Плъзгащи пръстени на вятърни турбини: видове, повреда и избор

Плъзгащите пръстени на вятърните турбини са малки, но критични-компоненти. Те пренасят енергия, контролни сигнали и данни през въртящи се интерфейси вътре в турбина - от лагера за отклонение в горната част на кулата, до въртящата се главина, която задвижва лопатките, до определени конструкции на генератор. Когато хлъзгащият пръстен е зададен правилно, турбината се наклонява, завърта и комуникира без прекъсване. Когато е с малък размер, лошо уплътнен или не съответства на архитектурата на терена, симптомите се проявяват бързо: грешки в комуникацията на терена, периодични грешки при обратна връзка, остатъци от четки и непланиран престой.

Това ръководство обяснява основните видовеконтактни пръстени, използвани във вятърни турбини, къде се намира всеки от тях в машината, как електрическите и хидравличните наклонени системи променят изискванията и какви спецификации трябва да събере екипът по поддръжката или проектантът, преди да поръча стандартна подмяна или потребителска единица.

Какво представлява плъзгащият пръстен на вятърната турбина?

Плъзгащият пръстен е въртящ се електрически съединител. Той прехвърля мощност, контролни сигнали или данни между неподвижна структура и въртяща се, без да принуждава кабелите да се усукват. В една вятърна турбина няколко модула се въртят при нормална работа: гондолата се завърта, за да следи посоката на вятъра, главината се върти непрекъснато с лопатките и някои топологии на генератора - по-специално двойно{3}}захранени индукционни генератори (DFIG), използвани широко в комунални услуги-мащабен вятър - захранват ток на ротора през четки и пръстени.

Задачата на контактния пръстен е да поддържа електрическа непрекъснатост през това въртене. На практика той замества кабелна линия, която иначе би се повредила в рамките на часове.

Защо хлъзгащите пръстени имат значение във вятърните турбини

Вятърните турбини не работят в чисти лаборатории. Вътре в гондолата хлъзгащият пръстен вижда вибрации от задвижването, кондензация по време на студено-топло циклиране, фин прах от износване на спирачките и проникване на външен въздух и - офшорна - солена мъгла, която атакува незащитен метал. Вътре в главината плъзгащият пръстен на наклона също носи сигнали,-критични за безопасността: ако контролерът на наклона на лопатките изгуби комуникация, турбината трябва да реагира, често като се накланя до движение и спира.

Ето защо износен или не{0}}специфициран контактен пръстен рядко се проваля като едно драматично събитие. Той се проваля като модел: нарастващо контактно съпротивление, случайни грешки на CAN шината, постепенно по-чести предупреждения за наклон, след това тежка грешка. Инженерите по надеждността се грижат за контактните пръстени точно защото режимът на повреда е бавен, скъпо е да се диагностицира от разстояние и е скъпо да се обслужва на 90-метрова кула или на 50 км от брега.

Основни видове плъзгащи пръстени за вятърни турбини

Не всяка турбина използва всеки тип и проектните налягания са много различни на всяко място. Четирите комплекта по-долу покриват почти всяко приложение на плъзгащ пръстен на вятърна турбина, което ще срещнете.

1. Плъзгащи пръстени (предимно малки и разпределени вятърни турбини)

В малките вятърни турбини - жилищни, извън-мрежата, телекомуникационни-кули, селскостопански - генераторът обикновено се намира вътре във въртящата се глава. Цялата глава се завърта, за да проследи вятъра, а произведената мощност трябва да премине надолу по неподвижна кула до контролера и батерията. Плъзгащ се пръстен се намира на този интерфейс и позволява на главата да се върти свободно, докато пътят на кабела отдолу остава фиксиран.

Доминиращите ограничения тук не са висока скорост; те са пространство, време и брой кабели. Пръстенът често трябва да пасва през тесен вертикален вал, да оцелее години на UV цикли и цикли на замразяване-размразяване и да насочи 2 до 6 захранващи вериги плюс опционални спирачни или сензорни линии. За приложения с ниска-скорост на обръщане, рейтингът на корпуса и облекчаването на напрежението на кабела обикновено имат повече значение от-производителността на скоростта на четката - факт, който често се пропуска, когато купувачите се съсредоточат само върху броя на веригите.

Повечето турбини от-комунален мащаб (MW-клас) го правятнеизползвайте традиционен плъзгащ се пръстен. Те се справят с отклонение с кабелни примки и брояч-на усукване на кабела, който задейства автоматично разплитане след определен брой завъртания. Така че, когато някой попита "всички вятърни турбини използват ли контактни пръстени?" - честният отговор е не, не по оста на отклонение на големите турбини.

2. Плъзгащи пръстени за управление на главина или наклон (полезни-мащабни турбини)

Това е контактният пръстен, който повечето хора имат предвид, когато казват „плъзгащ пръстен на вятърна турбина“. Той се намира между неподвижната рамка на гондолата и въртящата се главина и носи захранване и комуникация за системата за наклон на лопатките - системата, която регулира ъгъла на атака на всяка лопатка, за да контролира скоростта на ротора и да предпазва турбината при силен вятър.

Плъзгащите пръстени за контрол на стъпката обикновено прехвърлят:

• Захранване за двигатели за наклон или резервни батерии за наклон (електрически системи за наклон)
• CAN шина, PROFIBUS или Ethernet за комуникация на контролера на стъпката
• Сензорна обратна връзка от тензодатчици, енкодери и температурни сонди
• Отоплителна или размразяваща мощност, във варианти на студен{1}}климат
• Мълниезащитни пътища, в зависимост от OEM дизайна

За pitch системите целостта на сигнала и съвместимостта на протокола обикновено са по-критични от суровото механично напасване. Наклонен пръстен, който изглежда като размери идентичен с OEM частта, но не се справя добре с екранирането, ще доведе до периодични CAN грешки, които екипите за поддръжка преследват с месеци. Mersen, един от утвърдените доставчици в този сегмент, описва своите плъзгащи пръстени на стъпката като пренос на мощност и комуникация между въртящата се главина и контролера на турбината в корпуси с IP-оценка,-устойчиви на замърсители -, което дава разумна основа за това как трябва да изглежда един промишлен стъпков пръстен (вижтеПлъзгащи пръстени за контрол на стъпката Mersen).

3. Плъзгащи пръстени на генератора (дизайн на DFIG и навит -ротор)

Плъзгащите пръстени на генератора живеят в много по-трудна среда от пръстените за отклонение или наклон. В индукционен генератор с двойно{1}}захранване контактният пръстен пренася ток на ротора при пълни работни обороти в минута - обикновено от 1000 до 2000 оборота в минута на вала на генератора след скоростната кутия. Това изцяло променя проблема с дизайна.

При тези скорости нещата, които нямат значение в пръстена за обръщане, започват да доминират: материал на четката и качество, криви на контактно налягане, концентричност на пръстена, евакуация на прах от четката и термично поведение при непрекъснато натоварване. Износването на четките вече не е бележка под линия за поддръжка; това е ограничаващият фактор за сервизните интервали.Износване на четките, контактно замърсяване и коригиращи меркиса добре{0}}документирани в индустрията и повечето контактни пръстени на генератора са проектирани около планирана смяна на четките, а не запечатани-за-доживотна работа.

За приложения с генератор контактният материал и термичното поведение трябва да бъдат прегледани преди механичния монтаж - обратното на инстинкта за покупка, който започва с диаметъра на отвора.

4. Хибридни плъзгащи пръстени/въртящи се съединителни възли (хидравлични наклонени турбини)

Някои OEM производители на турбини използват хидравлични задвижващи механизми на стъпка вместо електрически. В тези машини интерфейсът на въртящия се хъб трябва да преминеи дветехидравлично масло (за наклонените цилиндри) и електрически сигнали (за управление и обратна връзка). Компонентът, който прави това, е хибриден контактен пръстен-въртящ се съединител, понякога наричан електро-хидравличен съединител.

Те не са взаимозаменяеми с-само електрически наклонени пръстени. Те трябва да запечатват маслото под налягане при въртене, електрически да изолират сигналните канали от пътя на флуида и да оцелеят при термични цикли без течове.Хибридни плъзгащи се пръстениобикновено са проектирани за конкретен модел турбина, вместо да се продават готови. Moog публикува подробен справочен материал за комбинирани електрически-хидравлични въртящи се решения за вятър, който си струва да прочетете, ако посочвате хибридна замяна (вж.Ротационни решения за вятърна енергия на Moog).
 

Таблица за сравнение на хлъзгащия пръстен на вятърната турбина

Реалните спецификации варират в зависимост от OEM, класа на размера на турбината и условията на място. Турбина на сушата от 1,5 MW и офшорна платформа с мощност 12 MW могат да използват хлъзгащи пръстени, които изглеждат външно сходни и въпреки това нямат нищо общо по отношение на материала на четката, уплътнението и края на снопа.

Електрическа стъпка срещу хидравлична стъпка: Как се променя плъзгащият пръстен

Архитектурата на системата за стъпка е най-важният фактор при избора на плъзгащ пръстен за стъпка. Много неуспешни смени се случват, защото някой е съпоставил частта по размери и брой вериги, без да провери какъв вид наклонен задвижващ механизъм използва главината.

Електрически наклонни системи

Електрическите наклонени турбини имат електрически двигател, задвижване и резервна батерия на всяка лопатка. Плъзгащият пръстен на стъпката трябва да носи захранване на двигателя на стъпката (често 400–690 V AC или DC шина), комуникация за управление и обратна връзка. Основните рискове тук са EMC свързване между захранващите линии на двигателя и CAN/Ethernet сигналите и топлинното повишаване на захранващите канали при непрекъснато накланяне по време на пориви на времето. Правилното разделяне на захранващите и сигналните пътища вътре в контактния пръстен има повече значение от общия брой на веригата.

Хидравлични наклонни системи

Хидравличните наклонени турбини насочват хидравличната мощност през въртящ се съединител и използват контактния пръстен предимно за управляващи сигнали, обратна връзка на сензора и енкодери на наклона. Хидравличните и електрическите пътища могат да бъдат в два отделни компонента или в една комбинирана хибридна единица. Въпросът за интегриране - комбинирано срещу отделно - обикновено се решава от OEM на турбината и не е полеви избор.

Практическото правило: първо изберете архитектурата на стъпката, след това проверете размерите, след това проверете броя на веригата. В другия ред екипите завършват с идеално подходяща част, която не може да комуникира.
 

Как да определите плъзгащ пръстен за вятърна турбина

Плъзгащият пръстен на вятърната турбина трябва да отговаря едновременно на електрически, механични, екологични и експлоатационни изисквания. Процесът на подбор по-долу работи както за стандартни заместители, така и за персонализирани дизайни.

Електрическо натоварване и брой на веригата

Изборът трябва да започне със списъка с вериги: колко силови вериги, при какво напрежение и ток плюс колко сигнални вериги и вериги за данни. Малък пръстен за обръщане може да се нуждае само от 3 захранващи вериги при 250 V AC. Един модерен помощен-мащабен пръстен за стъпка може да се нуждае от 12 до 60+ вериги със смесица от захранване на двигателя с стъпка, 24 V управление, 230 V помощно устройство, CAN шина и Ethernet - всичко в един модул. Захранващите и сигналните вериги трябва да бъдат физически разделени в стека на пръстена, за да се ограничи кръстосаното смущаване.

Тип сигнал и протокол

Съвременните вятърни турбини изпълняват няколко цифрови протокола през един и същ контактен пръстен. Питч контролерите обикновено използват CAN шина или PROFIBUS; мониторингът на състоянието все повече използва Ethernet. За високо-сигнали с честотна лента контактът с четка-и-пръстен сам по себе си може да не е достатъчен - aGigabit Ethernet контактен пръстенизползва контролиран импеданс и екранирани контактни двойки, за да поддържа целостта на сигнала при 1 Gbps. Посочете протокола, скоростта на данни и дали е необходимо екраниране, преди доставчикът да финализира контактния стек.

Скорост, контактен материал и износване

Движението на отклонение е периодично и бавно - понякога само няколко градуса в минута. Движението на височина е по-често, но все още умерено. Въртенето-от страната на генератора е непрекъснато и бързо. Колкото по-бързо и по-продължително е въртенето, толкова повече материал на четката, контактен натиск и покритие на повърхността на пръстена доминират в дизайна. Сребърните-графитни четки са обичайни за приложения със среден-ток; злато-върху-златните контакти се използват за сигнали с ниско-ниво, където шумът от съпротивлението на контакта трябва да остане под няколко милиома.

Опазване на околната среда

Потвърдете работната среда честно. Плъзгащият пръстен вътре в запечатана гондола на наземна турбина в умерен климат е различна спецификация от тази в главината на офшорна турбина, изложена на солена мъгла, кондензация и студен старт от –30 градуса. ВижтеИзбор на IP рейтингсрещу реалистичния най-лош случай, а не средния случай. За офшорна употреба корозионно-защитените корпуси и конформните-покрити PCB обикновено са задължителни, а не по избор.

Монтажна обвивка и колан

За работа по подмяна плъзгащият пръстен трябва да се завинти в съществуващия фланец, да приеме съществуващите краища на снопа и да изчисти съществуващата структура. OEM чертежите, снимките на повреденото устройство и оригиналната електрическа схема спестяват седмици на -назад и-с доставчика.

Достъп за поддръжка

Прозорците за проверка на четките, пробките за източване и конекторите на сензорите са по-важни за турбина, която трябва да се изкачите до сервиз. Разходите за експлоатация и поддръжка в морето на посещение са достатъчно високи, така че дизайните, позволяващи смяна на четките без премахване на целия комплект контактни пръстени, се изплащат при първото обслужване.

Какво причинява повреда на плъзгащия пръстен на вятърната турбина?

Повечето повреди на плъзгащите пръстени на вятърните турбини попадат в четири категории. Ранното разпознаване на модела е това, което разделя планираната смяна на четката от непланираното изкачване на кулата.

Износване на четките и натрупване на отпадъци.Нормално във всеки -базиран контактен пръстен. Превръща се в неизправност, когато отломки прехвърлят съседни пръстени или замърсяват сигналните контакти. Симптоми: нарастващо контактно съпротивление, периодични CAN грешки, видим черен прах около стека на пръстените.

Проникване на влага и корозия.Често срещан в офшорни турбини и в гондоли, където отоплението се проваля по време на спиране през зимата. Симптоми: зелено окисляване на медни пръстени, заземяване, внезапни спадове на изолационното съпротивление.

Разминаване,-предизвикано от вибрации.Резонансът на задвижването и люлеенето на кулата постепенно разхлабват монтажните болтове и изместват центровката на лагерите. Симптоми: неравномерно износване на четката, един пръстен се поврежда многократно, докато други остават чисти.

EMC и заземителни повреди.Неизправностите в комуникацията на наклона често се дължат не на самите контакти на контактния пръстен, а на края на екрана, стратегията за заземяване или близостта на кабелите на наклона на двигателя до сигналните кабели във въртящия се сноп.

Стандартен резервен срещу персонализиран плъзгащ пръстен

За повечето вятърни паркове правилният път е стандартен OEM{0}}еквивалентен заместител. Моделът на турбината е известен, историята на частите е документирана, резервната част е на рафта и екип за поддръжка може да я смени в планиран сервизен период.

A плъзгащ пръстен за вятърна турбина по поръчкае правилният път, когато:

• Оригиналната част е остаряла и OEM вече не я поддържа
• Системата за наклон е преоборудвана (напр. добавени сензори за натоварване на острието, надстроен мониторинг на състоянието)
• Повтарящите се повреди на дизайна на OEM предполагат, че той е бил по-малък за действителните условия на обекта
• Трябва да консолидирате електрически контактен пръстен и отделно ротационно съединение в един хибриден възел
• Имате нужда от по-висок IP рейтинг, по-добра защита от корозия или квалификация за ниска-температура за офшорно или студено{1}}климатично място

Така или иначе, доставчикът се нуждае от същата информация предварително: модел на турбина и сериен номер, оригинален чертеж на контактен пръстен или снимки, пълен списък на вериги с напрежения и токове, комуникационни протоколи, RPM, монтажен интерфейс, условия на околната среда и -, ако е налично - история на неизправностите на подменяния модул. Изпращането на това веднъж в началото обикновено спестява два до три кръга на изясняване.

ЧЗВ: Плъзгащи пръстени за вятърни турбини

Всички вятърни турбини използват ли контактни пръстени?

Не. Малките вятърни турбини често използват плъзгащ се пръстен, тъй като генераторът е във въртящата се глава. Повечето турбини с-мащаб на комунални услуги използват плъзгащ пръстен на стъпка/главина за въртящата се главина, но се справят с отклонение с кабелни примки и автоматична последователност-разплитане на кабела, вместо пръстен за отклонение. Базираните на DFIG-турбини също имат контактни пръстени на генератора; турбините с директно{6}}задвижване с постоянен магнит не го правят.

Какво прави плъзгащият пръстен във вятърна турбина?

Той прехвърля електрическа мощност, управляващи сигнали или данни през въртящ се интерфейс - най-често между неподвижната гондола и въртящия се хъб за управление на стъпката или в генератора за роторен ток - без усукване на кабелите.

Каква е разликата между плъзгащ пръстен и въртящо се съединение във вятърна турбина?

Плъзгащ пръстен прехвърля електрическа мощност и сигнали при въртене. Ротационно съединение пренася течности - обикновено хидравлично масло за наклонени задвижващи механизми - през ротация. Хидравличните -наклонени турбини често използват хибриден възел, който съчетава и двете в един модул.

Какво причинява повреда на плъзгащия пръстен на вятърната турбина?

Най-честите причини са износване на четки и натрупване на отломки, навлизане на влага или солена мъгла, предизвикано от вибрации-неправилно подравняване и проблеми с електромагнитната съвместимост или заземяването, които нарушават комуникацията на височината.

Колко дълго издържат плъзгащите пръстени на вятърната турбина?

Експлоатационният живот зависи от профила на въртене, материала на четката и околната среда. Плъзгащите пръстени на наклона в наземните турбини често работят 5–10 години между основните сервизи с четки. Плъзгащите пръстени на генератора в машините DFIG обикновено имат по-кратки интервали за смяна на четките, често планирани заедно с планираната поддръжка на скоростната кутия или генератора. Документацията на производителя и сервизната история на конкретния сайт са по-надеждни от всеки отделен номер.

Може ли плъзгащият пръстен със стъпка да бъде заменен със стандартен плъзгащ пръстен?

Само ако стандартният модул съответства на архитектурата на системата за наклон, електрическите спецификации, комуникационните протоколи, IP рейтинга и интерфейса за монтаж на оригинала. Част, която пасва механично, но се справя неправилно с екранирането на сигнала, ще причини периодични неизправности на стъпката, които са трудни за диагностициране. Когато се съмнявате, посочете контактен пръстен с индивидуална стъпка, проектиран за модела на турбината.

Могат ли плъзгащите пръстени на вятърните турбини да бъдат персонализирани?

да Персонализирането е обичайно за остарели OEM заместители, преоборудвани наклонени системи, офшорни и студени{1}}климатични варианти и хибридни електрически-хидравлични възли. Доставчикът се нуждае от пълен пакет спецификации - чертежи, списък на вериги, условия на околната среда и история на неизправности -, за да произведе полезен дизайн.

Резюме

Плъзгащите пръстени на вятърните турбини пренасят мощност, комуникация и - в някои конструкции - хидравлични среди през въртящите се интерфейси на машината. Правилният контактен пръстен не е този, който пасва на отвора; това е тази, която съответства на архитектурата на стъпката, електрическия товар, сигналните протоколи, околната среда и плана за поддръжка на конкретната турбина. За работа по подмяна, документирайте старателно оригиналния модул, преди да поръчате. За персонализирана работа споделете модела на отказ, както и спецификацията - често историята на отказите сочи какво трябва да се промени в новия дизайн.