توضیحات

تحلیل و اندازه گیری نیروها و گشتاورهای آیرودینامیکی وارد بر پره توربین

پروِژه حاضر به بررسی نیروها و گشتاورهای وارد بر پره­ های توربین بادی پرداخته است.

در ابتدا نحوه­ ی عملکرد توربین بادی و انواع آن مورد بررسی قرار گرفته است. سپس روابط نیرو و گشتاور از چندین منظر مورد توجه قرار گرفته است.

در نهایت از بحث مورد نظر نتیجه­ گیری به عمل آمده است.

۱۱۰صفحه فایل ورد

پس از پرداخت آنلاین میتوانید فایل کامل این پروژه را دانلود کنید

توربین‌های بادی با محور عمودی نظیر (ساوینوس، داریوس، صفحه‌ای و کاسه‌ای… ) از  ۲ بخش اصلی تشکیل شده‌اند. یک میله اصلی که رو به باد قرار می‌گیرد و میله‌های عمودی دیگری که عمود بر جهت باد کار گذاشته می‌شوند. این توربین شامل قطعاتی با اشکال گوناگون بوده که باد را در خود جمع کرده و باعث چرخش محور اصلی می‌گردد. ساخت این توربین بسیار ساده است ولی بازده پایینی دارد. در این نوع توربین ها یک طرف توربین باد را بیشتر از طرف دیگر جذب می‌کند و باعث می‌شود سیستم لنگر پیدا کرده و بچرخد. نتیجه این نوع طراحی این است که سرعت چرخش سیستم دقیقاً با سرعت باد برابر بوده و در مناطقی که سرعت باد کم  است، چندان کارآمد نیست. یکی از مزایای آن وابسته نبودن سیستم  به جهت وزش باد می باشد.

ب: توربین های بادی با محور چرخشی افقی

این نوع توربین‌ها نسبت به مدل با محور عمودی رایج‌تر می‌باشد، توربین‌های باید با محور افقی پیچیده‌تر و گران‌تر از نوع قبلی هستند و ساخت آنها هم مشکل‌تر است ولی راندمان بسیار بالایی دارند. در همه سرعت‌ها حتی سرعت‌های پایین باد هم کار می کنند و در انواع پیشرفته‌تر می‌توان جهت آنها را

با جهت وزش باد تنظیم کرد. نمای ظاهری این توربین ها ۳ یا در مواردی ۲ پره است که روی یک پایه بلند نصب شده‌اند. این پره‌ها همواره در جهت وزش باد قرار می‌گیرند.

این توربین‌ها چگونه کار می‌کنند؟

 مراحل کار یک توربین کاملاً برعکس مراحل کار یک پنکه است. در پنکه انرژی الکتریسیته به انرژی مکانیکی تبدیل شده و باعث چرخیدن پره می‌شود. در توربین‌ها، چرخش پره‌ها انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده، سپس به الکتریسیته تبدیل می‌شود. باد به پره‌ها برخورد می‌کند و آنها را می‌چرخاند. چرخش پره‌ها باعث چرخش محور اصلی می‌شود که این محور نیز به یک ژنراتور برق متصل است. چرخش این ژنراتور برق متناوب تولید می‌کند.

توربین‌های باید عمودی امروزه می توانند بین ۵ تا ۶۵۰۰ کیلووات برق تولید کنند. یک توربین بادی مستقل با سایز کوچک می‌تواند مصرف یک خانه یا انرژی مورد نیاز برای پمپ کردن آب از چاه را تامین کند، ولی توربین‌های سایز بزرگتر برای تولید برق و تزریق آن به شبکه سراسری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بدون در نظر گرفتن تصویر فوق، برخی از قسمتهای اصلی یک توربین بادی را به شرح زیر توضیح می‌دهیم:

1. پره‌ها : بیشتر توربین ها ۲ یا ۳ پره دارند،  باد به پره‌ها برخورد می‌کند و باعث چرخش آنها می‌شود.
2. ترمز: با استفاده از سیستم ترمز دیسکی می توان توربین را به طور هیدرولیکی در مواقع عادی و حتی اضطراری متوقف کرد.
3. بخش کنترل: بخش کنترل توربین را هنگامی که سرعت باد بین ۴ تا ۲۵ متر بر ثانیه است به کار می‌اندازد و هنگامی که سرعت باد به بالاتر از ۲۵ متر بر ثانیه می‌رسد آن را متوقف می‌کند. توربین‌ها نمی‌توانند در سرعت‌های بیشتر از ۲۵ متر بر ثانیه به کار خود ادامه دهند. در سرعت بالای ۳۰ متر بر ثانیه امکان سقوط برج‌ها نیز وجود دارد.
4. جعبه دنده (گیربکس): گیربکس توربین‌های بادی می تواند سرعت کم چرخش محور پره ها را با ضریب تبدیل مثبت به سرعت بالا که در ژنراتور استفاده می شود تبدیل کند.
5. تحلیل و اندازه گیری نیروها و گشتاورهای آیرودینامیکی وارد بر پره توربین
7. ژنراتور: ژنراتور در حقیقت بخش تبدیل انرژی مکانیکی باد به انرژی برق (الکتریکی) است. ژنراتورهای بکار برده شده ژنراتورهای آسنکرون و سنکرون می‌باشند.
8. ناسل: قسمت اصلی توربین بادی که روتور به آن متصل است را ناسل می‌گویند. ناسل در بالای برج قرار دارد و شامل جعبه دنده، شافت اصلی ژنراتور، بخش کنترل و ترمز است. بعضی از ناسل‌ها آنقدر بزرگند که تکنسین‌ها می توانند داخل آن بایستند. در گذشته توربین‌های بادی با یک سرعت دورانی ثابت (دور روتور) کار می‌کردند اما مدل‌های امروزی تقریبا سیستم یک سرعته را کنار گذاشته‌اند. از میان ۵۸ مدل توربین موجود، ۲ مدل یک سرعته، ۲۲ مدل دو سرعته و ۳۴ مدل با سرعت متغیر وجود دارند.
9. روتور: به مجموعه تیغه‌ها و توپی وسط آنها روتور می‌گوییم.
10. دکل (برج): دکل‌ها معمولاً از فولادهای استوانه‌ای یا شبکه‌ای از میله‌های فولادی ساخته می‌شوند چون سرعت باد با افزایش ارتفاع زیاد می‌شود دکل‌های بلند باعث می‌شوند توربین انرژی بیشتری بگیرد و الکتریسیته بیشتری تولید کند.
11. سنسورهای اندازه‌گیری: شامل دو سنسور سرعت سنج و جهت نما می باشند که اولی سرعت باد و دومی جهت باد را به دقت مشخص می‌کند و اطلاعات حاصل را به بخش کنترل می‌دهد. بر اساس این اطلاعات زمان کار توربین و زاویه چرخ انحراف (Yaw System) مشخص می‌شود. این چرخ توربین را دقیقاً در جهت وزش باد قرار  می‌دهد.
12. موتور انحراف: (سیستم Yaw) یک سیستم ترکیبی الکتریکی مکانیکی است، هدایت این سیستم توسط واحد کنترل انجام می‌شود. بر اساس اطلاعات رسیده از قسمت اندازه گیری، واحد کنترل، جهت باد غالب را تعیین کرده و به موتور انحراف فرمان می‌دهد که این موتور توربین را در راستای مناسب بچرخاند. این سیستم فقط در توربین‌های بزرگ متصل به شبکه کاربرد دارد. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (Yaw System) از بالچه استفاده می‌کنند. این بالچه توسط جریان باد خود به خود توربین را در راستای مناسب قرار می دهد.

 نحوه کارکرد توربین های بادی…..