مقالات مهندسی مکانیک - ساخت و تولید

طراحي تيغه هاي توربين بادي با بازدهي بيشتر

گروه Sandia National Laboratories با همکاري پيمانکار توليد توربين هاي باديK&C تيغه هايي براي توربين هاي بادي طراحي کرده اند که گفته مي شود از تيغه هاي فعلي بازدهي بيشتري دارند.
همانطوري که توسط اين دو گروه عنوان شده است، اين تيغه ها بايد به طرز قابل توجهي باعث کاهش هزينه هاي مصرف انرژي در سايت هايي شوند که سرعت باد در آن ها کم است.
نامي که براي اين تيغه انتخاب شده است STAR است. در واقع اين کلمه مخفف Sweep (خميدگي) ، Twist (تاب خوردگي) ، Adaptive (وفق پذير با محيط) و Rotor است.
اين تيغه اولين تيغه در نوع خود است که در اندازه هاي کاربردي و صنعتي توليد مي‎شود. ممتازترين ويژگي اين تيغه سر خميده‎ي آن است که بسيار ملايم و پيوسته است. در واقع صفت Sweep بخاطر اين ويژگي است. اين مشخصه ي تيغه هاي جديد (Sweep بودن) در اکثريت قريب به اتفاق تيغه هاي فعلي (با کاربرد در سايت هايي که سرعت باد در آن ها کم است) وجود ندارد.
اين تيغه ها براي کاربرد در سايت هاي بخصوصي طراحي شده اند. در اين گونه سايت ها بطور متوسط در سال سرعت باد در حدود 5.8 متر در ثانيه است. که اين سرعت در ارتفاع 10 متري قابل دسترسي است. سايت هايي با اين مشخصات در ايالات متحده به وفور يافت مي شود. در صورت به کارگيري اين تيغه ها در توربين هاي بادي تعداد سايت هاي مفيد در ايالات متحده 20 برابر مي‎شود. که عدد قابل ملاحظه اي است.
در واقع تيغه هاي قبلي در سايت هايي با سرعت باد بيشتر و در ارتفاع بالاتر کاربرد داشتند. يعني محدوده‎ي کاربرد تيغه هاي جديد بيشتر از تيغه هاي قبلي است لذا سايت هاي بيشتري براي توليد برق به كمك تيغه هاي جديد وجود دارد.
مزيت ديگر اين تيغه ها نسبت به تيغه هاي فعلي درعمر بيشتر آن ها است. تيغه هاي فعلي در طوفان ها و گردبادها دچار خستگي مي‎شوند. علت آن مشخص است. در طوفان ها و گردباد ها نيروهاي بسيار تصادفي و آشفته بر تيغه ها وارد مي‎شود. در واقع نوعي بارگذاري متناوب و نامنظم بر تيغه ها اعمال مي‎شود که باعث ايجاد خستگي در تيغه ها مي‎شود. در تيغه هاي جديد يک خميدگي به سمت لبه‎ي پشتي تيغه وجود دارد که اين خميدگي وقوع خستگي را در تيغه کاهش مي‎دهد.
اين تيغه از فايبرگلاس و رزين اپوکسي ساخته شده اند.طراحي جديد اين امکان را به تيغه مي‎دهد تا در مقابل تاب خوردگي و پيچش ، انعطاف پذيري بيشتري داشته باشد.
بنابراين با استفاده از روتور يكسان (محور گردان توربين)، شاهد رشد 5 تا 10 درصدي توليد انرژي به كمك تيغه هاي جديد خواهيم بود. در حالي که تيغه ها به همان ميزان قبلي دچار خستگي مي‎شوند. پس بدين صورت بازده بيشتر مي‎شود.
در مورد خستگي بايد دقت شود که هرچه طول تيغه ها بيشتر شود خستگي بيشتر مي‎شود.اما تيغه هاي جديد با وجود طول بيشترتنها به اندازه‎ي تيغه هاي قديمي دچار خستگي مي‎شوند.
تيغه هاي جديد در ماه ژانويه مورد آزمايش قرار گرفتند تا رفتار پيچشي و خمشي آن ها تحت بارهاي استاتيکي مورد بررسي قرار گيرد. همچنين در اين آزمايش فرکانس طبيعي تيغه ها نيز اندازه گيري شد.
سپس اين داده ها در طراحي شبيه سازي مورد استفاده قرار مي گيرد تا مشخص شود طراحي مفهومي تا چه حد پاسخگو است.
در سه ماهه ي اول سال 2007 قرار بر اين است که نمونه هايي از اين تيغه ها ساخته شود و در ايالت آيُواي ايالات متحده مورد آزمايش قرار بگيرد.
تحقيقات جديد در زمينه ي تيغه هاي توربين هاي بادي به اين سمت پيش مي‎رود که در ابتدا افزايش طول تيغه مد نظر محققان باشد سپس افزايش بازده. البته با افزايش طول تيغه، وزن آن نيز افزايش پيدا مي‎کند. که رابطه‎ي اين افزايش وزن با افزايش طول يک رابطه ي غيرخطي است. اما افزايش طول تا آن جا مورد نظر محققان است که وزن تيغه ها از مقدار مجاز بيشتر نشود.
در واقع مسئله ي اصلي، کاهش آهنگ افزايش وزن نسبت به افزايش طول است. اين مسئله در تيغه هاي Star مورد بررسي قرار گرفته و تا حدود ي حل شده است.

منبع : www.sciencedaily.com
مترجم: محمدعلي حسيني تاش( www.namehmech.ir )