پره ها (توربین بادی)

پره ها یکی از مهمترین بخش های توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. این بخش از سیستم تعیین کننده ترین عامل اصلی مقدار انرژی جذب شده از باد و همچنین بار وارده بر توربین است. استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی از مسائل مهم در ساخت پره ها است.  پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.

یکی از مهم­ترین بخش­های توربین بادی پره بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شافت اصلی توربین باد است. پره به گونه‌ای ساخته می­شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیرو‌های دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.

پره‌ها معمولا دارای مقطع آئروفویل می‌باشند تا بتواند با حداقل مقدار اصطکاک ناشی از جدایش جریان حداقل درگ را ایجاد نمایند و در این صورت حداکثر راندمان را از خود نشان دهند. با عبور هوا از اطراف آئروفویل، ایجاد اختلاف فشار در بالا و پایین مقطع می‌نماید، که نیروی ایجاد شده نیروی آیرودینامیکی خوانده می­شود. در واقع آئروفویل شکلی است که به منظور ایجاد نیروی برا طراحی شده است. در شکل زیر نمونه­ای از یک ایرفویل را مشاهده می‌کنید.

پره‌های توربین باد، انرژی باد را به واسطه کم کردن سرعت باد از آن می‌گیرند و می‌چرخند. امروزه بیشتر توربین­ها با دو، یا سه پره متداول می­باشند. با افزایش تعداد پره‌ها شدت ارتعاشات کاهش می‌یابد و در توربین‌هایی با سه پره در مقایسه با توربین‌های دو پره میزان سر و صدا و استهلاک کمتر می‌باشد.

هنگامی که جسمی در مقابل حرکت سیال قرار می‌گیرد نیرویی از طرف سیال به آن وارد می‌شود که می‌توان آن را به دو نیرو تجزیه کرد. یک نیرو در جهت سرعت سیال و دیگری در جهت عمود بر آن خواهد بود. نیروی اعمالی در جهت سیال به نیروی پسا (Drag Force) و نیروی عمود بر آن به نیروی برا (Lift Force) معروف است.

درگ نیرویی بازدارنده است که در اثر حرکت سیال حول جسم به وجود می‌آید و نیروی لیفت ماهیت بالابرندگی دارد. نیروی درگ عامل چرخش پره در توربین‌های بادی محور قائم می‌باشد، و این درحالی است که نیروی لیفت، عامل اصلی ایجاد گشتاور لازم برای چرخش پره در توربین‌های محور افقی است.

هرچه تعداد پره‌های توربین‌های بادی بیشتر باشد گشتاور بیشتر و سرعت دورانی کمتر می‌شود؛ اما توربین هایی که برای تولید الکتریسیته بکار می‌روند نیاز به عملکرد در سرعت‌های بالاتری دارند و در واقع گشتاور بیشتری نیاز ندارند.

بنابراین توربین‌های بادی با دو پره بهترین حالت طراحی و بازده را خواهند داشت، اما در این حالت توربین‌های بادی تحت تاثیر پدیده لرزش همانند انحراف در ژیروسکوپ‌ها قرار میگیرند.

همچنین از آنجایی که توربین‌های بادی همیشه باید در مقابل باد قرار گیرند، پره‌ها باید توانایی تغییر جهت عمودی را زمانی که تغییری در جهت باد ایجاد می‌شود داشته باشند.

این پدیده به حرکت یاو (Yaw motion) اشاره دارد. در سیستم‌های با دو پره، وقتی پره‌ها به صورت عمودی قرار می‌گیرند (در یک خط با برج و محور دوران توربین بادی)، مقاومت خیلی کمی در برابر حرکت yaw وجود خواهد داشت.

با افزایش تعداد پره‌ها شدت ارتعاشات کاهش می‌یابد؛ بنابراین در توربین‌های سه پره در مقایسه با دو پره میزان سر و صدا و استهلاک کمتر است.

منبع: pinion

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا – سازه های هوایی