காற்றைப் பிடிப்பதற்காக காற்றாலை இறக்கைகள் எவ்வாறு வடிவமைக்கப்படுகின்றன

காற்றாலை இறக்கைகள் காற்றைப் பிடிக்கும் வகையில் எவ்வாறு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன

காற்றாலை இறக்கைகள் என்பவை, காற்றிலிருந்து ஆற்றலைப் பெற்று, அதனைத் தண்டுச் சுழற்சியாகவும் பின்னர் மின்சாரமாகவும் மாற்றும் பிரதான 'கரங்கள்' ஆகும். தொலைவிலிருந்து பார்க்கும்போது, ​​அவை வெறும் மூன்று நீண்ட, சுழலும் இறக்கைகளாக எளிமையாகத் தோன்றினாலும், அவற்றின் வடிவத்திற்குப் பின்னால் காற்றியக்கவியல், மூலப்பொருட்கள் மற்றும் கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றின் நுணுக்கமான பொறியியல் அடங்கியுள்ளது. பல்வேறு வானிலை நிலைகளிலும் காற்றைத் திறமையாகவும், நிலையாகவும், பாதுகாப்பாகவும் பெறும் வகையில் காற்றாலை இறக்கைகள் எவ்வாறு வடிவமைக்கப்படுகின்றன என்பதை இந்தக் கட்டுரை ஆராய்கிறது.

1. அடிப்படைக் கொள்கை: காற்றை மேல்நோக்கிய விசையாக மாற்றுதல்

காற்றாலை இறக்கை வடிவமைப்பின் முக்கிய அம்சம், இழுவிசை மட்டுமல்ல, தூக்குவிசை என்ற கருத்தாகும். காற்றாலை இறக்கைகள் விமான இறக்கைகளைப் போல வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன: அவற்றின் குறுக்குவெட்டு ஒரு காற்றியக்கத் தகடு (airfoil) வடிவில் உள்ளது. காற்றியக்கத் தகட்டைக் கடந்து காற்று செல்லும்போது, ​​அதன் மேல் மற்றும் கீழ் பகுதிகளுக்கு இடையே உள்ள அழுத்த வேறுபாடு தூக்குவிசையை உருவாக்குகிறது, இது இறக்கைகளை சுழற்சியின் திசையில் "இழுக்கிறது". இதனால், சுழலி காற்றால் "தாக்கப்படுவதால்" சுழல்வதில்லை, மாறாக இறக்கைகள் காற்றியக்க விசைகளை உருவாக்கி, காற்றின் ஓட்டத்தை முறுக்குவிசையாக மாற்றுவதால் சுழல்கிறது.

இழுவிசையைச் சார்ந்திருந்த பழைய காற்றாலைகளை விட இந்த அணுகுமுறை மிகவும் திறமையானது. நவீன கிடைமட்ட-அச்சு காற்றாலைகள் (HAWTs) தூக்குவிசையை அதிகபட்சமாக்கி, கோட்பாட்டு வரம்பிற்கு (பெட்ஸ் வரம்பு) நெருக்கமான உயர் செயல்திறனை அடைகின்றன; இந்த வரம்பின்படி, ஒரு காற்றாலையால் காற்றின் ஆற்றலை 100% கைப்பற்ற முடியாது.

2. காற்று இறக்கையின் வடிவம்: முடிவைத் தீர்மானிக்கும் ஒரு சிறிய அம்சம்.

டர்பைன் பிளேடு காற்று இறக்கைகள் பின்வருவனவற்றைக் கருத்தில் கொண்டு வடிவமைக்கப்படுகின்றன:

– பல்வேறு தாக்குக் கோணங்களில் உள்ள தூக்கு மற்றும் இழுவைக் குணகங்கள்.
ஸ்டால் செயல்பாடு என்பது, பிளேடின் மேற்பரப்பில் இருந்து காற்று ஓட்டம் வெளியேற்றப்படுவதால், தூக்குவிசை பெருமளவில் குறையும் ஒரு நிலையாகும்.
– பிளேடின் அடிப்பகுதியிலிருந்து நுனி வரை காற்றின் சார்பு வேகம் மாறுபடுவதால், பிளேடு நெடுகிலும் ரெனால்ட்ஸ் எண்ணின் பண்புகள் மாறுகின்றன.

பிளேடின் வேர்ப்பகுதிக்கு அருகில் (மையப்பகுதிக்கு அருகில்), கட்டமைப்பு வலிமைக்காக ஏரோஃபாயில் பொதுவாகத் தடிமனாக இருக்கும். நடுப்பகுதியிலிருந்து நுனி வரை, இழுவிசையைக் குறைக்கவும் காற்றியக்கவியல் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் அதன் வடிவம் மெலிதாகிறது. சில வடிவமைப்புகள், எடுத்துக்காட்டாக, பின் விளிம்பை மாற்றுவதன் மூலமோ அல்லது பின் விளிம்பில் உள்ள ரம்பப் பற்களை (சிறிய பற்கள்) அமைப்பதன் மூலமோ, இரைச்சலைக் குறைப்பதற்காக ஏரோஃபாயிலை மேம்படுத்துகின்றன.

3. முறுக்கு மற்றும் கூம்பு வடிவம்: கத்தி ஏன் ஒரு “நேரான பலகை” அல்ல

நீங்கள் ஒரு டர்பைன் பிளேடை உன்னிப்பாகக் கவனித்தால், இரண்டு முக்கியமான அம்சங்களைக் கவனிப்பீர்கள்:

1. முறுக்கு: கத்தியின் கோணம் அதன் அடிப்பகுதியிலிருந்து நுனி வரை மாறுகிறது.
2. கூம்பு வடிவம் (நாணின் அகலக் குறைப்பு): கத்தியின் அடிப்பகுதி அகலமாகவும், நுனிப்பகுதி குறுகலாகவும் இருக்கும்.

இதற்கான காரணம் சுழற்சியின் இயற்பியலுடன் தொடர்புடையது. சுழலியின் மையத்திலிருந்து தூரம் அதிகரிக்க அதிகரிக்க, இறக்கைகளின் தொடுகோட்டு வேகம் அதிகரிக்கிறது. இதன் பொருள், அடிப்பகுதிக்கு அருகிலுள்ள பாகங்களை விட இறக்கையின் முனைகள் மிக வேகமாக நகரும் என்பதாகும். இறக்கையின் கோணம் அடிப்பகுதியிலிருந்து முனை வரை ஒரே மாதிரியாக இருந்தால், இறக்கையின் பெரும்பாலான பகுதியில் காற்று இறக்கையின் தாக்குக் கோணம் தவறாக அமைந்துவிடும். குறைந்தபட்ச இழுவையுடன் அதிகபட்ச ஏற்றத்தை உருவாக்க, இறக்கையின் ஒவ்வொரு பகுதியும் உகந்த தாக்குக் கோணத்தில் செயல்படுவதை முறுக்கு உறுதி செய்கிறது.

அதே சமயம், கூம்பு வடிவம் காற்றியக்கவியல் மற்றும் கட்டமைப்பு சுமைகளைப் பரப்ப உதவுகிறது. பிளேடுகளின் அடிப்பகுதிகள் பெரிய வளைவுத் திருப்புவிசைகளைத் தாங்குவதால், வலிமைக்காக அவை அகலமாகவும் தடிமனாகவும் செய்யப்படுகின்றன. சுமை, கொந்தளிப்பு மற்றும் இரைச்சலைக் குறைப்பதற்காக பிளேடுகளின் முனைகள் மெலிதாக உருவாக்கப்படுகின்றன.

4. முனை வேக விகிதம்

பிளேடு வடிவமைப்பு, பிளேடு முனை வேகத்திற்கும் காற்றின் வேகத்திற்கும் உள்ள விகிதமான முனை வேக விகிதத்தையும் (TSR) சார்ந்துள்ளது. நவீன டர்பைன்கள் பொதுவாக ஒரு குறிப்பிட்ட TSR-இல் இயங்குமாறு வடிவமைக்கப்படுகின்றன (எ.கா., பல மூன்று-பிளேடு டர்பைன்களுக்கு சுமார் 6–9). TSR பின்வருவனவற்றைப் பாதிக்கிறது:

– ஆற்றல் சேகரிப்புத் திறன்
– இரைச்சல் அளவு (வேகமான விளிம்புகள் அதிக இரைச்சலைக் கொண்டிருக்கும்)
– கட்டமைப்புகளின் மீதான மாறும் சுமைகள்
– குறைந்த மற்றும் அதிக காற்று நிலைகளில் செயல்திறன்

பிளேடுகளின் எண்ணிக்கையும் TSR உடன் தொடர்புடையது. செயல்திறன், நிலைத்தன்மை, இரைச்சல் மற்றும் இயந்திரச் சுமை ஆகியவற்றுக்கு இடையே சிறந்த சமரசத்தை வழங்குவதால், மூன்று-பிளேடு டர்பைன்கள் தரநிலையாக மாறி வருகின்றன.

5. சுழற்சிக் கட்டுப்பாடு: காற்றின் திசையைப் பின்பற்றுமாறு இறக்கைகளைச் சரிசெய்ய முடியும்.

பல நவீன டர்பைன்களில், காற்றின் திசைக்கு ஏற்ப அவற்றின் கோணத்தைச் சரிசெய்வதற்காக, பிளேடுகளை அவற்றின் அச்சில் சுழற்ற முடியும் (பிட்ச் செய்ய முடியும்). இந்த அமைப்பு பிட்ச் கட்டுப்பாடு என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது பின்வரும் காரணங்களுக்காக முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது:

– மிதமான காற்றிலும் ஆற்றலை மேம்படுத்துதல்: சரியான தாக்குதல் கோணத்திற்காக இறக்கைகள் சரிசெய்யப்பட்டுள்ளன.
– பலத்த காற்றில் டர்பைனைப் பாதுகாத்தல்: அதிகப்படியான சுழற்சியைத் தடுப்பதற்காக, அதன் பிளேடுகள் வெளிப்புறமாகத் திருப்பப்படுகின்றன (அதாவது, அவை குறைவான காற்றை எதிர்கொள்ளும் வகையில் வளைக்கப்படுகின்றன).
பராமரிப்பு அல்லது கடுமையான சூழ்நிலைகள் காரணமாக டர்பைனை நிறுத்த வேண்டியிருக்கும் போது, ​​பிரேக்கிங்கிற்கு உதவுகிறது.

பிட்ச் கட்டுப்பாடு பொதுவாக ஒரு ஹைட்ராலிக் ஆக்சுவேட்டர் அல்லது மின்சார மோட்டார் மூலம் இயக்கப்படுகிறது, மேலும் இது காற்றின் வேகம், ரோட்டார் சுழற்சி மற்றும் சுமை ஆகியவற்றைப் படிக்கும் ஒரு கட்டுப்பாட்டு அமைப்பால் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.

6. மாறும் காற்றின் திசையைக் கையாளுதல்: யாவ் மற்றும் ரோட்டார் வடிவமைப்பு

கிடைமட்ட-அச்சு விசையாழிகள் செயல்திறன் மிக்கவையாக இருக்க காற்றை எதிர்கொள்ள வேண்டும். யாவ் அமைப்பு, விசையாழியின் சுழல் தண்டை (nacelle) சுழற்றுவதால், சுழலி (rotor) காற்றின் பிரதான திசையை எதிர்கொள்கிறது. இருப்பினும், காற்று எப்போதும் சீராக இருப்பதில்லை; அதில் கொந்தளிப்பும் (turbulence) மற்றும் வெட்டுவிசையும் (shear) (வெவ்வேறு உயரங்களில் வெவ்வேறு காற்றின் வேகங்கள்) உள்ளன. எனவே, இறக்கை வடிவமைப்பு பின்வருவனவற்றைக் கருத்தில் கொள்கிறது:

– காற்றின் மாறுபாடுகளால் ஏற்படும் சுழற்சி சுமைகள் (சோர்வு)
– மலைகள் அல்லது கடற்கரைக்கு அருகிலுள்ள பகுதிகள் போன்ற சிக்கலான இடங்களில் ஏற்படும் கொந்தளிப்புகளைத் தாங்கும் திறன்
– பிளேடு எளிதில் அதிகப்படியாக அதிர்வுறாதவாறு அதன் இயங்குதன்மை.

இந்த பிளேடு வடிவமைப்பானது, அதிகபட்ச சக்தியை வழங்குவதோடு மட்டுமல்லாமல், பழுதடைவதற்கான அபாயத்தை முடிந்தவரை குறைத்து, பொதுவாக 20-25 ஆண்டுகள் நீடிக்கும் நீண்ட சேவைக்காலத்தையும் நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது.

7. பொருள் மற்றும் கட்டமைப்பு: இலகுவான, வலிமையான மற்றும் சோர்வைத் தாங்கக்கூடியது.

டர்பைன் பிளேடுகள் மிகவும் பெரியதாக இருக்கலாம்—நவீன தரைவழி டர்பைன்களுக்குப் பல பத்து மீட்டர் நீளமும், சில கடல்வழி டர்பைன்களுக்கு 80–100 மீட்டருக்கும் அதிகமான நீளமும் இருக்கும். எனவே, பயன்படுத்தப்படும் பொருள் பின்வருமாறு இருக்க வேண்டும்:

– நிலைமம் மிக அதிகமாக இருக்காதவாறு இலகுவாக இருக்க வேண்டும்.
– வளைப்பதற்கும் முறுக்குவதற்கும் வலுவான எதிர்ப்புத்திறன்
தொடர்ச்சியான சுமைகளால் ஏற்படும் சோர்வை எதிர்க்கும் திறன் கொண்டது
– வானிலை எதிர்ப்புத் திறன் கொண்டது (புற ஊதாக் கதிர்கள், மழை, கடல் உப்பு, வெப்பநிலை மாற்றங்கள்)

பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்கள் எப்பாக்சி அல்லது பாலியெஸ்டர் ரெசினுடன் கூடிய ஃபைபர்கிளாஸ் கலவைகள் ஆகும். மேலும், பெரிய டர்பைன்களில், அதிகப்படியான எடையைச் சேர்க்காமல் விறைப்புத்தன்மையை அதிகரிப்பதற்காக, சில குறிப்பிட்ட பகுதிகளில் கார்பன் ஃபைபர் பெரும்பாலும் சேர்க்கப்படுகிறது. பிளேடுகளின் உள்ளே, பளுவைத் தாங்குவதற்கு உதவும் ஸ்பார்கள் (முக்கிய எலும்புகள்) மற்றும் ஷியர் வெப்கள் போன்ற கட்டமைப்புகள் உள்ளன.

8. பிளேடு முனை காற்றியக்கவியல் மற்றும் இரைச்சல் குறைப்பு

பிளேடு முனைகள் ஒரு முக்கியமான பகுதியாகும்: அவை அதிகபட்ச வேகத்தில் இருப்பதால் அதிக ஆற்றலை அளிக்கின்றன, ஆனால் அதே சமயம் அதிக சத்தத்தை எழுப்புபவையாகவும், வலுவான சுழல்களை உருவாக்கும் தன்மை கொண்டவையாகவும் இருக்கின்றன. பிளேடு முனை வடிவமைப்பு பெரும்பாலும் பின்வருவனவற்றால் மேம்படுத்தப்படுகிறது:

– சுழல்களைக் குறைப்பதற்கான குறிப்பிட்ட முனை வடிவங்கள்
– இரைச்சலைக் குறைப்பதற்காகப் பின்புற விளிம்பு மாற்றியமைக்கப்பட்டது
– முடிந்தவரை நீரோட்டத்தை சீராக வைத்திருக்க மென்மையான மேற்பரப்பு

இரைச்சல் என்பது வசதிக் குறைபாடு மட்டுமல்ல, அது குடியிருப்புப் பகுதிகளுக்கு அருகில் காற்றாலைகள் அமைப்பதற்கான அனுமதிகளையும் பாதிக்கக்கூடும்.

9. மேற்பரப்புப் பாதுகாப்பு: அரிப்பு மற்றும் நீண்ட கால செயல்திறன்

பிளேடுகள் மழை, தூசி, பூச்சிகள் மற்றும் (குளிர் பிரதேசங்களில்) பனிக்கட்டி ஆகியவற்றிலும் இயங்குகின்றன. பெரிய டர்பைன்களில், வேகமாகச் சுழலும் பிளேடு முனைகளில் முன்னணி விளிம்பு அரிப்பு ஏற்படலாம்; இது பிளேடின் முன்பகுதி தேய்ந்து போவதாகும். இந்த அரிப்பு மேற்பரப்பின் சொரசொரப்பை அதிகரித்து, இழுவிசையை உயர்த்தி, செயல்திறனைக் குறைத்து, இரைச்சலையும் அதிகரிக்கிறது.

எனவே, பிளேடுகள் பொதுவாக ஒரு சிறப்புப் பூச்சு அல்லது முன்னணி விளிம்புப் பாதுகாப்பான் கொண்டு பூசப்படுகின்றன. சில சமயங்களில், டர்பைனின் செயல்பாட்டுக் காலம் முழுவதும் அதன் உகந்த செயல்திறனைப் பராமரிக்க, குறிப்பிட்ட கால இடைவெளியில் பராமரிப்பு தேவைப்படுகிறது.

10. வடிவமைப்பு செயல்முறை: உருவகப்படுத்துதல், காற்றுச் சுரங்க சோதனை மற்றும் கள சரிபார்ப்பு

டர்பைன் பிளேடு வடிவமைப்பு என்பது பின்வருவனவற்றை உள்ளடக்கிய ஒரு தொடர் செயல்முறையாகும்:

1. காற்றியக்கவியல் உருவகப்படுத்துதல் (எ.கா. பிளேடு கூறு உந்தம் மற்றும் CFD முறைகள்)
2. கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்வு (வரையறுக்கப்பட்ட கூறுப் பகுப்பாய்வு)
3. பன்நோக்கு உகப்பாக்கம்: அதிக சக்தி, குறைந்த சுமை, திறமையான உற்பத்திச் செலவுகள்
4. முன்மாதிரி சோதனை: நிலை சோதனை, சோர்வு சோதனை மற்றும் கள சோதனை
5. செயல்பாட்டுக் கண்காணிப்பு: அடுத்த தலைமுறை வடிவமைப்புகளைச் செம்மைப்படுத்த அதிர்வு, சுமை மற்றும் ஆய்வு உணரிகள்.

இதன் இறுதி விளைவாக, காற்றைப் பிடிப்பது மட்டுமல்லாமல், அமைப்பின் பாதுகாப்பு மற்றும் நம்பகத்தன்மையைப் பேணிக்காக்கும் அதே வேளையில் அதிகபட்ச ஆற்றலை உருவாக்கும் ஒரு பிளேடு உருவாகிறது.

மூடுகிறது

காற்றாலை இறக்கைகள், இறக்கை காற்றியக்கவியல், முறுக்குடன் கூடிய தாக்குக்கோண உகப்பாக்கம், கூம்பு வடிவத்தின் மூலம் சுமை கட்டுப்பாடு, மற்றும் சுழற்சி மற்றும் விலகல் மூலம் செயல்திறன் மிக்க கட்டுப்பாடு ஆகியவற்றின் கலவையின் மூலம் வடிவமைக்கப்படுகின்றன. இவை அனைத்தும், வலிமையான அதே சமயம் எடை குறைந்த கலப்புப் பொருட்கள் மற்றும் இரைச்சலையும் மேற்பரப்பு சேதத்தையும் குறைக்கும் வடிவமைப்பு நுணுக்கங்களால் ஆதரிக்கப்படுகின்றன. வெளிப்புறத் தோற்றத்தில் காற்றாலை இறக்கைகள் எளிமையாகத் தோன்றலாம், ஆனால் உண்மையில் அவை, கண்ணுக்குப் புலப்படாத சக்தியான காற்றைப் பெரிய அளவில் தூய்மையான மின்சாரமாக மாற்ற உதவும் துல்லியமான பொறியியலின் விளைபொருட்களாகும்.

நீங்கள் விரும்பினால், (முறுக்கு, கூம்பு, TSR போன்ற) கருத்துகளுக்கான விளக்கப்படங்களை நான் சேர்க்கலாம் அல்லது அடிப்படை சூத்திரங்கள் மற்றும் எளிய கணக்கீட்டு எடுத்துக்காட்டுகளுடன் இந்தக் கட்டுரையின் மேலும் தொழில்நுட்பப் பதிப்பை உருவாக்கலாம்.