Rancangan Dan Desain Turbin Angin

Desain Blade

Blades dapat dibuat dari benda-benda sederhana seperti tong Rasio antara kecepatan angin dan kecepatan ujung pisau disebut tip speed ratio. Efisiensi tinggi 3-blade-turbin memiliki kecepatan rasio kecepatan ujung / angin dari 6 ke 7.

Turbin angin modern dirancang untuk berputar pada berbagai kecepatan (sebuah konsekuensi dari desain generator mereka, lihat di atas). Penggunaan aluminium dan material komposit di pisau mereka telah memberikan kontribusi untuk inersia rotasi rendah, yang berarti bahwa turbin angin baru dapat mempercepat cepat jika angin menjemput, tip menjaga rasio kecepatan lebih hampir konstan. Operasi lebih dekat dengan rasio kecepatan ujung optimal mereka selama energik embusan angin memungkinkan turbin angin untuk meningkatkan menangkap energi dari embusan tiba-tiba yang khas di perkotaan.

 

Sebaliknya, gaya turbin angin tua dirancang dengan pisau baja berat, yang memiliki inersia yang lebih tinggi, dan diputar pada kecepatan diatur oleh frekuensi AC dari tiang listrik. Kelembaman tinggi buffer perubahan kecepatan rotasi dan dengan demikian membuat output daya yang lebih stabil.

Kecepatan dan torsi di mana turbin angin berputar harus dikontrol karena beberapa alasan:

* Untuk mengoptimalkan efisiensi aerodinamika rotor di angin cahaya.
* Untuk menjaga agar generator dalam batas kecepatan dan torsi.
* Untuk menjaga rotor dan hub mereka dalam batas-batas kekuatan sentripetal. Gaya sentripetal dari meningkat rotor berputar dengan kuadrat kecepatan rotasi, yang membuat struktur ini sensitif terhadap overspeed.
* Untuk menjaga rotor dan menara dalam batas-batas kekuatan mereka. Karena kekuatan angin meningkat sebagai pangkat tiga dari kecepatan angin, turbin harus dibangun untuk bertahan beban angin jauh lebih tinggi (seperti hembusan angin) dari orang-orang dari mana mereka praktis dapat menghasilkan listrik. Karena pisau menghasilkan lebih gaya melawan arah angin (dan dengan demikian meletakkan stres jauh lebih besar pada menara) ketika mereka memproduksi torsi, turbin angin kebanyakan cara mengurangi torsi di angin kencang.
* Untuk mengaktifkan pemeliharaan; karena sangat berbahaya untuk orang yang bekerja pada turbin angin ketika sedang aktif, kadang-kadang diperlukan untuk membawa turbin berhenti penuh.
* Untuk mengurangi kebisingan; Sebagai aturan praktis, suara dari turbin angin meningkat dengan kekuatan kelima kecepatan angin (relatif dilihat dari ujung bergerak dari bilah). Dalam kebisingan lingkungan-sensitif, ujungnya kecepatan bisa terbatas pada sekitar 60 m / s (200 ft / s).

Menghitung  baling-baling pada sistem turbin angin Blade

NASA Mod-0 penelitian turbin angin di Glenn Research Center stasiun Plum Brook di Ohio menguji konfigurasi rotor satu-berbilah

Penentuan jumlah blades melibatkan pertimbangan efisiensi aerodinamika desain, komponen biaya, keandalan sistem, dan estetika. Kebisingan emisi dipengaruhi oleh lokasi pisau melawan angin atau menara menurut jurusan angin dan kecepatan rotor. Mengingat bahwa emisi kebisingan dari tepi pisau ‘tambahan dan tips bervariasi dengan kekuatan 5 kecepatan pisau, sebuah peningkatan kecil di ujung kecepatan dapat membuat perbedaan besar.

Turbin angin yang dikembangkan selama 50 tahun terakhir telah hampir universal digunakan dua atau tiga pisau. Meningkatkan efisiensi aerodinamis dengan jumlah blades tetapi dengan kembali berkurang. Peningkatan jumlah pisau dari satu hingga dua menghasilkan peningkatan enam persen efisiensi aerodinamis, sedangkan peningkatan jumlah pisau dua sampai tiga menghasilkan hanya tiga persen tambahan dalam efisiensi. Selanjutnya meningkatkan hasil hitungan minimal pisau perbaikan dalam efisiensi aerodinamika dan terlalu banyak pengorbanan di kekakuan pisau sebagai pisau menjadi lebih tipis.

Komponen biaya yang dipengaruhi oleh jumlah pisau adalah untuk bahan dan pembuatan turbin rotor dan drive train. Secara umum, semakin sedikit jumlah pisau, semakin rendah biaya material dan manufaktur akan. Selain itu, semakin sedikit jumlah pisau, semakin tinggi kecepatan rotasi dapat. Hal ini karena persyaratan kekakuan pisau untuk menghindari gangguan dengan batas menara bagaimana tipis pisau dapat dibuat, tetapi hanya untuk mesin melawan angin; defleksi bilah dalam hasil mesin menurut jurusan angin di menara clearance meningkat. Kurang pisau dengan kecepatan rotasi yang lebih tinggi mengurangi torsi puncak di drive train, sehingga gearbox lebih rendah dan biaya generator.
 

Diameter 98 meter, NASA berbilah dua / DOE Mod-5B turbin angin adalah turbin angin terbesar di dunia yang beroperasi di awal 1990-an

Keandalan sistem dipengaruhi oleh jumlah pisau terutama melalui pembebanan dinamis dari rotor ke dalam kereta drive dan sistem menara. Sementara menyelaraskan turbin angin perubahan arah angin (yawing), pisau masing-masing mengalami beban siklik pada akhir akarnya tergantung pada posisi pisau. Hal ini berlaku dari satu, dua, tiga pisau atau lebih. Namun, beban siklik ketika digabungkan bersama-sama di kereta poros drive yang simetris seimbang untuk tiga pisau, menghasilkan operasi yang lebih halus selama yaw turbin. Turbin dengan satu atau dua bilah dapat menggunakan hub terhuyung berputar untuk juga hampir menghilangkan beban siklik ke dalam poros drive dan sistem selama yawing.

Akhirnya, estetika dapat dianggap sebagai faktor dalam bahwa beberapa orang menemukan bahwa rotor tiga berbilah adalah lebih menyenangkan untuk melihat dari satu atau dua-berbilah rotor.

Bahan-bahan untuk membuat turbin angin Blade
desain baru generasi turbin angin yang mendorong pembangkit listrik dari rentang megawatt tunggal untuk ke atas dari 10 megawatt. Kecenderungan umum dari desain kapasitas yang lebih besar lebih besar dan lebih besar bilah turbin angin. Meliputi area yang lebih luas secara efektif meningkatkan rasio kecepatan ujung-turbin dengan kecepatan angin tertentu, sehingga meningkatkan kemampuan ekstraksi energi dari sebuah sistem turbin.

pisau turbin angin produksi Lancar dibuat lebih besar 80 meter dengan diameter prototip dalam kisaran 100 sampai 120 meter. Pada tahun 2001, sekitar 50 juta kilogram laminasi fiberglass digunakan dalam bilah turbin angin [4] bahan baru dan metode manufaktur memberikan kesempatan untuk meningkatkan efisiensi turbin angin dengan memungkinkan untuk lebih besar, pisau lebih kuat..

Salah satu tujuan paling penting ketika merancang sistem pisau yang lebih besar adalah untuk menjaga berat badan pisau di bawah kontrol. Sejak skala pisau massa sebagai kubus radius turbin, pembebanan gravitasi menjadi faktor desain membatasi untuk sistem dengan pisau yang lebih besar.

metode manufaktur Lancar pisau dalam kisaran 4-50 meter fiberglass terbukti melibatkan berbagai teknik fabrikasi komposit. Manufaktur seperti Nordex dan GE angin menggunakan proses infus untuk pembuatan pisau. produsen lain menggunakan variasi pada teknik ini, beberapa termasuk karbon dan kayu dengan fiberglass dalam matriks epoksi. Pilihan juga termasuk fiberglass prepreg dan dibantu vakum-cetakan resin transfer. Pada dasarnya setiap pilihan tersebut adalah variasi pada tema yang sama: sebuah gelas-komposit polimer diperkuat serat dibangun melalui berbagai cara yang berbeda dengan kompleksitas. Mungkin masalah terbesar dengan lebih sederhana, cetakan terbuka, sistem basah adalah emisi yang terkait dengan atsiri organik dilepaskan ke atmosfir. Preimpregnated bahan dan teknik resin infus menghindari rilis volatiles dengan mengandung semua gas reaksi. Namun, proses-proses yang terkandung memiliki tantangan sendiri, yaitu produksi laminasi tebal yang diperlukan untuk komponen struktural menjadi lebih sulit. Sebagai permeabilitas resin membentuk sebelumnya menentukan ketebalan laminasi maksimum, pendarahan diperlukan untuk menghilangkan rongga dan menjamin distribusi resin yang tepat. Sebuah solusi yang unik. Untuk distribusi resin adalah penggunaan fiberglass sebagian preimpregnated. Selama evakuasi, kain kering menyediakan jalur untuk aliran udara dan, setelah panas dan tekanan diterapkan, resin dapat mengalir ke daerah kering yang dihasilkan dalam struktur laminate diresapi secara menyeluruh.

Epoxy komposit berbasis kepentingan terbesar bagi produsen turbin angin karena mereka memberikan kombinasi tombol dari lingkungan, produksi, dan biaya kelebihan dari sistem resin lainnya. Epoxies juga meningkatkan pisau turbin angin pembuatan komposit dengan memungkinkan untuk menyembuhkan siklus yang lebih pendek, daya tahan meningkat, dan peningkatan permukaan akhir. operasi Prepreg lebih meningkatkan operasi biaya-efektif dengan mengurangi siklus pengolahan, dan oleh karena itu waktu manufaktur, lebih dari sistem lay-up basah. Sebagai pisau turbin yang mendekati 60 meter dan lebih besar, teknik infus menjadi lebih umum sebagai pengalihan cetakan resin tradisional waktu injeksi terlalu panjang dibandingkan dengan resin waktu set-up, sehingga membatasi ketebalan laminasi. Injeksi kekuatan resin melalui tebal lapis tumpukan, sehingga menyetorkan resin di mana dalam struktur laminasi sebelum gelatin terjadi. epoxy resin khusus telah dikembangkan untuk menyesuaikan daya tahan dan viskositas untuk kinerja tune resin dalam aplikasi injeksi.

Karbon SPAR dukung beban diperkuat serat-baru-baru ini telah diidentifikasi sebagai sarana biaya-efektif untuk mengurangi berat badan dan meningkatkan kekakuan. Penggunaan serat karbon dalam 60 bilah turbin meter diperkirakan menghasilkan pengurangan 38% massa total pisau dan penurunan 14% biaya dibandingkan dengan desain fiberglass 100%. Penggunaan serat karbon memiliki manfaat tambahan mengurangi ketebalan laminasi fiberglass bagian, lebih lanjut mengatasi masalah yang terkait dengan resin pembasahan bagian lay-up tebal. aplikasi turbin angin serat karbon juga dapat mengambil manfaat dari kecenderungan umum menggunakan peningkatan dan penurunan biaya bahan serat karbon.

pisau kecil dapat dibuat dari logam ringan seperti aluminium. Kayu dan layar kanvas pada awalnya digunakan pada kincir angin lebih awal karena harga yang rendah, ketersediaan, dan kemudahan manufaktur. Bahan-bahan, Namun, sering memerlukan perawatan selama hidup mereka. Juga, kayu dan kanvas memiliki drag yang relatif tinggi (efisiensi aerodinamik rendah) dibandingkan dengan kekuatan yang mereka ambil. Karena alasan-alasan mereka telah sebagian besar digantikan oleh Airfoils padat.

Disain teknologi turbin angin akan terus berkembang