ווי ווינט טורבין ראָטאָרן קאָנווערטירן ווינט ענערגיע אין מעכאַנישע ענערגיע
ווינט טורבינען זענען איינע פון די וועלט'ס שנעלסט-וואקסנדיקע רינואַבאַל ענערגיע טעכנאָלאָגיעס. הינטער די לכאורה פּשוטע טורעמס און גרויסע בליידז, אָבער, ליגן קאָמפּלעקס פיזיק און אינזשעניריע פּרינציפּן. אין האַרצן פון די סיסטעם איז די ווינט טורבינע ראָוטער - דער טייל פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר כאַפּן די קינעטישע ענערגיע פון די ווינט און קאָנווערטינג עס אין ראָטאַציאָנעל מעכאַניש ענערגיע. די מעכאַניש ענערגיע קען דעמאָלט זיין טראַנספערד צו אַ גענעראַטאָר צו פּראָדוצירן עלעקטריע. אַזוי, ווי פּונקט טוט דער ראָוטער דערגרייכן דעם קאָנווערטאַציע? דער אַרטיקל דעקט דעם פּראָצעס אין דעטאַל: פון ווי דער ווינט יגזערט קראַפט אויף די בליידז, צו ווי טאָרק איז דזשענערייטאַד אויף די ראָוטער, צו ווי די קאָנטראָל סיסטעם אָפּטימיזירט זיין פאָרשטעלונג.
1. ווינט ענערגיע: א באוועגלעכע רעסורס
ווינט פארמאגט קינעטישע ענערגיע ווייל די לופט מאסע באוועגט זיך מיט א געוויסער שנעלקייט. בכלל, די מאס ענערגיע וואס איז פאראן אין א ווינט שטראם וואקסט שטארק ווען די ווינט שנעלקייט וואקסט. כאטש איר דארפט עס נישט אויסרעכענען יעדן טאג, איז דער וויכטיגער פרינציפ דאס: ווינט מאכט איז גלייך פראפארציאנעל צום קוב פון דער ווינט שנעלקייט. דאס מיינט אז אויב די ווינט שנעלקייט פארדאפלט זיך, קען די פאטענציעלע מאכט וואקסן בערך אכט מאל. דעריבער ווערן ווינט טורבינע לאקאציעס קערפול אויסגעקליבן באזירט אויף ווינט מאפעס, טאפאגראפישע באדינגונגען, און סעזאנעלע ווינט מוסטערן.
אבער, נישט אלע ווינט ענערגיע קען ווערן איינגעכאפט. אויב אלע ענערגיע וואלט געווארן איינגעכאפט, וואלט די לופט הינטער דער טורבינע געווען אינגאנצן שטילשטאנדיג, און דער נייער ווינט שטראם וואלט נישט געקענט ווייטער דורכגיין דעם ראטאר. דעריבער, קען דער ראטאר נאר כאפן א טייל פון דער ענערגיע, מיטן רעשט וואס בלייבט איבער אלס ווינט שטראם נאכדעם וואס ער גייט דורך דער טורבינע.
2. ראָטאָר ווי אַ "ראָטירנדיקער פליגל"
אסאך מענטשן טראַכטן פון ווינט טורבינע בליידז ווי ארבעטן ווי אַ קאַפּויער ווענטילאַטאָר, געשטופּט דורך דעם ווינט. אין פאַקט, מאָדערן טורבינע בליידז זענען מער ווי ראָוטייטינג פליגל (לופטפאָילס). ווען ווינט גייט איבער די לופטפאָיל-פאָרמיק ייבערפלאַך פון די בלייד, אַ דרוק חילוק איז באשאפן צווישן די שפּיץ און דנאָ זייטן פון די בלייד. דעם דרוק חילוק פּראָדוצירט ליפט - אַ קראַפט געריכטעד בערך פּערפּענדיקולאַר צו די ריכטונג פון די רעלאַטיוו לופט לויפן.
חוץ ליפט, איז דא אויך שלעפּ, וואָס פּאַסט זיך צו דעם שטראָם און טענדירט צו שטערן באַוועגונג. מאָדערנע ווינט טורבינען זענען דיזיינד צו פּראָדוצירן הויכע ליפט און נידעריקע שלעפּ, וואָס לאָזט די בליידס זיך דרייען עפֿעקטיוו. אַזוי, דער ראָטאָר ווערט נישט פשוט "געשטופּט" דורך דעם ווינט, נאָר גאַנץ "געצויגן" דורך אַעראָדינאַמישע כוחות געפֿירט דורך דער בליידס פֿאָרעם.
3. רעלאַטיווע גיכקייט: ווינט + בלייד ראָטאַציע
א שליסל עלעמענט אין פארשטיין ראטארן איז דער קאנצעפט פון רעלאטיוון ווינט. ראטאר בליידס קוקן נישט נאר אויף דעם אנקומענדיגן ווינט; זיי רירן זיך אויך אין א קייַלעכדיקער באוועגונג ווען דער ראטאר דרייט זיך. אלס רעזולטאט, איז דער לופט שטראם וואס די בליידס "שפילן" א קאמבינאציע פון:
– די שנעלקייט פון דעם ווינט וואָס בלאָזט צום ראָטאָר, און
– טאַנגענציעלע גיכקייט פון דער בלייד צוליב ראָטאַציע.
די קאָמבינאַציע שאַפט אַ ספּעציפֿישן ווינקל צו די בליידז, וואָס איז באַקאַנט ווי דער ווינקל פון אַטאַק. דער ריכטיקער ווינקל פון אַטאַק אָפּטימיזירט ליפט און מאַקסאַמיזירט דעם ראָטאָר'ס טאָרק. אויב דער ווינקל פון אַטאַק איז צו הויך, קענען די בליידז אָפּשטעלן, וואָס רעזולטירט אין אַ דראַסטישן פאַל אין ליפט, און עפעקטיווקייט פאַלינג.
4. פון אַעראָדינאַמישער קראַפט צו ראָטאַציאָנעלער טאָרק
די אַעראָדינאַמישע כוחות וואָס ווירקן אויף יעדן בלייד סעקציע קענען צעטיילט ווערן אין זייערע קאָמפּאָנענטן. די וויכטיקסטע קאָמפּאָנענט פֿאַר אַ טורבינע איז די קראַפט קאָמפּאָנענט וועמענס ריכטונג פאַרשאַפט די בלייד צו דרייען זיך אַרום די כאַב (ראָוטער צענטער). די קאָמפּאָנענט איז וואָס פּראָדוצירט טאָרק.
פשוט:
– א גרויסער און פּינקטלעך געריכטעטער ליפט וועט צושטעלן אַן עפעקטיווע טאַנגענציעלע קראַפט,
– די טאַנגענציעלע קראַפט פּראָדוצירט אַ טאָרסיאָנעל מאָמענט אַרום דעם ראָוטאָר שאַפט,
– דער טאָרסיאָנעל מאָמענט מאַכט דעם ראָטאָר זיך דרייען און פּראָדוצירט מעכאַנישע ענערגיע אין דער פאָרעם פון שאַפט ראָטאַציע.
ווייל די טאַנגענציעלע גיכקייט פון דער בלייד איז גרעסער ביים שפּיץ ווי לעבן דער וואָרצל, איז דער בלייד פּלאַן נישט אייניג. טיפּיש ווערן בליידס געמאַכט:
– דיקער לעבן דער וואָרצל (פֿאַר סטרוקטורעלער שטאַרקייט),
– דינער צו דער שפּיץ (פֿאַר אַעראָדינאַמישער עפֿעקטיווקייט),
– האט אַ טוויסט (געאמעטרישע טוויסט) אַזוי אַז דער ווינקל פון אַטאַק לענגאויס דער בלייד בלייבט אָפּטימאַל.
5. שפּיץ גיכקייט פאַרהעלטעניש: אַ וויכטיק פאַרהעלטעניש פֿאַר עפעקטיווקייט
ווינט טורבינען האבן א שליסל דיזיין פאראמעטער גערופן די שפּיץ גיכקייט פאַרהעלטעניש (TSR), וואָס איז די פאַרהעלטעניש פון די בלייד שפּיץ גיכקייט צו די ווינט גיכקייט. טורבינען מיט ווייניקער בליידס (למשל, דריי בליידס) טיפּיש אַרבעטן בייַ אַ העכער TSR, אַלאַוינג די בלייד שפּיץ צו רירן זיך פיל פאַסטער ווי דער ווינט.
פארוואס איז דאס וויכטיג? ווייל TSR ווירקט אויף ווי גוט דער ראטאר "עקסטראקטירט" ווינט ענערגיע. אויב דער ראטאר איז צו לאנגזאם, דאמינירט שלעפּ און עפעקטיווקייט איז נידעריג. אויב דער ראטאר איז צו שנעל, פארגרעסערן זיך די אעראדינאמישע פארלוסטן און דער גערויש פארגרעסערט זיך, וואס פירט אפילו צו גרעסערע סטרוקטורעלע לאסטן. מאדערנע טורבינעס זענען אפטימיזירט פאר א ספעציפישן TSR צו פראדוצירן מאקסימום מאכט בשעת'ן אויפהאלטן קאנטראלירטע וויבראציע און גערויש.
6. טעאָרעטישע גרענעץ: בעץ גרענעץ
אפילו אויב דער ראָטאָר איז דיזיינד צו זיין אַזוי עפעקטיוו ווי מעגלעך, איז דאָ אַ פיזישע גרענעץ ווייטער פון וועלכער מען קען עס נישט איבערשרייטן, באַקאַנט ווי בעץ'ס געזעץ אדער דער בעץ גרענעץ. דער גרענעץ זאָגט אַז די מאַקסימום ווינט ענערגיע וואָס קען ווערן געכאפט דורך אַן אידעאַלער טורבינע איז אַרום 59,3% פון דער גאַנצער ווינט ענערגיע וואָס גייט דורך דעם ראָטאָר'ס אויסגעשוועבענעם שטח.
די סיבה איז פשוט: די לופט מוז זיך ווייטער באוועגן נאכדעם וואס זי גייט אדורך דעם ראטאר, אנדערש וועט דער שטראם "שטאנען" און קיין נייע לופט וועט נישט אריינקומען. אין פראקטיק, האבן עכטע טורבינעס צוגעלייגטע פארלוסטן (פריקציע, טורבולענץ, מעכאנישע פארלוסטן), אזוי אז די גאנצע עפעקטיווקייט איז געווענליך אונטער דעם גרעניץ.
7. פּיטש קאָנטראָל: אַדזשאַסטירט דעם ווינקל פון דער בלייד
כּדי צו האַלטן דעם ראָטאָר אָפּטימאַל ביי פֿאַרשידענע ווינט גיכקייטן, נוצן מאָדערנע טורבינען פּיטש קאָנטראָל, אַ מעכאַניזם וואָס ראָטירט די בליידז אויף זייער אַקס צו ענדערן דעם פּיטש ווינקל. מיט פּיטש קאָנטראָל, קען די סיסטעם:
– פֿאַרגרעסערן ענערגיע־קאַפּטשער אין מיטלמעסיקע ווינטן,
– באַגרענעצן מאַכט אין שטאַרקע ווינטן כּדי נישט צו איבערשטיגן די גענעראַטאָר קאַפּאַציטעט,
– באַשיצן טורבינען פון איבערלאָדן בעת שטורמען.
ווען דער ווינט איז צו שטארק, קען מען די בליידס "פּיטשן" אַוועק פון דעם אָפּטימאַלן ווינקל צו רעדוצירן אַעראָדינאַמישן שלעפּ, און אַזוי קאָנטראָלירן די ראָטאָר'ס ראָטאַציע. אין עקסטרעמע באַדינגונגען, קען מען נוצן דעם פּיטש צו אָפּשטעלן דעם ראָטאָר (אין פֿאַרבינדונג מיט אַ ברעיקינג סיסטעם).
8. יאָ סיסטעם: קעגן דעם ריכטונג פונעם ווינט
כּדי דער ראָטאָר זאָל עפֿעקטיוו כאַפּן ווינט, מוז די ראָטאָר־פֿלאַך זיך ווענדן אין דער ווינט־ריכטונג. גרויסע טורבינען ניצן אַ יאַו־סיסטעם, וואָס דרייט די נאַסעל (די מאָטאָר־געhäuse בײַם שפּיץ פֿונעם טורעם) אַזוי אַז דער ראָטאָר זאָל שטענדיק זיך ווענדן צום ווינט. אַ ווינט־וואַנע־סענסאָר און אַן אַנעמאָמעטער געבן אינפֿאָרמאַציע צום קאָנטראָללער צו סטרויערן די יאַו־פּאָזיציע.
אויב דער ראָטאָר איז נישט אויסגעשטעלט מיט דער ווינט ריכטונג (יאָ מיסאַליינמענט), פאַרקלענערט זיך די איינגעכאפטע ענערגיע און אומגלייכע לאָודז אויף די בליידז קענען פאַרגרעסערן, וואָס פאַרגיכערט קאָמפּאָנענט טראָגן.
9. פון ראָטאָר ביז שאַפט: מעכאַנישע ענערגיע גרייט צו ווערן אויסגענוצט
ווען דער ראָטאָר דרייט זיך, ווערט מעכאַנישע ענערגיע איבערגעגעבן דורך דעם כאַב צום הויפּט שאַפט (נידעריק-גיכקייט שאַפט). דער שאַפט טענדירט צו דרייען זיך לעפיערעך לאַנגזאַם אָבער פּראָדוצירט אַ הויכן טאָרק. אין עטלעכע דיזיינז, ווערט די גיכקייט דערנאָך געוואקסן דורך אַ גירבאַקס צו דרייען דעם גענעראַטאָר מיט העכערע גיכקייטן. אַנדערע דיזיינז, ספּעציעל געוויסע מאָדערנע טורבינען, נוצן דירעקט דרייוו (אָן אַ גירבאַקס) מיט אַ מולטיפּאָל גענעראַטאָר וואָס קען אַרבעטן מיט נידעריקערע גיכקייטן.
אבער, דער וויכטיגער פונקט: איידער עס ווערט עלעקטריע, ווערט ווינט ענערגיע ערשט פארוואנדלט דורך דעם ראטאר אין ראטירנדיקע מעכאנישע ענערגיע, און די קוואַליטעט פון דעם פארוואנדלונג איז וואָס באַשטימט די אַלגעמיינע פאָרשטעלונג פון דער טורבינע.
10. קעסימפולאַן
א ווינט טורבינע ראָטאָר קאָנווערטירט ווינט ענערגיע אין מעכאַנישע ענערגיע נישט דורך ווערן "געשטופּט" ווי אַ טראַדיציאָנעלע ווינטמיל, נאָר דורך די פּרינציפּן פון פליגל אַעראָדינאַמיק: די לופטפליגל דזשענערירט ליפט, די ליפט דזשענערירט טאַנגענציעלע קראַפט, וואָס שאַפט טאָרק וואָס דרייט דעם ראָטאָר. די עפעקטיווקייט פון דעם פּראָצעס ווערט באַאיינפלוסט דורך בלייד פּלאַן (טוויסט, פּראָפיל, לענג), פּאַראַמעטערס ווי די שפּיץ ספּיד ראַטיאָ, און קאָנטראָל סיסטעמען ווי פּיטש קאָנטראָל און יאָו סיסטעמען. כאָטש עס זענען דאָ טעאָרעטישע לימיטן ווי די בעץ לימיט, דערמעגלעכט מאָדערנע אינזשעניריע טורבינען צו דערגרייכן אָפּטימאַלע פאָרשטעלונג בשעת זיי האַלטן זיכערקייט און פאַרלאָזלעכקייט. לעסאָף, דער ראָטאָר איז די "האַרץ" פון דער ווינט טורבינע - דער קאָמפּאָנענט וואָס פֿאַרבינדט די נאַטירלעכע קראַפט פון ווינט צו מענטשלעכע ענערגיע באדערפענישן דורך געמאָסטענע און קאָנטראָלירטע מעכאַנישע ראָטאַציע.
