ha a szélturbina lapátok laposak, hajlottak vagy íveltek

a szél ingyenes energiaforrás, amíg a kormányok nem vetnek rá adót, de a szél is nagyon kiszámíthatatlan és megbízhatatlan energiaforrás, mivel folyamatosan változik mind az erő, mind az irány. Tehát annak érdekében, hogy a lehető legtöbbet hozzuk ki a rendelkezésre álló szélenergiából, fontos, hogy a szélturbina lapátjának kialakítása optimális teljesítményt nyújtson.

a hasznos energia előállításához a szélturbináknak általában nagynak és magasnak kell lenniük, de a hatékony működéshez jól meg kell tervezni és megtervezni őket, ami szintén drágává teszi őket. A legtöbb villamosenergia-termelésre tervezett szélturbina két vagy három lapátos légcsavarból állt, amelyek vízszintes tengely körül forogtak. Nyilvánvaló azt mondani, hogy ezek a légcsavarok, mint a szélturbina lapátok, a szél energiáját felhasználható tengelyteljesítménygé alakítják, amelyet nyomatéknak neveznek.

ezt úgy érjük el, hogy az energiát a szélből kinyerjük úgy, hogy lelassítjuk vagy lassítjuk a szélt, amikor áthalad a lapátokon. A szelet lassító erők egyenlőek és ellentétesek a tolóerő típusú emelőerőkkel, amelyek a pengéket forgatják.

csakúgy, mint egy repülőgép szárnya, a szélturbina lapátok ívelt alakjuk miatt emelést generálnak. A legtöbb görbével rendelkező oldal alacsony légnyomást generál, míg az alatta lévő nagynyomású levegő a penge alakú aerofoil másik oldalára tolódik. A nettó eredmény egy emelőerő, amely merőleges a levegő áramlási irányára a turbinalapát felett. A trükk itt az, hogy a rotorlapátot úgy tervezzük meg, hogy a megfelelő mennyiségű rotorlapát-emelést és tolóerőt hozza létre, ami a levegő optimális lassulását eredményezi, és ezáltal jobb penge hatékonyságot eredményez.

ha a turbinák propellerlapátjai túl lassan forognak, akkor túl sok szél zavartalanul halad át, és így nem nyer ki annyi energiát, mint amennyit potenciálisan tudna. Másrészt, ha a légcsavar pengéje túl gyorsan forog, akkor a szélnek nagy, lapos forgó tárcsának tűnik, ami nagy ellenállást eredményez.

ezután az optimális csúcssebesség-arány, a TSR, amelyet a rotorcsúcs sebességének a szélsebességhez viszonyított arányaként határozunk meg, függ a rotorlapát alakprofiljától, a turbinalapátok számától és magától a szélturbina légcsavarlapát-kialakításától. Tehát melyik a legjobb penge forma és kialakítás a szélturbina penge kialakításához.

a szélturbina lapátok általában úgy vannak kialakítva, hogy a szélből a maximális teljesítményt a minimális építési költség mellett hozzák létre. De a szélturbina lapátgyártók mindig egy hatékonyabb penge kialakítás kidolgozására törekszenek. A szélpengék kialakításának folyamatos fejlesztése új szélturbina-konstrukciókat eredményezett, amelyek kompaktabbak, csendesebbek és kevesebb szélből képesek több energiát előállítani. Úgy vélik, hogy a turbina lapátjának kissé meghajlításával képesek 5-10 százalékkal több szélenergiát befogni, és hatékonyabban működnek azokon a területeken, ahol általában alacsonyabb a szélsebesség.

szélturbina lapát kialakítása

tehát melyik típusú lapátforma termelné a legnagyobb mennyiségű energiát egy szélturbina számára – a lapos lapátok a legrégebbi pengék, amelyeket évezredek óta használnak a szélmalmokon, de ez a lapos széles forma egyre ritkábban fordul elő, mint más típusú pengék. A lapos pengék a szélnek nyomódnak,a szél pedig a pengéknek.

az így létrejövő forgás nagyon lassú, mert a lapátok, amelyek az áramtermelés után visszafordulnak a felfelé irányuló löketben, szemben állnak a kimenő teljesítménygel. Ennek oka az, hogy a pengék úgy viselkednek, mint a rossz irányba mozgó hatalmas lapátok, a szél ellen tolva a drag-alapú rotorlapátok nevét adják nekik.

a lapos pengék kialakítása azonban jelentős előnyöket kínál a DIY ‘ er számára a többi széllaphoz képest. A lapos rotorlapátok könnyen és olcsón vághatók rétegelt lemezből vagy fémből, biztosítva, hogy a pengék állandó alakúak és méretűek legyenek. Ők is a legkönnyebben érthető igénylő kevesebb tervezési és építési ismeretek, de a hatékonyság és a könnyű villamosenergia-termelés nagyon alacsony.

az ívelt pengék nagyon hasonlítanak egy hosszú repülőgépszárnyhoz (más néven aerofoil), amelynek tetején ívelt felület van. Az ívelt penge körül levegő áramlik, a levegő gyorsabban mozog a penge ívelt tetején, mint a penge lapos oldala alatt, ami alacsonyabb nyomású területet eredményez a tetején, ezért ennek eredményeként aerodinamikai emelőerőknek van kitéve, amelyek mozgást hoznak létre.

ezek az emelőerők mindig merőlegesek az ívelt penge felső felületére, ami miatt a penge a központi agy körül forogva mozog. Minél gyorsabban fúj a szél, annál nagyobb emelés keletkezik a pengén, így annál gyorsabb a forgás.

az ívelt rotorlapát előnye a lapos pengével szemben az, hogy az emelőerők lehetővé teszik a szélturbina pengehegyeinek gyorsabb mozgását, mint a szél, nagyobb energiát és nagyobb hatékonyságot generálva. Ennek eredményeként a lift alapú szélturbina lapátok egyre gyakoribbak. Is, házi PVC szélturbina lapátok lehet vágni szabványos méretű vízelvezető csövek, amelyek az ívelt forma már beépített így nekik a legjobb penge alakú.

ívelt pengék légáramlása és teljesítménye

de az ívelt pengék hosszában is húzódnak, ami megpróbálja megállítani a penge mozgását. A húzás lényegében a levegő súrlódása a penge felületéhez. A húzás merőleges az emelésre, és ugyanabban az irányban van, mint a levegő áramlása a penge felületén. De csökkenthetjük ezt a húzóerőt a penge hajlításával vagy csavarásával, valamint a hosszában történő elvékonyításával, amely a leghatékonyabb szélturbina penge kialakítást eredményezi.

a szembejövő szél iránya és a pengének a szembejövő szélhez viszonyított dőlésszöge közötti szöget “támadási szögnek”nevezzük. Mivel ez a támadási szög nagyobb lesz, több emelés jön létre, de mivel a szög még nagyobb lesz, nagyobb, mint körülbelül 20o, a penge csökkenni kezd emelés. Tehát van egy ideális dőlésszöge a rotorlapátnak, amely a legjobb forgást hozza létre, és a modern szélturbina rotorlapátokat valójában úgy tervezték, hogy hosszuk mentén csavarják a gyökerük meredek pályájától a csúcsuk nagyon sekély pályájáig.

mivel a forgó penge csúcsán a sebesség gyorsabb, mint a gyökérnél vagy a közepén, a modern rotorlapátok hosszuk mentén 10-20 o között csavarodnak a gyökértől a csúcsig, így a támadási szög csökken attól a helytől, ahol a levegő viszonylag lassan mozog a gyökérük közelében, oda, ahol a csúcsán sokkal gyorsabban mozog. Ez a pengecsavar maximalizálja a támadási szöget a hossz mentén, így a legjobb emelést és forgatást kapja.

összefoglalva, a szélturbinák rotorlapátjának hossza határozza meg, hogy mennyi szélenergiát lehet befogni, amikor egy központi agy körül forognak, és a szélturbina lapátok aerodinamikai teljesítménye nagyon különbözik a lapos és az ívelt penge között. A lapos pengék olcsók és könnyen elkészíthetők, de nagy ellenállási erőkkel rendelkeznek, így lassúak és hatástalanok.

a szélturbina lapát hatékonyságának növelése érdekében a rotorlapátoknak aerodinamikai profillal kell rendelkezniük a turbina emeléséhez és forgatásához, de az ívelt aerofoil típusú lapátokat nehezebb elkészíteni, de jobb teljesítményt és nagyobb forgási sebességet kínálnak, így ideálisak az elektromos energiatermeléshez.

de ahhoz, hogy a szélturbina lapátok számára a legjobb kialakítást kapjuk, még jobban javíthatjuk az aerodinamikát és a hatékonyságot csavart, kúpos propeller típusú rotorlapátok használatával. A penge csavarása megváltoztatja a szél szögét a penge mentén, a csavarás és a penge hosszának kúpos hatása pedig javítja a támadási szöget, növelve a sebességet, a hatékonyságot, miközben csökkenti az ellenállást. A kúpos pengék erősebbek és könnyebbek, mint az egyenes pengék, mivel a hajlítási feszültség csökken.

a szélturbina lapátjának kialakítása elengedhetetlen ahhoz, hogy a szélturbina az elvárásoknak megfelelően működjön. A szélturbina lapátok tervezéséhez használt innovációk és új technológiák itt nem álltak meg, mivel új formulákat és terveket fontolgatnak, amelyek naponta javítják teljesítményüket, hatékonyságukat és teljesítményüket.

ha többet szeretne megtudni a “szélturbina lapátokról” és arról, hogyan működnek a szélenergia-rendszer részeként, akkor kattintson ide, hogy megrendelje a Wind Power for Dummies könyvet az Amazon-tól, és többet megtudjon a szélturbinákról, a szélenergiáról és a szélgenerátorokról a saját szabad áram előállításához.