Как тормозит ветряная турбина?

Тормозная система ветряной турбины — это сложный и требующий высокой точности инженерный проект, представляющий собой не просто «тормозную колодку», а многоуровневую, взаимосвязанную систему безопасности.

Основная задача — безопасно и контролируемо останавливать или снижать скорость вращения большого рабочего колеса при необходимости.

В случае необходимости это обычно включает следующие ситуации:

Чрезмерная скорость ветра (обычно превышающая 25 метров в секунду): Чтобы предотвратить слишком высокую скорость вращения вентилятора и его повреждение конструкции.

Сбой в электросети или отключение электроэнергии: требуется безопасное отключение.

Ежедневное техническое обслуживание или капитальный ремонт: Обеспечьте безопасные условия труда для техников.

Аварийная ситуация: Если датчик обнаруживает серьезную неисправность (чрезмерная вибрация, перегрев коробки передач и т. д.).

Современные крупномасштабные ветротурбины в основном используют следующие три метода торможения для совместной работы:

1. Пневматическое торможение — первичный и основной методы.
Это наиболее распространенный и основной метод торможения, достигаемый за счет изменения аэродинамических характеристик лопастей.

Принцип действия: Конец каждой лопасти может вращаться на определенный угол (обычно 90 градусов) вокруг своей оси. Это действие называется «греблей».

Процесс:

В нормальных условиях лопасти обращены к ветру под оптимальным углом (углом атаки), эффективно улавливая энергию ветра.

При необходимости торможения система управления дает команду лопастям вращаться, в результате чего передняя кромка поворачивается в направлении ветра или же кромка лопасти поворачивается в направлении ветра.

Таким образом, лопасти превращаются из эффективных «крыльев» в «деревянные доски» с высоким сопротивлением, что приводит к резкому снижению подъемной силы и значительному увеличению сопротивления, а следовательно, к быстрому снижению скорости до полной остановки.

Преимущества:

Отсутствие механического износа: поскольку используется сопротивление воздуха без физического контактного трения.

Надежность: Даже в случае отключения электроэнергии батарея может обеспечить резервное питание для системы гребного винта.

Регулируемая мощность: мощность можно регулировать путем частичного или полного включения режима торможения для экстренного торможения.

2. Механические тормоза (дисковые тормоза) - вспомогательные и стояночные тормоза
Похожи на автомобильные дисковые тормоза, но обычно не используются в качестве основного средства замедления.

Место установки: Устанавливается на высокоскоростном валу (после выходного вала редуктора и перед генератором). Поскольку этот вал имеет высокую скорость вращения и низкий крутящий момент, требуемые габариты тормозного устройства могут быть уменьшены.

Функция:

Стоянка: После того, как пневматический тормоз практически остановит рабочее колесо (скорость упадет до крайне низкого уровня), механический тормозной суппорт зажимает тормозной диск, надежно блокируя вентилятор и предотвращая его медленное вращение, вызванное легким ветерком или инерцией. Это крайне важно для обеспечения безопасности персонала.

Аварийное резервное оборудование: В крайних случаях, когда пневматический тормоз полностью выходит из строя, оно служит последним барьером безопасности.

Характеристики: Во избежание чрезмерного износа и перегрева современные конструкции вентиляторов минимизируют частоту механического торможения и, как правило, используют его только после полного выключения.

3. Электрический тормоз (тормоз, работающий от генератора электроэнергии) - вспомогательный режим регулировки.
Торможение осуществляется непосредственно с помощью генератора.

Принцип действия: Когда генератор отключен от электросети, энергия вращающейся системы может быть использована либо для потребления электрической энергии на тормозном резисторе (преобразование кинетической энергии в тепловую и ее рассеивание), либо для управления обратным моментом генератора с помощью силовых электронных устройств, способствующих замедлению.

Функция: В основном используется для регулировки и облегчения замедления, особенно в процессе отсоединения, в сочетании с пневматическими тормозами для обеспечения плавной остановки.

Совместная работа над тормозной системой (на примере отключения при сильном ветре):
Датчик скорости ветра обнаруживает, что устойчивая скорость ветра превышает пороговое значение (например, 25 м/с).

Система управления сначала выдает команду на активацию пневматического тормоза: лопасти начинают поворачиваться, а скорость вращения импеллера снижается.

Одновременно с этим могут активироваться электрические тормоза для снижения энергопотребления.

Когда скорость вращения рабочего колеса падает почти до нуля (например, до нескольких оборотов в минуту), активируется механический тормоз, зажимающий тормозной диск и полностью останавливающий и блокирующий вентилятор.

Вентилятор переходит в безопасное состояние отключения.

Особый случай: торможение при отключении питания.
Безопасность – первостепенная задача. Вентилятор оснащен источником бесперебойного питания (ИБП) или резервной батареей. Даже при полном отключении внешней электросети резервный источник питания сможет продолжать обеспечивать питание системы управления и системы изменения угла наклона лопастей, гарантируя успешное изменение угла наклона и аэродинамическое торможение. Это наиболее критически важная конструкция с точки зрения защиты от сбоев.

краткое содержание
Короче говоря, торможение ветряной турбины — это «комбинированный удар»:

Основная сила: аэродинамическое торможение (плавное изменение угла опережения газа), отвечающее за большую часть торможения и управления мощностью.

Стояночный тормоз: механический тормоз, отвечающий за блокировку после устойчивой остановки для обеспечения безопасности.

Вспомогательные тормоза: Электрические тормоза для облегчения процесса торможения.

Эта многоуровневая и резервированная система безопасности гарантирует, что даже в неблагоприятных погодных условиях или при возникновении неисправностей крупные ветряные турбины могут быть безопасно и надежно остановлены.