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 اليواد للحفاظ على محور العلبة في وضع ثابت بمجرد محاذاتها مع الرياح. غالباً ما يتم تطبيقها وإطلاقها في وضع “انزلاق-فرملة” للسماح بإجراء تعديلات صغيرة ومراقبة وتخميد الاهتزازات الهيكلية.
  • الوظيفة: فكر فيها كـ“فرملة parking” 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 الإمالة: 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 بتعديلات دقيقة على زاوية ريشة المحور للحفاظ على سرعة دوارة ثابتة وإنتاج طاقة ثابتة بمجرد تجاوز سرعة الرياح للحد الأقصى المصنف للتوربين.
  • أثناء الإيقاف: لإيقاف التوربين، يتم “إمالة” الريش—يُضبط بنحو 90 درجة خارج الرياح. يؤدي ذلك إلى إزالة الرفع الهوائي فوراً، مما يجعل الدوار يبطئ بشكل كبير وآمن. هذه هي الطريقة الأساسية للكبح في حالات الإيقاف العادية والطوارئ.

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

3. فرامل الدوار: أعلى مستوى من فحص الأمان

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 الإيقاف الطارئ: بعد ريشها ريشة، تدخل فرامل الدوار لإيقاف الدوار الذي يدور ببطء حتى يتوقف تماماً (0 RPM). ليست مصممة لإيقاف الدوار من سرعته الكلية بمفردها، حيث ستكون الطاقة involved هائلة وقد تتلف نظام القيادة.
  • أثناء الصيانة: يتم تفعيل فرامل الدوار كقفل ميكانيكي لمنع الدوار من الحركة أثناء عمل الفنيين داخل المحور أو على الريش. 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. يُوجه ويثبت نظام اليواد الاتجاه.
  2. يُ控نظام الدوار يسيطر على السرعة ويؤدي إلى الكبح الهوائي الأساسي.
  3. تعطي فرامل rotor القفل الميكانيكي النهائي الآمن للوقوف في حالات الطوارئ والوقوف.

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