ska vindturbinblad vara plana, böjda eller böjda

vinden är en fri energiresurs tills regeringar lägger en skatt på den, men vinden är också en mycket oförutsägbar och en opålitlig energikälla eftersom den ständigt förändras i både styrka och riktning. Så för att säkerställa att vi får ut det mesta av den tillgängliga vindenergin är det viktigt att vindturbinbladets design har optimal prestanda.

för att producera användbara mängder kraft måste vindkraftverk i allmänhet vara stora och höga, men för att fungera effektivt måste de också vara väl utformade och konstruerade vilket gör dem dyra också. De flesta vindkraftverk avsedda för elproduktion har bestått av en två-eller trebladig propeller som roterar runt en horisontell axel. Det är uppenbart att säga att dessa propeller som vindturbinbladskonstruktioner omvandlar vindens energi till användbar axelkraft som kallas vridmoment.

detta uppnås genom att extrahera energin från vinden genom att sakta ner den eller bromsa vinden när den passerar över bladen. De krafter som bromsar vinden är lika och motsatta av lyftkrafterna för Trycktyp som roterar bladen.

precis som en flygplansvinge arbetar vindturbinblad genom att generera lyft på grund av sin böjda form. Sidan med mest kurva genererar lågt lufttryck medan högtrycksluft under trycker på den andra sidan av den bladformade aerofoil. Nettoresultatet är en lyftkraft vinkelrätt mot luftens flödesriktning över turbinbladet. Tricket här är att utforma rotorbladet på ett sådant sätt att man skapar rätt mängd rotorbladslyft och dragkraft som ger optimal retardation av luften och därmed bättre bladeffektivitet.

om turbinernas propellerblad roterar för långsamt, tillåter det för mycket vind att passera ostörd och extraherar således inte så mycket energi som det potentiellt kunde. Å andra sidan, om propellerbladet roterar för snabbt, verkar det för vinden som en stor platt roterande skiva, vilket skapar en stor mängd drag.

då beror det optimala spetshastighetsförhållandet, TSR, som definieras som förhållandet mellan rotorspetsens hastighet och vindhastigheten, på rotorbladets formprofil, antalet turbinblad och själva vindturbinpropellerbladets design. Så vilken är den bästa bladformen och designen för en vindturbinbladsdesign.

generellt är vindturbinblad formade för att generera maximal effekt från vinden till minsta byggkostnad. Men tillverkare av vindturbinblad letar alltid efter att utveckla en effektivare bladdesign. Ständiga förbättringar i utformningen av vindblad har producerat nya vindturbinkonstruktioner som är mer kompakta, tystare och kan generera mer kraft från mindre vind. Dess trodde att genom att svagt böja turbinbladet kan de fånga 5 till 10 procent mer vindenergi och fungera mer effektivt i områden som vanligtvis har lägre vindhastigheter.

Wind Turbine Blade Design

så vilken typ av bladform skulle producera den största mängden energi för en vindkraftverk – platta blad är den äldsta bladdesignen och har använts i tusentals år på väderkvarnar, men denna platta breda form blir mindre vanlig än andra typer av bladdesign. De platta bladen trycker mot vinden och vinden trycker mot bladen.

den resulterande rotationen är mycket långsam eftersom bladen som roterar tillbaka på uppslaget efter generering av kraft står i motsats till effekten. Detta beror på att bladen agerar som stora paddlar som rör sig i fel riktning och trycker mot vinden och ger dem namnet på dragbaserade rotorblad.

plattbladsdesign erbjuder dock betydande fördelar för DIY ’ er jämfört med andra vindbladsdesigner. Platta rotorblad är enkla och billiga att skära från en plåt av plywood eller metall som säkerställer att bladen har en jämn form och storlek. De är också lättast att förstå kräver mindre konstruktion och konstruktion färdigheter, men det effektivitet och lätt att generera elkraft är mycket låg.

böjda blad liknar mycket en lång flygplansvinge (även känd som en aerofoil) som har en krökt yta ovanpå. Det böjda bladet har luft som strömmar runt det med luften som rör sig över den böjda toppen av bladet snabbare än den gör under bladets plana sida, vilket gör ett lägre tryckområde ovanpå och därför utsätts för aerodynamiska lyftkrafter som skapar rörelse.

dessa lyftkrafter är alltid vinkelräta mot det böjda bladets övre yta vilket gör att bladet rör sig roterande runt det centrala navet. Ju snabbare vinden blåser, desto mer lyft som produceras på bladet, desto snabbare blir rotationen.

fördelarna med ett krökt rotorblad jämfört med ett platt blad är att lyftkrafter gör att bladspetsarna på ett vindkraftverk kan röra sig snabbare än vinden rör sig och generera mer kraft och högre effektivitet. Som ett resultat blir lyftbaserade vindturbinblad allt vanligare nu. Också, hemgjorda PVC vindkraftverk blad kan skäras från standardstorlek dräneringsrör med den böjda formen redan inbyggd ger dem den bästa bladformen.

krökt blad luftflöde och prestanda

men böjda blad lider också av drag längs dess längd som försöker stoppa bladets rörelse. Drag är i huvudsak friktionen av luft mot bladytan. Drag är vinkelrätt mot lyft och är i samma riktning som luftflödet längs bladytan. Men vi kan minska denna dragkraft genom att böja eller vrida bladet och också avsmalna det längs dess längd, vilket ger den mest effektiva vindturbinbladets design.

vinkeln mellan den mötande vindens riktning och bladets stigning i förhållande till den mötande vinden kallas ”angreppsvinkeln”. När denna angreppsvinkel blir större skapas mer lyft men när vinkeln blir ännu större, större än ca 20o, börjar bladet minska hissen. Så det finns en idealisk stigningsvinkel på rotorbladet som skapar den bästa rotationen och moderna vindturbinrotorblad är faktiskt utformade med en vridning längs sin längd från en brant stigning vid roten till en mycket grund stigning vid spetsen.

eftersom hastigheten vid spetsen på ett roterande blad är snabbare än vid dess rot eller centrum, vrids moderna rotorblad längs sin längd med mellan 10 till 20o från rot till spets så att attackvinkeln minskar från där luften rör sig relativt långsamt nära sin rot, till där den rör sig mycket snabbare vid spetsen. Denna bladvridning maximerar angreppsvinkeln längs längden och får den bästa hissen och rotationen.

Sammanfattningsvis bestämmer en vindturbins rotorbladslängd hur mycket vindkraft som kan fångas när de roterar runt ett centralt nav och den aerodynamiska prestandan hos vindturbinblad skiljer sig mycket mellan ett platt blad och ett krökt blad. Platta blad är billiga och lätta att göra men har höga dragkrafter som gör dem långsamma och ineffektiva.

för att öka vindturbinbladets effektivitet måste rotorbladen ha en aerodynamisk profil för att skapa lyft och rotera turbinen, men böjda aerofoil-blad är svårare att göra men erbjuder bättre prestanda och högre rotationshastigheter vilket gör dem idealiska för elektrisk energiproduktion.

men för att få den bästa designen för vindturbinblad kan vi förbättra aerodynamiken och effektiviteten ännu mer genom att använda vridna, avsmalnande propeller-typ rotorblad. Vridning av bladet ändrar vindens vinkel längs bladet med den kombinerade effekten av vridning och avsmalnande bladet längs dess längd förbättrar angreppsvinkeln och ökar hastigheten, effektiviteten samtidigt som dragningen minskas. Avsmalnande blad är också starkare och lättare än raka blad eftersom böjspänningen reduceras.

Vindturbinblad design är avgörande för att få ett vindkraftverk att fungera enligt förväntningarna. Innovationer och ny teknik som används för att designa vindturbinblad har inte slutat här, eftersom nya formler och mönster övervägs för att förbättra deras prestanda, effektivitet och effektutgång dagligen.

för att lära dig mer om” Vindturbinblad ” och hur de fungerar som en del av ett vindkraftssystem, Klicka här för att beställa din vindkraft för Dummies bok från Amazon idag och ta reda på mer om vindkraftverk, vindkraft och vindgeneratorer för att generera din egen fria kraft.