විවිධ සුළං තත්වයන් යටතේ සුළං ටර්බයින රෝටරයේ ක්රියාකාරිත්වය
සුළං ටර්බයින, ජනක පතුවළක් භ්රමණය කරන රොටරයක් (තල සහ කේන්ද්රය) හරහා සුළඟේ චාලක ශක්තිය විද්යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරයි. කෙසේ වෙතත්, රොටර් ක්රියාකාරිත්වය කිසි විටෙකත් "ස්ථාවර" නොවේ; කාලයත් සමඟ වෙනස් වන සුළං තත්වයන් මගින් එය බෙහෙවින් බලපායි. සුළං වේගය, කැළඹිලි ස්වභාවය, සුළං දිශාව, වායු ඝනත්වය සහ සුළං සහ සිරස් කැපුම් වැනි ආන්තික සංසිද්ධි පවා රොටර් ශක්තිය කෙතරම් ඵලදායී ලෙස ග්රහණය කරගන්නේද, එය කොපමණ යාන්ත්රික බරක් ජනනය කරන්නේද සහ බල ප්රතිදානය කෙතරම් ස්ථායීද යන්න තීරණය කරයි. කාර්යක්ෂමතාව සහ විශ්වසනීයත්වය පවත්වා ගැනීම සඳහා භාවිතා කරන සැලසුම් සහ පාලන ඇඟවුම් සමඟ, සුළං ටර්බයින රොටර් විවිධ සුළං තත්වයන් යටතේ ක්රියා කරන ආකාරය මෙම ලිපියෙන් සාකච්ඡා කෙරේ.
රොටර් කාර්ය සාධන මූලික කරුණු: බලය, ව්යවර්ථය සහ බල සංගුණකය
සුළඟේ ඇති ශක්තිය සුළං වේගය සමඟ වේගයෙන් වැඩි වේ. සාමාන්යයෙන්, සුළං ප්රවාහයක අඩංගු න්යායාත්මක බලය සුළං වේගයේ ඝනකයට (∝ v³) සමානුපාතික වේ. මෙයින් අදහස් කරන්නේ සුළං වේගයේ කුඩා වැඩිවීමක් මඟින් වඩා විශාල බල විභවයක් ලබා ගත හැකි බවයි. එවිට රොටර් එම ශක්තියෙන් යම් ප්රමාණයක් නිශ්චිත වායුගතික කාර්යක්ෂමතාවයකින් "ග්රහණය" කර ගන්නා අතර එය බල සංගුණකය (Cp) මගින් නිරූපණය කෙරේ. Cp අගය Betz සීමාව (ආසන්න වශයෙන් 59,3%) ඉක්මවා යා නොහැක, මන්ද රොටර්ට වායු ප්රවාහය නතර නොකර සියලු ශක්තිය ග්රහණය කර ගත නොහැක.
භ්රමක ක්රියාකාරිත්වය ද ඉඟි වේග අනුපාතය (TSR) මත රඳා පවතී, එය තල ඉඟි වේගය සහ සුළං වේගය අතර අනුපාතයයි. භ්රමකයකට ප්රශස්ත TSR එකක් ඇත, එහිදී තල ප්රහාරක කෝණය අවම ඇදීමක් සමඟ උපරිම එසවීම නිපදවයි. TSR ඉතා අඩු නම්, තල ඇනහිටීමට නැඹුරු වන අතර කාර්යක්ෂමතාව අඩු වේ. TSR ඉතා ඉහළ නම්, ඇදගෙන යාම වැඩි වන අතර බර වැඩි වන අතර, කාර්යක්ෂමතාව අඩු කර ශබ්දය වැඩි කරයි.
අඩු සුළං තත්ත්වයන් (කැපුම් මට්ටමට පහළින්): රෝටරය තවමත් ක්රියාත්මක නොවේ.
අඩු සුළං වේගයකදී, රෝටරය බොහෝ විට කැපුම් සීමාවට වඩා පහළට වැටේ (සාමාන්යයෙන් නවීන ටර්බයිනවල 3-4 m/s පමණ). මෙම තත්වයන් යටතේ, සුළං ශක්තිය යාන්ත්රික සහ විද්යුත් පාඩු (දරණ ඝර්ෂණය, රෝටර් අවස්ථිති බව, උත්පාදක පාඩු සහ පාලන පාඩු) ජය ගැනීමට ප්රමාණවත් නොවේ, එබැවින් ටර්බයිනය ශුද්ධ ප්රයෝජනවත් බලයක් නිපදවන්නේ නැත. භ්රමණය අස්ථායී බැවින්, රෝටර් ක්රියාකාරිත්වය ප්රශස්ත TSR ලබා ගැනීමට ද අරගල කරයි. සමහර සැලසුම් වලදී, පාලකයන් තිරිංග රඳවා තබා ගැනීම හෝ මුදා හැරීම, යා සකස් කිරීම හෝ නිතර ක්රියාත්මක වීම නිසා ගෙවී යාම අඩු කිරීම සඳහා ආරම්භක උපාය මාර්ගයක් ක්රියාත්මක කරනු ඇත.
අඩු සුළං වලදී, ප්රධාන අභියෝගය වන්නේ ආරම්භක හැකියාව වැඩිදියුණු කිරීම සහ අධික චක්රීය බරක් ඇති නොකර භ්රමණය පවත්වා ගැනීමයි. අඩු රෙනෝල්ඩ්ස් අංකවල හිතකර වායුගතික පැතිකඩ සහිත තල, මෘදු ආරම්භයක් ලබා ගත හැකි උත්පාදක පාලන පද්ධතියක් සමඟින්, අඩු සුළං ප්රදේශවල ටර්බයිනය වඩාත් ඵලදායී ලෙස ක්රියාත්මක වීමට උපකාරී වේ.
මධ්යස්ථ සුළඟ (කලාපය 2): උපරිම කාර්යක්ෂමතාව ළඟා කර ගැනීම
සුළං වේගය කැපුම් මට්ටමට වඩා ඉහළින් නමුත් තවමත් ශ්රේණිගත සුළං වේගයට වඩා අඩු වූ විට, රොටර් සාමාන්යයෙන් "කලාපය 2" තුළ ක්රියාත්මක වන අතර, පාලන අරමුණ බලශක්ති ග්රහණය උපරිම කිරීම වන අදියරකි. මෙම තත්වයන් යටතේ, විචල්ය-වේග ටර්බයිනය TSR ප්රශස්ත අගයට ආසන්නව තබා ගැනීම සඳහා රොටර් වේගය සකස් කරනු ඇත. ප්රශස්ත TSR පවත්වා ගැනීමෙන්, Cp හට එහි උච්චතම අවස්ථාවට ළඟා විය හැකි අතර, නිස්සාරණය කරන ලද බලය v³ සමඟ වැඩි වීමට ඉඩ සලසයි.
මෙම අදියරේදී, ඉහළ කාර්යක්ෂමතාව සහ සාපේක්ෂව පාලනය කරන ලද ව්යුහාත්මක බර හේතුවෙන් රෝටරය සාමාන්යයෙන් වඩාත්ම “ආර්ථික” බලය නිපදවයි. වායුගතික එසවීම ප්රශස්ත කිරීම සඳහා තල තාරතාව බොහෝ විට කුඩා කෝණයකින් (අඩු තාරතාව) ඇත. උත්පාදක යන්ත්රයේ ව්යවර්ථ පාලනය භ්රමණ වේගය නියාමනය කරයි: සුළඟ ශක්තිමත් වන තරමට, TSR පවත්වා ගැනීම සඳහා යොදන ව්යවර්ථය වැඩි වේ.
ආසන්න සුළං ශ්රේණිගත කිරීම (සංක්රාන්තිය): බලය සීමිතයි, බර වැඩි වේ
සුළඟ ශ්රේණිගත වේගයට ළඟා වන විට (උදා: සැලසුම අනුව 11–13 m/s), ටර්බයිනය සංක්රාන්ති අවධියකට ඇතුළු වේ. බලය v³ අනුගමනය කරන්නේ නම්, උත්පාදක යන්ත්රය සහ විදුලි පද්ධතිය ඒවායේ ශ්රේණිගත ධාරිතාව ඉක්මවා යනු ඇත. එබැවින්, පාලන උපාය මාර්ගය වෙනස් වේ: අවධානය "ශක්තිය උපරිම කිරීම" සිට "බලය සහ බර සීමා කිරීම" දක්වා මාරු වේ. මෙහිදී තාරතා පාලනය තීරණාත්මක වේ.
එසවීම අඩු කර Cp අඩු කිරීම සඳහා භ්රමකය තාර දමා ඇත (තල කෝණය වැඩි කර ඇත), ප්රතිදාන බලය ශ්රේණිගත අගය වටා තබා ගනී. විදුලි බලය ස්ථායීව පැවතුනද, කැළඹිලි, කැපුම් සහ සුළං දිශාවේ වෙනස්කම් හේතුවෙන් වායුගතික බර සහ තෙහෙට්ටුව වැඩි විය හැක. අධික කම්පනය වැළැක්වීම සඳහා ප්රතිචාරාත්මක තල නිර්මාණය, බර නිරීක්ෂණය සහ තාරතා පාලන ඇල්ගොරිතම අවශ්ය වේ.
තද සුළං (කලාපය 3): නාමික බලය සහ ආරක්ෂාව පවත්වා ගැනීම.
ශ්රේණිගත කළ සුළං වේගයට වඩා වැඩි සුළං වලදී, ටර්බයිනය විවිධ ලක්ෂණ ප්රදර්ශනය කරයි: විදුලි බලය පාහේ නියතව පවත්වා ගෙන යන අතර, ව්යුහාත්මක සහ උත්පාදක සීමාවන් පවත්වා ගැනීම සඳහා රොටර් වායුගතික කාර්යක්ෂමතාව කැප කරයි. තල තාරතාව පිහාටුව දක්වා වැඩි වේ (ප්රහාරයේ කෝණය අඩු කරයි), එසවීම අඩු කරයි. මෙම තත්වයන් යටතේ, රොටර් "උපරිම බලය නිස්සාරණය කිරීමට" වඩා "ආරක්ෂිතව සිටීමට" නිර්මාණය කර ඇති පාලිත පද්ධතියක් ලෙස වැඩිපුර ක්රියාත්මක වේ.
භ්රමකය මත බර පැටවීම සුළං බලයේ විශාලත්වයෙන් පමණක් නොව වේගවත් උච්චාවචනයන්ගෙන් ද පැමිණේ. සුළං මගින් තල සහ කුළුණ මත ව්යවර්ථ ස්පයික් සහ නැමීමේ අවස්ථා ඇති කළ හැකිය. එමනිසා, බොහෝ නවීන ටර්බයිනවල වේගවත් තාරතා පාලනය, අධි වේග ආරක්ෂණ පද්ධති සහ අධික බර හඳුනා ගැනීමට සංවේදක වැනි විශේෂාංග ඇත.
කැළඹිලි ස්වභාවය සහ වායු පීඩනය: කාර්යක්ෂමතාව අඩු වීම, තෙහෙට්ටුව වැඩි වීම
කැළඹිලි මට්ටම් වෙනස් නම් එකම සාමාන්ය සුළං වේගයකින් ක්රියාත්මක වන ටර්බයින දෙකක් වෙනස් ලෙස ක්රියා කළ හැකිය. කැළඹිලි ස්වභාවය සුළං කෝණය වෙනස් කරන අතර එමඟින් තලයේ ප්රහාරක කෝණය උච්චාවචනය වන අතර එමඟින් ප්රශස්ත Cp පවත්වා ගැනීම දුෂ්කර වේ. එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස, බලශක්ති නිෂ්පාදනය අඩු විය හැකි අතර, නිතර නිතර පැටවීමේ චක්ර හේතුවෙන් තෙහෙට්ටුව වැඩි වේ.
කෙටි, අධිවේගී සුළං (කෙටි, අධිවේගී සුළං) වඩාත් ආන්තික වේ: ඒවා බලයේ හදිසි වැඩිවීමක් ඇති කළ හැකිය, හදිසි තාරතා ප්රතිචාර ඇති කළ හැකිය, සහ තල මුල්වල සහ ධාවකයේ තෙහෙට්ටුවේ අවදානම වැඩි කළ හැකිය. නවීන පාලනයන් බොහෝ විට තනි තාරතා පාලනය (IPC) වැනි "බර අඩු කිරීමේ" ප්රවේශයක් භාවිතා කරයි, එය ඉහළ කැළඹිලි සහිත කාලවලදී අසමමිතික පැටවීම අඩු කිරීම සඳහා එක් එක් තලයේ තාරතාව සකස් කරයි.
සුළං දිශාව වෙනස් වීම සහ යා දිශාව වැරදි ලෙස සකස් කිරීම
සුළඟට සෘජුවම මුහුණ දෙන විට රෝටරය වඩාත් ඵලදායී ලෙස ක්රියාත්මක වේ. යව් නොගැලපීම (සුළං දිශාව සහ රොටර් අක්ෂය අතර කෝණය) සිදුවුවහොත්, ඵලදායී ස්වීප් ප්රදේශය අඩු වන අතර තල හරහා ප්රවාහය අසමාන වේ. ප්රතිඵලය: බලය අඩු වීම සහ බර වැඩි වීම, විශේෂයෙන් නාසෙල් සහ කුළුණ මත පාර්ශ්වික බර. රෝටරය සුළං දිශාවට "අගුළු දමා" තබා ගැනීම සඳහා නාසෙල් භ්රමණය කිරීමට යාව් පාලන පද්ධතිය ක්රියා කරයි, නමුත් අධික ලෙස ආක්රමණශීලී යාව් ප්රතිචාරය ද ඇඳීම් සහ අමතර බරට හේතු විය හැක. එමනිසා, යාව් පාලනයට සාමාන්යයෙන් කුඩා උච්චාවචනයන් සමඟ නිරන්තරයෙන් චලනය වීම වැළැක්වීම සඳහා ඩෙඩ්බෑන්ඩ් (ඉවසීමේ කලාපය) ඇත.
සුළං කතුර සහ සිරස් පැතිකඩ: තල මත අසමමිතික පැටවීම්
සුළං ප්රවාහය යනු උස සමඟ සුළං වේගය වෙනස් වීමයි. විශාල විෂ්කම්භයක් සහිත භ්රමකවල, භ්රමකයේ ඉහළ කොටස පහළ කොටසට වඩා ප්රබල සුළං අත්විඳිය හැකිය. මෙය තනි තල භ්රමණයක් පුරා අසමමිතික බල ව්යාප්තියක් නිර්මාණය කරන අතර එමඟින් තල, හබ් සහ කුළුණ මත චක්රීය බර පැටවේ. ප්රවාහය පාලන උපාය මාර්ග වලට ද බලපායි: ශක්තිමත් ප්රවාහ තත්වයන් යටතේ, වේගවත් ද්රව්ය තෙහෙට්ටුව වළක්වා ගැනීම සඳහා තාරතාව සහ ව්යවර්ථ පාලනය නැවත නැවත පැටවීම සැලකිල්ලට ගත යුතුය.
මතුපිටට ආසන්න ප්රදේශවල (වෙරළබඩ), මතුපිට ඝර්ෂණය සහ ගස් හෝ ගොඩනැගිලි වැනි බාධක හේතුවෙන් කැපුම ශක්තිමත් වේ. ප්රතිවිරුද්ධව, අක්වෙරළ ප්රදේශයේ සාමාන්යයෙන් සුමට ප්රවාහයක් සහ අඩු කැපුමක් ඇති අතර, එමඟින් භ්රමකය වඩාත් ස්ථායීව ක්රියා කිරීමට සහ වඩාත් ස්ථාවර ලෙස ශක්තිය නිපදවීමට ඉඩ සලසයි.
වායු ඝනත්වය, උෂ්ණත්වය සහ උන්නතාංශය: සුළං ශක්තිය සමාන නොවේ
වේගයට අමතරව, වායු ඝනත්වය (ρ) ලබා ගත හැකි බලයට බලපායි. සීතල, අධි පීඩන වාතයේ වැඩි ඝනත්වයක් ඇති අතර, එම සුළං වේගයෙන්ම රෝටරයට වැඩි බලයක් නිපදවීමට ඉඩ සලසයි. අනෙක් අතට, වාතය තුනී වන ඉහළ උන්නතාංශවලදී, ඵලදායී සුළං බලය අඩු වේ. ටර්බයින ස්ථාන සැලසුම් කිරීම සහ බල වක්ර ක්රමාංකනය සඳහා මෙය වැදගත් වේ. සුළං වේග සංඛ්යාලේඛන ස්ථාවර ලෙස පෙනුනත්, උෂ්ණත්වයේ සහ පීඩනයේ සෘතුමය වෙනස්කම් බලශක්ති නිෂ්පාදනය වෙනස් කළ හැකි බව ක්රියාකරුවන් සලකා බැලිය යුතුය.
ආන්තික තත්වයන් සහ කටවුට්: අවසාන ආරක්ෂාව
සුළං කපා හැරීමේ අගයට (බොහෝ විට 20-25 m/s පමණ) ළඟා වූ විට, හානි වැළැක්වීම සඳහා ටර්බයිනය සාමාන්යයෙන් වසා දමනු ලැබේ. ආන්තික තත්වයන් යටතේ, වායුගතික බර සැලසුම් අගයන් ඉක්මවා යා හැකි අතර, අසාර්ථක වීමේ අවදානම වැඩි කරයි. වසා දැමීමේ ක්රියා පටිපාටියට තල පිහාටු ස්ථානයට තල්ලු කිරීම, භ්රමකය තිරිංග කිරීම සහ යා පද්ධතිය අගුළු දැමීම ඇතුළත් වේ. සුළං අඩු වී ස්ථාවර වූ පසු, ආරක්ෂිත ක්රියා පටිපාටි අනුගමනය කරමින් ටර්බයිනය නැවත ආරම්භ කළ හැකිය.
වසා දැමීම
සුළං ටර්බයින භ්රමක ක්රියාකාරිත්වය තල වායුගතික විද්යාව, වේගය සහ තාරතාව පාලනය සහ අඩවි සුළං ලක්ෂණ අතර සංකීර්ණ අන්තර්ක්රියාවක ප්රතිඵලයකි. අඩු සුළං වලදී, ප්රධාන අභියෝගය වන්නේ භ්රමණය ආරම්භ කිරීම සහ පවත්වා ගැනීමයි; මධ්යස්ථ සුළං වලදී, භ්රමකය ප්රශස්ත TSR සමඟ වඩාත් කාර්යක්ෂමව ක්රියාත්මක වේ; ආසන්න සහ ඉහළ ශ්රේණිගත වේගය, අවධානය බල සීමාව සහ බර අඩු කිරීම වෙත මාරු වේ; කැළඹිලි, වායුව, කැපුම් සහ යා වැරදි ලෙස සකස් කිරීම ව්යුහාත්මක තෙහෙට්ටුවේ අවදානම වැඩි කරන අතරම කාර්යක්ෂමතාව අඩු කළ හැකිය. නිසි තල නිර්මාණය, නවීන පාලනය (තාරතාව, ව්යවර්ථය, යා, සහ තනි තාරතාව පවා) සහ ප්රවේශමෙන් ස්ථාන තේරීම සමඟ, භ්රමකයට ටර්බයිනයේ මෙහෙයුම් කාලය පුරාවට පුළුල් පරාසයක සුළං තත්වයන්ට ඔරොත්තු දෙමින් උපරිම ශක්තිය ජනනය කළ හැකිය.
