กังหันลมเบรกได้อย่างไร

ระบบเบรกของกังหันลมเป็นโครงการทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนและแม่นยำ ซึ่งไม่ใช่แค่ "ผ้าเบรก" ธรรมดา แต่เป็นระบบความปลอดภัยแบบหลายระดับที่ทำงานร่วมกัน

เป้าหมายหลักคือการหยุดหรือลดความเร็วของใบพัดขนาดใหญ่ได้อย่างปลอดภัยและควบคุมได้เมื่อจำเป็น

เมื่อจำเป็น "โดยปกติจะรวมถึงสถานการณ์ต่อไปนี้:

ความเร็วลมสูงเกินไป (โดยปกติเกิน 25 เมตรต่อวินาที): เพื่อป้องกันไม่ให้พัดลมหมุนเร็วเกินไปและทำให้โครงสร้างเสียหาย

ระบบไฟฟ้าขัดข้องหรือไฟดับ: จำเป็นต้องปิดระบบอย่างปลอดภัย

การบำรุงรักษาหรือการยกเครื่องประจำวัน: จัดให้มีสภาพแวดล้อมการทำงานที่ปลอดภัยสำหรับช่างเทคนิค

สถานการณ์ฉุกเฉิน: หากเซ็นเซอร์ตรวจพบความผิดปกติร้ายแรง (เช่น การสั่นสะเทือนมากเกินไป เกียร์ร้อนจัด เป็นต้น)

กังหันลมขนาดใหญ่สมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ระบบเบรกสามวิธีต่อไปนี้ทำงานร่วมกัน:

1. ระบบเบรกแบบใช้ลม - วิธีการหลักและสำคัญ
นี่เป็นวิธีการเบรกที่ใช้กันทั่วไปและเป็นวิธีการหลัก โดยทำได้โดยการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางอากาศพลศาสตร์ของใบพัด

หลักการ: ปลายใบพายแต่ละใบสามารถหมุนได้เป็นมุมหนึ่ง (โดยปกติ 90 องศา) รอบแกนของมัน การกระทำนี้เรียกว่า 'การพาย'

กระบวนการ:

ภายใต้สถานการณ์ปกติ ใบพัดจะหันเข้าหาลมในมุมที่เหมาะสมที่สุด (มุมปะทะ) ซึ่งจะช่วยดักจับพลังงานลมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อจำเป็นต้องเบรก ระบบควบคุมจะสั่งให้ใบพัดหมุน ทำให้ขอบด้านหน้าของใบพัดหันไปทางทิศทางลม หรือขอบด้านข้างของใบพัดหันไปทางทิศทางลม

ด้วยวิธีนี้ ใบพัดจะเปลี่ยนจาก "ปีก" ที่มีประสิทธิภาพไปเป็น "แผ่นไม้" ที่มีแรงต้านสูง ส่งผลให้แรงยกลดลงอย่างมากและแรงต้านเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ทำให้ความเร็วลดลงอย่างรวดเร็วจนกระทั่งหยุดนิ่ง

ข้อดี:

ไม่มีการสึกหรอทางกล: เนื่องจากใช้แรงต้านอากาศโดยไม่มีแรงเสียดทานจากการสัมผัสทางกายภาพ

เชื่อถือได้: แม้ไฟฟ้าดับ แบตเตอรี่ก็ยังสามารถจ่ายไฟสำรองให้กับระบบใบพัดได้

ปรับได้: สามารถปรับกำลังได้โดยการปล่อยคันเร่งบางส่วน หรือปล่อยคันเร่งจนสุดเพื่อใช้ในการเบรกฉุกเฉิน

2. ระบบเบรกเชิงกล (ดิสก์เบรก) - เบรกเสริมและเบรกมือ
คล้ายกับดิสก์เบรกของรถยนต์ แต่โดยปกติแล้วจะไม่ใช้เป็นวิธีหลักในการลดความเร็ว

ตำแหน่งติดตั้ง: ติดตั้งบนเพลาความเร็วสูง (หลังปลายเอาต์พุตของเกียร์บ็อกซ์และก่อนถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) เนื่องจากเพลานี้มีความเร็วสูงและแรงบิดต่ำ จึงสามารถทำให้อุปกรณ์เบรกมีขนาดเล็ลงได้

การทำงาน:

การหยุดหมุน: หลังจากที่เบรกแบบลมหยุดใบพัดโดยสมบูรณ์แล้ว (ความเร็วลดลงจนอยู่ในระดับต่ำมาก) คาลิเปอร์เบรกแบบกลไกจะหนีบจานเบรก ทำให้พัดลมหยุดหมุนอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันการหมุนช้าลงเนื่องจากลมเบาหรือแรงเฉื่อย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาความปลอดภัยของบุคลากร

ระบบสำรองฉุกเฉิน: ในกรณีฉุกเฉินที่เบรกแบบใช้ลมล้มเหลวโดยสมบูรณ์ ระบบนี้จะทำหน้าที่เป็นด่านความปลอดภัยสุดท้าย

คุณลักษณะ: เพื่อหลีกเลี่ยงการสึกหรอและการเกิดความร้อนสูงเกินไป การออกแบบพัดลมสมัยใหม่จึงลดความถี่ของการเบรกเชิงกลให้น้อยที่สุด และโดยทั่วไปจะใช้งานเฉพาะหลังจากปิดเครื่องสนิทแล้วเท่านั้น

3. ระบบเบรกไฟฟ้า (เบรกสร้างพลังงาน) - โหมดปรับเสริม
ระบบเบรกทำงานโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเอง

หลักการ: เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกตัดการเชื่อมต่อจากโครงข่ายไฟฟ้า พลังงานของระบบหมุนสามารถถูกใช้ไปได้โดยการใช้พลังงานไฟฟ้ากับตัวต้านทานเบรก (แปลงพลังงานจลน์เป็นพลังงานความร้อนและระบายออกไป) หรือโดยการควบคุมแรงบิดย้อนกลับของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพื่อช่วยในการลดความเร็ว

หน้าที่: ใช้สำหรับปรับและช่วยในการลดความเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างกระบวนการตัดการเชื่อมต่อ ร่วมกับเบรกแบบลมเพื่อให้หยุดได้อย่างนุ่มนวล

ขั้นตอนการทำงานร่วมกันของระบบเบรก (ยกตัวอย่างการปิดระบบเมื่อลมแรง):
เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมจะตรวจจับได้ว่าความเร็วลมที่คงที่นั้นเกินกว่าความเร็วลมที่กำหนดไว้ (เช่น 25 เมตร/วินาที)

ระบบควบคุมจะออกคำสั่งให้เปิดใช้งานเบรกแบบนิวแมติกก่อน ส่งผลให้ใบพัดเริ่มเอียงและความเร็วของใบพัดลดลง

ในขณะเดียวกัน ระบบเบรกไฟฟ้าอาจทำงานเพื่อช่วยประหยัดพลังงาน

เมื่อความเร็วของใบพัดลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ (เช่น ไม่กี่รอบต่อนาที) ระบบเบรกเชิงกลจะทำงาน โดยจะหนีบจานเบรกเพื่อหยุดและล็อกพัดลมโดยสมบูรณ์

พัดลมจะเข้าสู่โหมดปิดการทำงานอย่างปลอดภัย

กรณีพิเศษ: การเบรกขณะไฟดับ
ความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญที่สุด พัดลมนี้ติดตั้งระบบจ่ายไฟสำรอง (UPS) หรือแบตเตอรี่สำรอง แม้ว่าไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟภายนอกจะถูกตัดขาดโดยสมบูรณ์ ระบบจ่ายไฟสำรองก็ยังสามารถจ่ายไฟให้กับระบบควบคุมและระบบปรับมุมใบพัดได้ ทำให้ใบพัดสามารถปรับมุมและเบรกด้วยหลักอากาศพลศาสตร์ได้อย่างสำเร็จ นี่คือการออกแบบด้านความปลอดภัยที่สำคัญที่สุด

สรุป
กล่าวโดยสรุป การเบรกกังหันลมเป็นการ "โจมตีแบบผสมผสาน":

แรงหลัก: การเบรกด้วยหลักอากาศพลศาสตร์ (การควบคุมทิศทางลม) ซึ่งเป็นปัจจัยหลักในการเบรกและควบคุมกำลัง

ระบบเบรกมือ: เบรกแบบกลไก ทำหน้าที่ล็อกหลังจากรถหยุดนิ่งอย่างมั่นคง เพื่อความปลอดภัย

ระบบช่วยเบรก: ระบบเบรกไฟฟ้าช่วยให้การเบรกราบรื่นยิ่งขึ้น

ระบบความปลอดภัยแบบหลายชั้นและสำรองนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่า แม้ในสภาพอากาศเลวร้ายหรือสภาวะผิดปกติ กังหันลมขนาดใหญ่ก็สามารถปิดการทำงานได้อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้