[5.8] TID IPARI BERENDEZÉSEK & Szélturbina – gyártmányfa és fő komponensek

Ipari energia gazdálkodás - Ipari víz gazdálkodás (berendezés nagy képért kattintson az ábrára)

[5.8.1] Berendezések & szélturbina

Rendszeráttekintés a gondola kivágásával és a hajtáslánccal: A teljes berendezés áttekintése: a szél mozgási energiáját alakítja hálózati paraméterű villamos energiává. Ott alkalmazzák, ahol tartósan megfelelő szélviszonyok és hálózati csatlakozás áll rendelkezésre: szárazföldi és tengeri szélparkok, ipari telephelyek saját termelése, valamint szigetüzemű és hibrid rendszerek. A rotor felfogja a szél mozgási energiáját és forgómozgást hoz létre, amelyet a hajtáslánc továbbít a generátorhoz; a rajz szerinti energiaátalakítási lánc a rotortól a hajtóművön és a generátoron át a hálózatig vezet. A gondolát yaw csapágy fordítja szélirányba, a tornyot pedig alapozás rögzíti. A teljesítményt a rotorátmérő, az agymagasság és a helyszín szélprofilja határozza meg.

 Berendezés adatlap

[5.8.2] Berendezések & szélturbina rotor

Háromlapátos rotor aggyal és pitch csapágyakkal: A rotor a berendezés energiafelvevő egysége: a szélsebességből forgómozgást és nyomatékot állít elő. A rajz szerint a bemenet a szélsebesség [m/s], a kimenet a nyomaték [kNm] és a fordulatszám [1/perc]. A három kompozit lapát a pitch csapágyakon keresztül, csavarozott lapátkarimával kapcsolódik az agyhoz, ami lehetővé teszi a lapátszög állítását, majd az agy a főtengely-karimán át adja tovább a nyomatékot. A háromlapátos elrendezés kiegyensúlyozott futást és kedvező teljesítménytényezőt ad. Kiválasztásánál a rotorátmérő a meghatározó: nagyobb átmérő kisebb szélsebességnél is nagyobb energiahozamot ad, viszont növeli a szerkezeti terhelést, a lapáthosszal pedig a szállítási és emelési igény is nő.

 Berendezés adatlap

[5.8.3] Berendezések & szélturbina rotor lapát

Kompozit lapát övekkel, gerincekkel és villámvédelemmel: A lapát alakítja át a szél energiáját aerodinamikai erővé: a lapát felett átáramló levegő felhajtóerőt és ellenállást kelt, ezek eredője az agyra ható terhelés. Üveg- és szénszál-erősítésű kompozit héjból épül fel, amelyet nyírásfelvevő gerincek és a hajlítást felvevő övek merevítenek – a rajz a tő és a csúcs közelében is mutat metszetet, mert a keresztmetszet a hossz mentén változik. A lapátcsúcsba épített villámfogó és a lapáton végigfutó villámvezető a villámáramot vezeti le. A tőnél a pitch gyűrű biztosítja a csatlakozást; a lapát a berendezés legnagyobb, a szállítást és a karbantartást is meghatározó eleme, ezért állapotellenőrzése rendszeres feladat.

 Berendezés adatlap

[5.8.4] Berendezések & szélturbina rotoragy

Öntött teherviselő test lapátkarimákkal és pitch hajtás konzolokkal: Az agy a rotor központi teherviselő eleme: az öntött vagy kovácsolt acél test mechanikusan köti a három lapátot a főtengelyhez, és továbbítja a nyomatékot. Bemenete a lapátokról érkező aerodinamikai terhelés, kimenete a főtengely-karimán átadott nyomaték [kNm]. A három lapátkarima a pitch csapágyakat fogadja, a pitch hajtás konzolok a lapátállító hajtásokat hordozzák, a belső kábelezés pedig a lapátokhoz vezető energia- és jelutat biztosítja. A szerelőnyílás a belső szereléshez és karbantartáshoz ad hozzáférést. Öntött kivitele azért indokolt, mert az agy összetett geometriájú, egyszerre hajlításra és csavarásra terhelt alkatrész, amelynek egész élettartamon át kell bírnia a váltakozó igénybevételt.

 Berendezés adatlap

[5.8.5] Berendezések & szélturbina pitch rendszer

Lapátszög-hajtás pitch csapággyal, bolygóművel és tartalék energiaforrással: A pitch rendszer állítja a lapátszöget, ezzel szabályozza a felvett teljesítményt és védi a berendezést. A vezérlőegység a szélsebesség, a fordulatszám és a terhelés alapján adja ki a jelet, a hajtómotor pedig bolygóművön és hajtó fogaskeréken keresztül forgatja a lapátot, amely a pitch csapágy fogaskoszorújába kapcsolódik. Névleges teljesítmény felett a lapát fokozatosan kifordul a szélből, viharban pedig zászlóállásba áll – ez a turbina elsődleges fékezési módja. Ezért van tartalék energiaforrás: hálózatkimaradás esetén is végre kell hajtani a lapátállítást. A rajz a lapátszög és a szélsebesség összefüggését is mutatja: a lapát névleges teljesítményig alaphelyzetben marad, felette folyamatosan állítódik.

 Berendezés adatlap

[5.8.6] Berendezések & - szélturbina főtengely

Kovácsolt üreges tengely főcsapágyakkal, tömítésekkel és kenéssel: A főtengely viszi át a rotor nagy nyomatékát a hajtóműre; közvetlen hajtású rendszerben pedig magára a generátorra. Kovácsolt, üreges kivitelben készül: a központi furat a lapátokhoz vezető kábelezésnek és a tömegcsökkentésnek egyaránt helyet ad. Az elülső és a hátsó főcsapágy csapágytartókon nyugszik, és a rotor tömegéből, valamint a szél tolóerejéből származó terheléseket is felveszi, nem csak a nyomatékot. A csapágytömítés zárja ki a szennyeződést, a kenőegység pedig folyamatos kenést biztosít – a főcsapágy élettartama a turbina rendelkezésre állásának kritikus tényezője, cseréje nagy emelőgépet és hosszú állásidőt igényel. A tömítés és a kenés állapotát ezért rendszeresen ellenőrzik.

 Berendezés adatlap

[5.8.7] Berendezések & szélturbina gondola

Acél vázszerkezet burkolattal, benne a teljes hajtáslánc: A gondola az acél vázszerkezet és a korrózióálló burkolat együttese, amely a torony tetején befogadja és védi az energiatermelés fő berendezéseit. Bemenete az agyról érkező rotornyomaték, kimenete a torony kábelezésébe adott villamos energia. A vázon nyugszik a főcsapágy, a főtengely, a hajtómű, a féktárcsa és a generátor, továbbá a segédrendszerek, a szervizdaru, valamint a yaw csapágy és a hajtások. A karbantartó nyílás és a szervizdaru teszi lehetővé az alkatrészek le- és felemelését magasban. A burkolat az időjárás és a nedvesség ellen véd, egyben a zajkibocsátást is csökkenti. Méretét és tömegét a hajtáslánc kialakítása – hajtóműves vagy közvetlen hajtású – határozza meg.

 Berendezés adatlap

[5.8.8] Berendezések & szélturbina hajtómű

Bolygó- és fogaskerék-fokozatok kenéssel és olajhűtéssel: A hajtómű a rotor alacsony fordulatszámát alakítja át a generátor által igényelt fordulatszámra. A rajz szerint két bolygófokozat és egy fogaskerék-fokozat végzi az áttételt: a bemenő karimán nagy nyomatékú lassú tengely érkezik, a kimeneten gyors tengely megy a generátorhoz. A bolygófokozat azért előnyös, mert a nyomatékot több bolygókerék között osztja el, így adott méretben nagyobb terhelés vihető át. A kenőegység és az olajhűtő tartja a kenőolajat a megfelelő hőmérsékleten és tisztaságon, az állapotérzékelők pedig a rezgés- és hőmérsékletalapú állapotfelügyeletet szolgálják. Közvetlen hajtású gépeknél ez az elem elmarad, ott a sokpólusú generátor közvetlenül a rotor fordulatszámán működik.

 Berendezés adatlap

[5.8.9] Berendezések & szélturbina generátor

Állandómágneses gép állórész-tekercseléssel és kényszerhűtéssel: A generátor a hajtásláncról érkező mechanikai energiát alakítja villamos energiává. Az állandómágneses forgórész forgó mágneses tere feszültséget indukál az állórész-tekercselésben, amelynek kimenete a rajz szerint feszültséggel [V], árammal [A] és frekvenciával [Hz] jellemezhető; a hálózati illesztést a teljesítmény-átalakító végzi. Az állandómágneses kivitel előnye, hogy nincs gerjesztőáram és csúszógyűrű, ezért a hatásfok nagy és a karbantartásigény kicsi – különösen részterhelésen, ami változó szélben gyakori üzemállapot. A veszteséghőt hűtőventilátoros kényszerhűtés vezeti el; a tekercselés hőmérséklete és a csapágyak állapota a fő felügyelt paraméter, mert ezek határozzák meg a gép élettartamát és rendelkezésre állását.

 Berendezés adatlap

[5.8.10] Berendezések & szélturbina fék rendszer

Rugóval záró, hidraulikusan oldó tárcsafék: A fékrendszer a hajtótengelyt fékezi és rögzíti: a féktárcsát a tengelykarimára szerelik, a fékbilincsek pedig a betéteket szorítják rá. A rugók nyomják a betéteket a tárcsára, így a fék a hidraulikus nyomás megszűnésekor zár; oldásához a tápegység nyomása szükséges. Ez a biztonságos alaphelyzet elve: hálózatkimaradás vagy hidraulikahiba esetén a fék magától záródik. Az akkumulátor a szükséges nyomást tárolja, a vezérlőegység pedig szabályozott lassítást tesz lehetővé, elkerülve a hajtáslánc lökésszerű terhelését. A fék jellemzően kiegészítő és rögzítő szerepű: a fő teljesítményszabályozást és a vészleállítást a lapátállítás végzi. Karbantartáskor a fék tartja rögzítve a hajtásláncot, ez a munkavégzés feltétele.

 Berendezés adatlap

[5.8.11] Berendezések & szélturbina yaw rendszer

Nagy yaw csapágy fogaskoszorúval, hajtásokkal és rögzítő fékekkel: A yaw rendszer fordítja a gondolát szélirányba, hogy a rotor mindig a legnagyobb energiahozamot adó helyzetben álljon. A helyzetérzékelő a szélirányt és a szélsebességet méri, a vezérlőegység pedig több, bolygóművel szerelt hajtómotort működtet; ezek hajtó fogaskereke a yaw csapágy fogaskoszorújába kapcsolódik. A gondola alapkerete a torony felső karimáján, a nagy átmérőjű yaw csapágyon nyugszik. A yaw fékbetétek a beállt helyzetet rögzítik, és megakadályozzák a széllökések okozta lengést. A kábelek csavarodása miatt a fordulást korlátozni kell, ezért a vezérlés a kábelcsavarodást figyeli, és időnként visszatekeri a gondolát. Kiválasztásánál a gondola tömege és a fordítási sebesség a mértékadó.

 Berendezés adatlap

[5.8.12] Berendezések & szélturbina torony

Kúpos acéltorony karimás kötésekkel, létrával, pihenőkkel és lifttel: A kúpos acéltorony az elsődleges teherviselő elem: a rotort és a gondolát a kedvezőbb, nagyobb sebességű légáramlási zónába emeli, és felveszi a gondolából érkező statikus és dinamikus terhelést, amelyet az alapozásba vezet. A torony szakaszokból áll, amelyeket csavarozott karimás kötések fognak össze – ez teszi lehetővé a közúti szállítást és a helyszíni összeszerelést. Belül szervizlétra, pihenőszintek és nagyobb gépeknél szervizlift szolgálja a biztonságos feljutást, a teljesítménykábelezés pedig a gondolától a talpponthoz, a transzformátorhoz vezet. Az agymagasság megválasztása közvetlenül befolyásolja az éves energiahozamot, mert a szélsebesség a magassággal nő; a torony ugyanakkor a beruházás jelentős költségtétele.

 Berendezés adatlap