Rüzgar Türbinlerinde Emniyet Frenleri

25 Ocak 2010

Aşırı rüzgar hızlarının hakim olduğu zaman dilimlerinde rüzgar türbinleri güvenlik için tamamen durdurulmalıdır. Benzer şekilde güç aktarım hattı arızalarında ve ya generatörün devreden çıktığı durumlarda rüzgar türbini aniden ivme kazanır. Bu durum rüzgar türbininin birkaç saniye içerisinde tamamen kontrolden çıkmasına sebep olur. Örneğin Şekil 1’deki türbini göz önüne alalım. Bu türbin için nominal çalışma hızı 34 tur/dak.’dır. Kontrolden çıkma durumunda bu türbinin pervanesi beş saniye içerisinde 90 tur/dak. hızına fırlar. Sistem bu kadar yüksek bir hızı ve bu hızın sonucu olan ivmeyi tolare etmeye yönelik tasarlanmamıştır. Bu yüzden türbin, acilen böyle durumlarda sistemi kesen ve durduran emniyet cihazlarıyla uygun duruma getirilmelidir.

 Şekil 1

Aerodinamik frenler bir çok rüzgar türbininde ana sistemdir. Adım ve kilit kontrollü rüzgar türbinlerinde aerodinamik frenleme tertibatları farklıdır. Adım ve aktif kilit kontrollü sistemlerde kanadın tamamı yatay eksen etrafında 90 derece döndürülür, böylece etkili olan kaldırma kuvveti engellenir. Böylece pervane birkaç turdan sonra durur. Kilit kontrollü türbinlerde ise hareket ettirilen pervanenin uç kısmıdır. Kanat ucunun kanada göre pozisyonu kanatların ana gövdesi içinde sabitlenmiş bir mil ve rulman grubu tarafından değiştirilir. Normal çalışma sırasında kanat ucunun pozisyonu hidrolik kuvvet yardımıyla sabitlenir. Kanatlar durdurulacağı zaman kanat ucunu kanatla aynı hizada tutan hidrolik kuvvet kesilir, böylece kanat ucu dışa doğru hareketlenir. Kanat milinin tahrik ünitesi çalıştırılarak kanat ucunun 90 derece dönmesi sağlanır. Bu durum kanatları kırılma pozisyonuna getirir. Kanatlar, kanat ucu frenleme tertibatıyla tamamen durdurulamasa da normal çalışma hızından çok daha düşük bir seviyede bulunan bir serbest dönme hızına getirebilir. Tehlikeli durum ortadan kalktıktan sonra, kanatlar hidrolik sistem tarafından çalışma pozisyonuna geri döndürülür. Uygulama tecrübeleri göstermiştir ki aerodinamik frenleme sistemi türbinin korunmasında oldukça etkilidir.

Aerodinamik frenlemeye ilaveten, rüzgar türbinlerinde yedek sistem olarak mekanik fren tertibatı da bulunur. Kilit kontrollü rüzgar türbinlerinde bu frenler pervaneyi tam durma pozisyonuna getirmek için kullanılırlar. Ayrıca türbin bakımı sırasında da pervaneyi kilitlemek için kullanılırlar.

Mekanik frenler fren diski, fren kumpası, fren blokları, yay yüklü uyarıcı ve hidrolik kontrolden oluşan sürtünmeli düzeneklerdir. Fren diski dişli kutusundan gelen yüksek hız miline bağlıdır. Normal çalışma koşulları altında, fren diski ve blokları hidrolik basınçla birbirlerinden ayrı tutulurlar. Sistem emniyet sebepleri nedeniyle durdurulacaksa bu basınç serbest bırakılır ve fren yayı diske karşı bloğa baskı yapar. Bu sistemin durmasını sağlar. Aşırı yüklemeler altında çalışan sürtünmeli düzenekler oldukları için bu fren blokları yüksek gerilim ve sıcaklıklara dayanabilen özel alaşımlardan yapılmışlardır.

Yüksek kapasiteli sabit hızlı rüzgar türbinlerinde elektro – dinamik fren sistemlerini kullanma imkanları da araştırılmaktadır. Terminallerine kapasitör ve dirençlerin bağlı olduğu döner endüksiyon makineli bu frenler kendinden uyarım prensibine göre çalışırlar. Gerekli frenleme torku makine sargılarında indüklenen akım ve voltaj tarafından üretilir. Dönme hızının bir fonksiyonu olan frenleme torku türbinin kontrolden çıkma durumuna ulaşmasına engel olmak için etkin bir şekilde kullanılır.