جی دی
فناوری ، سلامت ، سینما

آشنایی کامل با نحوه عملکرد گیربکس در توربین بادی

0

در این مقاله آموزشی شما را با نحوه عملکرد و کاربرد گیربکس در توربین های بادی آشنا می کنیم.

جعبه‌دنده یا همان گیربکس معمولا در یک توربین بادی برای افزایش سرعت دورانی روتور از یک سرعت کم به یک سرعت بالا برای  مورد استفاده قرار گرفتن ژنراتور می باشد. این نسبت تغییر سرعت به طور معمول و متداول حدود 90 : 1 با نرخ وردی 16.7rpm از روتور، و نرخ خروجی  1500 rpm برای ژنراتور است .

طراحی یک جعبه‌دنده توربین باد با توجه به شرایط بارگذاری و محیطی که جعبه‌دنده باید کار کند، چالش برانگیز است . گشتاور حاصل از روتور قدرت تولید می‌کند و نکته بسیار مهم در طراحی گیربکس این می باشد که قادر است تا چه حد از این گشتاور و نیرو را می تواند تحمل کند . آیا به گونه ای طراحی شده است که در شرایط آب و هوایی که باد شدیدی می وزد، تحمل همه نیروی ورودی را داشته باشد و یا در سرعت و دور مشخص از مدار خارج شود تا به قطعات آسیب نرسد. در واقع در توربین بادی های امروزی که در بازار وجود دارند یکی از پارامترهایی که مورد بررسی قرار می گیرد، همین اطلاعات مربوط به ماکزیمم لود بار می باشد. بنابراین اگر شما قصد خرید یک توربین بادی را دارید باید در ابتدا شرایط آب هوایی را با توجه اطلس باد منطقه خود بررسی کنید و سپس بر اساس آن یک توربین بادی را انتخاب نمایید ، البته این یکی از پارامتر ها در انتخاب توربین می باشد.

محل قرار گرفتن گیربکس ما بین روتور و ژنراتور می باشد.

بارهای (لود های= load) ناگهانی و یا گاهان برعکس می تواند به بیرینگ آسیب های زیادی را وارد کند و پدیده خستگی را در قطعات افزایش دهد. روغن کاری سیستم به صورت منظم علاوه بر نگه داشتن قطعات در وضعیت سالم باعث تحمل شرایط دمایی بالا می شود.

همان طور که در بال گفته شد از گیربکس به این دلیل استفاده می شود که سرعت کم ورودی از ملخ های توربین را به سرعت بالا برای ژنراتور تبدیل کند. زیرا به طور معمول ژنراتور ها با سرعت مستقیم توربین فعال نمی شوند و عملا قادر به تولید برق نمی باشند به همین خاطر از گیربکس ها برای تولید سرعت مورد نیاز استفاده می شود. توربین های بادی در مقیاس صنعتی اغلب از گیربکس سه مرحله ای استفاده می کنند . اولین مرحله از گیربکس های خورشیدی که توانایی کنترل گشتاور بالایی را دارند ساخته شده است و دو مرحله ی دیگر از چرخ دنده های حلزونی تشکیل شده است.

برای داشتن یک درک بهتر از گشتاور حاصل از روتور یک توربین 1.5 مگاواتی را در نظر بگیرید. 1.5 مگاوات = 2011 اسب بخار

اگر مقدار سرعت چرخش روتور را 15rpm در نظر بگیریم. رابطه بین گشتاور و سرعت معادله ای به صورت زیر می باشد

Php = ωT / 5,252

در این رابطه Php توان بر حسب اسب بخار می باشد ، ω سرعت چرخشی روتور می باشد، T گشتاور بر حسب (lb-ft) می باشد و مقدار 5,252 نیز یک فاکتور تبدیل است.

حل معادله بالا گشتاور را به ما می دهد:

T = 5,252 Php/ ω

بنابراین گشتاور ورودی به گیربکس ما از رابطه بالا برابر است با  700,000 ft-lb ، البته می دانیم که توربین ما در مدت زمان کمی از کار خود به این مقدار ماکزیمم می رسد.

با طرح مسئله بالا سعی کردیم تا حدی مفهوم بار (لود) بر روی گیر بکس را به شما منتقل کنیم. طراحی گیربکس با مقدار لود سر و کار دارد.  برای اندازه گیری لحظه ای مقدار بار بر روی گیربکس از سنسور هایی استفاده می شود که در بازه زمانی کوتاهی به صورت مرتب مقدار لود را اندازه گیری می کنند. همچنین دقت داشته باشید که بر اثر بارگزاری های مختلف و افزایش و کاهش دما، گاها شفت ها و بیرینگ ها دچار خرابی می شوند و باعث ایجاد لود های اضافی بر روی گیربکس می شوند. همه این اتفاق  ها در سمت گیربکس و ژنراتور نیز ممکن است اتفاق بیافتد. به همین خاطر اگر زمانی گیربکس خراب شد، توربین به طور کامل متوقف می شود و سپس گیربکس را تعمیرو یا تعویض می کنند.

 

 

منبع windpowerengineering
تلگرام
ممکن است شما دوست داشته باشید