Кільця ковзання вітрової турбіни є невеликими, але-важливими компонентами. Вони передають живлення, керуючі сигнали та дані через обертові інтерфейси всередині турбіни - від поворотного підшипника у верхній частині вежі до обертової втулки, яка приводить в рух лопаті, до певних конструкцій генератора. Коли контактне кільце встановлено правильно, турбіна повертається, відхиляється та взаємодіє без перерв. Якщо він занижений, погано ущільнений або не відповідає архітектурі кроку, симптоми проявляються швидко: помилки зв’язку кроку, періодичні помилки зворотного зв’язку, сміття щіток і незапланований простой.
Цей посібник пояснює основні типиконтактні кільця, що використовуються у вітрових турбінах, де кожен з них сидить у машині, як електричні та гідравлічні системи нахилу змінюють вимоги та які специфікації має зібрати команда технічного обслуговування або інженер-конструктор, перш ніж замовляти стандартну заміну або нестандартний блок.
Що таке кільце ковзання вітрової турбіни?
Ковзне кільце - це поворотний електричний з'єднувач. Він передає живлення, керуючі сигнали або дані між нерухомою структурою та обертовою, не змушуючи кабелі скручуватися. У вітряній турбіні кілька вузлів обертаються в нормальному режимі: гондола відхиляється, щоб відслідковувати напрямок вітру, втулка безперервно обертається разом із лопатями, а деякі топології генераторів - зокрема -індукційні генератори з подвійним живленням (DFIG), які широко використовуються в комунальному господарстві-масштабний вітер - живлять струм ротора через щітки та кільця.
Робота контактного кільця полягає в тому, щоб підтримувати електричну безперервність через це обертання. На практиці він замінює кабель, який інакше вийшов би з ладу протягом кількох годин.
Чому контактні кільця важливі для вітрових турбін
Вітрові турбіни не працюють у чистих лабораторіях. Усередині гондоли контактне кільце сприймає вібрацію від трансмісії, конденсат під час холодного-теплого циклу, дрібний пил від зносу гальм і зовнішнього повітря, а також - офшорний - соляний туман, який атакує незахищений метал. Усередині втулки контактне кільце кроку також передає-важливі сигнали безпеки: якщо контролер кроку лопаті втрачає зв’язок, турбіна має реагувати, часто перекидаючись до фази та зупиняючись.
Ось чому зношене або недостатньо{0}}контактне кільце рідко виходить з ладу як одна драматична подія. Він виходить з ладу як шаблон: зростаючий опір контакту, випадкові помилки шини CAN, поступово частіші попередження про крок, потім жорстка несправність. Інженери з питань надійності піклуються про контактні кільця саме тому, що відмова відбувається повільно, дистанційна діагностика є дорогою, а обслуговування на 90-метровій вежі або на відстані 50 км від берега дороге.
Основні типи контактних кілець вітрових турбін
Не кожна турбіна використовує кожен тип, і проектний тиск дуже різниться в кожному місці. Чотири вузли, наведені нижче, охоплюють майже кожне застосування контактних кілець вітрової турбіни, з якими ви зіткнетеся.
1. Кільця ковзання (здебільшого малі та розподілені вітрові турбіни)
У невеликих вітряних турбінах - побутових, автономних-мережевих, телекомунікаційних-вежах, сільськогосподарських - генератор зазвичай знаходиться всередині обертової головки. Вся голова повертається, щоб відслідковувати вітер, і вироблена потужність повинна проходити вниз по стаціонарній вежі до контролера та акумуляторної батареї. На цьому з’єднанні розміщено ковзаюче кільце, яке дозволяє головці вільно обертатися, тоді як шлях кабелю знизу залишається нерухомим.
Домінуючими обмеженнями тут є не висока швидкість; це космос, погода та кількість кабелів. Кільце часто має проходити через вузький вертикальний вал, витримувати багаторічні цикли ультрафіолетового випромінювання та замерзання-відтавання та прокладати від 2 до 6 ланцюгів живлення, а також додаткові лінії гальмування або датчиків. Для низькошвидкісних-пристроїв відхилення, рейтинг корпусу та розрядка натягу кабелю зазвичай важливіші, ніж щітка{6}}швидкісні характеристики - факт, який часто упускають, коли покупці зосереджуються лише на кількості ланцюгів.
Більшість турбін-масштабу (МВт-класу) такнівикористовуйте традиційне поворотне кільце. Вони справляються з поворотом за допомогою кабельних петель і лічильника-скручування кабелю, який запускає автоматичне розкручування після заданої кількості обертів. Тож коли хтось запитає: чи всі вітрові турбіни використовують контактні кільця? - чесна відповідь: ні, не на осі повороту на великих турбінах.
2. Кільця ковзання втулки або керування кроком (турбіни-масштабування)
Це контактне кільце, яке більшість людей мають на увазі, коли кажуть «контактне кільце вітрової турбіни». Він розташований між нерухомою рамою гондоли та обертовою втулкою та забезпечує живлення та зв’язок для системи кроку лопатей - системи, яка регулює кут атаки кожної лопаті, щоб контролювати швидкість ротора та захищати турбіну за сильного вітру.
Кільця ковзання контролю кроку зазвичай передають:
- Електроживлення для електродвигунів або резервних акумуляторів (системи електричного кроку)
- Шина CAN, PROFIBUS або Ethernet для зв’язку контролера кроку
- Зворотній зв'язок датчика від тензодатчиків кореня лопаті, кодерів і датчиків температури
- Потужність обігріву чи охолодження-в холодних кліматичних-варіантах
- Шляхи блискавкозахисту залежно від конструкції OEM
Для систем висоти цілісність сигналу та сумісність протоколу зазвичай є більш критичними, ніж грубе механічне припасування. Кільце кроку, яке виглядає за розмірами ідентичним OEM-частині, але неправильно керує екрануванням, призведе до періодичних помилок CAN, за якими групи технічного обслуговування ганяються місяцями. Mersen, один із відомих постачальників у цьому сегменті, описує свої контактні кільця для передачі живлення та зв’язку між обертовою втулкою та контролером турбіни в корпусах із -класом IP-забруднення -, що дає розумну основу для того, як має виглядати кільце для промислового кроку (див.Контактні кільця контролю кроку Mersen).
3. Кільця ковзання генератора (дизайн DFIG і ротора з намотуванням-)
Контактні кільця генератора живуть у набагато складніших умовах, ніж кільця повороту або повороту. В асинхронному генераторі з подвійним живленням контактне кільце передає струм ротора на повній робочій частоті обертів - зазвичай від 1000 до 2000 об/хв на валу генератора після коробки передач. Це повністю змінює проблему дизайну.
На цих швидкостях починають домінувати речі, які не мають значення в поворотному кільці: матеріал щітки та сорт, криві контактного тиску, концентричність кільця, евакуація пилу від щітки та теплова поведінка під постійним навантаженням. Знос щіток більше не є приміткою щодо обслуговування; це обмежуючий фактор для інтервалів обслуговування.Знос щіток, контактне забруднення та заходи щодо виправленнядобре-задокументовані в галузі, і більшість контактних кілець генератора розроблені для планової заміни щіток, а не загерметизовані-протягом-довічного використання.
Для застосування генератора слід перевірити матеріал контакту та термічну поведінку перед механічною підгонкою -, навпаки, ніж купівельне бажання, яке починається з діаметра отвору.
4. Гібридні контактні кільця/роторні з’єднувальні вузли (гідравлічні крокові турбіни)
Деякі виробники комплектного обладнання для турбін використовують гідравлічні приводи кроку замість електричних. У цих машинах має пройти інтерфейс обертового концентратораобидвагідравлічне масло (для циліндрів кроку) та електричні сигнали (для керування та зворотного зв'язку). Компонент, який виконує це, є гібридним контактним кільцем і поворотним з’єднанням, яке іноді називають електро-гідравлічним з’єднанням.
Вони не взаємозамінні з-електричними кільцями. Вони повинні закривати мастило під тиском при обертанні, електрично ізолювати канали сигналу від шляху рідини та витримувати термічний цикл без витоків.Гібридні контактні кільцязазвичай розроблені для конкретної моделі турбіни, а не продаються з полиці. Moog публікує докладні довідкові матеріали щодо комбінованих електричних-гідравлічних роторних рішень для вітру, які варто прочитати, якщо ви вказуєте гібридну заміну (див.Ротаційні рішення Moog для вітрової енергії).
Порівняльна таблиця контактних кілець вітрової турбіни
| Тип ковзаючого кільця | Типове розташування | Основна функція | Загальна передача | Dominant Design Challenge |
|---|---|---|---|---|
| Поворотне контактне кільце | Інтерфейс невеликої головки турбіни-до-вежі | Дозволяє голові обертатися, щоб відстежувати напрямок вітру | 2–6 ланцюгів живлення, додаткові лінії датчиків | Зовнішній рейтинг IP, вузький монтажний конверт |
| Крок / втулка | Мотогондола до обертової втулки (корисний-масштаб) | Живить і спілкується з системою подачі | Потужність двигуна кроку + CAN/PROFIBUS/Ethernet + зворотний зв'язок датчика | Цілісність сигналу, електромагнітна сумісність, вібрація, захист від -IP |
| Контактне кільце генератора | DFIG або намотаний-роторний вал генератора | Переносить струм ротора під час постійного-обертання на високій швидкості | Три{0}}фазний струм ротора при обертах генератора | Знос щіток, розсіювання тепла, контроль сміття |
| Гібридне контактне кільце–роторне з’єднання | Гідравлічні турбіни кроку, інтерфейс хаба | Поєднує електричні сигнали з передачею гідравлічного масла | Сигнали + дані + гідравлічне середовище під тиском | Ущільнення, електрична ізоляція, номінальний тиск |
Реальні технічні характеристики залежать від OEM, класу розміру турбіни та умов на місці. Берегова турбіна потужністю 1,5 МВт і морська платформа потужністю 12 МВт можуть використовувати контактні кільця, які зовні виглядають схожими, але не мають нічого спільного з точки зору матеріалу щітки, ущільнення та закінчення джгута.
Електричний крок проти гідравлічного кроку: як змінюється контактне кільце
Архітектура системи кроку є найбільшим фактором у виборі контактного кільця кроку. Багато невдалих замін відбувається через те, що хтось зіставив деталь за розмірами та кількістю ланцюгів, не перевіривши, який тип приводу кроку використовує втулка.
Електричні системи кроку
Електричні крокові турбіни мають електродвигун, привід і резервну батарею на кожній лопаті. Кільце ковзання кроку має передавати живлення двигуна кроку (часто 400–690 В змінного або постійного струму), зв’язок керування та зворотний зв’язок. Основними ризиками тут є електромагнітний зв’язок між лініями живлення двигуна та сигналами CAN/Ethernet, а також підвищення температури в каналах живлення під час безперервного кидання під час поривчастої погоди. Правильний розподіл шляхів живлення та сигналу всередині контактного кільця має більше значення, ніж загальна кількість ланцюгів.
Гідравлічні системи кроку
Гідравлічні турбіни кроку направляють гідравлічну потужність через ротаційний патрубок і використовують контактне кільце головним чином для сигналів керування, зворотного зв’язку датчиків і датчиків положення кроку. Гідравлічний і електричний шляхи можуть складатися з двох окремих компонентів або в одному комбінованому гібридному агрегаті. Питання інтеграції - комбіноване чи окреме - зазвичай вирішується виробником комплектного обладнання турбіни і не є вибором на місці.
Практичне правило: спочатку виберіть архітектуру кроку, потім перевірте розміри, а потім перевірте кількість ланцюгів. У іншому порядку команди отримують ідеально підходящу частину, яка не може спілкуватися.
Як визначити контактне кільце вітрової турбіни
Кільце ковзання вітряної турбіни має одночасно задовольняти електричні, механічні, екологічні та експлуатаційні вимоги. Наведений нижче процес вибору працює як для стандартних замін, так і для індивідуальних конструкцій.
Електричне навантаження та кількість ланцюгів
Вибір слід починати зі списку ланцюгів: скільки ланцюгів живлення, за якої напруги та струму, а також скільки ланцюгів сигналу та даних. Невелике поворотне кільце може потребувати лише 3 ланцюгів живлення при 250 В змінного струму. Для сучасного універсального-кільця кроку може знадобитися від 12 до 60+ ланцюгів із сумішшю живлення двигуна кроку, керування 24 В, допоміжної мережі 230 В, шини CAN і Ethernet - – усе в одному зборі. Силові та сигнальні ланцюги повинні бути фізично розділені в кільцевому стеку, щоб обмежити перехресні перешкоди.
Тип сигналу та протокол
Сучасні вітрові турбіни запускають кілька цифрових протоколів через одне контактне кільце. Контролери кроку зазвичай використовують шину CAN або PROFIBUS; моніторинг стану все частіше використовує Ethernet. Для сигналів із високою-пропускною здатністю лише контакту-і-кільця може бути недостатньо - aКонтактне кільце Gigabit Ethernetвикористовує контрольований імпеданс і екрановані контактні пари для підтримки цілісності сигналу на рівні 1 Гбіт/с. Укажіть протокол, швидкість передачі даних і чи потрібне екранування, перш ніж постачальник завершить створення стека контактів.
Швидкість, контактний матеріал і знос
Рух повороту є переривчастим і повільним - іноді лише на кілька градусів за хвилину. Висотні рухи частіші, але все ще помірні. Обертання-збоку генератора безперервне та швидке. Чим швидше та безперервніше обертання, тим більше матеріалу щітки, контактного тиску та обробки поверхні кільця домінує дизайн. Сріблясті-графітові щітки звичайні для середніх-струмів; золоті-на-золотих контактах використовуються для сигналів-низького рівня, де шум контактного опору має залишатися нижче кількох міліом.
Охорона навколишнього середовища
Чесно підтвердьте робоче середовище. Контактне кільце всередині герметичної гондоли берегової турбіни в помірному кліматі має відмінні характеристики від кільця всередині втулки офшорної турбіни, яка піддається впливу соляного туману, конденсації та холодного запуску при температурі –30 градусів. Подивіться наВибір рейтингу IPпроти реалістичного найгіршого, а не середнього випадку. Для морського використання корозійні-корпуси та конформні-друковані плати зазвичай є обов’язковими, а не факультативними.
Монтажний конверт і джгут
Для роботи по заміні контактне кільце має прикрутитися до наявного фланця, прийняти наявні кінці джгута та очистити наявну конструкцію. ОЕМ-креслення, фотографії вийшов з ладу блоку та оригінальна електросхема економлять тижні зв’язків із постачальником туди й назад.
Доступ для обслуговування
Оглядові віконця щіток, зливні пробки та з’єднувачі датчиків – усе це має більше значення для турбіни, до якої вам потрібно піднятися на обслуговування. Офшорні витрати на експлуатацію та технічне обслуговування за відвідування достатньо високі, щоб конструкції, які дозволяють замінити щітки без зняття повного вузла контактних кілець, окупилися за перше обслуговування.
Що викликає несправність контактного кільця вітрової турбіни?
Більшість несправностей контактних кілець вітрової турбіни поділяються на чотири категорії. Раннє розпізнавання шаблону – це те, що відрізняє заплановану зміну щітки від незапланованого підйому на вежу.
Знос щіток і накопичення сміття.Нормальний у будь-якому контактному-кільці. Стає несправністю, коли сміття перекриває сусідні кільця або засмічує сигнальні контакти. Симптоми: підвищення контактного опору, періодичні помилки CAN, видимий чорний пил навколо стека кілець.
Проникнення вологи та корозія.Поширений в морських турбінах і в гондолах, де опалення відключається під час зимових зупинок. Симптоми: зелене окислення на мідних кільцях, замикання на землю, раптові падіння опору ізоляції.
Зміщення-внаслідок вібрації.Резонанс трансмісії та коливання вежі поступово послаблюють кріпильні болти та змінюють центрування підшипників. Симптоми: нерівномірний знос щіток, одне кільце неодноразово виходить з ладу, а інші залишаються чистими.
ЕМС і замикання на заземлення.Збої зв’язку кроку часто пов’язані не з самими контактними кільцями, а з наконечником екрану, стратегією заземлення або близькістю кабелів кроку двигуна до сигнальних кабелів всередині обертового джгута.
Стандартне замінне проти індивідуального контактного кільця
Для більшості вітряних електростанцій стандартна{0}}еквівалентна заміна є правильним шляхом. Модель турбіни відома, історія запчастин задокументована, запчастина на полиці, і команда технічного обслуговування може замінити її під час запланованого періоду обслуговування.
A індивідуальне кільце ковзання вітрової турбінице правильний шлях, коли:
- Оригінальна деталь застаріла, і OEM більше не підтримує її
- Система кроку була модернізована (наприклад, додано датчики навантаження на лопаті, оновлений моніторинг стану)
- Повторні помилки конструкції OEM свідчать про те, що вона була занижена для фактичних умов на місці
- Вам потрібно об’єднати електричне контактне кільце та окреме ротаційне з’єднання в один гібридний вузол
- Вам потрібен вищий рейтинг IP, кращий захист від корозії або низька-температурна кваліфікація для морського або холодного-клімату
У будь-якому випадку постачальнику потрібна та сама інформація: модель і серійний номер турбіни, оригінальне креслення або фотографії контактного кільця, повний перелік ланцюгів із напругами та струмами, протоколи зв’язку, частота обертання, інтерфейс кріплення, умови навколишнього середовища та -, якщо доступно - історія несправностей блоку, який замінюється. Надсилання цього разу на початку зазвичай економить два-три раунди уточнення.
Поширені запитання: Кільця ковзання вітрової турбіни
Чи всі вітрові турбіни використовують контактні кільця?
Ні. Невеликі вітряні турбіни часто використовують поворотне точкове кільце, оскільки генератор знаходиться в головці, що обертається. У більшості-масштабних турбін для обертової втулки використовується контактне кільце з кроком/ступицею, але поворотні петлі й автоматична послідовність-розкручування троса, а не поворотне кільце. Турбіни на основі DFIG- також мають контактні кільця генератора; турбіни з постійним магнітом із прямим-приводом не мають.
Що робить контактне кільце у вітряній турбіні?
Він передає електроенергію, керуючі сигнали або дані через обертовий інтерфейс - найчастіше між нерухомою гондолою та обертовим центром для керування кроком або в генераторі для струму ротора - без скручування кабелів.
Яка різниця між контактним кільцем і ротаційним з’єднанням вітрової турбіни?
Ковзне кільце передає електричну енергію та сигнали через обертання. Ротаційний патрубок передає рідини -, як правило, гідравлічне масло для приводів кроку - поперек обертання. Гідравлічні -турбіни кроку часто використовують гібридний вузол, який поєднує обидва в одному блоці.
Що викликає несправність контактного кільця вітрової турбіни?
Найпоширенішими причинами є зношення щіток і накопичення сміття, проникнення вологи чи соляного туману, зміщення,-спричинене вібрацією, а також електромагнітна сумісність або проблеми із заземленням, які порушують зв’язок по висоті.
Як довго служать контактні кільця вітрової турбіни?
Термін служби залежить від профілю обертання, матеріалу щітки та середовища. Кільця ковзання в берегових турбінах часто працюють через 5–10 років між великими ремонтами щіток. Кільця ковзання генератора в машинах DFIG зазвичай мають коротші інтервали заміни щіток, які часто плануються разом із плановим обслуговуванням коробки передач або генератора. Документація виробника та історія обслуговування на конкретному місці надійніші, ніж будь-який окремий номер.
Чи можна замінити контактне кільце з кроком на стандартне?
Лише якщо стандартний блок відповідає архітектурі системи кроку, електричним специфікаціям, протоколам зв’язку, рейтингу IP та монтажному інтерфейсу оригіналу. Деталь, яка підходить механічно, але неправильно обробляє екранування сигналу, спричинить періодичні помилки висоти, які важко діагностувати. Якщо сумніваєтеся, вкажіть контактне кільце з індивідуальним кроком, розроблене для моделі турбіни.
Чи можна налаштувати контактні кільця вітрової турбіни?
так Індивідуалізація є звичайною для застарілих OEM-замін, модернізованих систем кроку, офшорних і холодних{1}}кліматичних варіантів, а також гібридних електричних-гідравлічних вузлів. Постачальнику потрібен повний пакет специфікацій - креслення, перелік схем, умови навколишнього середовища та історія несправностей - для створення корисної конструкції.
Резюме
Кільця ковзання вітрової турбіни передають енергію, зв’язок і - в деяких конструкціях - гідравлічне середовище через обертові інтерфейси машини. Правильне контактне кільце не підходить до отвору; це той, який відповідає архітектурі кроку, електричному навантаженню, протоколам сигналу, навколишньому середовищу та плану технічного обслуговування конкретної турбіни. Для робіт із заміни ретельно задокументуйте оригінальний блок перед замовленням. Для індивідуальної роботи поділіться шаблоном помилок, а також специфікацією - часто історія помилок вказує на те, що потрібно змінити в новому дизайні.