أثر التوازن على طول أداء عناصر الطاقة الشتوية وأدائها

الدور الحاسم للتوازن في موثوقية وأداء شركة Wind Turbine

ومع استمرار توسع الطاقة الريحية كحجر في الحافظة العالمية المتجددة، فإن التوربينات الحديثة قد زادت طولاً، وتمتد إلى أكثر من الستار، وتزيد من تعقيدات الاضطرابات البحرية التي تبلغ مساحتها 10 أمتار، وتزيد فيها سرعة التصريف على 150 متراً، وتتجاوز فيها المحركات 200 متر في مقياس، بل إن اختلال التوازن في المكونات الدوارة يمكن أن يضخ إلى حمل دينامي شديد، مما يقلل من عنصر الاستدامة على مر السنين ويضعف في الإنتاج السنوي للطاقة.

ويشير الرصيد إلى توزيع الكتلة حول محور التناوب، وعندما يؤدي كل عنصر من عناصر التجمع الدوار - النسيج، والإطار، والسرقة الرئيسية، وجهاز العتاد، والدوار المولد - إلى تواؤم مركزه من المحور الاقتصادي للتناوب، ويعمل النظام بسلاسة، ويستخدم أي انحراف قوى طاردية مركزية تكون دورة تناوبية، وتبث اليقظة من خلال التناوب، وتسرع الاختلال في التوقيت.

أساسيات التوازن في روتور في ويند توربينيس

ويصنف التوازن في رواسب توربين الرياح أساسا في ثلاث فئات: الاختلال الحاد، واختلال التوازن بين الزوجين، والاختلال الدينامي، وكل نوع من أنواعه يولد أنماطا متميزة من اليقظة ويتطلب استراتيجيات إصلاحية محددة.

التوازن الثابت

ويحدث اختلال ثابت عندما يُقابل مركز كتلة من نصل واحد أو تجمع الدوارات بكامله على امتداد اتجاه نصفي واحد، كما لو كان هناك وزن ملحق بجانب واحد، وهذا الوضع يمكن اكتشافه مع الدوار في مكانه - فإن البقعة الثقيلة ستتحول إلى القاعدة، وأثناء التناوب، ينتج اختلال التوازن الحاد قوة ذبذبذب ذات مرة واحدة (P) في نفس الاتجاه الذي يحدث فيه اختلال التوازن في صناعة الرياح.

توازن ثنائي

اختلال التوازن بين قوسين ديناميكيين حيث يتم فصل اثنين من الجماهير المتساوية عن بعضهما بطائرتين مختلفتين، مما يؤدي إلى لحظة صخرية أو ملتوية لا قوة ثابتة صافية، مركز الروتور في المحور، ولكن توزيع الكتلة يسبب الدوار إلى الرعب، مما يؤدي إلى يقظة واحدة تتغير من خطأ إلى آخر، مثل التصنيع السطحي/الجانبي.

التوازن الديناميكي

والاختلال الدينامي هو أكثر الحالات عمومية، إذ يجمع بين عنصري الساكنة والثنائيين معاً بحيث يُقابل مركز الكتلة ويُستخدم محور عدم القدرة الرئيسية على الارتداد بالمقارنة بالمحور التناوبي، وفي الممارسة العملية، فإن جميع الاختلالات في العالم الحقيقي تقريباً دينامية، وتستلزم تصحيح الاختلالات الدينامية قياساً على الأقل طائرتين على طول نطاق الطوابق، عادة في المحور، وفي موقع متطور من حيث البرمجيات.

الأثر على عناصر الطاقة الرئيسية

وتؤثر الظروف المتوازنة على كل جزء من دور التناوب في القرص الصلب، وتفصل الفروع التالية كيفية تدهور الاختلال في عناصر محددة، وما هي آليات الفشل الأكثر شيوعا في الميدان.

بلاء

كما أن البقايا هي أكثر العناصر وضوحا وأكثرها حساسية من حيث الهوائية في توربة الرياح، ويولد اختلال كبير بين اللوديس )أو داخل نصل واحد( قوى طاردية مركزية تزيد مع مربع السرعة التناوبية، كما أن اختلال التوازن في المقياس ال ٥٠ - المتناوب في ١٢ ريم، وهو ما يمثل كتلة اختلال تبلغ ٣٠ مترا من الزاويات المسببة للطرد المركزي يبلغ نحو ٥٠٠ متر.

وتظهر الدراسات الميدانية أن من الممكن أن يزيد رواد غير متوازن من اللحظات التي تقطع فيها الشفرة بنسبة 10-15 في المائة، مما يقلل مباشرة من الحياة الصاروخية بنسبة 3-5 سنوات، وأن القياسات المنتظمة للكتلة السائلة وجيم (مركز الجاذبية) أثناء التصنيع، مقترنةً بتوازن في الموقع باستخدام الأوزان البقائية القابلة للتعديل، هي الآن ممارسات موحدة بالنسبة لنظم الإنتاج الرئيسية.

المصابيح الرئيسية والزباب

فالحمولة الرئيسية تدعم الرواد ويجب أن تتحمل أعباء كبيرة من حيث الإشعاعات والمحور من الخلل، ويفرض رواسب غير متوازنة عبئاً مشعياً على نحو يؤدي إلى حدوث دورات مرة واحدة في كل ثورة، ويحول هذا التحميل الدوري دون تكوين فيلم ثابت لاستبدال المواد الغذائية، مما يؤدي إلى تكبير كميات كبيرة من المواد الغذائية، وإلى حدوث إخفاقات سابقة لأوانها، حيث إن الفشل في ذلك هو من الأسباب الثلاثة الرئيسية للتركيزة.

كما أن التوازن يؤثر على المشهد الرئيسي، فالضربة الشظية - عدم الاستقرار الهادف - أكثر احتمالا عندما يكون الأزواج اللحظات غير المتوازنة الذين يعانون من سوء فهم، وإلغاء عنصر الصبغة الواحدة من خلال الموازنة الدينامية، يزيل مصدر الإثارة الرئيسي، مما يسمح بأن يعمل القرص الصلب بسلاسة عبر نطاقه السريع.

Gearbox

The gearbox is arguably the most failure —prone component in a modern turbine. Industry data from the Windpower Engineering ' Development ] database indicates that gear failures account for approximately 20% of major component replacements and often result in insurance claims exceeding EU250,000. Imbalance forces from the rotor propagate directly into thebox low

ويخلق الخلل الدينامي ممزقاً في ١ ب يمكنه أن يبدد ترددات طبيعية عتيقة من الدرع، وينتج ذبذبات عالية التردد تتردد عبر مجمع التروس، وقد أدى هذا الارتداد إلى تقليل مستويات التروسات العزائية التي تقطع بسرعة، وتصلب العصي، بل إلى حدوث كسور في القاع، بعد ٣٠ في المائة من عمليات التصليح الرئيسية.

مولدات كهربائية

وفي مولد كهربائي مباشر أو موجه، يؤدي اختلال التوازن الدائري إلى ذبذب المولدات الكهربائية مقارنة بالمحرك، مما يقلل من التوحيد في الهواء، بل إن عشرات المليمترات قد تؤدي إلى جذب مغناطيسي غير متوازن، مما يزيد من إهتزازات المولدات، ويخلق حلقة إيجابية من التغذية المرتدة، مما يؤدي إلى زيادة فقدان المولدات النحاس، والتسخين، وتحلل في عوامل التراكم.

نظام الياو وبرج

ولا يؤثر التوازن على الأجزاء المتناوبة فحسب، بل إن اليقظة الدورية التي تنقل عبر ناسيل تبث معدّات الياو والياو، وتتسارع في ارتداء أسنان الحلبة وأبراج الفرامل، بالإضافة إلى أن أساليب التطهير القائمة على البرج - لا سيما في الموديل الأول والثاني - تقترن بقوة بزراعة 1P و 3P (ثلاثة من القوى المتوهجة المتوازنة المتوازنة جدا).

تقنيات قياس الأرصدة وإصلاحها

ويتطلب تحقيق التوازن الفعال اتباع نهج منهجي يخلط التنبؤات التحليلية، والقياس الميداني، والتوزيع الدقيق للوزن، وتستخدم التقنيات التالية في مختلف مراحل الحياة التربينية.

التصنيع

وأثناء الإنتاج، يكون كل نصل متوازناً من الناحية الإحصائية والدينامية منفرداً في مجال بناء أجهزة الحفر، ويقاس مركز الجاذبية فيها، ويسجل الموازنة بين الأرقام التسلسلية، ويطابق الشفرات في مجموعات ذات تقلبات جماهيرية، عادة في حدود 0.5 إلى 1 في المائة من الكتلة المتوسطة، كما أن التجمعات الهوائية متوازنة كوحدة تستخدم حسابات الكتلة، ومع ذلك، لا يمكن أن تضمن ظروف التشغيل التقريبية التوازن.

الموازنة الميدانية

(أ) الموازنات: [مضاد] [متعددة] [مضاد] [مضاد] [متعددة] [مركبة]: متغيرات] [متعددة]

ويقلل التوازن الميداني عادة من تهوية الناسيل بنسبة ٥٠-٨٠ في المائة، وقد أظهرت دراسة حالة واحدة عن توربين مدفعي ميغاواط أن توازنا ميدانيا يبلغ ٢ مليمترا يقلل من تركيزات العتاد من ٤,٥ ملم/لطبيع إلى ١,٢ ملم/ل، وأزالت الارتداد عند ١٣,٥ ريم، وازداد انتاج الطاقة في توربين بنسبة ٢ في المائة بسبب إزالة الرحلات التي يقوم بها نظام الحماية بسبب الاهتزاز.

نظم الموازنة الآلية

وتشمل التكنولوجيا الناشئة نظم الموازنة النشطة التي تنشر كتل داخلية منقولة أو تسويات مصغرة من أجل التعويض عن الخلل في الوقت الحقيقي، وفي حين أن هذه النظم لم تكن واسعة الانتشار بعد، تجري محاكمتها على الأربينات البحرية حيث يكون التدخل اليدوي مكلفا، وتتعهد بأن تحتفظ بالتوازن الأمثل طوال حياة التربين على الرغم من التآكل الصارخ أو القذف أو التسلل المادي.

الأثر الاقتصادي للتوازن السليم

وتمتد الفوائد المالية للموازنة الصارمة إلى ما يتجاوز تكاليف الإصلاح المخفضة، ويترجم تحسين الموثوقية إلى زيادة توافر الطاقة، وزيادة إمكانية التنبؤ بها، وانخفاض ميزانيات الصيانة (OM) ووجد مختبر لورانس بيركلي الوطني أن تخفيضاً بنسبة 5 في المائة في حالات فشل القطارات (يمكن تحقيقه عن طريق التوازن) يمكن أن يزيد من صافي قيمة المزارع الريحية بنسبة 1.5 إلى 2.5 في المائة على مدى دورة حياة تبلغ 20 سنة().

وعلاوة على ذلك، فإن العناصر المتوازنة تمكن التوربينات من العمل على مستويات أعلى من الطاقة دون إحداث تخفيضات في ضغط الهبوط، إذ تفيد العديد من مشغلي المزارع الريحية بأنه بعد حملة شاملة لموازنة الدوارات، يزيد متوسط ناتج الطاقة بنسبة 0.5 إلى 1.5% بسبب انخفاض معدل توليد الطاقة عن طريق النظام المتحكم فيه، نظراً لأن توربين واحد يبلغ نحو 000 7 إلى 000 8 ميغاواط سنوياً، يضاف تحسين في إنتاجية بنسبة 1 في المائة 000 5 يورو لكل 000 8 يورو سنوياً.

كما أن الموازنة تقلل من استهلاك قطع الغيار، ويمكن تمديد فترات إعادة بناء صندوق غرز من ٧ إلى ١٠ سنوات إذا أبقيت درجة حرارة المركبات أقل من ٢ مم/متر، ويمكن تأجيل استبدالات المحملات الرئيسية لمدة ٣-٥ سنوات، وكل سنة من سنوات الحياة الممتدة تقلل من التكلفة المنخفضة للطاقة وتحسن من القدرة المصرفية على تمويل المشاريع.

خاتمة

والتوازن ليس سمة واحدة تتحقق في المصنع - بل هو شرط دينامي يجب الحفاظ عليه طوال الحياة التشغيلية للتربين الريحي، والتوازن هو المحرك الرئيسي للاهتزاز، والإجهاد، والفشل المبكر في الثرثرة، وصناديق التروس، والمولدات الكهربائية، والعناصر الهيكلية، ويمكن أن تؤدي تقنيات التوازن الميداني الحديثة، إلى جانب مراقبة دقيقة لنوعية التصنيع، إلى الحد بدرجة كبيرة من هذه المخاطر.

ومع استمرار نمو أحجام التربين، ومع دفع الصناعة نحو 15+ آلات MW، تصبح العقوبات على التوازن الضعيف أشد، وسيعتمد مستقبل الطاقة الريحية بشكل متزايد على أجهزة الاستشعار المتوازنة المتقدمة، والمحللات التنبؤية، وربما نظم المراقبة النشطة للتغذية المرتدة التي تبقي على المروجين متوازنين تماماً في الوقت الراهن، وينبغي لمشغلي النباتات وأفرقة الخدمات أن يعتمدوا برامج تحويلية منهجية تستند إلى تعديلات في الوزن.