Kindral

Teaduslik põhjus, miks tuuleturbiinidel on 3 laba

Teaduslik põhjus, miks tuuleturbiinidel on 3 laba


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Inimesed on tuuleenergiat kasutanud sajandeid. Alates purjekatest kuni tuulikuteni on tuul olnud inimkonna ajaloos oluline energiaallikas.

Viimastel aastatel on tuuleenergia võitnud fossiilkütuste tõhusa ja jätkusuutliku alternatiivina suurema populaarsuse. Tuulepargid on hakanud kogu maailmas rannajooni ja mäetippe katkestama ning nüüdseks olete ilmselt märganud nende erinevat kujundust.

Miks on siis tuuleturbiinidel kolm laba, erinevalt vähemast või enamast? Vastus seisneb tuuleenergia taga olevas tehnikas ja selles, kuidas maksimeerida energia saagist. Suurima koguse elektrienergia efektiivseks tootmiseks tuleb palju arvestada.

Kuidas tuuleturbiinid töötavad? Tuuleenergia ajalugu ja selle taga olev teadus

Elektrit tootvad tuuleturbiinid on vanemad, kui mõned arvata oskaksid. Esimese sellise turbiini leiutas aastal 1888 Charles F. Brush. Sellel oli tähelepanuväärsed 144 puidust tera ja see võis toota 12 kilovatti võimsust.

Kuni 1930. aastate keskpaigani sõltusid paljud Ameerika maapiirkondade elukohad tuuleenergiast kui nende ainsast elektriallikast. Turbiinid olid ligipääsetav ja kulutõhus viis kaugemate kohtade toitmiseks, mida muidu ei kasutanud põhiliinid.

Pärast elektriliinide laiendamist kogu Ameerika Ühendriikides surid maapiirkondade tuulikud tõhusalt välja ja tuuleenergia muutus minevikku. Alles viimastel aastakümnetel on huvi tuuleenergia kui muu alternatiivse energiatootmise odava alternatiivi vastu taas kasvanud.

Tuuleenergia tootmise põhimõtted on tänapäeval sama lihtsad kui 19. sajandil. Tuul on lihtsalt liikuvas õhk ja seal, kus on liikumine, on kineetiline energia.

Tuuleturbiinid on kavandatud takistama seda kineetilist energiat, aeglustades seda ja muundades elektrienergiaks. See takistus on turbiinide labade näol, mis on spetsiaalselt loodud maksimaalse energiakoguse saamiseks.

Kuid turbiinilabade disain ja kasutamine on delikaatne teadus ning see tugineb paljudele teguritele, nagu aerodünaamika ja õhutakistus.

Turbiiniterade kujundamine: kiirus, aerodünaamika ja helikiirus

Tuulikute labade projekteerimisel on palju tegureid. Võib-olla on kõige olulisem tegur aerodünaamika.

Aerodünaamika viitab tahke eseme omadustele ja teda ümbritsev õhk suhtleb sellega. Seda silmas pidades on tuuliku labad konstrueeritud umbes nagu lennuki tiivad.

Tera tagaosa on kõveram kui esiosa, samamoodi kaardub lennuki tiib otsast ülespoole. See varieeruv kuju põhjustab rõhuerinevuse, kui õhk liigub üle tera, mis põhjustab labade liikumist.

Tera obstruktsiooni tõttu liigub õhk tera taga kiiremini kui selle ees. See paneb labade pöörlemise liikuma ja alustab elektritootmise protsessi.

Sellest aga ei piisa, kui labasid tuul liigutab. Insenerid peavad terade kujundamisel arvestama kiiruse ja lohisemisega, et tagada kõrgeim tõhususe tase.

Näiteks kui labade obstruktsioon tekitab liiga palju takistust, on võimsuse saak palju väiksem. Kui lohistust ei looda piisavalt, võivad labad liiga kiiresti liikuda, põhjustades helibarjääri purunemist.

Tuulegeneraatorite üks suurimaid eeliseid on see, kui vaikselt need töötavad. Kui nad murdsid helibarjääri, võib see kavandatud tuuleparkide läheduses asuvaid elanikke turbiinide rakendamise vastu pigem vastu seista.

Terade täiusliku arvu valimine

Üldiselt töötab enamik tuuleturbiine standardvarustuses kolme labaga. Kolme labaga turbiinide kujundamise otsus oli tegelikult kompromiss.

Vähenenud takistuse tõttu oleks energia saagikuse osas optimaalne arv üks tera. Kuid üks tera võib põhjustada turbiini tasakaalustamatuse ja see pole turbiini stabiilsuse jaoks praktiline valik.

Samamoodi pakuksid kaks tera suuremat energiatarbimist kui kolm, kuid kaasneksid omad probleemid. Kahe labaga tuuleturbiinid on altimad nähtule, mida tuntakse kui güroskoopilist pretsessiooni, mille tagajärjeks on võnkumine. Loomulikult tekitaks see kõikumine turbiinile tervikuna täiendavaid stabiilsusküsimusi. See paneks stressi ka turbiini komponentidele, põhjustades selle aja jooksul kulumist ja muutumatuks vähem efektiivseks.

Iga üle kolme labade arv tekitaks suurema tuuletakistuse, aeglustaks elektri tootmist ja muutuks seega vähem efektiivseks kui kolmelabiline turbiin.

Nendel põhjustel on kolme labaga konstrueeritud turbiinid ideaalne kompromiss suure energiakulu ning turbiini enda suurema stabiilsuse ja vastupidavuse vahel.

Tuuleturbiinide tulevik: kas ükski tera ei saaks olla parem kui kolm?

Hoolimata asjaolust, et kolme labaga turbiinidest on viimastel aastatel saanud puhta energia tootmise standardmudel, ei tähenda see, et need alati nii on. Insenerid töötavad endiselt parema ja efektiivsema kujunduse väljatöötamiseks tulevaste energiatootmispüüdluste jaoks.

Üks populaarseim kavandatav disain on labadeta turbiin. Ehkki see võib tunduda vastuolus vastupanuga, mida on vaja tuuleenergia muundamiseks elektriks, on labadeta turbiini loomisel mitmeid eeliseid.

Üks eelis on kulud ja hooldus. Praegused turbiinid on nende töös väga koormatud. Nad suudavad sooritada kuni kakskümmend pööret minutis ja jõuda kiiruseni 180 miili tunnis (289 km / h), mille tulemuseks on tohutu jõud. Lisaks erosioonile, mida nad kannatavad avamere vaenulike ilmastikutingimuste korral, on lihtne mõista, miks turbiinide labade kvaliteet aja jooksul oluliselt halveneb.

Sellised ettevõtted nagu Vortex Bladeless on loonud labadeta turbiinide prototüübi, mis tegelikult kasutavad tuuleenergia genereerimiseks güroskoopilist liikumist. Nende disaini tootmine võib potentsiaalselt maksta kuni 50% vähem kui traditsioonilised turbiinid ja see ei halveneks aja jooksul nii palju.

Ehkki kolme labaga turbiinid on praegu kindlasti kõige tõhusam lahendus, ei pruugi see alati nii olla. Kuni teradeta turbiinid ei muutu normiks, on meil kolme labaga turbiinide efektiivsus tänulik valdava enamuse meie tuuleenergia tootmise eest.


Vaata videot: Gary Yourofsky vs. Animal Abuser Reporter (Mai 2022).