የንፋስ ተርባይን ምላጭ ነፋስን ለመያዝ እንዴት እንደተነደፉ
የንፋስ ተርባይን ቢላዎች ከነፋስ ኃይልን የሚይዙ እና ወደ ዘንግ ሽክርክሪት፣ ከዚያም ወደ ኤሌክትሪክ የሚቀይሩት ዋና ዋና "ክንዶች" ናቸው። ከሩቅ ቀላል ሊመስሉ ቢችሉም - ሶስት ረጅም የሚሽከረከሩ ቢላዎች ብቻ - ከቅርጻቸው በስተጀርባ የአየር ሞገድ፣ የቁሳቁስ እና የቁጥጥር ጥንቃቄ የተሞላበት ምህንድስና አለ። ይህ ጽሑፍ የንፋስ ተርባይን ቢላዎች በተለያዩ የአየር ሁኔታ ሁኔታዎች ውስጥ ነፋስን በብቃት፣ በተረጋጋ ሁኔታ እና ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ ለመያዝ እንዴት እንደተነደፉ ያብራራል።
1. መሰረታዊ መርህ፡ ነፋስን ወደ ሊፍት መቀየር
የንፋስ ተርባይን ምላጭ ዲዛይን ቁልፉ የማንሳት ጽንሰ-ሀሳብ ነው፣ መጎተት ብቻ አይደለም። የተርባይን ምላጭ እንደ አውሮፕላን ክንፎች የተነደፉ ናቸው፡ የመስቀለኛ ክፍላቸው እንደ አየር ፎይል ቅርጽ አለው። ነፋስ በአየር ፎይል ውስጥ ሲያልፍ፣ በላይኛው እና በታችኛው መካከል ያለው የግፊት ልዩነት ማንሻ ይፈጥራል፣ ይህም ምላጭዎቹን ወደ መሽከርከሪያ አቅጣጫ "ይጎትታል"። ስለዚህ፣ ሮተሩ የሚሽከረከረው በነፋስ "ስለተመታ" ሳይሆን ምላጭዎቹ የነፋሱን ፍሰት ወደ ጉልበት የሚቀይሩ የአየር ዳይናሚክ ኃይሎችን ስለሚፈጥሩ ነው።
ይህ አካሄድ በድራግ ላይ ከሚመኩ አሮጌ የንፋስ ተርባይኖች የበለጠ ውጤታማ ነው። ዘመናዊ አግድም-ዘንግ የንፋስ ተርባይኖች (HAWTs) ከፍተኛውን የማንሳት አቅም ያሳድጋሉ፣ ይህም ከቲዎሬቲካል ወሰን (ቤዝ ሊሚት) ጋር ቅርብ የሆኑ ከፍተኛ ቅልጥፍናዎችን ያስገኛሉ፣ ይህም ተርባይን 100% የነፋሱን ኃይል መያዝ እንደማይችል ይገልጻል።
2. የአየር ፎይል ቅርፅ፡ ውጤቱን የሚወስን ትንሽ ዝርዝር
የቱርቢን ምላጭ የአየር ሽፋኖች የሚከተሉትን ከግምት ውስጥ በማስገባት የተነደፉ ናቸው-
- በተለያዩ የጥቃት ማዕዘኖች ላይ የቅንጅቶች ማንሳት እና መጎተት።
– የቆመ ባህሪ፣ ይህም የአየር ፍሰት ከቢላዋ ወለል የሚለቀቅበት ሁኔታ ሲሆን ይህም ማንሻው በከፍተኛ ሁኔታ እንዲቀንስ ያደርጋል።
- የሬይኖልድስ ቁጥር ባህሪያት በምላጩ ላይ እየተለዋወጡ ነው (ምክንያቱም አንጻራዊ የአየር ፍጥነት ከሥሩ እስከ ምላጩ ጫፍ ስለሚለያይ)።
ከቢላዋ ሥር አጠገብ (በመሃል አቅራቢያ)፣ የአየር ፎይል በተለምዶ ለመዋቅራዊ ጥንካሬ ወፍራም ነው። ከመሃል ነጥብ እስከ ጫፉ ድረስ፣ መገለጫው ጎትትን ለመቀነስ እና የአየር ዳይናሚክ ቅልጥፍናን ለማሻሻል ቀጭን ይሆናል። አንዳንድ ዲዛይኖች ድምጽን ለመቀነስ የአየር ፎይልን ያመቻቹታል፣ ለምሳሌ የኋላ ጠርዝን ወይም ሴራሽን (ትናንሽ ጥርሶችን) በመቀየር።
3. ጠመዝማዛ እና መለጠጥ፡- ምላጩ “ቀጥተኛ ሰሌዳ” ያልሆነው ለምንድነው?
የተርባይን ምላጭ በቅርበት ከተመለከቱ፣ ሁለት አስፈላጊ ባህሪያትን ያስተውላሉ፡
1. ማዞር፡ የቢላዋ አንግል ከመሠረቱ ወደ ጫፉ ይለወጣል።
2. ታይፐር (የኮርድ ስፋት መቀነስ): ምላጩ ከመሠረቱ ሰፊ ሲሆን ጫፉ ደግሞ ጠባብ ነው።
ምክንያቱ ከማሽከርከር ፊዚክስ ጋር የተያያዘ ነው። የብላቶቹ ታንጀንሻል ፍጥነት ከሮተር ማእከል ርቀት ጋር ይጨምራል። ይህ ማለት የቢላ ጫፎች ከመሠረቱ አጠገብ ካሉት ክፍሎች በጣም በፍጥነት ይንቀሳቀሳሉ ማለት ነው። የቢላ አንግል ከመሠረቱ እስከ ጫፉ ተመሳሳይ ከሆነ፣ የአየር ፎይል የጥቃት አንግል በአብዛኛዎቹ የቢላዎች አካባቢ ላይ "ጠፍቷል" ይሆናል። ማዞር የቢላ እያንዳንዱ ክፍል በትንሹ ጎትት ከፍተኛውን ማንሳት ለማመንጨት በተመቻቸ የጥቃት አንግል እንዲሰራ ያረጋግጣል።
ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ቴፐር የአየር ሞገድ እና መዋቅራዊ ጭነቶችን ለማሰራጨት ይረዳል። የቢላዎቹ መሠረቶች ትላልቅ የማጠፍ ጊዜዎችን ይቋቋማሉ፣ ስለዚህ ለጥንካሬ ሰፋፊ እና ወፍራም ይሆናሉ። የቢላዎቹ ጫፎች ጭነትን፣ ሁከትን እና ድምጽን ለመቀነስ ቀጭን ይሆናሉ።
4. የጫፍ ፍጥነት ጥምርታ
የቢላ ዲዛይንም በቲፕ ፍጥነት ጥምርታ (TSR) ላይ የተመሰረተ ሲሆን ይህም የቢላ ጫፍ ፍጥነት ከነፋስ ፍጥነት ጋር ያለው ጥምርታ ነው። ዘመናዊ ተርባይኖች በተለምዶ በተወሰነ TSR (ለምሳሌ፣ ለብዙ ባለ ሶስት ምላጭ ተርባይኖች ከ6-9 አካባቢ) እንዲሰሩ የተነደፉ ናቸው። TSR የሚከተሉትን ይነካል፦
- የኃይል ቀረጻ ውጤታማነት
- የጫጫታ ደረጃ (ፈጣን ጠርዞች የበለጠ ጫጫታ ይፈጥራሉ)
- በህንፃዎች ላይ ተለዋዋጭ ጭነቶች
- በዝቅተኛ እና በከፍተኛ ነፋሶች ውስጥ አፈፃፀም
የቢላዎቹ ብዛት ከTSR ጋርም የተያያዘ ነው። ባለ ሶስት ምላጭ ተርባይኖች በብቃት፣ በመረጋጋት፣ በጫጫታ እና በሜካኒካል ጭነት መካከል ምርጡን ስምምነት ስለሚሰጡ መደበኛ እየሆነ መጥቷል።
5. የድምፅ መቆጣጠሪያ፡- ቢላዎቹ ነፋሱን እንዲከተሉ "ሊስተካከሉ" ይችላሉ።
በብዙ ዘመናዊ ተርባይኖች ላይ፣ ቢላዎቹ አንግል ከነፋስ ጋር ለማስተካከል በዘንጉ (በተተኮሰ) ላይ ሊሽከረከሩ ይችላሉ። ይህ ስርዓት የፒክ መቆጣጠሪያ ተብሎ የሚጠራ ሲሆን አስፈላጊ የሆነው በሚከተሉት ምክንያቶች ነው፡
- በመካከለኛ ነፋሶች ውስጥ ኃይልን ማመቻቸት፡- ቢላዎቹ ለትክክለኛው የጥቃት አንግል ተስተካክለዋል።
– ተርባይንን በከፍተኛ ንፋስ መከላከል፡- ከመጠን በላይ መሽከርከርን ለመከላከል ቢላዎቹ “ወደ ውጭ ይጣመራሉ” (ነፋሱን ለመቀነስ ይሽከረከራሉ)።
- ተርባይኑ በጥገና ወይም በከባድ ሁኔታዎች ምክንያት መቆም ሲፈልግ ብሬኪንግን ይረዳል።
የፒች መቆጣጠሪያ በአጠቃላይ በሃይድሮሊክ አክቲቬተር ወይም በኤሌክትሪክ ሞተር የሚመራ ሲሆን የንፋስ ፍጥነትን፣ የሮተር ሽክርክሪትን እና ጭነትን የሚያነብ የቁጥጥር ስርዓት ይቆጣጠራል።
6. የንፋስ አቅጣጫን መቀየርን መቋቋም፡ የያው እና የሮተር ዲዛይን
አግድም-ዘንግ ተርባይኖች ውጤታማ ለመሆን ነፋሱን መጋፈጥ አለባቸው። የማወዛወዝ ስርዓቱ ናሴሉን ያሽከረክራል ስለዚህ ሮተሩ ዋናውን የንፋስ አቅጣጫ ይቃኛል። ሆኖም ግን፣ ነፋሱ ሁልጊዜ የተረጋጋ አይደለም፤ ሁከት እና መሸርሸር አለ (በተለያዩ ከፍታዎች የተለያዩ የንፋስ ፍጥነቶች)። ስለዚህ፣ የቢላ ዲዛይን የሚከተሉትን ግምት ውስጥ ያስገባል፡
- በነፋስ ልዩነቶች ምክንያት የሚመጣ የዑደት ጭነት (ድካም)
- እንደ ኮረብቶች ወይም የባህር ዳርቻ አቅራቢያ ባሉ ውስብስብ ቦታዎች ላይ ለሚከሰት ሁከት መቋቋም
- የቢላዋ ተለዋዋጭ ምላሽ ከመጠን በላይ በቀላሉ እንዳይንቀጠቀጥ
የቢላዋ ዲዛይን ከፍተኛ ኃይልን ብቻ ሳይሆን ረጅም የአገልግሎት ዘመንን - በተለይም ከ20-25 ዓመታት - ዝቅተኛውን የመጥፋት አደጋን - ለማሳካት ያለመ ነው።
7. ቁሳቁስ እና መዋቅር፡ ቀላል፣ ጠንካራ እና ድካምን የሚቋቋም
የተርባይን ምላጭ በጣም ትልቅ ሊሆን ይችላል - ለዘመናዊ የባህር ዳርቻ ተርባይኖች በአስር ሜትሮች የሚረዝም ርዝመት፣ እና ለተወሰኑ የባህር ዳርቻ ተርባይኖች ከ80-100 ሜትር በላይ። ስለዚህ፣ ቁሱ የሚከተሉትን መሆን አለበት፡
- በጣም ከፍተኛ እንዳይሆን ብርሃን
- ለመታጠፍ እና ለመጠምዘዝ ጠንካራ መቋቋም
- በተደጋጋሚ ጭነቶች ምክንያት ድካምን የሚቋቋም
- የአየር ሁኔታን መቋቋም የሚችል (UV፣ ዝናብ፣ የባህር ዳርቻ ጨው፣ የሙቀት ለውጦች)
ጥቅም ላይ የሚውሉት የተለመዱ ቁሳቁሶች ከኢፖክሲ ወይም ከፖሊስተር ሙጫ ጋር የተዋሃዱ የፋይበርግላስ ውህዶች ሲሆኑ፣ በትላልቅ ተርባይኖች ውስጥ ደግሞ ከመጠን በላይ ክብደት ሳይጨምር የካርቦን ፋይበር በተወሰኑ ቦታዎች ላይ ጥንካሬን ለመጨመር ብዙውን ጊዜ ይጨመራል። በቢላዎቹ ውስጥ እንደ ስፓር (ዋና አጥንቶች) እና ሸክሙን ለመደገፍ የሚረዱ የመቁረጫ ድር ያሉ መዋቅሮች አሉ።
8. የቢላ ጫፍ ኤሮዳይናሚክስ እና የጩኸት ቅነሳ
የቢላ ጫፎች ወሳኝ ቦታ ናቸው፡ በከፍተኛ ፍጥነት ላይ ይገኛሉ እና ስለዚህ ከፍተኛውን ኃይል ያበረክታሉ፣ ነገር ግን በጣም ጫጫታ ያላቸው እና ጠንካራ ሽክርክሪቶችን ለማመንጨት በጣም የተጋለጡ ናቸው። የቢላ ጫፍ ዲዛይን ብዙውን ጊዜ በሚከተሉት መንገዶች ይሻሻላል፡
- ሽክርክሪቶችን ለመቀነስ የተወሰኑ የጫፍ ቅርጾች
- ጫጫታ ለመቀነስ የኋላ ጠርዝ ተስተካክሏል
- የፍሰት ላሚናርን በተቻለ መጠን ለረጅም ጊዜ ለማቆየት ለስላሳ ወለል
ጫጫታ የምቾት ጉዳይ ብቻ ሳይሆን በመኖሪያ አካባቢዎች አቅራቢያ ለሚደረጉ የተርባይኖች ግንባታ ፈቃዶችም ተጽዕኖ ሊያሳድር ይችላል።
9. የገጽታ ጥበቃ፡ የአፈር መሸርሸር እና የረጅም ጊዜ አፈጻጸም
ቢላዎች በዝናብ፣ በአቧራ፣ በነፍሳት እና በበረዶ እንኳን (በቀዝቃዛ አካባቢዎች) ይሰራሉ። በትላልቅ ተርባይኖች ውስጥ፣ በፍጥነት የሚንቀሳቀሱ የቢላ ጫፎች ግንባር ቀደም የሆነ የአፈር መሸርሸር ሊያጋጥማቸው ይችላል፣ ይህም የቢላውን የፊት ክፍል መበላሸት ነው። ይህ የአፈር መሸርሸር የገጽታ ሸካራነትን ይጨምራል፣ መጎተትን ይጨምራል፣ አፈፃፀምን ይቀንሳል እና ድምጽን ይጨምራል።
ስለዚህ፣ ቢላዎቹ ብዙውን ጊዜ በልዩ ሽፋን ወይም በሊደር-ጠርዝ መከላከያ ይሸፈናሉ። በአንዳንድ ሁኔታዎች፣ በስራ ዘመኑ ሁሉ ጥሩ የተርባይን አፈፃፀም ለመጠበቅ ወቅታዊ ጥገና ያስፈልጋል።
10. የዲዛይን ሂደት፡ ማስመሰል፣ የንፋስ ዋሻ ሙከራ እና የመስክ ማረጋገጫ
የቱርቢን ምላጭ ዲዛይን የሚከተሉትን የሚያካትት ተደጋጋሚ ሂደት ነው፡
1. ኤሮዳይናሚክ ሲሙሌሽን (ለምሳሌ የብሌድ ኤለመንት ሞመንተም እና የCFD ዘዴዎች)
2. የመዋቅር ትንተና (የተወሰነ የኤለመንት ትንተና)
3. ባለብዙ ዓላማ ማመቻቸት፡ ከፍተኛ ኃይል፣ ዝቅተኛ ጭነት፣ ቀልጣፋ የማምረቻ ወጪዎች
4. የፕሮቶታይፕ ሙከራ፡ የማይንቀሳቀስ ሙከራ፣ የድካም ሙከራ እና የመስክ ሙከራ
5. የአሠራር ክትትል፡ የሚቀጥለውን ትውልድ ዲዛይኖችን ለማጣራት የንዝረት፣ የጭነት እና የፍተሻ ዳሳሾች
የመጨረሻው ውጤት "ነፋስን የሚይዝ" ብቻ ሳይሆን በብልሃት የሚሰራ ቢላዋ ነው፡- የስርዓት ደህንነትን እና አስተማማኝነትን በመጠበቅ ከፍተኛ ኃይል የሚያመነጭ።
መዝጊያ
የንፋስ ተርባይን ምላጭዎች የተነደፉት በክንፍ ኤሮዳይናሚክስ፣ በማጠምዘዝ አንግል ማሻሻያ፣ በቴፐር በኩል የጭነት ቁጥጥር እና በፒች እና ማወዛወዝ በኩል ንቁ ቁጥጥርን በማጣመር ነው። ይህ ሁሉ በጠንካራ ሆኖም ቀላል ክብደት ባላቸው የተዋሃዱ ቁሳቁሶች እና ጫጫታ እና የገጽታ ጉዳትን የሚቀንሱ የዲዛይን ዝርዝሮች የተደገፈ ነው። ከውጭ ሲታይ፣ የተርባይን ምላጭ ቀላል ሊመስሉ ይችላሉ፣ ነገር ግን በእውነቱ የትክክለኛነት ምህንድስና ውጤቶች ሲሆኑ ነፋስ - የማይታይ ኃይል - ወደ ንፁህ ኤሌክትሪክ በከፍተኛ ደረጃ እንዲለወጥ ያስችላሉ።
ከፈለጉ፣ የፅንሰ-ሀሳቦቹን ምሳሌዎች (ማጠፍ፣ ማጠፍ፣ TSR) ማከል ወይም በመሠረታዊ ቀመሮች እና ቀላል የስሌት ምሳሌዎች የዚህን ጽሑፍ የበለጠ ቴክኒካዊ ስሪት መፍጠር እችላለሁ።
