Yuav Ua Li Cas Cov Cua Turbine Rotors Hloov Lub Zog Cua Mus Ua Lub Zog Mechanical
Cov cua tshuab yog ib qho ntawm cov thev naus laus zis hluav taws xob uas loj hlob sai tshaj plaws hauv ntiaj teb. Tom qab cov pej thuam yooj yim thiab cov hniav loj, txawm li cas los xij, muaj cov ntsiab cai physics thiab engineering nyuaj. Hauv plawv ntawm lub kaw lus yog lub rotor cua tshuab - qhov uas yog lub luag haujlwm rau kev ntes lub zog kinetic ntawm cua thiab hloov nws mus rau hauv lub zog mechanical rotational. Lub zog mechanical no tuaj yeem hloov mus rau lub generator los tsim hluav taws xob. Yog li, lub rotor ua tiav qhov kev hloov pauv no li cas? Tsab xov xwm no npog cov txheej txheem kom ntxaws: los ntawm qhov cua siv zog li cas rau ntawm cov hniav, mus rau qhov torque tsim rau ntawm lub rotor, mus rau qhov system tswj hwm ua kom nws ua haujlwm zoo li cas.
1. Lub zog cua: ib qho peev txheej txav mus los
Cua muaj lub zog kinetic vim tias qhov hnyav ntawm huab cua txav mus rau qee qhov ceev. Feem ntau, qhov ntau ntawm lub zog muaj nyob rau hauv cov kwj cua nce ntxiv sai sai thaum qhov ceev ntawm cua nce ntxiv. Txawm hais tias koj tsis tas yuav xam nws txhua hnub, lub hauv paus ntsiab lus tseem ceeb yog qhov no: lub zog cua yog ncaj qha proportional rau lub voos xwmfab ntawm qhov ceev ntawm cua. Qhov no txhais tau tias yog tias qhov ceev ntawm cua ob npaug, lub zog muaj peev xwm tuaj yeem nce ntxiv kwv yees li yim npaug. Qhov no yog vim li cas qhov chaw ntawm lub cav cua raug xaiv ua tib zoo raws li cov duab qhia cua, cov xwm txheej topographic, thiab cov qauv cua raws caij nyoog.
Txawm li cas los xij, tsis yog txhua lub zog cua tuaj yeem ntes tau. Yog tias tag nrho cov zog raug ntes, cov huab cua tom qab lub turbine yuav nres kiag li, thiab cov cua tshiab yuav tsis tuaj yeem txuas ntxiv hla lub rotor. Yog li ntawd, lub rotor tsuas tuaj yeem ntes tau ib feem ntawm lub zog, nrog rau cov seem seem ua cua tom qab dhau los ntawm lub turbine.
2. Rotor ua ib lub "tis tig"
Muaj coob tus neeg xav tias cov hniav cua turbine ua haujlwm zoo li lub kiv cua tig rov qab, uas raug cua thawb. Qhov tseeb, cov hniav turbine niaj hnub no zoo li cov tis dav hlau uas tig (airfoils). Thaum cua hla lub ntsej muag zoo li airfoil ntawm cov hniav, qhov sib txawv ntawm lub siab raug tsim ntawm sab saud thiab sab hauv qab ntawm cov hniav. Qhov sib txawv ntawm lub siab no tsim cov khoom nqa - lub zog uas tig mus rau qhov kev taw qhia ntawm cov cua.
Ntxiv rau qhov nqa, kuj tseem muaj qhov rub, uas sib phim nrog cov dej ntws thiab feem ntau txwv tsis pub txav mus los. Cov tshuab cua niaj hnub no tau tsim los tsim qhov nqa siab thiab qhov rub qis, ua rau cov hniav tig tau zoo. Yog li, lub rotor tsis yog tsuas yog "thawb" los ntawm cua, tab sis "rub" los ntawm cov zog aerodynamic uas tshwm sim los ntawm cov hniav lub duab.
3. Qhov ceev sib piv: cua + hniav tig
Ib qho tseem ceeb hauv kev nkag siab txog rotors yog lub tswv yim ntawm cua sib piv. Cov hniav rotor tsis yog tsuas yog ntsib cua tuaj xwb; lawv kuj txav mus rau hauv lub voj voog thaum lub rotor tig. Yog li ntawd, cov cua uas cov hniav "hnov" yog kev sib xyaw ua ke ntawm:
- qhov ceev ntawm cua tshuab mus rau lub rotor, thiab
- tangential velocity ntawm cov hniav vim yog kev sib hloov.
Qhov kev sib xyaw ua ke no tsim ib lub kaum sab xis tshwj xeeb rau cov hniav, uas hu ua lub kaum sab xis ntawm kev tawm tsam. Lub kaum sab xis ntawm kev tawm tsam kom raug yuav ua rau lub zog nqa zoo dua thiab ua rau lub rotor lub zog loj tshaj plaws. Yog tias lub kaum sab xis ntawm kev tawm tsam siab dhau, cov hniav tuaj yeem nres, ua rau lub zog nqa poob qis, thiab kev ua haujlwm poob qis.
4. Los ntawm lub zog aerodynamic mus rau lub zog tig
Cov zog aerodynamic uas ua rau txhua ntu ntawm cov hniav tuaj yeem muab faib ua lawv cov khoom. Qhov tseem ceeb tshaj plaws rau lub turbine yog qhov khoom ntawm lub zog uas nws qhov kev taw qhia ua rau cov hniav tig ib ncig ntawm lub hub (rotor center). Qhov khoom no yog qhov tsim cov torque.
Tsuas yog:
- Lub zog nqa loj thiab raug qhia meej yuav muab lub zog tangential zoo,
- lub zog tangential no tsim lub sijhawm torsional nyob ib puag ncig lub rotor ncej,
- lub sijhawm torsional ua rau lub rotor tig thiab tsim cov zog kho tshuab hauv daim ntawv ntawm kev tig ntawm lub ncej.
Vim tias qhov ceev ntawm cov hniav loj dua ntawm qhov kawg dua li ze ntawm cov hauv paus hniav, kev tsim cov hniav tsis sib xws. Feem ntau cov hniav yog ua:
- tuab dua ze ntawm cov hauv paus hniav (rau kev ruaj khov ntawm cov qauv),
- nyias dua ntawm qhov kawg (rau kev ua haujlwm aerodynamic),
- muaj qhov ntswj (geometric twist) kom lub kaum sab xis ntawm kev tawm tsam raws cov hniav tseem zoo tshaj plaws.
5. Qhov Sib Piv Ceev: qhov sib piv tseem ceeb rau kev ua haujlwm zoo
Cov cua turbine muaj ib qho tseem ceeb tsim qauv hu ua Tip Speed Ratio (TSR), uas yog qhov sib piv ntawm qhov ceev ntawm lub hau hniav rau qhov ceev ntawm cua. Cov turbine uas muaj tsawg lub hau hniav (piv txwv li, peb lub hau hniav) feem ntau ua haujlwm ntawm TSR siab dua, uas ua rau cov hau hniav txav mus sai dua li cua.
Vim li cas qhov no thiaj tseem ceeb? Vim tias TSR cuam tshuam rau qhov zoo ntawm lub rotor "tso tawm" lub zog cua. Yog tias lub rotor qeeb dhau, kev rub tswj hwm thiab kev ua haujlwm tsawg. Yog tias lub rotor ceev dhau, kev poob aerodynamic nce ntxiv thiab suab nrov nce ntxiv, txawm tias ua rau muaj kev thauj khoom ntau dua. Cov turbines niaj hnub no tau tsim kho rau TSR tshwj xeeb los tsim lub zog siab tshaj plaws thaum tswj kev co thiab suab nrov.
6. Kev txwv theoretical: Betz Txwv
Txawm hais tias lub rotor tau tsim los kom ua haujlwm tau zoo li sai tau, muaj qhov txwv ntawm lub cev uas nws tsis tuaj yeem dhau, hu ua Betz's Law lossis Betz Limit. Qhov txwv no hais tias lub zog cua siab tshaj plaws uas lub turbine zoo tagnrho tuaj yeem ntes tau yog kwv yees li 59,3% ntawm tag nrho lub zog cua hla dhau lub rotor thaj chaw swept.
Qhov laj thawj yooj yim xwb: cua yuav tsum txuas ntxiv mus tom qab dhau los ntawm lub rotor, txwv tsis pub cov dej ntws yuav "stagnate" thiab yuav tsis muaj cua tshiab nkag mus. Hauv kev xyaum, cov turbines tiag tiag muaj kev poob ntxiv (kev sib txhuam, kev ntxhov siab, kev poob tshuab), yog li tag nrho cov txiaj ntsig feem ntau yog qis dua qhov txwv no.
7. Kev tswj suab: kho lub kaum sab xis ntawm cov hniav
Yuav kom lub rotor ua haujlwm tau zoo tshaj plaws ntawm ntau qhov ceev cua, cov turbines niaj hnub no siv pitch control, ib lub tshuab uas tig cov hniav ntawm lawv lub axis kom hloov lub kaum sab xis. Nrog pitch control, lub kaw lus tuaj yeem:
- nce kev ntes zog hauv cov cua nruab nrab,
- txwv lub zog thaum muaj cua hlob kom tsis txhob tshaj qhov muaj peev xwm ntawm lub tshuab hluav taws xob,
- tiv thaiv cov turbines los ntawm kev thauj khoom ntau dhau thaum muaj cua daj cua dub.
Thaum cua muaj zog heev, cov hniav tuaj yeem "tso" kom deb ntawm lub kaum sab xis kom txo qhov kev rub ntawm huab cua, yog li tswj kev tig ntawm lub rotor. Hauv cov xwm txheej hnyav, lub suab tuaj yeem siv los nres lub rotor (ua ke nrog lub kaw lus nres).
8. Yaw system: tig mus rau sab cua
Yuav kom lub rotor ntes tau cua zoo, lub dav hlau rotor yuav tsum tig mus rau sab cua. Cov turbines loj siv lub yaw system, uas tig lub nacelle (lub tsev cav nyob rau sab saum toj ntawm lub pej thuam) kom lub rotor ib txwm tig mus rau sab cua. Lub sensor wind vane thiab lub anemometer muab cov tswv yim rau tus maub los kho qhov yaw position.
Yog tias lub rotor tsis sib phim nrog qhov cua (yaw misalignment), lub zog uas ntes tau yuav txo qis thiab cov khoom thauj tsis sib xws ntawm cov hniav tuaj yeem nce ntxiv, ua rau cov khoom hnav sai dua.
9. Los ntawm rotor mus rau lub ncej: lub zog kho tshuab npaj txhij siv
Thaum lub rotor tig, lub zog tshuab raug xa mus los ntawm lub hub mus rau lub ncej tseem ceeb (ncej qeeb qeeb). Lub ncej no feem ntau tig qeeb qeeb tab sis tsim cov torque siab. Hauv qee qhov kev tsim, qhov ceev ces raug nce los ntawm lub gearbox kom tig lub generator ntawm qhov ceev dua. Lwm cov qauv tsim, tshwj xeeb tshaj yog qee lub turbines niaj hnub no, siv kev tsav ncaj qha (tsis muaj gearbox) nrog lub generator ntau tus ncej uas tuaj yeem ua haujlwm ntawm qhov ceev qis dua.
Txawm li cas los xij, qhov tseem ceeb: ua ntej ua hluav taws xob, lub zog cua yog thawj zaug hloov los ntawm lub rotor mus rau hauv lub zog kho tshuab, thiab qhov zoo ntawm qhov kev hloov pauv no yog qhov txiav txim siab qhov kev ua tau zoo ntawm lub turbine.
10. Txoj kev
Lub rotor cua turbine hloov lub zog cua mus rau hauv lub zog tshuab tsis yog los ntawm kev "thawb" zoo li lub tshuab cua ib txwm muaj, tab sis los ntawm cov ntsiab cai ntawm tis aerodynamics: lub airfoil tsim kev nqa, lub nqa tsim lub zog tangential, uas tsim lub zog torque uas tig lub rotor. Kev ua haujlwm ntawm cov txheej txheem yog cuam tshuam los ntawm kev tsim hniav (twist, profile, ntev), cov kev cai xws li Tip Speed Ratio, thiab cov kab ke tswj xws li kev tswj hwm pitch thiab yaw systems. Txawm hais tias muaj cov kev txwv theoretical xws li Betz Limit, kev tsim kho niaj hnub tso cai rau cov turbines kom mus txog qhov kev ua tau zoo tshaj plaws thaum tswj kev nyab xeeb thiab kev ntseeg siab. Thaum kawg, lub rotor yog "lub plawv" ntawm lub turbine cua - qhov khoom uas txuas lub zog ntuj ntawm cua rau tib neeg lub zog xav tau los ntawm kev ntsuas thiab tswj kev sib hloov tshuab.
