Hana Rotor Turbine makani i nā kūlana makani like ʻole
Hoʻololi nā turbine makani i ka ikehu kinetic o ka makani i ikehu uila ma o kahi rotor (nā pahi a me ke kikowaena) e hoʻohuli ana i kahi ʻau hana. Eia nō naʻe, ʻaʻole "paʻa" ka hana rotor; ua hoʻopilikia nui ʻia e nā kūlana makani e loli ana i ka hala ʻana o ka manawa. ʻO ka wikiwiki o ka makani, ka haunaele, ke kuhikuhi o ka makani, ka nui o ka ea, a me nā hanana koʻikoʻi e like me nā makani ikaika a me ka ʻoki kū pololei e hoʻoholo ai i ka maikaʻi o ka hopu ʻana o ka rotor i ka ikehu, ka nui o ka ukana mechanical āna e hana ai, a me ke kūpaʻa o ka mana. Kūkākūkā kēia ʻatikala pehea e hana ai nā rotors turbine makani ma lalo o nā kūlana makani like ʻole, me nā hopena hoʻolālā a me ka kaohi i hoʻohana ʻia e mālama i ka pono a me ka hilinaʻi.
Nā Kumu Hana Rotor: Mana, Torque, a me ke Koe Mana
Piʻi koke ka ikehu i loaʻa i ka makani me ka wikiwiki o ka makani. Ma keʻano laulā, ua kūlike ka mana kumumanaʻo i loko o kahi kahawai makani me ka cube o ka wikiwiki o ka makani (∝ v³). ʻO ke ʻano kēia, hiki i kahi hoʻonui liʻiliʻi o ka wikiwiki o ka makani ke hoʻopuka i kahi mana nui aʻe. A laila "hopu" ka rotor i kekahi o kēlā ikehu me kahi pono aerodynamic, i hōʻike ʻia e ka coefficient mana (Cp). ʻAʻole hiki i ka waiwai Cp ke ʻoi aku ma mua o ka palena Betz (ma kahi o 59,3%) no ka mea ʻaʻole hiki i ka rotor ke hopu i ka ikehu āpau me ka ʻole o ka hoʻōki ʻana i ke kahe ʻana o ka ea.
Aia nō hoʻi ka hana o ka rotor i ka lakio wikiwiki o ka tip (TSR), ʻo ia ka lakio o ka wikiwiki o ka tip blade i ka wikiwiki o ka makani. Loaʻa i ka rotor kahi TSR kūpono, kahi e hana ai ke kihi hoʻouka o ka blade i ka hāpai kiʻekiʻe loa me ka liʻiliʻi o ke kauō. Inā haʻahaʻa loa ka TSR, e kū mālie nā lau, e hoʻemi ana i ka pono. Inā kiʻekiʻe loa ka TSR, piʻi ka kauō a piʻi ka ukana, e hōʻemi ana i ka pono a hoʻonui i ka walaʻau.
Nā Kūlana Makani Haʻahaʻa (Ma lalo o ka ʻoki ʻana): ʻAʻole i Hana ka Rotor
I ka wikiwiki o ka makani haʻahaʻa, hāʻule pinepine ka rotor ma lalo o ka paepae ʻoki (ma kahi o 3-4 m/s i nā turbines hou). Ma lalo o kēia mau kūlana, ʻaʻole lawa ka ikehu makani e lanakila ai i nā pohō mechanical a me nā uila (bearing friction, rotor inertia, generator pohō, a me nā pohō kaohi), no laila ʻaʻole hana ka turbine i ka mana pono. Hoʻoikaika pū ka hana rotor e hoʻokō i ka TSR kūpono no ka mea ʻaʻole paʻa ka wili ʻana. I kekahi mau hoʻolālā, e paʻa a hoʻokuʻu paha nā kaohi i ka paleki, hoʻoponopono i ka yaw, a hoʻokō paha i kahi hoʻolālā hoʻomaka e hōʻemi i ka ʻaʻahu mai nā on-offs pinepine.
I nā makani haʻahaʻa, ʻo ka pilikia nui ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hiki ke hoʻomaka a me ka mālama ʻana i ka wili me ka ʻole o ka hoʻokumu ʻana i nā ukana cyclic nui. ʻO nā pahi me nā ʻano aerodynamic maikaʻi ma nā helu Reynolds haʻahaʻa, me kahi ʻōnaehana hoʻomalu generator hiki ke hoʻomaka palupalu, kōkua i ka turbine e hana maikaʻi ma nā wahi makani haʻahaʻa.
Makani Kaulike (Māhele 2): Ke Hoʻokō nei i ka Pono Loa
Ke ʻoi aku ka wikiwiki o ka makani ma mua o ka ʻoki ʻana akā ma lalo nō naʻe o ka wikiwiki o ka makani i helu ʻia, hana maʻamau ka rotor ma "Region 2," kahi pae kahi e hoʻonui ai ka pahuhopu o ka hoʻomalu ʻana i ka hopu ʻana i ka ikehu. Ma lalo o kēia mau kūlana, e hoʻoponopono ka turbine wikiwiki loli i ka wikiwiki o ka rotor e mālama i ka TSR kokoke i ka waiwai kūpono. Ma ka mālama ʻana i ka TSR kūpono, hiki iā Cp ke hoʻokokoke i kona piko, e ʻae ana i ka mana i unuhi ʻia e hoʻonui me v³.
I kēia pae, hana ka rotor i ka mana "hoʻokele waiwai" loa ma muli o ka pono kiʻekiʻe a me nā ukana kūkulu i kāohi ʻia. ʻO ka pitch o ka blade pinepine ma kahi kihi liʻiliʻi (pitch haʻahaʻa) e hoʻomaikaʻi i ka hāpai aerodynamic. Hoʻoponopono ka mana torque o ka generator i ka wikiwiki o ka rotation: ʻo ka ikaika o ka makani, ʻoi aku ka nui o ka torque i hoʻopili ʻia e mālama i ka TSR.
Ka Makani Kokoke i ka Loiloi (Hoʻololi): Mana i kaupalena ʻia, Hoʻonui i ka Ukana
Ke hoʻokokoke aku ka makani i ka wikiwiki i helu ʻia (e.g., 11–13 m/s ma muli o ka hoʻolālā), komo ka turbine i kahi pae hoʻololi. Inā hoʻomau ka mana ma hope o v³, e ʻoi aku ka nui o ka mīkini hana a me ka ʻōnaehana uila ma mua o ko lākou hiki ke helu ʻia. No laila, loli ke ʻano hoʻokele: neʻe ka manaʻo mai ka "hoʻonui ʻana i ka ikehu" i ka "ka palena ʻana i ka mana a me ka ukana." ʻO kēia kahi e lilo ai ka hoʻokele pitch i mea koʻikoʻi.
Ua hoʻokiʻekiʻe ʻia ka rotor (ua hoʻonui ʻia ke kihi o ka pahi) e hōʻemi i ka hāpai ʻana a hoʻohaʻahaʻa i ka Cp, e mālama ana i ka mana hoʻopuka a puni ka waiwai i helu ʻia. ʻOiai ke kūpaʻa nei ka mana uila, hiki ke hoʻonui ʻia nā ukana aerodynamic a me ka luhi ma muli o ka turbulence, shear, a me nā ʻano like ʻole o ke kuhikuhi makani. Pono ka hoʻolālā pahi pane, ka nānā ʻana i nā ukana, a me nā algorithms kaohi pitch e pale aku i ka haʻalulu nui.
Nā Makani Kiʻekiʻe (Māhele 3): Mālama i ka Mana Maʻamau a me ka Palekana
I nā makani ma luna o ka wikiwiki o ka makani i helu ʻia, hōʻike ka turbine i nā ʻano like ʻole: mālama ʻia ka mana uila kokoke mau, ʻoiai ke kaumaha nei ka rotor i ka pono aerodynamic e mālama i nā palena kūkulu a me nā mea hana. Hoʻonui ka pitch o ka pahi i ka hulu (e hōʻemi i ke kihi o ka hoʻouka ʻana), e hōʻemi ana i ka hāpai ʻana. Ma lalo o kēia mau kūlana, hana ka rotor ma ke ʻano he ʻōnaehana i hoʻomalu ʻia i hoʻolālā ʻia e "noho palekana" ma mua o ka "unuhi i ka mana kiʻekiʻe loa."
ʻAʻole wale ka ukana ma luna o ka rotor mai ka nui o ka ikaika o ka makani akā mai nā loli wikiwiki hoʻi. Hiki i nā makani ke hoʻoulu i nā spike torque a me nā manawa kūlou ma nā lau a me ka hale kiaʻi. No laila, he nui nā turbines hou i loaʻa nā hiʻohiʻona e like me ka kaohi pitch wikiwiki, nā ʻōnaehana pale overspeed, a me nā sensor e ʻike i nā ukana koʻikoʻi.
Ka haunaele a me ka makani ikaika: Hoʻemi ka pono, piʻi ka luhi
Hiki i nā turbine ʻelua e hana ana ma ka wikiwiki makani awelika like ke hana ʻokoʻa inā ʻokoʻa nā pae turbulence. Hoʻololi ka turbulence i ke kihi o ka makani e hiki mai ana, e hoʻololi ana i ke kihi o ka pahi e hoʻouka ai, e paʻakikī ai ka mālama ʻana i ka Cp kūpono. ʻO ka hopena, hiki ke emi ka hana ikehu, ʻoiai e piʻi ana nā ukana luhi ma muli o nā pōʻaiapuni ukana pinepine.
ʻOi aku ka ʻino o nā makani ikaika (nā makani pōkole a wikiwiki): hiki iā lākou ke hoʻonui koke i ka ikaika, hoʻoulu i nā pane pitch koke, a hoʻonui i ka pilikia o ka luhi i nā aʻa o ka pahi a me ka drivetrain. Hoʻohana pinepine nā mana hou i kahi ala "hoʻēmi kaumaha", e like me ka mana pitch pākahi (IPC), kahi e hoʻoponopono ai i ka pitch o kēlā me kēia pahi e hōʻemi i ka ukana asymmetric i ka wā o ka turbulence kiʻekiʻe.
Nā Hoʻololi o ke Kuhikuhi o ka Makani a me ke Kuhihewa o ka Yaw
Hana maikaʻi loa ka rotor ke kū pono i ka makani. Inā kū ka yaw misalignment (ke kihi ma waena o ke kuhikuhi makani a me ke axis rotor), e emi ana ka ʻāpana i hoʻopili ʻia a lilo ke kahe ma luna o nā pahi i ʻole like. ʻO ka hopena: ua emi ka mana a ua hoʻonui ʻia nā ukana, ʻoiai nā ukana ʻaoʻao ma ka nacelle a me ka hale kiaʻi. Hana ka ʻōnaehana hoʻomalu yaw e hoʻohuli i ka nacelle e hoʻopaʻa i ka rotor "paʻa" i ke kuhikuhi makani, akā hiki i ka pane yaw ikaika loa ke hana i ka ʻaʻahu a me nā ukana hou aʻe. No laila, ʻo ka hoʻomalu yaw maʻamau he deadband (ʻāpana hoʻomanawanui) e pale aku ai i ka neʻe mau ʻana me nā fluctuations liʻiliʻi.
ʻO ka ʻoki makani a me ka ʻaoʻao kū pololei: nā ukana like ʻole ma nā pahi
ʻO ka ʻoki makani ka loli o ka wikiwiki o ka makani me ke kiʻekiʻe. Ma nā rotors anawaena nui, hiki i ka ʻaoʻao o luna o ka rotor ke ʻike i nā makani ikaika ma mua o ka ʻaoʻao haʻahaʻa. Hoʻokumu kēia i kahi hoʻolaha ikaika asymmetrical ma o ka wili ʻana o ka pahi hoʻokahi, e hana ana i nā ukana cyclic ma nā pahi, hub, a me ka hale kiaʻi. Hoʻopilikia pū ka ʻoki i nā hoʻolālā kaohi: ma lalo o nā kūlana ʻoki ikaika, pono e noʻonoʻo ka hoʻokele pitch a me ka torque i ka hoʻouka hou ʻana e pale aku i ka luhi wikiwiki o ka mea.
Ma nā wahi kokoke i ka ʻilikai (ma uka), ʻoi aku ka ikaika o ka shear ma muli o ka friction o ka ʻilikai a me nā mea keakea e like me nā lāʻau a i ʻole nā hale. I ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻoi aku ka maʻalahi o ke kahe ʻana o ka ʻāina ma waho a emi ka shear, e ʻae ana i ka rotor e hana paʻa a hoʻopuka i ka ikehu me ka mau.
Ka nui o ka ea, ka mahana, a me ke kiʻekiʻe: ʻAʻole like ka ikehu makani
Ma waho aʻe o ka wikiwiki, hoʻopilikia ka nui o ka ea (ρ) i ka mana i loaʻa. ʻOi aku ka nui o ka nui o ka ea anuanu a me ke kaomi kiʻekiʻe, e ʻae ana i ka rotor e hana i ka mana hou aʻe ma ka wikiwiki like o ka makani. I ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ma nā kiʻekiʻe kiʻekiʻe kahi e lahilahi ai ka ea, emi iho ka mana makani maikaʻi. He mea nui kēia no ka hoʻolālā ʻana i ka wahi turbine a me ka hoʻoponopono ʻana i ke pihi mana. Pono nō hoʻi nā mea hana e noʻonoʻo e hiki i nā loli kau i ka mahana a me ke kaomi ke hoʻololi i ka hana ikehu ʻoiai inā kūlike nā helu helu wikiwiki makani.
Nā Kūlana Koʻikoʻi a me nā ʻoki ʻoki: Palekana Loa
Ke hiki aku nā makani i ka waiwai ʻoki (pinepine ma kahi o 20-25 m/s), pani pinepine ʻia ka turbine e pale aku i ka pōʻino. Ma lalo o nā kūlana koʻikoʻi, hiki i nā ukana aerodynamic ke ʻoi aku ma mua o nā waiwai hoʻolālā, e hoʻonui ana i ka pilikia o ka hāʻule ʻana. ʻO ke kaʻina hana pani e pili ana i ka hoʻolei ʻana i nā pahi i ke kūlana hulu, ka hoʻopaʻa ʻana i ka rotor, a me ka laka ʻana i ka ʻōnaehana yaw. Ke emi a paʻa nā makani, hiki ke hoʻomaka hou i ka turbine ma hope o nā kaʻina hana palekana.
Pani
ʻO ka hana o ka rotor turbine makani ka hopena o kahi pilina paʻakikī ma waena o ka aerodynamics o ka lau, ka wikiwiki a me ka kaohi pitch, a me nā ʻano makani o ke kahua. I nā makani haʻahaʻa, ʻo ka pilikia nui ka hoʻomaka a me ka mālama ʻana i ka wili; i nā makani kaulike, hana maikaʻi loa ka rotor me ka TSR kūpono; kokoke a ma luna o ka wikiwiki i helu ʻia, neʻe ke kiko i ka palena mana a me ka hoʻemi ʻana i ka ukana; ʻoiai ʻo ka turbulence, gust, shear, a me ka yaw misalignment hiki ke hōʻemi i ka pono me ka hoʻonui ʻana i ka pilikia o ka luhi kūkulu. Me ka hoʻolālā lau kūpono, ka mana paʻakikī (pitch, torque, yaw, a me ka pitch pākahi), a me ke koho pono ʻana i ke kahua, hiki i ka rotor ke hoʻoulu i ka ikehu nui loa me ka pale ʻana i nā ʻano makani like ʻole ma ke ola hana o ka turbine.
