Hoʻolālā a me nā Mea Hana o ka Pahi Turbine Makani
ʻO nā pahi makani ka ʻāpana koʻikoʻi loa i loko o kahi ʻōnaehana hoʻololi ikehu makani i ka uila. ʻOiai ke hana nei ka hale kiaʻi ma ke ʻano he kākoʻo a hoʻololi ka mea hana i ka ikehu mechanical i ikehu uila, ʻo nā pahi nā "mea hopu" ikehu mua, e hoʻoholo ana i ka nui o ka mana e hiki ke hōʻiliʻili ʻia mai ke kahe makani. No laila, ʻo ka hoʻolālā ʻana o ka pahi makani ua noho mau ma ke kikowaena o ka hana hou: koi i ka pono aerodynamic kiʻekiʻe, ka ikaika kūkulu, ka hilinaʻi lōʻihi, a me nā kumukūʻai hana hoʻokūkū. Kūkākūkā kēia ʻatikala i nā kumumanaʻo o ka hoʻolālā ʻana o ka pahi makani, nā ʻano geometric e pili ana i ka hana, a me nā mea i hoʻohana pinepine ʻia a me ke kumu no kā lākou koho ʻana.
Ke Kūlana o ka Aerodynamics i ka Hoʻolālā Blade
Ma ke kumu, hana like nā lau turbine me nā ʻēheu mokulele. Ke kahe ka makani ma mua o ka airfoil, loaʻa kahi ʻokoʻa kaomi ma waena o nā ʻaoʻao o luna a me lalo, e hoʻoulu ai i ka hāpai. A laila hoʻoulu kēia ʻāpana ikaika i ka torque e hoʻohuli i ka rotor. No ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka torque a me ka mana, pono e hoʻolālā ʻia nā lau me ka ʻaoʻao airfoil kūpono, ke kihi kūpono o ka hoʻouka ʻana, a me kahi ʻili laumania e mālama i ke kahe ʻana o ka ea i hoʻopili ʻia a pale i ka stalling.
I ke ao o nā mīkini makani hou, ʻaʻole wale ka hoʻolālā ʻana o ka pahi e alualu i ka "mana kiʻekiʻe loa," akā pono pū kekahi i ke kūpaʻa ma waena o nā wikiwiki makani like ʻole, ka maʻalahi o ka kaohi, a me kahi ukana kūkulu palekana. Ua pili pono pū ka Aerodynamics i ka walaʻau: hiki i nā wēlau pahi e neʻe wikiwiki ana ke hoʻoulu i ka walaʻau, no laila ua hoʻomaikaʻi pinepine ʻia nā hoʻolālā wēlau a me nā ʻaoʻao hope e hōʻemi i nā hoʻokuʻu leo.
ʻO ke ʻano o ka pahi: ka lōʻihi, ka wili, a me ke ʻano ʻokiʻoki
ʻO nā ʻano ʻekolu e hoʻoholo nui ai i ke ʻano geometry ka lōʻihi o ka pahi, ka wili, a me ke ʻano taper.
1. Ka lōʻihi o ka pahi
ʻO ka mana i hopu ʻia e ka turbine ua like ia me ka ʻāpana i kāʻili ʻia o ka rotor, ʻo ia hoʻi ʻo πR². ʻO ke ʻano kēia, ʻo ka hoʻolōʻihi ʻana i nā pahi he ala kūpono ia e hoʻonui ai i ka hiki o ka turbine. Eia nō naʻe, hoʻohui nā pahi lōʻihi i ka nuipa, hoʻonui i ka manawa kūlou ma ke aʻa pahi, a koi aku i nā mea a me nā hale ikaika. No laila, ʻo ka hoʻonui ʻana i ka lōʻihi e hele pū mau ʻia me ka ʻenekinia kūkulu a me nā mea paʻakikī.
2. Wili (wili)
ʻOkoʻa ka wikiwiki o ka makani i "manaʻo ʻia" e ka pahi ma ke kaʻe o ka ʻō. Ma kahi kokoke i ke kikowaena, ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka wikiwiki tangential; ma kahi kokoke i ka wēlau, ʻoi aku ke kiʻekiʻe. No ka hoʻokō ʻana i ke kihi hoʻouka kūpono ma kēlā me kēia kūlana, hāʻawi ʻia ka pahi i kahi wili: ʻoi aku ke kiʻekiʻe o ke kihi pitch kūloko kokoke i ke aʻa, a laila e emi ana i ka wēlau. Kōkua ka wili i ka pahi e hana pono ma kona lōʻihi holoʻokoʻa a hōʻemi i ke kaumaha pono ʻole.
3. Taper (ka hoʻohaiki ʻana o ke kaula)
ʻO ke kaula ka laulā o ke ʻano o ka pahi mai ka lihi mua a i ka lihi hope. Ma keʻano laulā, ʻoi aku ka nui o ke kaula kokoke i ke kumu e kākoʻo i nā ukana kūkulu, a laila e emi ana i ka wēlau e hōʻemi i ka huki a me ka nuipa. Hoʻopilikia pū ka taper i ka hoʻolaha hāpai, e hoʻolilo ana i mea kaulike a hōʻemi i nā ukana kiʻekiʻe.
Eia kekahi, noʻonoʻo pū ka hoʻolālā i ke ʻano o ka piko (e like me ka piko i ʻōwili ʻia a i ʻole ka ʻēheu liʻiliʻi), ka mānoanoa o ke ʻano, a me kahi o ka spar (iwi nui) ma ke ʻano he mea lawe ukana.
Ka Mana Hoʻokele Pitch a me ka Hoʻolālā Hana
Hoʻohana pinepine nā mīkini makani hou i ka kaohi pitch, ʻo ia ka hiki ke hoʻohuli i nā lau e pili ana i ka makani e mālama i kahi hoʻohuli rotor palekana. Ke ikaika loa nā makani, hoʻolei ʻia nā lau e hōʻemi i ka hāpai ʻana, e pale ana i ka mīkini hana mai ka ʻoi aku ma mua o kona palena mana a mālama i ka kaohi o nā ukana kūkulu. Pono ka ʻōnaehana pitch i ka hoʻolālā lau e kūlike me ka mīkini hub a e kū i nā pōʻaiapuni ukana hou (luhi) i hoʻokumu ʻia e nā loli pitch a me ka turbulence.
Ma nā turbine liʻiliʻi a i ʻole ma kekahi mau hoʻolālā, hoʻohana ʻia ka mana stall passive a active paha, kahi ʻano hoʻolālā e hoʻopaʻa pono i ka airfoil ma kekahi mau wikiwiki makani e kaupalena i ka mana. Eia nō naʻe, ʻoi aku ka nui o ka mana o ka pitch control ma nā turbine utility-scale ma muli o kona maʻalahi a me ka pono.
Nā Ukana Kūkulu: Luhi, Flexure, a me Torsion
ʻAʻole wale nā pahi i hoʻopilikia ʻia e nā ukana aerodynamic, akā, i nā ukana umekaumaha, nā ukana centrifugal, a me nā ukana dynamic ma muli o ka turbulence. I ka wā e wili ai ka rotor, hana hou ʻia nā pahi i nā pōʻaiapuni tensile-compressive, kahi e hoʻoulu ai i ka luhi. ʻO ka luhi pinepine kekahi kumu hoʻoholo i ke ola o ka pahi, ʻoiai e hana ana nā turbines no nā makahiki he ʻumi me nā miliona o nā pōʻaiapuni ukana.
Ma ke ʻano o ke ʻano, hilinaʻi ka hoʻolālā o ka pahi i kekahi mau ʻāpana nui:
– Pāpale Spar: papa hoʻoikaika lōʻihi e kūʻē ana i ka ukana kulou nui.
– ʻUpena ʻokiʻoki: nā paia kūloko e kūʻē i ka ʻokiʻoki a kōkua i ka ʻoʻoleʻa.
– ʻIli (ʻili pahi): pani i ka ʻaoʻao a hoʻoili i ka ukana.
– Hoʻokomo aʻa: hoʻoikaika a me ka ʻōnaehana bolt e hoʻohui i ka pahi i ke kikowaena.
He mea nui ka paʻakikī i ʻole e kūlou ka pahi a hiki i ka pā ʻana i ka hale kiaʻi (hahau hale kiaʻi) a ʻaʻole hoʻi e haʻalulu nui ka mea e hoʻolalelale ai i ka pōʻino.
Nā Mea Kuʻuna: Fiberglass a me Resin
ʻO ka mea maʻamau i hoʻohana ʻia no nā pahi turbine makani he hui fiberglass me kahi matrix resin (ʻo ka maʻamau epoxy a polyester paha). ʻO nā kumu:
- Ua lawa ka lakio o ka ikaika i ke kaumaha no nā noi nui.
– ʻOi aku ka haʻahaʻa o ke kumukūʻai ma mua o ke kalapona fiber.
- Ke kaʻina hana hana makua, kūpono no ka hana nui ʻana.
– Kū'ē maikaʻi i ka pala no nā wahi o waho.
Ua koho pinepine ʻia ka resin epoxy no kona mau waiwai mechanical kiʻekiʻe, ka hoʻopili ʻana, a me ke kūpaʻa i ka luhi. ʻOiai hiki ke hoʻohana ʻia ka polyester/vinyl ester i kekahi mau hoʻolālā no nā kumu kumukūʻai, pono e hoʻomaikaʻi ʻia ka hana lōʻihi a me ke kūpaʻa.
ʻO ke kaula kalapona: Māmā a paʻakikī, akā pipiʻi
No nā pahi lōʻihi, ke huli nui nei nā mea hana i ke kalapona fiber, ʻoi aku hoʻi no nā pāpale spar. Hāʻawi ke kalapona fiber i:
– ʻOʻoleʻa kiʻekiʻe, no laila ua hoʻemi ʻia ka deflection o ka pahi.
– ʻOi aku ka māmā o ka nuipa, e hoʻemi ana i nā ukana umekaumaha a me nā ukana hoʻoikaika.
– Hana maikaʻi loa no ka luhi ma kekahi mau hoʻonohonoho ʻana.
ʻO nā hemahema, ʻo ia ke kumukūʻai kiʻekiʻe, ka kaohi maikaʻi koʻikoʻi, a me nā pilikia e like me ka ʻike i ka hopena a me ka pono no ka hoʻolālā hui kikoʻī. No laila, ʻo kahi hoʻolālā maʻamau he hui hybrid: hoʻohana ʻia ka fiber carbon i nā wahi koʻikoʻi (spars), ʻoiai ʻo ka fiberglass e noho nui ana ma nā ʻāpana ʻē aʻe e mālama i nā kumukūʻai.
Mea Kumu: Balsa a me ka Foam
Hoʻohana pinepine nā pahi composite i kahi ʻano sandwich: ʻelua papa o ka ʻili me kahi ʻiʻo māmā ma waenakonu e hoʻonui i ka paʻakikī me ka ʻole o ka hoʻohui ʻana i ka nui o ka nui. ʻO nā ʻiʻo maʻamau:
– Lāʻau Balsa: māmā, ikaika, a he mau waiwai mechanical maikaʻi, akā pono e mālama ʻia ma ke ʻano o ka maikaʻi a me ke kūʻē ʻana i ka makū.
– Huʻa (PVC, PET, a i ʻole SAN): hana paʻa, kūlike, a pale wai; he ʻokoʻa ka ikaika a me nā ʻano mahana hana o kēlā me kēia ʻano.
Ua noʻonoʻo ke koho ʻana i ke koʻokoʻo i ka wahi ma ka pahi, nā ukana kūloko, a me ka pilikia o ka hōʻino ʻia mai ka hopena (e laʻa, i ka wā e halihali ʻia ai) a i ʻole ka ʻino ʻana.
Nā Pilikia Kaiapuni: Ua a me ka Uila ʻAna o ka ʻEleʻele
Hoʻohuli nā pahi turbine i ko lākou mau wēlau i nā wikiwiki kiʻekiʻe loa. I nā kūlana ua, hiki i nā ʻāpana wai ke hana i ka ʻino ʻana o ke kihi mua, ʻo ia hoʻi ka ʻānai ʻana o ka lihi mua o ka pahi. Hoʻemi ka ʻino ʻana i ka pono aerodynamic a hoʻonui i ka walaʻau. ʻO nā hoʻonā e komo pū me nā uhi kūikawā, nā kiʻiʻoniʻoni pale, a i ʻole nā hoʻolālā mea kū i ka abrasion.
Eia kekahi, he kiʻekiʻe nā hale hāmama o nā turbine, e hoʻolilo ana iā lākou i mea palupalu i nā hahau uila. Loaʻa pinepine i nā pahi hou nā ʻōnaehana pale uila: nā mea loaʻa ma nā wēlau o ka pahi a me nā alakaʻi kūloko e hoʻokahe i ke au i ka honua me ka ʻole o ka hōʻino ʻana i ka composite.
Hana ʻana: Infusion, Prepreg, a me ka Mana Kūlana
Hoʻopilikia nā ʻano hana hana pahi i ka maikaʻi a me ke kumukūʻai. ʻO nā ʻano hana kaulana:
- Hoʻokomo ʻia ka Vacuum (VARTM): hoʻokomo ʻia ka resin i loko o nā olonā i loko o ka ʻōpala me ke kōkua o kahi vacuum; kūpono no nā pahi nui a me ka hana kūpono.
– Prepreg: nā olonā i hoʻopiha ʻia me ka resin ma lalo o ka mana pololei; hana i ke ʻano kiʻekiʻe akā ʻoi aku ke kumukūʻai a koi aku i ka kaohi mahana koʻikoʻi.
– Ke kau lima ʻana: maʻalahi akā hiki ke loli ke ʻano ma kahi nui.
He mea nui ka kaohi ʻana i ka maikaʻi e pale ai i nā hakahaka, ka delamination, a i ʻole nā hemahema fiber e hiki ai ke hoʻolalelale i ka hāʻule ʻana o ka luhi.
Nā ʻAno Hou: Hana Hou a me nā Mea Hoʻomau
ʻO kahi pilikia nui o ka ʻoihana ka hopena o ke ola o nā pahi. He paʻakikī ke hana hou ʻana i nā composites thermoset kuʻuna. Ke puka mai nei kekahi mau ʻano hana: nā resins thermoplastic i hana hou ʻia me ka maʻalahi, nā ʻano hana no ka hoʻokaʻawale ʻana i nā fibers mai ka resin, a me ka hoʻohana ʻana i nā pahi i hoʻohana ʻia no nā noi ʻē aʻe. Ke noiʻi nei hoʻi ka noiʻi i nā fibers kūlohelohe a i ʻole nā bioresins, ʻoiai he mea nui nā pilikia o ka hana a me ke kūlike no nā turbines nui.
Ka hopena
ʻO ka hoʻolālā a me nā mea hana o ka pahi turbine makani he hui paʻakikī o ka aerodynamics a me ka ʻenekinia kūkulu. Ua hoʻolālā ʻia ka lōʻihi o ka pahi, ka wili, a me ke taper no ka hāpai kūpono a me nā ukana i kāohi ʻia; ʻoiai ua koho ʻia nā mea i hui pū ʻia e like me ka fiberglass a me ke kalapona fiber e hoʻokō i nā lakio ikaika-a-kaumaha kiʻekiʻe a me ke kūpaʻa luhi. Me nā koi o nā turbine nui a me ka ulu ʻana o ke koi no ka ikehu hou, e hoʻomau ka hana hou o ka pahi i ka nānā ʻana i ka pono, ke kūpaʻa o ke kaiapuni, ka maʻalahi o ka hana ʻana, a me nā hopena hana hou aku.
Inā makemake ʻoe, hiki iaʻu ke hoʻohui i nā ʻāpana kūikawā: nā laʻana o nā ʻano airfoil i hoʻohana pinepine ʻia, kahi hoʻohālikelike kumukūʻai o ka fiberglass vs. carbon, a i ʻole kahi kiʻi o ke ʻano o loko o ka pahi (spar cap–shear web) ma kahi wehewehe loea.
