Ahoana no fomba hanovan'ny rotor'ny turbine rivotra ny angovon'ny rivotra ho angovo mekanika
Anisan'ny teknolojia angovo azo havaozina mitombo haingana indrindra eran-tany ny turbine rivotra. Ao ambadiky ny tilikambo toa tsotra sy ny lelany lehibe anefa dia misy ny fizika sy ny foto-kevitra sarotra momba ny injeniera. Ao am-pon'ny rafitra dia ny rotor-n'ny turbine rivotra—ny ampahany tompon'andraikitra amin'ny fakana ny angovo kinetika an'ny rivotra sy ny fanovana azy ho angovo mekanika mihodina. Azo afindra any amin'ny gropy mpamokatra herinaratra io angovo mekanika io avy eo. Koa ahoana marina no anaovan'ny rotor io fiovam-po io? Ity lahatsoratra ity dia mandrakotra amin'ny antsipiriany ny dingana: manomboka amin'ny fomba ampiharan'ny rivotra ny hery amin'ny lelany, ka hatramin'ny fomba famokarana torque amin'ny rotor, ka hatramin'ny fomba fanatsarana ny fahombiazan'ny rafitra fanaraha-maso.
1. Angovon'ny rivotra: loharanon-karena mihetsika
Manana angovo kinetika ny rivotra satria mihetsika amin'ny hafainganam-pandeha iray ny rivotra. Amin'ny ankapobeny, mitombo haingana ny habetsaky ny angovo azo avy amin'ny rivotra rehefa mitombo ny hafainganam-pandehan'ny rivotra. Na dia tsy mila kajy isan'andro aza ianao, ny fitsipika manan-danja dia izao: ny herin'ny rivotra dia mifanandrify mivantana amin'ny kioban'ny hafainganam-pandehan'ny rivotra. Midika izany fa raha mitombo avo roa heny ny hafainganam-pandehan'ny rivotra, dia mety hitombo avo valo heny eo ho eo ny hery mety ho azony. Izany no antony ifidianana tsara ny toerana misy ny milina mpamokatra herinaratra avy amin'ny rivotra mifototra amin'ny sarintanin'ny rivotra, ny toe-tany ary ny lamina ara-potoanan'ny rivotra.
Na izany aza, tsy ny angovon'ny rivotra rehetra no azo alaina. Raha alaina daholo ny angovo rehetra, dia hijanona tanteraka ny rivotra ao ambadiky ny turbine, ary tsy ho afaka hanohy handalo ny rotor ny fikorianan'ny rivotra vaovao. Noho izany, ny rotor dia afaka maka ampahany amin'ny angovo ihany, ary ny ambiny dia mijanona ho fikorianan'ny rivotra rehefa avy mandalo ny turbine.
2. Rotor ho toy ny "elatry mihodina"
Maro ny olona mihevitra fa miasa toy ny mpankafy mivadika, atosiky ny rivotra ny lelan'ny turbine rivotra. Raha ny marina, ny lelan'ny turbine maoderina dia toy ny elatry ny fiaramanidina mihodina (airfoil). Rehefa mandalo eo ambonin'ny velaran'ny lelany ny rivotra, dia misy fahasamihafan'ny tsindry eo amin'ny ilany ambony sy ambany amin'ny lelany. Io fahasamihafan'ny tsindry io dia miteraka fiakarana—hery tarihina mifanitsy amin'ny lalana alehan'ny fikorianan'ny rivotra.
Ankoatra ny fiakarana, eo koa ny fisintonana, izay mifanaraka amin'ny fikorianan'ny rivotra ary mirona hanakana ny fihetsehana. Ny milina fanodinana rivotra maoderina dia natao hamokatra fiakarana avo sy fisintonana ambany, ahafahan'ny lelany mihodina tsara. Noho izany, ny rotor dia tsy "atosika" fotsiny amin'ny rivotra, fa "tarihin'ny" hery aerodinamika vokatry ny endriky ny lelany.
3. Hafainganam-pandeha mifandraika: rivotra + fihodinan'ny lelany
Singa fototra amin'ny fahatakarana ny rotor ny foto-kevitry ny rivotra mifandraika. Tsy miatrika ny rivotra manatona fotsiny ny lelan'ny rotor; mihetsika boribory ihany koa izy ireo rehefa mihodina ny rotor. Vokatr'izany, ny fivezivezen'ny rivotra "tsapain'ny" lelany dia fitambaran'ireto manaraka ireto:
- ny hafainganam-pandehan'ny rivotra mitsoka mankany amin'ny rotor, ary
– ny hafainganam-pandehan'ny lelany vokatry ny fihodinany.
Io fitambarana io dia mamorona zoro manokana eo amin'ny lelany, izay fantatra amin'ny anarana hoe zoro fanafihana. Ny zoro fanafihana marina dia manatsara ny fiakarana ary mampitombo ny herin'ny rotor. Raha avo loatra ny zoro fanafihana, dia mety hijanona ny lelany, ka hiteraka fihenan'ny fiakarana be, ary fihenan'ny fahombiazana.
4. Avy amin'ny hery aerodinamika ka hatramin'ny hery mihodina
Azo zaraina ho singany avy ny hery aerodinamika miasa amin'ny fizarana lelany tsirairay. Ny singa manan-danja indrindra amin'ny turbine dia ny singa hery izay mahatonga ny lelany hihodina manodidina ny foibe (afovoan'ny rotor). Io singa io no mamokatra torque.
Tsotra fotsiny:
– Ny fanandratana lehibe sy tarihina tsara dia hanome hery tangentika mahomby,
- ity hery tangential ity dia miteraka momenta torsional manodidina ny tahony rotor,
– ny hery mihodina dia mahatonga ny rotor hihodina ary mamokatra angovo mekanika amin'ny endrika fihodinan'ny tahony.
Satria lehibe kokoa eo amin'ny tendrony noho ny eo akaikin'ny fakany ny hafainganam-pandehan'ny lelany, dia tsy mitovy ny endriky ny lelany. Matetika ny lelany dia vita amin'ny:
- matevina kokoa akaikin'ny faka (ho an'ny tanjaka ara-drafitra),
- manify kokoa mankany amin'ny tendrony (ho an'ny fahombiazan'ny aerodinamika),
– misy fiolahana (fiolahana ara-jeometrika) mba hijanonana ho tsara indrindra ny zoro fanafihana manaraka ny lelany.
5. Tahan'ny hafainganam-pandehan'ny tendrony: tahan'ny manan-danja amin'ny fahombiazana
Ny tiôbinina avy amin'ny rivotra dia manana masontsivana famolavolana fototra antsoina hoe Tip Speed Ratio (TSR), izay tahan'ny hafainganam-pandehan'ny tendron'ny lelany amin'ny hafainganam-pandehan'ny rivotra. Ny tiôbinina misy lelany vitsy kokoa (ohatra, lelany telo) dia mazàna miasa amin'ny TSR ambony kokoa, mamela ny tendron'ny lelany hihetsika haingana kokoa noho ny rivotra.
Nahoana no zava-dehibe izany? Satria ny TSR dia misy fiantraikany amin'ny fomba "maka" ny angovon'ny rivotra ao amin'ny rotor. Raha miadana loatra ny rotor, dia manjaka ny fisintonana ary ambany ny fahombiazana. Raha haingana loatra ny rotor, dia mitombo ny fatiantoka aerodynamic ary mitombo ny tabataba, izay mitarika ho amin'ny enta-mavesatra ara-drafitra bebe kokoa. Ny turbine maoderina dia nohatsaraina ho an'ny TSR manokana mba hamokarana hery ambony indrindra sady mitazona ny hovitrovitra sy ny tabataba voafehy.
6. Fetra ara-teorika: Fetra Betz
Na dia natao ho mahomby araka izay tratra aza ny rotor, dia misy fetra ara-batana tsy azo ihoarana, fantatra amin'ny anarana hoe Lalàn'i Betz na ny Betz Limit. Ity fetra ity dia milaza fa ny angovon'ny rivotra ambony indrindra azon'ny turbine tonga lafatra raisina dia eo amin'ny 59,3% eo ho eo amin'ny herin'ny rivotra rehetra mandalo amin'ny velaran-tany voafafin'ny rotor.
Tsotra ny antony: tsy maintsy manohy mihetsika ny rivotra rehefa avy mandalo ny rotor, raha tsy izany dia "hijanona" ny fikorianan'ny rivotra ary tsy hisy rivotra vaovao hiditra. Amin'ny fampiharana, ny turbine tena izy dia manana fatiantoka fanampiny (fikorontanana, fikorontanana, fatiantoka mekanika), ka ny fahombiazana manontolo dia mazàna ambanin'io fetra io.
7. Fanaraha-maso ny fiolahana: manitsy ny zoron'ny lelany
Mba hitazonana ny rotor hiasa tsara amin'ny hafainganam-pandehan'ny rivotra samihafa, ny turbine maoderina dia mampiasa pitch control, rafitra iray izay mihodina ny lelany amin'ny axe-ny mba hanovana ny zoro pitch. Amin'ny alàlan'ny pitch control, ny rafitra dia afaka:
- mampitombo ny fakana angovo amin'ny rivotra antonony,
- mametra ny herinaratra amin'ny rivotra mahery mba tsy hihoatra ny fahafahan'ny mpamokatra herinaratra,
– miaro ny turbine amin'ny fihoaram-pefy mandritra ny tafio-drivotra.
Rehefa mahery loatra ny rivotra, dia azo "atsindrina" hiala amin'ny zoro tsara indrindra ny lelany mba hampihenana ny fisintonana aerodinamika, ka hifehezana ny fihodinan'ny rotor. Amin'ny toe-javatra tafahoatra, dia azo ampiasaina hampijanonana ny rotor ny pitch (miaraka amin'ny rafitra frein).
8. Rafitra fihovitrovitra: miatrika ny lalana alehan'ny rivotra
Mba hahafahan'ny rotor maka tsara ny rivotra, dia tsy maintsy miatrika ny lalana alehan'ny rivotra ny fiaramanidina rotor. Ny turbine lehibe dia mampiasa rafitra yaw, izay mihodina ny nacelle (ny fonon'ny motera eo an-tampon'ny tilikambo) mba hahafahan'ny rotor miatrika ny rivotra foana. Ny sensor vane rivotra sy ny anemometer dia manome fidirana amin'ny mpanara-maso mba hanitsiana ny toerana yaw.
Raha tsy mifanaraka amin'ny lalan'ny rivotra ny rotor (yaw misalignment), dia mihena ny angovo voaangona ary mety hitombo ny enta-mavesatra tsy mitovy amin'ny lelany, ka manafaingana ny fikikisana ny singa.
9. Avy amin'ny rotor mankany amin'ny tahony: angovo mekanika vonona hampiasaina
Rehefa mihodina ny rotor, dia alefa amin'ny alalan'ny foibe ny angovo mekanika mankany amin'ny tahony lehibe (tahony miadana). Mirona hihodina miadana ity tahony ity saingy mamokatra hery mihodina avo lenta. Amin'ny endrika sasany, dia ampitomboina amin'ny alalan'ny boaty fifindran'ny herinaratra ny hafainganam-pandeha mba hanodinana ny gropy amin'ny hafainganam-pandeha ambony kokoa. Ny endrika hafa, indrindra fa ny turbine maoderina sasany, dia mampiasa fiara mivantana (tsy misy boaty fifindran'ny herinaratra) miaraka amin'ny gropy misy lavaka maro izay afaka miasa amin'ny hafainganam-pandeha ambany kokoa.
Na izany aza, ny zava-dehibe: alohan'ny hahatongavana ho herinaratra, ny angovon'ny rivotra dia avadika ho angovo mekanika mihodina aloha ataon'ny rotor, ary ny kalitaon'io fiovam-po io no mamaritra ny fahombiazan'ny turbine amin'ny ankapobeny.
10. Fehiny
Mamadika ny angovon'ny rivotra ho angovo mekanika ny rotor-n'ny turbine rivotra, tsy amin'ny alalan'ny "fanosehana" toy ny windmill mahazatra, fa amin'ny alalan'ny fitsipiky ny aerodinamika elatra: ny airfoil dia miteraka fiakarana, ny fiakarana kosa dia miteraka hery tangential, izay mamorona torque izay mamadika ny rotor. Ny fahombiazan'ny dingana dia voataonan'ny famolavolana ny lelany (twist, profile, length), ny masontsivana toy ny Tip Speed Ratio, ary ny rafitra fanaraha-maso toy ny pitch control sy ny rafitra yaw. Na dia misy aza ny fetra ara-teorika toy ny Betz Limit, ny injeniera maoderina dia mamela ny turbine hahatratra ny fahombiazana tsara indrindra sady mitazona ny fiarovana sy ny fahatokisana. Amin'ny farany, ny rotor no "fo" an'ny turbine rivotra - ny singa mampifandray ny herin'ny rivotra voajanahary amin'ny filàn'ny olombelona amin'ny alàlan'ny fihodinana mekanika voarefy sy voafehy.
