مرکز انجمنهای تخصصی

دوست عزیز و گرامی, جناب [COLOR=#0070C0]MOHAMMAD_ASEMOONI  
درود بر شما

با سپاس از زحمات جناب [COLOR=#3366cc]marshal1987 گرامی و توضیحات جناب   .Abooali گرامی 

چرا این ژنراتورها تیغه های پروانه هاش اینقدر باریکه ؟

البته قطر و پهنای تیغه ها چندان باریک نیست اما دلیل اصلی این موضوع در خصوصیات آیرودینامیک و حداقل مقاومت Blade ها در مقابل باد و به عبارتی کاهش حداکثری Drag و افزایش Lift میباشد. بر خلاف باور عموم, مبحث طراحی توربین های بادی و مخصوصا" تیغه های آنها یکی از وظایف مهندسین هوافضا میباشد و متخصصین برق قدرت صرفا" بر روی ژنراتور و سایر ادوات مولد تمرکز دارند. لذا طراحی این توربین ها کاملا" بر اساس علم روز و در بهترین شرایط ایده آل از منظر اقتصادی و علمی اتخاد میگردند.

 [External Link Removed for Guests] 

چرا همشون سه پرّه هست ؟ / اگه چهار یا پنج پره باشه قوی تر نمیشه ؟

بطور کلی هر تیغه باعث ایجاد اختلال و Turbulence در جریان هوا میگردد و این تلاطم مستقیما" بر روی عملکرد تیغه های بعدی تاثیر منفی میگذارد. بنابراین در حالت ایده آل هرچه تعداد تیغه ها کمتر باشد, تلاطل و بازدهی سیستم نیز بیشتر است و لذا بازهم بر خلاف باور عموم, تعداد بیشتر تیغه ها نه تنها توان تولید را افزایش نمیدهد, بلکه مجموع عملکرد سیستم را نیز مختل مینماید! استفاده از 2 تیغه بهترین حالت برای توربین های بادی میباشد و سازمان NASA نیز از اویل دهه 70 تا اواخر دهه 90 میلادی همراه با کمپانی های معظم صنایع هوایی و فضایی همچون: Boeing, General Electric,   و ... تحقیقات فراوانی بر روی توربین های بادی 2 پره و افرایش راندمان آنها به انجام رساندند و نتایج این آزمایشات همچنان نیز سرلوحه بسیاری از تولید کنندگاه و طراحان توربین های بادی در سراسر دنیا میباشند. اما بهره گیری از توربین های 2 پره دارای برخی نکات مثبت و منفی میباشد. بطور کلی هرچه طول تیغه ها بیشتر باشد, میزان برق و انرژی تولیدی نیز بیشتر است. اما هرچه طول آنها بیشتر شود, در نهایت سرعت گردش پره ها در قسمت انتهای آنها نیز افزایش میابد و حتی ممکن است به سرعتی بیش از 1 ماخ برسد! همچنین استفاده از پره های طویل نیازمند بهره گیری از دکل های بلندتر میباشد و همین امر مجموع عوامل ارزیابی اقتصادی سیستم را تحت تاثیر قرار میدهد.

   [External Link Removed for Guests]
  Wind Turbine Mod-2
   
بنابراین استفاده از آرایش Tricycle Blades و بهره گیری از 3 پره به عنوان اقتصادی ترین روش موجود در دنیا شناخته میگردد. هرچند قدرت خروجی این حالت کمتر از Dual Blades میباشد اما از لحاظ اقتصادی و عملی بسیار به صرفه تر است. از جمله مزایای این آرایش میتوان به مواردی همچون: تلاطم هوای کمتر, سرعت دوران فروصوت در نوک پره ها, ارتفاع (دکل) مناسب و تولید مقدار انرژی متناسب با توان ژنراتورها اشاره داشت. البته مرور این نکته خالی از لطف نمیباشد تا بدانیم در توربین های بادی جدید, افزایش سرعت باد و اساسا" دوران تیغه ها موجب افزایش تولید برق نمیگردد! کلیه توربین های افقی جدید دارای یک جعبه دنده (Gearbox) از نوع Reduction Gear و کاهنده سرعت در   محور تیغه ها (Blade Hub) و متصل به ژنراتور میباشند. عموم ژنراتورهای مورد استفاده در توربین های بادی از نوع سرعت ثابت و Constant Speed هستند و برای چرخش آنها به یک میزان سرعت ثابت نیازمند هستیم. بنابراین چنانچه سرعت باد از میزان تعریف شده برای ژنراتور بیشتر گردد, جعبه دنده با استفاده از چرخ دنده های کاهنده و حتی سیستم ترمز نصب شده بر روی Disk Brake, سریعا" آنرا به میزان استاندارد کاهش میدهد و متقابلا" چنانچه سرعت باد کاهش یابد, اینبار Gearbox با استفاده از دنده های سبکتر, سرعت بیشتری به Shaft ژنراتور منتقل مینماید. البته توربین های بادی انواع مختلفی دارند و برخی از آنها با افزایش سرعت باد توانایی تولید انرژی الکتریکی بیشتری پیدا میکنند اما مجموع برق تولیدی در این روش کمتر از نمونه های دیگر و Constant Speed میباشد.

   [External Link Removed for Guests]   
    [External Link Removed for Guests]
   ای از Gearbox مورد استفاده در توربین های    
    

موفق باشید

با سلام خدمت شما استاد بزرگوار جناب کاپتن پایلوت و تشکر پاسختون .
بنده دو مورد رو بیان میکنم تا نظر شما رو در موردش بدونم :
1- مسئله زیاد بودن تعداد پره ها در سرعتهای زیاد مشکل ساز میشه .
در هلیکوپترهای سنگین با وجودی که سرعت چرخش خیلی بیشتر از این مولدها هست اما تعداد پره ها به شش تا هم میرسه .
ericksonaircrane.com/img/pressreleases/AircraftSales/10_17_2001.1.jpg

در این مولدها سرعت خيلی خیلی کمتر از سرعت چرخش پروانه های هلیکوپترهای سنگین هست و زیادتر شدن تعداد پره ها راندمان رو بالا میبره اما به دلیل غول آسا بودن و بلند بودنِ این پره ها , افزایش تعدادشون باعث فشار بسیار زیاد به ستونها و بدنه ی این مولدها میشه .
شاید در آینده با ساخت مواد سبکتر و مقاوم تر بشه تعداد پره ها رو به هشت تا هم رسوند بدون اینکه نیازی به ساخت بدنه و پایه ی ضخیم تر باشه .

2- در این مولدها کار درست برعکس پروانه های هلیکوپترها و هواپیماهای ملخ دار هست .
در هلیکوپتر ملخ میچرخه و باعث مکش هوا و راندنش به پائین میشه اما در این مولدها هوا ( باد ) به پره ها برخورد میکنه و باعث حرکت اونها و چرخش میشه .
سرعت پره ها همیشه کمتر از سرعت بادی هست که بهشون میخوره و زیاد بودن تعداد چره ها اثر منفی بر حرکت پره های دیگه نمیذاره
دسته هوائی که به پره ی اول میخوره اون رو کنار میزنه ( حرکت میده ) و رد میشه میره و وقتی پره ی بعد به همون جا میرسه یک دسته هوای دیگه اون رو حرکت میده .
یعنی تداخلی در کار هم به وجود نمیارند اصلاً .
ادامه دارد ...

3- در اطراف پره ها باد با شدت و سرعت ثابت نمیوزد .
یعنی اگر سنسورهای حساس به فشار نصب کنیم در هر 50 سانت از این پره ها میبینیم که ضربه های مولکولهای هوا به قسمتهای مختلف فرق میکنه و دائماً کم و زیاد میشه .
یعنی ممکنه پره ی شماره ی یک برای مدت دو یا سه ثانیه ( مثال ) نیروی بسیار کمی بهش وارد بشه اما در همون لحظه پره ی سوم با فشار زیادی مواجه هست .
درست مثل اینکه ده فرفره کنار هم نصب کنیم در هوای آزاد به فاصله ی یک و نیم متر . امکان نداره همه با هم بچرخند و با یک سرعت .
اما هر چی تعدادشون بیشتر باشه , تعداد فرفره هائی که در یک لحظه با هم میچرخند بیشتر میشه .
افزایش تعداد پره های مولدها هم باعث شکار هوایِ متحرکِ بیشتری میشه و نیروی بیشتری تولید میشه .
تظرتون چیه ؟
با تشکر از وقتتون

با سلامی دوباره
این عکسها رو ببینید

[External Link Removed for Guests]

اينها ژنراتورهای خانگی شش پره ای هست که به علت کوچکی , بدون هیچ مشکلی شش پره ای ساخته شده تا بیشتر مقدار هوایِ متحرک رو شکار کنه و از انرژیش استفاده کنه برای تولید برق .
اگر میشد اون مولدهای غول آسا رو هم اینطوری بسازیم قدرتش چند برابر میشد .

دوست عزیز و گرامی, جناب [COLOR=#0070C0]MOHAMMAD_ASEMOONI 
درود بر شما

در ابتدا لازم است برداشت پیشین خود از عملکرد توربین های بادی را بطور کلی کنار بگذارید.

همانطور که در پست پیشین نیز اشاره گردید, در بسیاری از توربین های امروزی و مخصوصا" نمونه های مورد استفاده در کشورمان, ژنراتور و مولد برق توربین از نوع سرعت ثابت و Constant Speed میباشند. در این روش افزایش سرعت چرخش پره ها به هیچ عنوان باعث افزایش تولید برق نمیگردد و میزان خروجی ژنراتور همواره در بازه ای ثابت قرار دارد. اما در حقیقت سرعت مورد نیاز ژنراتور بسیار بیشتر از سرعت گردش توربین میباشد! یک ژنراتور CS مورد استفاده در توربین بادی بطور معمول به نیروی چرخشی معادل 3000 الی 3500 دور بر دقیقه (rpm) نیاز دارد اما به نظر شما دستیابی به این سرعت توسط پره های توربین بادی ممکن است ؟ خیر, توربین های بادی در بهترین حالت چرخشی معادل 20 دور در دقیقه دارند و این میزان توسط چرخ دنده های موجود در جعبه دنده جبران میگردد. در بحث طراحی تیغه های توربین بادی مبحثی به نام Tip Speed Ratio یا TSR وجود دارد که مستقیما" بر روی نسبت سرعت چرخش تیغه ها در نوک آنها و سرعت حقیقی باد متمرکز است. هرچه ضریب TSR در توربین بیشتر باشد, مقاومت تیغه ها و کل سازه نیز جهت استقامت در برابر نیروی گریز ار مزکز بیشتر خواهد بود و متعاقبا" صدای تولیدی تیغه ها در اثر برخورد با مولکول های هوا بیشتر  .
 
 [External Link Removed for Guests] 
توربین های 3 پره امروزی دارای ضریب TSR معادل 6 الی 7 میباشند و این بدان معناست که اگر سرعت حقیقی باد معادل 10 کیلومتر در ساعت باشد, همین سرعت در نوک تیغه ها معادل 60 الی 70 کیلومتر در ساعت است. بنابراین برای بدست آوردن ضریب TSR کافیست سرعت باد در نوک تیغه ها تقسیم بر سرعت حقیقی آن گردد. سرعت اقتصادی باد در نوک پره توربین های مدرن معادل 140 الی 260 کیلومتر در ساعت میباشد در حالیکه مقادیر بیشتر و کمتر از این میزان نیز قابل تحمل است.

  شکل زیر میتوانید مشاهده نمائید با افزایش تعداد تیغه ها, نه تنها سرعت باد در نوک  نها افزایش نمیابد, بلکه به دلیل ایجاد  [SIZE=100]م شدیدتر, کاهش نیز  :      

 [External Link Removed for Guests] 
اما در نسل جدیدتر توربین های بادی (ممکن است در کشور نیز وجود داشته باشند) شاهد بهره گیری از ژنراتورها سرعت متغیر (Variable Speed) میباشیم. در این روش میزان برق تولیدی با سرعت چرخش توربین در ارتباط میباشد اما بازهم این موضوع به معنای توانایی دستیابی به سرعت های مافوق صوت  ! در این نوع ژنراتورها در واقع وظیفه جعبه دنده بسیار سبکتر است و دور مورد نیاز ژنراتور سریعتر از حالت پیشین تامین میگردد. سرعت نوک تیغه در این روش معمولا" بالای 320 کیلومتر در ساعت است اما مجموع هزینه های این نسل بسیار فراتر از CS های قدیمی میباشد, زیرا برق تولیدی در این روش به هیچ عنوان دارای فرکانس ثابت نیست و برای تبدیل آن نیاز به بهره گیری مجدد از ژنرانورهای DFIG یا Double Fed Induction Generator داریم. همچنین برق خروجی از DFIG یا سایر Converter های مورد استفاده در توربین, بصورت DC و جریان مستقیم میباشد و حال باید یکبار دیگر آن را به AC و جریان متناوب تبدیل نمائیم! همانطور که مشاهده نمودید بهره گیری از این روش بسیار پر هزینه تر از نمونه های سرعت ثابت است اما متقابلا" راندمان اختصاصی توربین نیز بالاتر است. همچنین در توربین های بادی فراساحلی و مورد اشاره جناب  [COLOR=#3366cc]marshal1987 گرامی, برق DC تولید شده توسط DFIG مستقیما" به ساحل منتقل شده و سپس به AC تبدیل میگردد.
 
 [External Link Removed for Guests] 

شاید در آینده با ساخت مواد سبکتر و مقاوم تر بشه تعداد پره ها رو به هشت تا هم رسوند بدون اینکه نیازی به ساخت بدنه و پایه ی ضخیم تر باشه.

در حال حاضر هیچ مشکلی در این زمینه وجود ندارد و همانطور که اشاره شد, اساسا" نیازی به افزایش تعداد پره ها  . همچنین جنس فعلی تیغه ها از مواد مختلف شامل فیبر کربن, Composite, آلومینیوم, Fiberglass و حتی چوب میباشد. بیش از آنکه استقامت پره مورد اهمیت باشد, بحث طراحی آن دارای اهمیت است.
 
 [External Link Removed for Guests] 

اينها ژنراتورهای خانگی شش پره ای هست که به علت کوچکی , بدون هیچ مشکلی شش پره ای ساخته شده تا بیشتر مقدار هوایِ متحرک رو شکار کنه و از انرژیش استفاده کنه برای تولید برق .

موارد مورد اشاره شما همگی دارای توان تولید برق کمتر از 100 کیلووات (در بهترین حالت) میباشند و به هیچ عنوان با توربین های 4.5 الی 7 مگاواتی قابل مقایسه نیستند. این مقیاس کاملا" اشتباه است و ارتباطی بین برق تولیدی ژنراتورهای Direct Drive خانگی با نمونه های صنعتی وجود ندارد.


موفق باشید

جناب CAPTAIN PILOT

با تشکر از مطالب بسیار مفیدتون
بنده هم به واسطه رشته و کارم مطالعاتیو در زمینه توربین های بادی داشتم

می خواستم بدونم آیا میشه بجای سیستم گیربکس ژنراتور که هم بسیار گرانه و هم مشکلاتی جهت فرکانس خروجی برق داره از یک تولید کننده هوای فشرده (کمپرسور) در این
نیروگاه های بادی استفاده کرد و از این هوای فشرده در یک نیروگاه گازی به عنوان سیکل ورودی هوای فشرده استفاده کرد؟
کمپرسور های جدید هوا راندمان های بالای 80 درصد دارن و هوای فشرده خروجیشون بشدت بدرد نیروگاه های گازی میخوره.