توربین‌های بادی محور عمودی (Vertical Axis Wind Turbines یا VAWT) ساختاری متفاوت با توربین‌های رایج محور افقی (HAWT) دارند. این توربین‌ها به دلیل قابلیت کار در بادهای متلاطم و عدم نیاز به مکانیزم تنظیم جهت باد (Yaw Mechanism)، برای کاربردهای شهری و کوچک مقیاس بسیار مناسب هستند. با این حال، به دلیل نحوه انتقال گشتاور و پیچیدگی‌های مکانیکی خاص، نیازمند عیب‌یابی و نگهداری تخصصی هستند.
۱. مزایای VAWT و چالش‌های فنی آن‌ها
ویژگی‌ها | مزایا (نقاط قوت) | چالش‌های فنی (نقاط ضعف) |
جهت باد | مستقل از جهت باد. برای مناطق شهری و متلاطم ایده‌آل است. | نیاز به مکانیزم یا نیروی اولیه برای شروع چرخش (Self-Starting) در برخی طرح‌ها. |
اجزا | ژنراتور و گیربکس در نزدیکی زمین قرار دارند، نگهداری آسان‌تر است. | تنش‌های متناوب خمشی و کششی شدید روی پره‌ها در حین هر چرخش. |
تولید نویز | نویز صوتی و سایه کمتری تولید می‌کنند. | ارتعاش و نویز مکانیکی بیشتر ناشی از تنش‌های چرخه‌ای. |
۲. ایرادات شایع و عیب‌یابی مکانیکی
مشکلات VAWT غالباً ناشی از تنش‌های برشی و لرزش‌های دائمی هستند:
الف) لرزش غیرعادی و نویز مکانیکی
- علائم: لرزش شدید در بدنه توربین، صدای غیرعادی از ناحیه پایه یا ژنراتور.
- علت احتمالی:
- عدم تعادل پره‌ها (Rotor Imbalance): رایج‌ترین علت. وزن یا زاویه پره‌ها (باله‌ها) به درستی تنظیم نشده است.
- خرابی بلبرینگ‌های اصلی: بلبرینگ‌های ستون مرکزی (محور عمودی) که تحت بار محوری و شعاعی قرار دارند، مستعد سایش هستند.
- تشدید ارتعاش (Resonance): کار کردن توربین در سرعتی که فرکانس ارتعاش طبیعی سازه را تحریک می‌کند.
- عیب‌یابی: استفاده از آنالیز ارتعاشات (Vibration Analysis) و سنسورهای شتاب‌سنج برای شناسایی منبع نویز و فرکانس‌های مشکل‌ساز. بررسی ظاهری پره‌ها از نظر ترک یا تغییر شکل.
ب) کاهش ناگهانی توان خروجی
- علائم: توربین می‌چرخد، اما توان تولیدی به شدت کاهش می‌یابد.
- علت احتمالی:
- گرفتگی پره‌ها: یخ‌زدگی یا تجمع گرد و خاک و آلودگی روی سطح پره‌ها.
- خرابی یا فرسایش داخلی گیربکس: در مدل‌هایی که از گیربکس برای افزایش دور استفاده می‌کنند، سایش دندانه‌ها راندمان مکانیکی را کاهش می‌دهد.
- عیب‌یابی: تمیز کردن پره‌ها و بررسی مجدد توان خروجی. در صورت عدم بهبود، بررسی روغن و دمای گیربکس برای یافتن نشانه‌های سایش.
۳. عیب‌یابی و نگهداری سیستم الکتریکی
سیستم الکتریکی VAWT (ژنراتور و کنترلر) نیز به دلیل قرارگیری نزدیک به زمین و گشتاور بالا، در معرض آسیب است:
الف) خرابی ژنراتور (PMG)
- علائم: بوی سوختگی، عدم تولید ولتاژ، یا تولید ولتاژ نامنظم.
- علت احتمالی:
- آسیب حرارتی: کارکرد طولانی‌مدت در سرعت‌های بالا بدون خنک‌کاری کافی.
- اتصال کوتاه یا قطع شدگی سیم‌پیچ: به دلیل تنش‌های مکانیکی یا رطوبت.
- عیب‌یابی: تست مقاومت عایقی (Insulation Resistance) سیم‌پیچ‌ها و بررسی دمای ژنراتور در حین کار.
ب) مشکلات کنترلر شارژ و ترمز
کنترلر VAWT معمولاً باید دارای سیستم ترمز الکترونیکی (Electric Braking) باشد تا از افزایش دور بیش از حد (Overspeed) در بادهای طوفانی جلوگیری کند.
- علائم: نچرخیدن توربین در بادهای شدید، یا افزایش بیش از حد دور در حالی که باتری‌ها پر هستند.
- علت احتمالی: خرابی یا تنظیم نادرست Dump Load (بار انحرافی) در کنترلر. ترمز الکترونیکی عمل نمی‌کند یا به اشتباه همیشه فعال است.
- عیب‌یابی: بررسی دقیق تنظیمات نرم‌افزاری ولتاژ ترمز و تخلیه بار. اندازه‌گیری جریان عبوری از مقاومت تخلیه (Dump Resistor) در زمان پر بودن باتری.
۴. ملاحظات تخصصی نگهداری و بازرسی
نگهداری از VAWT باید با توجه به فرسودگی ناشی از بارهای چرخه‌ای انجام شود:
- بازرسی دوره‌ای سازه: به دلیل تنش‌های متناوب، اتصالات پره‌ها به محور مرکزی و ستون اصلی باید به صورت دوره‌ای از نظر ترک‌های خستگی (Fatigue Cracks) و شل شدن پیچ و مهره‌ها بازرسی شوند.
- روانکاری بلبرینگ‌ها: بلبرینگ‌های محور مرکزی (معمولاً در بالا و پایین توربین) باید بر اساس دستورالعمل سازنده (معمولاً هر ۶ ماه تا یک سال) با گریس مناسب روانکاری شوند.
- نظافت پره‌ها: پره‌ها باید به صورت دوره‌ای تمیز شوند. تجمع آلودگی، آیرودینامیک پره را مختل کرده و توان خروجی را کاهش می‌دهد.
- بررسی ارتینگ (Grounding): اتصال زمین مناسب برای حفاظت در برابر صاعقه و جلوگیری از آسیب‌های الکتریکی به ژنراتور و کنترلر ضروری است.
