يواد، وإمالة، ودوار: دليل لأنظمة الكبح المختلفة في توربين الرياح

تُعَد توربينة الرياح الحديثة معجزة في الهندسة، مصممة لاستغلال قوة الرياح بدقة وكفاءة. لكن أهمية التقاط الطاقة لا تقل عن القدرة على التحكم فيها، وعند الضرورة، إيقاف الهيكل الضخم بشكل آمن وكامل. يتم تحقيق هذا التحكم من خلال تفاعل معقد بين ثلاث أنظمة متميزة: اليواد، والزاوية، وكبح الدوار.

بينما يشاركون جميعاً إلى وجود "كبح" بصورة ما، إلا أنها تؤدي وظائف مختلفة تماماً—تماماً كما هي أنظمة التوجيه، فرامل الخدمة، وفرملة اليد في السيارة. فهم دور كل منها هو مفتاح فهم السلامة والاستراتيجية التشغيلية لتوربين الرياح.

1. نظام اليواد: توجيه التوربين

الغرض: مهمة نظام اليواد هي ليس إيقاف الريش، بل توجيه الكبينة بأكملها (المبيت الرئيسي) بحيث يواجه الدوار الرياح دائماً بشكل مباشر. هذا يعظم التقاط الطاقة ويقلل الأحمال المحورية الضارة على الهيكل.

كيف يعمل: تجلس العلبة على محمل حلقي كبير في أعلى البرج. سلسلة من المحركات الكهربائية أو الهيدروليكية، تسمى “محركات اليواد”، تدير العلبة. فرامل اليواد هي فرامل كبح قوية ومفرّغة بالربيطة الهيدروليكية التي تضغط على قرص يلوح ليواد كبير.

• أثناء التشغيل: تُستخدم فرامل الانحراف لتثبيت العنقود في موضعه بمجرد محاذاته مع الريح. غالبًا ما تُطبق وتُطلق في وضع "فرملة انزلاق" للسماح بالتعديلات الصغيرة والمتحكم فيها ولتخفيف الاهتزازات الهيكلية.
• الوظيفة: فكر فيه كـ "فرامل الانتظار" لاتجاه التوربين.

التكنولوجيا: يجب أن توفر فرامل اليواد عزم دوران عالي جداً وتكون موثوقة بشكل لا يصدق. لهذا السبب تعتبر فرامل الكوبونات الزنبركية، مثل فرامل SH Series Fail-Safe Brake، معيار الصناعة. إنها تقدم عزم دوران ثابت هائل مطلوب لمقاومة قوة دوران الرياح وميزة الأمان عند التعشيق كخيار افتراضي.

2. التحكم في الميل: الطريقة الأساسية للتحكم في السرعة والكبح

الغرض: نظام التحكم في الإمالة هو الطريقة الأساسية والأكثر أناقة للتحكم في سرعة الدوار وإنتاج الطاقة. كما أنه خط الدفاع الأول في الإيقاف الطارئ.

كيف يعمل: كل ريشة موصولة بمحور التاج بواسطة تحمل يسمح لها بالدوران على محورها الطويل. تُسمى هذه الدورة “الإمالة.” يمكن لنظام كبح الإمالة الهيدروليكي أو الكهربائي أن يغير زاوية الهجوم للثلاث ريشات في آن واحد.

• أثناء التشغيل: يقوم النظام بإجراء تعديلات دقيقة على زاوية الشفرة للحفاظ على سرعة الدوار الثابتة وإنتاج الطاقة بمجرد تجاوز سرعة الريح الحد الأقصى للمولد.
• أثناء الإيقاف: لإيقاف التوربين، يتم "تجهيز" الشفرات—بتغيير زاويتها بمقدار 90 درجة بعيدًا عن الريح. هذا يقضي على الرفع الهوائي على الفور، مما يؤدي إلى تباطؤ الدوار بشكل كبير وآمن. هذه هي طريقة الكبح الأساسية للإيقاف الطبيعي والطوارئ.

الوظيفة: هذا يعادل فرامل الخدمة الرئيسية في السيارة، باستخدام الديناميكيات الهوائية بدلاً من الاحتكاك.

3. فرامل الدوار: الحماية النهائية

الغرض: إذا كان التحكم في الإمالة هو فرملة الخدمة، فرامل الدوار هي أعلى كبح احترازي و/أو قفل موقف. أدواره الأساسية هي إحضار الدوار إلى وقف كامل بعد أن تم تبطيئه بواسطة نظام الإمالة ولتأمينه بإحكام للصيانة.

كيف يعمل: فرامل الدوار هي قرص فرامل ضخم، مشابهة إلى حد بعيد من حيث المبدأ لفرامل التدوير. عادة ما تقع على عمود السرعة العالية لعلبة التروس (بين علبة التروس والمولد).

• أثناء التوقف الطارئ: بعد تجهيز الشفرات، يتم تفعيل فرامل الدوار لجعل الدوار الذي يدور ببطء يتوقف تمامًا (0 دورة في الدقيقة). إنها ليست مصممة لإيقاف الدوار من سرعته الكاملة بمفردها، حيث أن الطاقة المعنية ستكون هائلة وقد تتلف نظام الدفع.
• أثناء الصيانة: يتم تفعيل فرامل الدوار كقفل ميكانيكي لمنع حركة الدوار أثناء عمل الفنيين داخل العنقود أو على الشفرات. هذه وظيفة أمان حاسمة.

التكنولوجيا: مثل فرامل اليواد، يجب أن تكون فرامل الدوار موثوقة بشكل مطلق. هي دائماً من تصميم مزود بالزنبرك، فاشلة في الإطلاق. تُستخدم فرامل كبح هيدروليكية بعزم دوران عالي، مثل فرامل HDB_I Series Hydrauic Brakes، لتوفير عزم الاحتجاز القصوى والسلامة المعتمدة المطلوبة لهذا التطبيق الحرج.

سيمفونية السلامة

تعمل أنظمة اليواد والزاوية والدوار معاً لضمان عمل توربين الرياح بكفاءة وبأمان في المقام الأول.

1. ال نظام الانحراف يوجه ويحافظ على الاتجاه.
2. ال نظام الميل يتحكم في السرعة ويؤدي إلى الكبح الهوائي الأساسي.
3. ال فرملة المروحة الدوارة يوفر القفل الميكانيكي النهائي والآمن لوقوف السيارات والطوارئ.

فهم هذه العلاقة يجعل من الواضح لماذا تعتبر تقنية الكبح القوية، الموثوقة والمضمونة فشلاً ليست مجرد ملحق بل حجر الزاوية في طاقة الرياح الحديثة.