Hogyan fékez egy szélturbina?

Egy szélturbina fékrendszere egy összetett és precíz mérnöki projekt, amely nem csupán egy egyszerű "fékbetét", hanem egy többszintű, együttműködő biztonsági rendszer.

A fő cél a nagy járókerék biztonságos és szabályozott leállítása vagy sebességének csökkentése, amikor szükséges.

A „szükség esetén” kifejezés általában a következő helyzeteket foglalja magában:

Túlzott szélsebesség (általában másodpercenként 25 méternél gyorsabb): Annak megakadályozására, hogy a ventilátor túl gyorsan forogjon és szerkezeti károkat okozzon.

Hálózati meghibásodás vagy áramszünet: biztonságos leállítást igényel.

Napi karbantartás vagy nagyjavítás: Biztosítson biztonságos munkakörnyezetet a technikusok számára.

Vészhelyzet: Ha az érzékelő súlyos működési hibát észlel (túlzott rezgés, sebességváltó túlmelegedés stb.).

A modern nagyméretű szélturbinák főként a következő három fékezési módszert alkalmazzák az együttműködéshez:

1. Pneumatikus fékezés - elsődleges és fő módszerek
Ez a leggyakrabban használt és legalapvetőbb fékezési módszer, amelyet a pengék aerodinamikai jellemzőinek megváltoztatásával érnek el.

Elv: Minden penge vége egy bizonyos szögben (általában 90 fokban) el tud fordulni a tengelye körül. Ezt a műveletet „evezésnek” nevezik.

Folyamat:

Normális körülmények között a lapátok optimális szögben (támadási szögben) néznek a szél felé, hatékonyan hasznosítva a szélenergiát.

Fékezéskor a vezérlőrendszer forgásra utasítja a lapátokat, aminek következtében az elülső él a szél irányába, vagy a lapát éle a szél irányába fordul.

Ily módon a pengék hatékony "szárnyakból" nagy légellenállású "fa deszkákká" alakulnak át, a felhajtóerő hirtelen csökkenésével és a légellenállás jelentős növekedésével, ami a sebesség gyors csökkenését eredményezi, amíg meg nem állnak.

Előnyök:

Nincs mechanikai kopás: Mert a légellenállást fizikai érintkezési súrlódás nélkül használja ki.

Megbízható: Áramkimaradás esetén is az akkumulátor tartalék áramellátást biztosít a propellerrendszer számára.

Állítható: A teljesítmény részleges tompítással, vagy teljes tompítással állítható vészfékezéshez.

2. Mechanikus fékek (tárcsafékek) - kiegészítő és rögzítőfékek
Hasonló az autók tárcsafékéhez, de általában nem használják elsődleges lassítási eszközként.

Elhelyezkedés: A nagy sebességű tengelyre szerelve (a sebességváltó kimenő vége után és a generátor előtt), mivel ennek a tengelynek nagy a sebessége és alacsony a nyomatéka, a szükséges fékberendezés mérete kisebbre méretezhető.

Funkció:

Parkolás: Miután a pneumatikus fék lényegében leállította a járókereket (a sebesség rendkívül alacsony szintre esett), a mechanikus féknyereg befogja a féktárcsát, szilárdan rögzítve a ventilátort, hogy megakadályozza a gyenge szellő vagy a tehetetlenség okozta lassú forgást. Ez kulcsfontosságú a személyi biztonság fenntartása érdekében.

Vészhelyzeti tartalék: Szélsőséges esetekben, amikor a pneumatikus fék teljesen meghibásodik, ez az utolsó biztonsági korlátként szolgál.

Jellemzők: A túlzott kopás és hőtermelés elkerülése érdekében a modern ventilátor-kialakítások minimalizálják a mechanikus fékezés gyakoriságát, és jellemzően csak a teljes leállás után alkalmazzák.

3. Elektromos fék (áramfejlesztő fék) - kiegészítő beállítási mód
A fékezést maga a generátor biztosítja.

Alapelv: Amikor a generátor le van választva a hálózatról, a forgó rendszer energiája felhasználható a fékezőellenálláson lévő elektromos energia fogyasztásával (a mozgási energia hőenergiává alakítása és elvezetése), vagy a generátor fordított nyomatékának teljesítményelektronikai eszközökön keresztüli szabályozásával a lassítás elősegítése érdekében.

Funkció: Főként a lassítás beállítására és segítésére használják, különösen a leválasztási folyamat során, pneumatikus fékekkel együtt a sima megállás érdekében.

A fékrendszer együttműködő munkafolyamata (például erős szél esetén):
A szélsebesség-érzékelő érzékeli, ha a tartós szélsebesség meghaladja a kikapcsolt szélsebességet (például 25 m/s).

A vezérlőrendszer először parancsot ad a pneumatikus fék aktiválására: a lapátok elkezdenek bólogatni, és a járókerék sebessége csökken.

Ugyanakkor az elektromos fékek aktiválódhatnak, hogy segítsenek az energiafogyasztásban.

Amikor a járókerék sebessége közel nullára csökken (pl. percenként néhány fordulat), a mechanikus fék aktiválódik, befogja a féktárcsát, teljesen leállítja és rögzíti a ventilátort.

A ventilátor biztonságos leállítási állapotba kerül.

Speciális eset: Fékezés teljesítménykiesés esetén
A biztonság az elsődleges szempont. A ventilátor szünetmentes tápegységgel (UPS) vagy tartalék akkumulátorral van felszerelve. Még ha a külső táphálózat teljesen ki is kapcsol, a tartalék tápegység továbbra is képes árammal ellátni a vezérlőrendszert és a bólintási rendszert, biztosítva a lapátok sikeres bólintását és az aerodinamikai fékezést. Ez a legfontosabb hibaelhárítási terv.

összefoglaló
Röviden, egy szélturbina fékezése egy "kombinált ütés":

Fő erő: Aerodinamikai fékezés (tollazás), amely a fékezés és a teljesítményszabályozás nagy részéért felelős.

Parkolás: Mechanikus fék, amely stabil megállás után blokkol a biztonság érdekében.

Rásegítés: Elektromos fékek a fékezési folyamat simítására.

Ez a többszörös és redundáns biztonsági rendszer biztosítja, hogy még kedvezőtlen időjárási vagy hibahelyzet esetén is a hatalmas szélturbinák biztonságosan és megbízhatóan leállíthatók legyenek.