Bezpieczeństwo turbin wertykalnych przy silnym wietrze

Dlaczego Gdynia to wyzwanie dla inżyniera

Statystyki wiatrowe z portu w Gdyni z listopada 2023 pokazują, że porywy przekraczające 75 km/h zdarzają się u nas średnio co 4 dni. Dla standardowej turbiny poziomej, która musi celować w wiatr, to morderstwo dla mechanizmu obrotu. Nasze rzeźby Trioartajans pracują w systemie VAWT, co oznacza, że łopatki kręcą się wokół osi pionowej. Dzięki temu nie muszą się ustawiać do kierunku wiatru, co oszczędza mechanizm i redukuje o około 14% ryzyko awarii mechanicznej w skali roku.

W Trioartajans testujemy każdy prototyp na otwartym terenie w pobliżu bulwaru, gdzie ekspozycja na wiatr jest największa. Używamy czujników nacisku, które zbierają dane co 2 sekundy. Ostatni test z 14 stycznia wykazał, że przy wietrze 22 m/s konstrukcja przenosi drgania o amplitudzie mniejszej niż 0,8 mm. To kluczowe, żeby fundament rzeźby nie pękł po 4 latach użytkowania w trudnych warunkach morskich.

System hamowania mechanicznego w rzeźbach

Kiedy czujnik wykryje, że turbina kręci się szybciej niż 240 obrotów na minutę, uruchamia się pierwszy stopień ochrony. Nie polegamy wyłącznie na elektronice, która może zawieść przy przepięciu podczas burzy. Mamy specjalny układ odśrodkowy, który mechanicznie spowalnia ruch. W marcu 2024 zamontowaliśmy ten system w 7 rzeźbach w Sopocie i do dziś nie było ani jednej usterki, mimo trzech dużych cofek bałtyckich, które uderzyły w wybrzeże.

Hamulec tarczowy, który montujemy u podstawy masztu, ma średnicę 280 mm i jest wykonany ze stali nierdzewnej 316L. Wybraliśmy ten materiał świadomie, bo sól z Zatoki Gdańskiej zjada zwykłą stal w niecałe 2 sezony. Koszt jednej tarczy to około 430 zł, ale dzięki niej rzeźba stoi stabilnie nawet wtedy, gdy drzewa obok tracą gałęzie. Bezpieczeństwo konstrukcji to dla nas fizyka, a nie obietnice.

Hamulec tarczowy ze stali 316L to jedyna rzecz, która wygrywa z solą i wiatrem w Gdyni Orłowie.

Ochrona pieszych w przestrzeni publicznej

Rzeźba w parku to nie jest tylko dekoracja, to maszyna, która generuje prąd. Odległość łopatek od ziemi w projektach Trioartajans to zawsze minimum 245 cm. To wynik analizy, którą zrobiliśmy po konsultacjach z urzędem miasta w lipcu 2022 roku. Chodzi o to, żeby nawet wysoki przechodzień z uniesionymi rękami nie dotknął ruchomych części instalacji. W zeszłym roku na 42 działające obiekty w regionie zanotowaliśmy zero incydentów z udziałem osób trzecich.

Dodatkowo stosujemy siatki zabezpieczające z drutu o grubości 2,2 mm w miejscach, gdzie design wymusza niższe osadzenie turbiny. Są one niemal niewidoczne pod kątem 45 stopni, więc nie psują widoku na ultramarynowe wykończenie konstrukcji. Projekt instalacji zasila zazwyczaj 4 lampy LED i działa non-stop od 19 miesięcy bez potrzeby wzywania ekipy serwisowej do napraw powypadkowych.

Materiały odporne na polską zimę

Aerodynamika to połowa sukcesu, druga połowa to powłoka ochronna. Używamy lakierów proszkowych o grubości 120 mikronów. W naszych warunkach klimatycznych, gdzie wilgotność rzadko spada poniżej 65%, to konieczność, a nie wybór. Podczas inspekcji w maju 2024 sprawdziliśmy stan rzeźb postawionych w 2021 roku. Powłoka trzyma się świetnie, a jedyne ślady zużycia znaleźliśmy na śrubach montażowych, które od tamtej pory wymieniliśmy na tytanowe w całej naszej ofercie.

Łopatki rzeźby wykonujemy z kompozytu węglowo-szklanego, który waży zaledwie 3,9 kg na metr bieżący. Lekkość pozwala turbinie ruszyć już przy wietrze 2,5 m/s. To ważne, bo w Gdyni często mamy dni ze słabszymi podmuchami, które mimo wszystko mogą zasilać oświetlenie parkowe przez całą noc. Przy większych wichurach mała masa łopatek redukuje siłę odśrodkową, co oszczędza łożyska i wydłuża ich życie o około 31% względem ciężkich konstrukcji stalowych.

Zdalny monitoring i serwis prewencyjny

Każda instalacja Trioartajans ma wbudowany moduł radiowy, który przesyła raport o stanie łożysk raz w tygodniu. Nie potrzebujemy do tego miejskiego Wi-Fi, bo korzystamy z pasma 868 MHz, które ma zasięg do 1,5 km w terenie zabudowanym. W październiku zeszłego roku dzięki tym danym wymieniliśmy smar w 3 turbinach, zanim zaczęły wydawać jakiekolwiek dźwięki. Kosztowało to firmę 185 zł, a uratowało łożyska, których wymiana kosztuje zazwyczaj 2200 zł.

Nasz zespół serwisowy to obecnie 3 osoby, które poruszają się furgonetką z małym podnośnikiem. Czas reakcji na zgłoszenie o nietypowym zachowaniu turbiny to u nas zazwyczaj 4-7 godzin roboczych. Zimą, gdy oblodzenie staje się realnym problemem, wprowadzamy tryb Safe Stop. Blokujemy turbiny zdalnie, jeśli temperatura spadnie poniżej -12 stopni i wieje powyżej 15 m/s. Robimy to, żeby chronić strukturę przed pękaniem zmęczeniowym materiału.

Monitoring radiowy pozwala nam naprawić usterkę, zanim klient w ogóle zauważy, że coś się dzieje.