúng hầu như không tạo ra mảnh vụn nào và có độ ồn tiếp xúc rất thấp. Chúng là lựa chọn chủ yếu cho các kênh cảm biến và dữ liệu trong các vòng trượt trung tâm hiện đại.

Phù hợp nhất cho: dòng dữ liệu CAN/Profibus/Ethernet, tín hiệu cảm biến lưỡi, điều khiển-dòng điện thấp. Chú ý: dòng điện giới hạn trên mỗi bó dây tóc (thường<10 A), higher cost, and sensitivity to chemical contamination on the gold surface.

Dây kim loại và dây kim loại cao cấp-

Các điểm tiếp xúc bằng kim loại-cao quý dạng sợi đơn (dây hợp kim-vàng đơn hoặc vàng trên vòng kim loại-quý) nằm giữa bàn chải sợi và bàn chải truyền thống. Chúng phổ biến ở dạng nhỏ gọnvòng trượt tùy chỉnhlắp ráp nơi không gian chật hẹp.

Phù hợp nhất cho: mạch tín hiệu có dòng điện-thấp, cụm kết hợp. Chú ý: độ mòn của lớp mạ sau số lần quay rất cao và thực tế là "mạ vàng" không tự động tốt hơn - vàng mỏng trên nền mềm có thể bị mòn nhanh hơn bàn chải than chì bằng bạc{4}}được chỉ định chính xác.

Thiết kế lai

Trong một vòng trượt trung tâm điển hình, ngăn xếp dưới cùng mang công suất động cơ bước trên chổi than chì hoặc than chì-cacbon hoặc kim loại, ngăn xếp ở giữa mang lưu lượng bus trường-trên chổi sợi và ngăn xếp trên cùng xử lý các đường cảm biến dòng điện-thấp trên các điểm tiếp xúc vàng-trên-vàng. Việc nối đất được thực hiện trên một vòng chuyên dụng có chổi than dự phòng. Sự tách biệt này cho phép một tổ hợp duy nhất đáp ứng các yêu cầu trái ngược nhau (dòng điện cao + độ ồn thấp) cùng một lúc.
 

Đặc điểm kỹ thuật môi trường: Không dừng lại ở "Cấp công nghiệp"

"Cấp công nghiệp" không cho bạn biết điều gì hữu ích. Những con số dưới đây là những con số quan trọng trên bảng thông số kỹ thuật của tuabin gió.

• Bảo vệ xâm nhập.Nội thất trung tâm thường là IP54; các xà cừ ngoài khơi và các vòng trượt ngáp lộ ra thường cần IP65 hoặc cao hơn. Nhìn thấyGiải thích xếp hạng IPcho những gì các chữ số thực sự đảm bảo.
• Nhiệt độ hoạt động.Giá trị mặc định hợp lý là –40 độ đến +70 độ đối với các địa điểm khí hậu phía bắc-trên bờ, –20 độ đến +60 độ đối với các địa điểm ôn đới và sự ngưng tụ-được kiểm soát đối với các địa điểm ngoài khơi. Các biến thể khí hậu-lạnh cần được kiểm tra chất bôi trơn ở nhiệt độ thấp.
• Độ ẩm.95 % RH không{1}} ngưng tụ là mức tối thiểu thông thường; đối với các vị trí thường xuyên ngưng tụ, có thể cần phải sưởi ấm bên trong.
• Khả năng chống sương muối-.Tua bin ngoài khơi và ven biển nên tham khảo thử nghiệm phun muối theo tiêu chuẩn IEC 60068-2-52 hoặc ISO 9227 trên các bộ phận và đầu nối bằng kim loại.
• Rung.Cấu hình ngẫu nhiên hình sin và 2-64 theo tiêu chuẩn IEC 60068-2-6 là các điểm tham chiếu chung; nhà cung cấp phải cung cấp các báo cáo thử nghiệm chứ không phải các tuyên bố tiếp thị.
• Sét và đột biến.Các vòng trượt cao độ nằm trên đường dẫn có thể nhìn thấy dòng sét gián tiếp. Khả năng chịu đột biến phải được thỏa thuận trước.

cácChương trình nghiên cứu gió của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Hoa Kỳxuất bản dữ liệu về độ tin cậy-trường hữu ích cho thấy rằng hệ thống cao độ và điện vẫn nằm trong số các hệ thống con có tỷ lệ-thất bại{2}}cao hơn trong các nhóm đang vận hành -, đó là lý do tại sao những con số môi trường này phải có trong hợp đồng chứ không phải trong cam kết bằng lời nói.

Ràng buộc cơ học và tích hợp

Các dự án trang bị thêm thường thất bại về mặt cơ khí hơn là về hiệu suất điện. Trước khi phê duyệt thiết kế, hãy xác nhận:

• Đường kính lỗ khoan và đường kính ngoài so với đường bao có sẵn ở trục hoặc vỏ bọc
• Dung sai trục, độ đảo và phụ cấp đồng tâm
• Hướng thoát cáp (hướng trục và hướng tâm) và loại đầu nối - nhiều tuabin có bán kính uốn cáp rất hạn chế
• Mô hình mặt bích lắp và neo cánh tay mô-men xoắn
• Trọng lượng và sự cân bằng cho các cụm quay
• Quyền truy cập dịch vụ - kỹ thuật viên có thể tiếp cận cửa sổ chổi than khi tuabin ở vị trí vận hành không?

Trong thực tế, đối với nhiều dự án trang bị thêm và cấp lại năng lượng, các ràng buộc về cơ khí quyết định thiết kế trước khi thực hiện các ràng buộc về điện. Đó là khi việc lắp ráp có thể định cấu hình hoặc hoàn toàn tùy chỉnh sẽ hợp lý hơn việc buộc một phần danh mục phải phù hợp.

Gửi gì cho nhà cung cấp

RFQ rõ ràng sẽ rút ngắn chu kỳ báo giá từ vài tuần xuống còn vài ngày. Nhà cung cấp cần tất cả những điều sau đây để thiết kế hoặc chọn vòng trượt:

Tóm tắt: Coi việc lựa chọn vòng trượt là một quyết định đáng tin cậy

Vòng trượt tuabin gió bên phải là vòng phù hợp với vỏ điện của tuabin, tồn tại trong môi trường của nó, phù hợp với không gian cơ học sẵn có và hỗ trợ kế hoạch bảo trì thực tế trong 20 năm. Hầu hết chi phí cho sai sót này không phải được thanh toán khi mua mà là trong lần đầu tiên-lên tháp ngoài kế hoạch.

Xác định các yêu cầu về điện, môi trường và cơ khí trước khi trao đổi với nhà cung cấp. Yêu cầu báo cáo thử nghiệm, không phải khẩu hiệu. Tách biệt các công nghệ tiếp xúc nguồn và tín hiệu ở bất cứ nơi nào việc lắp ráp cho phép. Và đối với các địa điểm ngoài khơi hoặc ven biển, hãy coi trọng việc ăn mòn và bịt kín hơn là lựa chọn vật liệu tiếp xúc - muối thường thắng trong các cuộc tranh luận trước bàn chải.