jos tuuliturbiinin lapojen olisi oltava litteitä, taivutettuja tai kaarevia

tuuli on vapaa energialähde, kunnes hallitukset asettavat sille veron, mutta tuuli on myös hyvin arvaamaton ja epäluotettava energialähde, koska se muuttuu jatkuvasti sekä voimakkuudeltaan että suunnaltaan. Jotta varmistamme, että saamme kaiken irti käytettävissä olevasta tuulienergiasta, on tärkeää, että tuuliturbiinin lapojen muotoilu on optimaalinen.

käyttökelpoisten energiamäärien tuottamiseksi tuulivoimaloiden on yleensä oltava suuria ja korkeita, mutta toimiakseen tehokkaasti niiden on myös oltava hyvin suunniteltuja ja suunniteltuja, mikä tekee niistä myös kalliita. Useimmat sähköntuotantoon suunnitellut tuuliturbiinit ovat koostuneet vaaka-akselin ympäri pyörivästä kahden tai kolmen terän potkurista. On selvää sanoa, että nämä potkurit, kuten tuuliturbiinin lapa, muuntavat tuulen energian käyttökelpoiseksi akselitehoksi, jota kutsutaan vääntömomentiksi.

tämä saavutetaan ottamalla tuulesta energiaa hidastamalla sitä tai hidastamalla tuulta sen kulkiessa lapojen yli. Tuulen hidastavat voimat ovat yhtä suuret ja vastakkaiset kuin työntövoimatyyppiset nostovoimat, jotka pyörittävät teriä.

lentokoneen siiven tavoin tuuliturbiinien lavat toimivat synnyttämällä nostetta kaarevan muotonsa vuoksi. Sivu, jolla on eniten käyrä, tuottaa alhaisen ilmanpaineen, kun taas alla oleva korkeapaineinen ilma työntää terän muotoisen aerofoilin toiselle puolelle. Nettotulos on nostovoima, joka on kohtisuorassa ilman virtaussuuntaan nähden turbiinien terän yli. Roottorin lapa on suunniteltava siten, että saadaan aikaan oikea määrä roottorin lapojen nostoa ja työntövoimaa, joka tuottaa optimaalisen ilman hidastuvuuden ja siten paremman terän tehokkuuden.

jos turbiinien potkurinlavat pyörivät liian hitaasti, se päästää liikaa tuulta läpi häiritsemättä, eikä siten ota niin paljon energiaa kuin se mahdollisesti voisi. Toisaalta jos potkurin terä pyörii liian nopeasti, se näkyy tuulelle suurena tasaisena pyörivänä kiekkona, joka luo suuren määrän vastusta.

tällöin optimaalinen kärkinopeussuhde TSR, joka määritellään roottorin kärjen nopeuden ja tuulen nopeuden suhteena, riippuu roottorin lapojen muotoprofiilista, turbiinin lapojen määrästä ja itse tuuliturbiinin potkurin lapojen rakenteesta. Mikä on paras terän muoto ja muotoilu tuuliturbiinin terän muotoiluun.

yleensä tuuliturbiinien lavat on muotoiltu niin, että ne tuottavat mahdollisimman suuren tehon tuulesta mahdollisimman pienin rakennuskustannuksin. Mutta tuuliturbiinien lavan valmistajat haluavat aina kehittää tehokkaamman terän muotoilun. Jatkuvat parannukset tuulisiivojen suunnittelussa ovat tuottaneet uusia tuuliturbiinimalleja, jotka ovat kompaktimpia, hiljaisempia ja pystyvät tuottamaan enemmän tehoa vähemmästä tuulesta. Sen mukaan turbiinin lapaa hieman kaartamalla ne pystyvät sieppaamaan 5-10 prosenttia enemmän tuulienergiaa ja toimimaan tehokkaammin alueilla, joilla Tuulen nopeus on tyypillisesti alhaisempi.

tuuliturbiinin Lapasuunnittelu

mikä terän muoto tuottaisi eniten energiaa tuuliturbiinille – litteät lavat ovat vanhin teräsuunnittelu ja niitä on käytetty tuhansia vuosia tuulimyllyillä, mutta tämä litteä leveä muoto on käymässä harvinaisemmaksi kuin muunlainen teräsuunnittelu. Litteät terät työntyvät vastatuuleen, ja tuuli työntyy teriä vasten.

tuloksena oleva pyöriminen on hyvin hidasta, koska terät, jotka pyörivät takaisin ylösvedolla tehon tuottamisen jälkeen, ovat vastakkaisia teholle. Tämä johtuu siitä, että lavat toimivat kuin valtavat väärään suuntaan liikkuvat melat, jotka työntyvät vastatuuleen antaen niille nimen ilmanvastukseen perustuvat roottorin lavat.

litteät terämallit tarjoavat kuitenkin merkittäviä etuja DIY ’ erille verrattuna muihin tuuliterämalleihin. Litteät roottorinlavat on helppo ja halpa leikata vaneri – tai metallilevystä varmistaen, että lapojen muoto ja koko ovat yhdenmukaiset. Ne ovat myös helpoimpia ymmärtää vaativat vähemmän suunnittelu-ja rakennusosaamista, mutta siellä tehokkuus ja sähköenergian tuottamisen helppous on hyvin alhainen.

kaarevat siivet muistuttavat hyvin paljon lentokoneen pitkää siipeä (tunnetaan myös nimellä aerofoil), jonka yläpinta on kaareva. Kaarevan terän ympärillä virtaa ilmaa ilman liikkuessa terän kaarevan yläosan yli nopeammin kuin terän tasaisen sivun alla, jolloin sen päällä on matalampi painealue, minkä vuoksi siihen kohdistuu liikettä synnyttäviä aerodynaamisia nostovoimia.

nämä nostovoimat ovat aina kohtisuorassa kaarevan terän yläpintaan nähden, mikä saa terän liikkumaan pyörivästi keskimmäisen navan ympäri. Mitä nopeammin tuuli puhaltaa, sitä enemmän terään syntyy nostetta, joten pyöriminen on sitä nopeampaa.

kaarevan roottorilapan etuna litteään terään verrattuna on se, että nostovoimien ansiosta tuuliturbiinin terän kärjet liikkuvat nopeammin kuin tuuli liikkuu tuottaen enemmän tehoa ja suurempaa tehokkuutta. Tämän seurauksena hissipohjaiset tuuliturbiinien lavat ovat nyt yleistymässä. Myös kotitekoiset PVC-tuuliturbiinien lavat voidaan leikata standardikokoisista viemäriputkista, joiden kaareva muoto on jo sisäänrakennettu antaen niille parhaan terän muodon.

kaarevan terän ilmavirtaus ja suorituskyky

, mutta kaarevat terät kärsivät myös pituudestaan johtuvasta vastuksesta, joka yrittää pysäyttää terän liikkeen. Ilmanvastus on olennaisesti ilman kitkaa terän pintaa vasten. Ilmanvastus on kohtisuorassa nostoon nähden ja on samaan suuntaan kuin ilmavirtaus terän pintaa pitkin. Mutta voimme vähentää tätä vastusvoimaa taivuttamalla tai kiertämällä terää ja myös kapenemalla sitä pitkin sen pituutta tuottaen tehokkaimman tuuliturbiinin terän rakenteen.

vastaantulevan tuulen suunnan ja terän korkeuden välistä kulmaa suhteessa vastaantulevaan tuuleen kutsutaan ”kohtauskulmaksi”. Kun tämä kohtauskulma kasvaa, syntyy enemmän nostetta, mutta kun kulmasta tulee vielä suurempi, suurempi kuin noin 20o, terä alkaa vähentää nostetta. Roottorin lapa on ihanteellinen nousukulma, joka luo parhaan pyörimisliikkeen, ja nykyaikaiset tuuliturbiinin roottorin lavat on itse asiassa suunniteltu kiertämällä niiden pituutta jyrkästä juuresta hyvin matalaan kärkeen.

koska pyörivän terän kärjessä nopeus on nopeampi kuin sen juuressa tai keskustassa, nykyaikaiset roottorin lavat kiertyvät pituuttaan 10-20 astetta juuresta kärkeen niin, että kohtauskulma pienenee paikasta, jossa ilma liikkuu suhteellisen hitaasti lähellä niiden juurta, paikkaan, jossa se liikkuu paljon nopeammin kärjessä. Tämä terän kierre maksimoi kohtauskulman pituussuunnassa, saa parhaan noston ja pyörimisen.

yhteenvetona voidaan todeta, että tuuliturbiinien roottorin lapojen pituus määrää, kuinka paljon tuulivoimaa voidaan kaapata niiden pyöriessä keskimmäisen navan ympäri ja tuuliturbiinien lapojen aerodynaaminen suorituskyky on hyvin erilainen litteän ja kaarevan terän välillä. Litteät terät ovat halpoja ja helppoja valmistaa, mutta niissä on suuret vastusvoimat, mikä tekee niistä hitaita ja tehottomia.

tuuliturbiinin lapojen tehokkuuden lisäämiseksi roottorin lapojen on oltava aerodynaamisia, jotta turbiinia voidaan nostaa ja pyörittää, mutta kaarevia aerofoil – tyyppisiä lapoja on vaikeampi tehdä, mutta ne tarjoavat paremman suorituskyvyn ja suuremmat pyörimisnopeudet, mikä tekee niistä ihanteellisia sähköenergian tuottamiseen.

mutta saadaksemme parhaan mahdollisen rakenteen tuuliturbiinien lapoihin voimme parantaa aerodynamiikkaa ja tehokkuutta vielä enemmän käyttämällä kierrettyjä, kapenevia potkurityyppisiä roottorinlapia. Terän kiertäminen muuttaa tuulenkulmaa terää pitkin siten, että terän kiertäminen ja kapeneminen sen pituutta pitkin yhdessä parantaa kohtauskulmaa lisäämällä nopeutta ja tehokkuutta vähentäen samalla vastusta. Myös suippoterät ovat vahvempia ja kevyempiä kuin suorat terät taivutusjännityksen vähentyessä.

tuuliturbiinin lapojen suunnittelu on ratkaisevan tärkeää, jotta tuuliturbiini toimisi odotusten mukaisesti. Tuuliturbiinien lapojen suunnittelussa käytetyt innovaatiot ja uudet teknologiat eivät ole loppuneet tähän, sillä uusia kaavoja ja malleja harkitaan niiden suorituskyvyn, tehokkuuden ja tehon parantamiseksi päivittäin.

saadaksesi lisätietoa” tuuliturbiinien teristä ” ja siitä, miten ne toimivat osana tuulivoimajärjestelmää, Klikkaa tästä tilataksesi Wind Power for Dummies-kirjasi Amazonilta tänään ja saadaksesi lisätietoa tuuliturbiineista, tuulienergiasta ja tuuligeneraattoreista oman ilmaisen sähkön tuottamiseksi.