توانایی یک توربین بادی برای تولید الکتریسیته اساساً به تیغه های آن وابسته است که باد را "تسخیر" می کند. با این حال، شرایط باد ناسازگار است-از نظر قدرت و در دسترس بودن متفاوت است-بنابراین زوایای تیغهها باید در زمان واقعی{3}}برای به حداکثر رساندن راندمان تولید برق تنظیم شوند. این تنظیم توسط سیستم کنترل زمین انجام می شود.
قدرت سیستم زمین از کجا می آید؟ سیال هیدرولیک. این سیال باید بدون نشتی یا قطع جریان از ناسل ثابت به هاب دوار منتقل شود و قطعه ای که این انتقال را انجام می دهد باید ده ها هزار چرخش را بدون فرسودگی تحمل کند. این نقش اتحادیه چرخشی است.
اتصال چرخشی که بین ناسل و هاب نصب شده است به سیال هیدرولیک اجازه می دهد تا به یک سر وارد شود و از سر دیگر خارج شود و در عین حال امکان چرخش مداوم 360 درجه را بدون شکستن مدار سیال فراهم می کند. اساساً، به عنوان یک "لوله دینامیک" در داخل توربین عمل می کند: یک انتهای آن با ناسل ثابت می ماند در حالی که سر دیگر با توپی می چرخد و از مهر و موم برای محتوی ایمن سیال استفاده می کند.
منطق پشت سیستم گام ساده است: سیستم کنترل اصلی زاویه تیغه بهینه را بر اساس سرعت و جهت باد محاسبه میکند، سپس دستورات را از طریق اتحادیه چرخشی به سیلندرهای هیدرولیک روی توپی منتقل میکند، که تیغهها را به زاویه مورد نیاز فشار میدهد. زاویه صحیح راندمان تبدیل انرژی باد بالا را تضمین می کند، در حالی که زاویه نادرست منجر به کاهش توان خروجی می شود. در نتیجه، یک نقص در اتصال چرخشی می تواند از کاهش راندمان تا از دست دادن کنترل روی پره ها متغیر باشد و به طور بالقوه باعث خاموش شدن اضطراری کل توربین شود.
نیروی بادی فراساحلی حتی خواسته های سخت گیرانه تری را بر آن تحمیل می کنداتحادیه های چرخشی. محیطهای فراساحلی دارای شوری بالا، رطوبت بالا و عناصر خورنده قوی هستند که با ارتعاشات مداوم امواج و باد ترکیب میشوند، شرایطی که آببندهای استاندارد نمیتوانند برای مدت طولانی تحمل کنند. اتحادیه های چرخشی هیدرولیک مدرن برای توربین های بادی اغلب از ساختارهای آب بندی چند مرحله ای و موادی مانند حلقه های آب بندی کاربید سیلیکون و مهر و موم های فلورو لاستیک استفاده می کنند. آنها می توانند فشارهای عملیاتی تا 35 مگاپاسکال را تحمل کنند، دماهای 20- تا 200 درجه را تحمل کنند و طول عمر طراحی تا 20 سال را ارائه دهند. هدف این است که اطمینان حاصل شود که پس از نصب، واحد به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد.
داده های بازار نشان می دهد که فروش جهانی اتحادیه های چرخشی هیدرولیک برای توربین های بادی در سال 2024 به 877 میلیون دلار رسید و بازار همچنان به رشد خود ادامه می دهد. این محصولات در پیکربندیهای یک-کاناله، دو کاناله-و چند کاناله هستند. واحدهای مقیاس بزرگ معمولاً از نسخه های چند کاناله استفاده می کنند که امکان انتقال همزمان سیال هیدرولیک، روغن روان کننده و سیگنال های الکتریکی را فراهم می کند.
یکی دیگر از روندهای قابل توجه دور شدن از اتصالات چرخشی سنتی است-که برای انتقال سیگنال به تماس فیزیکی متکی هستند و مستعد فرسودگی و تولید زباله هستند که میتواند پایداری سیگنال را به خطر بیاندازد-به سمت فناوریهای انتقال بدون{2}}. به عنوان مثال، اتصالات دوار فیبر نوری{4} اصطکاک مکانیکی و تولید زباله را از بین میبرند و در محیطهایی مانند سایتهای دریایی که هزینههای نگهداری فوقالعاده بالاست، مزایای مشخصی را ارائه میدهند.
یک توربین بادی برای کارکردن 20 سال طراحی شده است و اتصال دوار باید به همان اندازه دوام بیاورد. اگرچه اغلب نادیده گرفته می شود، اما ضروری است: بدون آن، پره ها نمی توانند گام خود را تنظیم کنند، و باعث می شود که توربین قادر به تولید برق بدون توجه به قدرت باد نباشد.