د باد په مختلفو شرایطو کې د باد توربین روټر فعالیت
د باد توربینونه د باد حرکي انرژي د روټر (تیغونو او مرکز) له لارې په بریښنایی انرژي بدلوي چې د جنراتور شافټ ګرځوي. په هرصورت، د روټر فعالیت هیڅکله "ثابت" نه دی؛ دا د باد شرایطو څخه خورا اغیزمن کیږي چې د وخت په تیریدو سره توپیر لري. د باد سرعت، توپان، د باد سمت، د هوا کثافت، او حتی سختې پیښې لکه بادونه او عمودی قینچ دا ټاکي چې روټر څومره په مؤثره توګه انرژي نیسي، څومره میخانیکي بار تولیدوي، او د بریښنا تولید څومره مستحکم دی. دا مقاله بحث کوي چې د باد توربین روټرونه څنګه د باد په مختلفو شرایطو کې فعالیت کوي، د ډیزاین او کنټرول اغیزو سره چې د موثریت او اعتبار ساتلو لپاره کارول کیږي.
د روټر د فعالیت اساسات: بریښنا، تورک، او د بریښنا ضریب
په باد کې شته انرژي د باد سرعت سره په چټکۍ سره زیاتیږي. په عمومي توګه، د باد جریان کې موجود تیوریکي ځواک د باد سرعت (∝ v³) د مکعب سره متناسب دی. دا پدې مانا ده چې د باد سرعت کې یو کوچنی زیاتوالی کولی شي د بریښنا ډیر لوی ظرفیت تولید کړي. بیا روټر د دې انرژۍ څخه یو څه د یو ځانګړي ایروډینامیک موثریت سره "نیسي"، چې د بریښنا ضعف (Cp) لخوا استازیتوب کیږي. د Cp ارزښت د بیټز حد (تقریبا 59,3٪) څخه ډیر نشي کیدی ځکه چې روټر نشي کولی ټوله انرژي د هوا جریان بندولو پرته ونیسي.
د روټر فعالیت هم د ټیپ سرعت تناسب (TSR) پورې اړه لري، کوم چې د بلیډ ټیپ سرعت او د باد سرعت تناسب دی. یو روټر غوره TSR لري، چیرې چې د برید تیغ زاویه د لږترلږه ډریګ سره اعظمي پورته کول تولیدوي. که TSR ډیر ټیټ وي، تیغونه ودریږي، موثریت کموي. که TSR ډیر لوړ وي، ډریګ زیاتیږي او بار زیاتیږي، همدارنګه موثریت کموي او شور زیاتوي.
د باد ټیټ حالتونه (د کټ ان څخه ښکته): روټر لا تر اوسه اغیزمن نه دی
د باد په ټیټ سرعت کې، روټر اکثرا د کټ ان حد څخه ښکته راځي (معمولا په عصري توربینونو کې شاوخوا 3-4 متر/سیکنډ). د دې شرایطو لاندې، د باد انرژي د میخانیکي او بریښنایی زیانونو (د رګونو برداشت کول، د روټر انرشیا، د جنراتور ضایعات، او د کنټرول ضایعات) د لرې کولو لپاره کافي ندي، نو توربین هیڅ خالص ګټور بریښنا نه تولیدوي. د روټر فعالیت هم د غوره TSR ترلاسه کولو لپاره مبارزه کوي ځکه چې گردش بې ثباته دی. په ځینو ډیزاینونو کې، کنټرولونه به بریک ونیسي یا خوشې کړي، یا به تنظیم کړي، یا د پرله پسې آن آفونو څخه د اغوستلو کمولو لپاره د پیل ستراتیژي پلي کړي.
په ټیټو بادونو کې، اصلي ننګونه د پیل کولو وړتیا ښه کول او د ډیر سایکلیک بارونو رامینځته کولو پرته د گردش ساتل دي. د رینالډز په ټیټو شمیرو کې د مناسب ایروډینامیک پروفایلونو سره بلیډونه، د جنراتور کنټرول سیسټم سره چې د نرم پیل کولو وړتیا لري، د ټیټ باد سیمو کې د توربین سره په ډیر مؤثره توګه کار کولو کې مرسته کوي.
معتدل باد (دوهمه سیمه): د اعظمي موثریت ترلاسه کول
کله چې د باد سرعت د کټ ان څخه پورته وي مګر بیا هم د ټاکل شوي باد سرعت څخه ښکته وي، روټر معمولا په "سیمه 2" کې کار کوي، یوه مرحله چیرې چې د کنټرول هدف د انرژۍ نیول اعظمي کول دي. د دې شرایطو لاندې، د متغیر سرعت توربین به د روټر سرعت تنظیم کړي ترڅو TSR د مطلوب ارزښت سره نږدې وساتي. د مطلوب TSR ساتلو سره، Cp کولی شي خپل لوړ حد ته نږدې شي، چې استخراج شوي ځواک ته اجازه ورکوي چې د v³ سره زیات شي.
په دې مرحله کې، روټر عموما د لوړ موثریت او نسبتا کنټرول شوي ساختماني بارونو له امله ترټولو "اقتصادي" بریښنا تولیدوي. د بلیډ پیچ اکثرا په کوچنۍ زاویه (ټیټ پیچ) کې وي ترڅو د ایروډینامیک لفټ غوره کړي. د جنراتور د تورک کنټرول د گردش سرعت تنظیموي: څومره چې باد قوي وي، د TSR ساتلو لپاره کارول شوی تورک همدومره لوړ وي.
باد نږدې درجه بندي شوی (انتقال): بریښنا محدوده، بار زیاتیږي
کله چې باد ټاکل شوي سرعت ته نږدې شي (د مثال په توګه، د ډیزاین پورې اړه لري 11-13 متر/سیکنډ)، توربین د لیږد مرحلې ته ننوځي. که چیرې بریښنا د v³ تعقیب ته دوام ورکړي، جنراتور او بریښنایی سیسټم به د دوی ټاکل شوي ظرفیت څخه ډیر شي. له همدې امله، د کنټرول ستراتیژي بدلیږي: تمرکز د "انرژی اعظمي کولو" څخه "د بریښنا او بار محدودولو" ته بدلیږي. دا هغه ځای دی چې د پیچ کنټرول خورا مهم کیږي.
روټر پیچ شوی دی (د تیغ زاویه زیاته شوې ده) ترڅو پورته کول کم او Cp کم کړي، د تولید ځواک د ټاکل شوي ارزښت شاوخوا وساتي. که څه هم بریښنایی بریښنا مستحکم پاتې کیږي، د هوا د تودوخې بارونه او ستړیا د باد د حرکت، قینچۍ او بدلونونو له امله زیاتیدلی شي. د ډیر وایبریشن مخنیوي لپاره د ځواب ویونکي تیغ ډیزاین، د بار څارنه، او د پیچ کنټرول الګوریتمونه اړین دي.
لوړ بادونه (سیمه ۳): نومول شوی بریښنا او خوندیتوب وساتئ
په هغو بادونو کې چې د باد سرعت یې لوړ وي، توربین مختلف ځانګړتیاوې ښیي: بریښنایی بریښنا تقریبا ثابت ساتل کیږي، پداسې حال کې چې روټر د ساختماني او جنراتور محدودیتونو ساتلو لپاره ایروډینامیک موثریت قرباني کوي. د تیغ پیچ د بڼکو پورې لوړیږي (د برید زاویه کموي)، د پورته کولو کموي. د دې شرایطو لاندې، روټر د کنټرول شوي سیسټم په توګه ډیر کار کوي چې د "ډیری بریښنا استخراج" پرځای "خوندي پاتې کیدو" لپاره ډیزاین شوی.
په روټر باندې بار نه یوازې د باد د ځواک د شدت له امله راځي بلکې د چټک بدلونونو له امله هم راځي. بادونه کولی شي د تورک سپکونه او په تیغونو او برجونو کې د خمیدو شیبې رامینځته کړي. له همدې امله، ډیری عصري توربینونه د ګړندي پیچ کنټرول، د ډیر سرعت محافظت سیسټمونه، او سینسرونه لري ترڅو ډیر بارونه کشف کړي.
ګډوډي او باد: موثریت کم شوی، ستړیا لوړه شوې
دوه توربینونه چې د باد په ورته اوسط سرعت کې کار کوي کولی شي په مختلف ډول فعالیت وکړي که چیرې د باد د تودوخې کچه توپیر ولري. توپان د باد د پیښې زاویه بدلوي، د تیغ د برید زاویه بدلوي، چې د مطلوب Cp ساتل ستونزمن کوي. په پایله کې، د انرژۍ تولید کم کیدی شي، پداسې حال کې چې د بار بار بار کولو دورې له امله د ستړیا بارونه زیاتیږي.
بادونه (لنډ، لوړ سرعت بادونه) ډیر شدید دي: دوی کولی شي په ځواک کې ناڅاپي زیاتوالی راولي، د ناڅاپي پیچ غبرګونونه رامینځته کړي، او د تیغ ریښو او ډرایوټرین کې د ستړیا خطر زیات کړي. عصري کنټرولونه ډیری وختونه د "بار کمولو" طریقه کاروي، لکه د انفرادي پیچ کنټرول (IPC)، کوم چې د لوړ ټربولنس په جریان کې د غیر متناسب بار کمولو لپاره د هر تیغ پیچ تنظیموي.
د باد د لوري بدلون او د یاو غلط تنظیم
روټر په ډیره اغیزمنه توګه هغه وخت کار کوي کله چې مستقیم باد ته مخامخ وي. که چیرې د یاو غلط تنظیم (د باد سمت او د روټر محور ترمنځ زاویه) رامنځته شي، نو اغیزمن سویپ شوی ساحه کمیږي او د تیغونو څخه تیریږي نا مساوي کیږي. پایله: کم شوی بریښنا او د بارونو زیاتوالی، په ځانګړې توګه په ناسیل او برج کې د اړخ بارونه. د یاو کنټرول سیسټم د ناسیل د څرخولو لپاره کار کوي ترڅو روټر د باد سمت ته "بند" وساتي، مګر د یاو ډیر تیریدونکی غبرګون هم کولی شي د اغوستلو او اضافي بارونو لامل شي. له همدې امله، د یاو کنټرول معمولا یو بند (د زغم زون) لري ترڅو دا د کوچنیو بدلونونو سره په دوامداره توګه حرکت کولو مخه ونیسي.
د باد قینچي او عمودي پروفایل: په تیغونو باندې غیر متناسب بارونه
د باد څرخ د لوړوالي سره د باد سرعت کې بدلون دی. په لوی قطر لرونکي روټرونو کې، د روټر پورتنۍ برخه کولی شي د ښکته برخې په پرتله قوي بادونه تجربه کړي. دا د یو واحد تیغ گردش په اوږدو کې غیر متناسب ځواک ویش رامینځته کوي، چې په تیغونو، مرکز او برج باندې سایکلیک بارونه رامینځته کوي. څرخ د کنټرول ستراتیژیو باندې هم اغیزه کوي: د قوي څرخ شرایطو لاندې، د پیچ او تورک کنټرول باید د بار بار بار کولو په پام کې نیولو سره د موادو ګړندي ستړیا مخه ونیسي.
په هغو سیمو کې چې سطحې ته نږدې وي (په ساحل کې)، د سطحې د رګیدو او خنډونو لکه ونو یا ودانیو له امله قیر قوي وي. برعکس، ساحل عموما اسانه جریان او لږ قیر لري، چې روټر ته اجازه ورکوي چې ډیر مستحکم کار وکړي او په دوامداره توګه انرژي تولید کړي.
د هوا کثافت، تودوخه، او لوړوالی: د باد انرژي یو شان نه ده
د سرعت سربیره، د هوا کثافت (ρ) په موجوده بریښنا اغیزه کوي. سړه، لوړ فشار هوا ډیر کثافت لري، چې روټر ته اجازه ورکوي چې د باد په ورته سرعت کې ډیر بریښنا تولید کړي. برعکس، په لوړو ارتفاعونو کې چیرې چې هوا نری وي، د باد اغیزمن بریښنا کمیږي. دا د توربین موقعیت پلان کولو او د بریښنا منحني کیلیبریشن لپاره مهم دی. چلونکي هم اړتیا لري چې په پام کې ونیسي چې د تودوخې او فشار موسمي بدلونونه کولی شي د انرژۍ تولید بدل کړي حتی که د باد سرعت احصایې یو شان ښکاري.
سخت شرایط او محدودیتونه: حتمي محافظت
کله چې بادونه د کټ آوټ ارزښت ته ورسیږي (ډیری وختونه شاوخوا 20-25 متر/ ثانیه)، توربین معمولا د زیان مخنیوي لپاره تړل کیږي. په سختو شرایطو کې، ایروډینامیک بارونه کولی شي د ډیزاین ارزښتونو څخه ډیر شي، د ناکامۍ خطر زیاتوي. د بندولو په پروسه کې د تیغونو د بڼکو موقعیت ته اچول، د روټر ماتول، او د یاو سیسټم بندول شامل دي. یوځل چې بادونه کم شي او ثبات شي، توربین د خوندیتوب پروسیجرونو په تعقیب بیا پیل کیدی شي.
تړل
د باد توربین روټر فعالیت د تیغ ایروډینامیک، سرعت او پیچ کنټرول، او د ساحې د باد ځانګړتیاو ترمنځ د پیچلي تعامل پایله ده. په ټیټو بادونو کې، لومړنۍ ننګونه د گردش پیل کول او ساتل دي؛ په معتدل بادونو کې، روټر د غوره TSR سره په خورا مؤثره توګه کار کوي؛ نږدې او پورته درجه بندي شوي سرعت سره، تمرکز د بریښنا محدودیت او د بار کمولو ته بدلیږي؛ پداسې حال کې چې ټربولینس، ګاز، شین، او د یاو غلط تنظیم کولی شي موثریت کم کړي پداسې حال کې چې د ساختماني ستړیا خطر زیاتوي. د مناسب تیغ ډیزاین، پیچلي کنټرول (پیچ، تورک، یاو، او حتی انفرادي پیچ)، او د احتیاط سره د سایټ انتخاب سره، روټر کولی شي اعظمي انرژي تولید کړي پداسې حال کې چې د توربین د عملیاتي ژوند په اوږدو کې د باد پراخه شرایطو سره مقاومت کوي.
