Bagaimana cara kerja pengereman turbin angin?

Sistem pengereman turbin angin adalah proyek rekayasa yang kompleks dan presisi, yang bukan sekadar "bantalan rem" sederhana, melainkan sistem keselamatan kolaboratif multi-level.

Tujuan utamanya adalah untuk menghentikan atau mengurangi kecepatan impeler besar secara aman dan terkendali bila diperlukan.

Jika diperlukan, "biasanya mencakup situasi-situasi berikut:

Kecepatan angin yang berlebihan (biasanya melebihi 25 meter per detik): Untuk mencegah kipas berputar terlalu cepat dan menyebabkan kerusakan struktural.

Kegagalan jaringan listrik atau pemadaman listrik: memerlukan pemutusan daya yang aman.

Perawatan atau perbaikan harian: Sediakan lingkungan kerja yang aman bagi teknisi.

Situasi darurat: Jika sensor mendeteksi kerusakan serius (getaran berlebihan, gearbox terlalu panas, dll.).

Turbin angin skala besar modern umumnya menggunakan tiga metode pengereman berikut untuk bekerja secara bersamaan:

1. Pengereman pneumatik - metode utama dan primer
Ini adalah metode pengereman yang paling umum digunakan dan utama, yang dicapai dengan mengubah karakteristik aerodinamis bilah-bilah tersebut.

Prinsip: Ujung setiap bilah dapat berputar pada sudut tertentu (biasanya 90 derajat) di sekitar porosnya. Aksi ini disebut 'mendayung'.

Proses:

Dalam kondisi normal, bilah-bilah tersebut menghadap angin pada sudut optimal (sudut serang), sehingga secara efisien menangkap energi angin.

Ketika pengereman diperlukan, sistem kontrol memerintahkan bilah untuk berputar, menyebabkan tepi depan berputar ke arah angin atau tepi bilah berputar ke arah angin.

Dengan cara ini, bilah-bilah tersebut berubah dari "sayap" yang efisien menjadi "papan kayu" dengan hambatan tinggi, dengan penurunan tajam pada daya angkat dan peningkatan signifikan pada hambatan, yang mengakibatkan penurunan kecepatan yang cepat hingga berhenti.

Keuntungan:

Tidak ada keausan mekanis: Karena memanfaatkan hambatan udara tanpa gesekan kontak fisik.

Andal: Bahkan jika terjadi pemadaman listrik, baterai dapat menyediakan daya cadangan untuk sistem baling-baling.

Dapat disesuaikan: Daya dapat disesuaikan dengan menggeser baling-baling sebagian, atau dengan menggeser baling-baling sepenuhnya untuk mencapai pengereman darurat.

2. Rem mekanis (rem cakram) - rem bantu dan rem parkir
Mirip dengan rem cakram mobil, tetapi biasanya tidak digunakan sebagai sarana utama untuk memperlambat laju kendaraan.

Lokasi: Dipasang pada poros berkecepatan tinggi (setelah ujung keluaran gearbox dan sebelum generator), karena poros ini memiliki kecepatan tinggi dan torsi rendah, ukuran perangkat rem yang dibutuhkan dapat dibuat lebih kecil.

Fungsi:

Parkir: Setelah rem pneumatik pada dasarnya menghentikan impeler (kecepatan telah turun ke tingkat yang sangat rendah), kaliper rem mekanis menjepit cakram rem, mengunci kipas dengan kuat untuk mencegah putaran lambat yang disebabkan oleh angin sepoi-sepoi atau inersia. Ini sangat penting untuk menjaga keselamatan personel.

Cadangan darurat: Dalam kasus ekstrem di mana rem pneumatik gagal total, rem ini berfungsi sebagai penghalang keselamatan terakhir.

Karakteristik: Untuk menghindari keausan berlebihan dan pembangkitan panas, desain kipas modern meminimalkan frekuensi pengereman mekanis dan biasanya hanya menggunakannya setelah mesin benar-benar mati.

3. Rem elektrik (rem pembangkit tenaga) - mode penyesuaian tambahan
Pengereman dicapai melalui generator itu sendiri.

Prinsip: Ketika generator terputus dari jaringan listrik, energi dari sistem putar dapat dikonsumsi dengan cara menggunakan energi listrik pada resistor pengereman (mengubah energi kinetik menjadi energi termal dan membuangnya), atau dengan mengendalikan torsi balik generator melalui perangkat elektronik daya untuk membantu perlambatan.

Fungsi: Terutama digunakan untuk menyesuaikan dan membantu perlambatan, khususnya selama proses pemutusan, bersamaan dengan rem pneumatik untuk mencapai pengereman yang halus.

Alur kerja kolaboratif sistem pengereman (mengambil contoh penghentian akibat angin kencang):
Sensor kecepatan angin mendeteksi bahwa kecepatan angin yang berkelanjutan melebihi kecepatan angin batas (misalnya 25 m/s).

Sistem kontrol pertama-tama mengeluarkan perintah untuk mengaktifkan rem pneumatik: bilah mulai berputar dan kecepatan impeler menurun.

Pada saat yang sama, rem elektrik dapat diaktifkan untuk membantu menghemat energi.

Ketika kecepatan impeler turun mendekati nol (misalnya beberapa putaran per menit), rem mekanis diaktifkan, menjepit cakram rem untuk menghentikan dan mengunci kipas sepenuhnya.

Kipas memasuki kondisi mati otomatis yang aman.

Kasus khusus: Pengereman saat terjadi kehilangan daya
Keamanan adalah pertimbangan utama. Kipas dilengkapi dengan catu daya tak terputus (UPS) atau baterai cadangan. Bahkan jika jaringan listrik eksternal terputus sepenuhnya, catu daya cadangan masih dapat menyediakan daya untuk sistem kontrol dan sistem pitch, memastikan bahwa bilah dapat berhasil melakukan pitch dan mencapai pengereman aerodinamis. Ini adalah desain keselamatan kesalahan yang paling penting.

ringkasan
Singkatnya, pengereman turbin angin adalah "pukulan kombinasi":

Gaya utama: Pengereman aerodinamis (pengaturan sudut baling-baling), bertanggung jawab atas sebagian besar pengereman dan pengendalian daya.

Parkir: Rem mekanis, berfungsi untuk mengunci setelah berhenti stabil guna memastikan keamanan.

Fitur bantu: Rem elektrik untuk membantu memperhalus proses pengereman.

Sistem keselamatan ganda dan redundan ini memastikan bahwa bahkan dalam kondisi cuaca buruk atau kerusakan, turbin angin besar dapat dimatikan dengan aman dan andal.