měly by být lopatky větrných turbín ploché, ohnuté nebo zakřivené

vítr je volným zdrojem energie, dokud na něj vlády nezaplatí daň, ale vítr je také velmi nepředvídatelným a nespolehlivým zdrojem energie, protože se neustále mění jak silou, tak směrem. Abychom zajistili maximální využití dostupné větrné energie, je důležité, aby konstrukce lopatek větrné turbíny měla optimální výkon.

pro výrobu užitečného množství energie musí být větrné turbíny obecně velké a vysoké, ale pro efektivní práci musí být také dobře navrženy a zkonstruovány, což je činí také drahými. Většina větrných turbín určených pro výrobu elektřiny sestávala z dvou nebo třílisté vrtule otáčející se kolem vodorovné osy. Je zřejmé, že tyto vrtule jako konstrukce lopatek větrné turbíny přeměňují energii větru na využitelnou sílu hřídele zvanou točivý moment.

toho je dosaženo extrakcí energie z větru zpomalením nebo zpomalením větru při průchodu lopatkami. Síly, které zpomalují vítr, jsou stejné a protilehlé zdvihacím silám typu tahu, které otáčejí lopatky.

stejně jako křídlo letounu pracují lopatky větrných turbín generováním zdvihu kvůli jejich zakřivenému tvaru. Strana s největší křivkou vytváří nízký tlak vzduchu, zatímco vysokotlaký vzduch pod tlakem tlačí na druhou stranu lopatky ve tvaru aerofoilu. Výsledkem sítě je zvedací síla kolmá ke směru proudění vzduchu nad lopatkou turbín. Trik je zde navrhnout lopatku rotoru takovým způsobem, aby se vytvořilo správné množství zdvihu a tahu rotoru, což by vedlo k optimálnímu zpomalení vzduchu,a tím k lepší účinnosti lopatek.

pokud se lopatky turbín otáčejí příliš pomalu, umožňuje příliš mnoho větru procházet nerušeně, a proto nevyčerpává tolik energie, kolik by mohl. Na druhou stranu, pokud se lopatka vrtule otáčí příliš rychle, zdá se větru jako velký plochý rotující disk, který vytváří velké množství odporu.

pak optimální poměr rychlosti hrotu, TSR, který je definován jako poměr rychlosti špičky rotoru k rychlosti větru, závisí na profilu tvaru lopatky rotoru, počtu lopatek turbíny a samotné konstrukci vrtulového listu větrné turbíny. Což je nejlepší tvar a design čepele pro konstrukci lopatek větrné turbíny.

obecně jsou lopatky větrných turbín tvarovány tak, aby generovaly maximální výkon z větru při minimálních stavebních nákladech. Výrobci lopatek větrných turbín se však vždy snaží vyvinout efektivnější design lopatek. Neustálé zlepšování konstrukce větrných lopatek přineslo nové konstrukce větrných turbín, které jsou kompaktnější, tišší a jsou schopny generovat více energie z menšího větru. Předpokládá se, že mírným zakřivením lopatky turbíny, jsou schopni zachytit 5 na 10 procent více větrné energie a pracovat efektivněji v oblastech, které mají obvykle nižší rychlosti větru.

konstrukce lopatek větrné turbíny

takže jaký typ tvaru čepele by produkoval největší množství energie pro větrnou turbínu – ploché lopatky jsou nejstarší konstrukcí lopatek a používají se po tisíce let na větrných mlýnech, ale tento plochý široký tvar se stává méně běžným než jiné typy konstrukce lopatek. Ploché nože tlačí proti větru a vítr tlačí proti lopatkám.

výsledná rotace je velmi pomalá, protože lopatky, které se otáčejí zpět na zdvih nahoru po generování energie, jsou v opozici k výkonu. Je to proto, že lopatky se chovají jako obrovské pádla pohybující se špatným směrem, tlačí proti větru, což jim dává název lopatek rotoru na bázi tažení.

ploché konstrukce lopatek však nabízejí významné výhody pro kutily ve srovnání s jinými návrhy větrných čepelí. Ploché lopatky rotoru lze snadno a levně řezat z listů překližky nebo kovu, což zajišťuje, že lopatky mají konzistentní tvar a velikost. Jsou také nejjednodušší pochopit, vyžaduje méně konstrukční a konstrukční dovednosti, ale účinnost a snadnost výroby elektrické energie je velmi nízká.

zakřivené lopatky jsou velmi podobné dlouhému křídlu letounu (také známému jako aerofoil), které má nahoře zakřivený povrch. Zakřivená čepel má kolem sebe proudící vzduch se vzduchem pohybujícím se po zakřivené horní části čepele rychleji než pod plochou stranou čepele, což vytváří horní tlakovou oblast nižší, a proto je v důsledku toho vystaveno aerodynamickým zvedacím silám, které vytvářejí pohyb.

tyto zvedací síly jsou vždy kolmé k horní ploše zakřivené čepele, což způsobuje, že se čepel otáčí kolem centrálního náboje. Čím rychleji vítr fouká, tím větší je zdvih, který se na čepeli vytváří, a tím rychlejší je rotace.

výhody zakřivené lopatky rotoru ve srovnání s plochou lopatkou spočívají v tom, že zvedací síly umožňují, aby se špičky lopatek větrné turbíny pohybovaly rychleji, než se pohybuje vítr a vytvářely větší výkon a vyšší účinnost. Jako výsledek, výtahové lopatky větrných turbín se nyní stávají běžnějšími. Také domácí PVC větrné turbíny lopatky mohou být řezány ze standardních velikostí drenážních trubek, které mají zakřivený tvar již zabudovaný, což jim dává nejlepší tvar čepele.

zakřivený proud vzduchu a výkon čepele

ale zakřivené čepele také trpí tažením po jeho délce, které se snaží zastavit pohyb čepele. Drag je v podstatě tření vzduchu proti povrchu čepele. Tažení je kolmé ke zvedání a je ve stejném směru jako proudění vzduchu podél povrchu čepele. Tuto tažnou sílu však můžeme snížit ohýbáním nebo kroucením čepele a také zužováním po jeho délce, čímž vznikne nejúčinnější konstrukce lopatek větrné turbíny.

úhel mezi směrem protijedoucího větru a roztečí čepele vzhledem k blížícímu se větru se nazývá „úhel útoku“. Jak se tento úhel útoku zvětší, vytvoří se více zdvihu, ale jak se úhel zvětší, větší než asi 20o, čepel začne klesat zdvih. Existuje tedy ideální úhel sklonu lopatky rotoru, který vytváří nejlepší rotaci, a moderní lopatky rotoru větrné turbíny jsou ve skutečnosti navrženy s kroucením po jejich délce od strmého stoupání u kořene po velmi mělké stoupání na špičce.

vzhledem k tomu, že rychlost na špičce rotujícího čepele je rychlejší než u kořene nebo středu, moderní lopatky rotoru jsou zkrouceny po své délce mezi 10-až-20o od kořene ke špičce, takže úhel náběhu klesá z místa, kde se vzduch pohybuje relativně pomalu poblíž jejich kořene, na místo, kde se pohybuje mnohem rychleji na špičce. Tato čepel twist maximalizuje úhel náběhu po celé délce, získání nejlepší zdvih a otáčení.

Závěrem lze říci, že délka lopatky rotoru větrných turbín určuje, kolik větrné energie může být zachyceno při otáčení kolem centrálního náboje a aerodynamický výkon lopatek větrných turbín je velmi odlišný mezi plochou čepelí a zakřivenou čepelí. Ploché nože jsou levné a snadno vyrobitelné, ale mají vysoké tažné síly, což je činí pomalými a neefektivními.

pro zvýšení účinnosti lopatek větrné turbíny musí mít lopatky rotoru aerodynamický profil, aby vytvořily zdvih a otáčení turbíny, ale zakřivené lopatky typu aerofoil jsou obtížnější, ale nabízejí lepší výkon a vyšší rychlosti otáčení, což je činí ideální pro výrobu elektrické energie.

abychom však získali nejlepší konstrukci lopatek větrných turbín, můžeme ještě více zlepšit aerodynamiku a účinnost pomocí kroucených, kuželovitých lopatek rotoru vrtule. Kroucení čepele mění úhel větru podél čepele s kombinovaným účinkem kroucení a zužování čepele po jeho délce zlepšuje úhel útoku zvyšující rychlost, účinnost při současném snížení odporu. Kuželové čepele jsou také silnější a lehčí než rovné čepele, protože se snižuje ohybové napětí.

konstrukce lopatek větrné turbíny je zásadní pro to, aby větrná turbína fungovala podle očekávání. Inovace a nové technologie používané pro navrhování lopatek větrné turbíny se zde nezastavily, protože se zvažují nové vzorce a návrhy, které zlepšují jejich výkon, účinnost a výkon denně.

Chcete-li se dozvědět více o „lopatkách větrných turbín“ a o tom, jak fungují jako součást systému větrné energie, klikněte zde a objednejte si knihu Větrná energie pro figuríny od Amazonu dnes a dozvíte se více o větrných turbínách, větrné energii a větrných generátorech pro generování vlastní volné energie.