اساس کار و طراحی مهندسی توربینهای بادی

انرژی باد نظیر سایر منابع انرژی تجدید پذیر، بطور گسترده ولی پراکنده دردسترس می‌باشد.

 تابش نامساوی خورشید در عرض‌های مختلف جغرافیایی به سطحناهموار زمین باعث تغییر دما و فشار شده و در نتیجه باد ایجاد می‌شود. بهعلاوه اتمسفر کره زمین به دلیل چرخش، گرما را از مناطق گرمسیری به مناطققطبی انتقال می‌دهد که باعث ایجاد باد می‌شود. انرژی باد طبیعتی نوسانی ومتناوب داشته و وزش دائمی ندارد.

از انرژی های بادی جهت تولید الکتریسیته و نیز پمپاژ آب از چاهها ورودخانه ها، آرد کردن غلات، کوبیدن گندم، گرمایش خانه و مواردی نظیر اینهامی توان استفاده نمود. استفاده از انرژی بادی در توربین های بادی که بهمنظور تولید الکتریسته بکار گرفته می شوند از نوع توربین های سریع محورافقی می باشند. هزینه ساخت یک توربین بادی با قطر مشخص، در صورت افزایشتعداد پره ها زیاد می شود.

توربینهای بادی چگونه کار می کنند ؟

توربین های بادی انرژی جنبشی باد را به توان مکانیکی تبدیل می نمایند واین توان مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور انتقال پیدا کرده و در نهایتانرژی الکتریکی تولید می شود. توربین های بادی بر اساس یک اصل ساده کار میکنند. انرژی باد دو یا سه پره ای را که بدور روتور توربین بادی قرار گرفتهاند را بچرخش در می آورد. روتور به یک شفت مرکزی متصل می باشد که با چرخشآن ژنراتور نیز به چرخش در آمده و الکتریسیته تولید می شود.

توربین های بادی بر روی برج های بلندی نصب شده اند تا بیشترین انرژی ممکنرا دریافت کنند بلندی این برج ها به 30 تا 40 متر بالاتر از سطح زمین میرسند. توربین های بادی در باد هایی با سرعت کم یا زیاد و در طوفان هاکاملا مفید می باشند
همچنین می توانید برای درک بهتر چگونکی عملکرد یک توربین بادی به انیمیشنیکه به همین منظور تهیه شده توجه کنید تا با چگونگی چرخش پره ها٬ شفت وانتقال نیروی مکانیکی به ژنراتور و در کل نحوه عملکرد یک توربین بادی آشناشوید.

توربینهای بادی مدرن به دو شاخه اصلی می‌شوند :

1-توربینهای با محور افقی

2-توربینهای با محور عمودی .

می‌توان از توربینهای بادی با کارکردهای مستقل استفاده نمود، و یا می‌توانآنها را به یک ” شبکه قدرت تسهیلاتی “ وصل کرد یا حتی می‌توان با یک سیستمسلول خورشیدی یا فتوولتائیک ترکیب کرد. عموماً از توربینهای مستقل برایپمپاژ آب یا ارتباطات استفاده می‌کنند ، هرچند که در مناطق بادخیز مالکینخانه‌ها و کشاورزان نیز می‌توانند از توربینها برای تولید برق استفادهنمایند مقیاس کاربردی انرژی باد، معمولا ً‌تعداد زیادی توربین را نزدیک بهیکدیگر می‌سازند که بدین ترتیب یک مزرعه بادگیر را تشکیل می‌دهند.

داخل توربین بادی به چه صورت می باشد:

1- باد سنج (Anemometer): این وسیله سرعت باد را اندازه گرفته و اطلاعات حاصل از آنرا به کنترل کننده ها انتقال می دهد.

2- پره ها (Blades) : بیشتر توربین ها دارای دو یا سه پره می باشند. وزش باد بر روی پره ها باعث بلند کردن و چرخش پره ها می شود.

3-ترمز (Brake) : از این وسیله برای توقف روتور در مواقع اضطراری استفادهمی شود. عمل ترمز کردن می تواند بصورت مکانیکی ٬ الکتریکی یا هیدرولیکیانجام گیرد.

4- کنترولر (Controller) : کنترولر ها وقتی که سرعت باد به 8 تا 16 mph میرسد ما شین را٬ راه اندازی می کنند و وقتی سرعت از 65 mph بیشتر می شوددستور خاموش شدن ماشین را می دهند. این عمل از آن جهت صورت میگیرد کهتوربین ها قادر نیستند زمانی که سرعت باد به 65 mph می رسد حرکت کنند زیراژنراتور به سرعت به حرارت بسیار بالایی خواهد رسید.

5- گیربکس (Gear box) : چرخ دنده ها به شفت سرعت پایین متصل هستند و آنهااز طرف دیگر همانطور که در شکل مشخص شده به شفت با سرعت بالا متصل میباشند و افزایش سرعت چرخش از 30 تا 60 rpm به سرعتی حدود 1200 تا 1500 rpm را ایجاد می کنند. این افزایش سرعت برای تولید برق توسط ژنراتور الزامیست.

هزینه ساخت گیربکس ها بالاست درضمن گیر بکس ها بسیار سنگین هستند. مهندساندر حال انجام تحقیقات گسترده ای می باشند تا درایو های مستقیمی کشف نمایدو ژنراتورها را با سرعت کمتری به چرخش درآورند تا نیازی به گیربکس نداشتهباشند.

6-ژنراتور (Generator) : که وظیفه آن تولید برق متناوب می باشد.

7- شفت با سرعت بالا (High-speed shaft) : که وظیفه آن به حرکت در اوردن ژنراتور می باشد.

8-شفت با سرعت پایین (Low-speed shaft) : رتور حول این محور چرخیده و سرعت چرخش آن 30 تا 60 دور در دقیقه می باشد.

9-روتور (Rotor) : بال ها و هاب به روتور متصل هستند.

10- برج (Tower) : برج ها از فولاد هایی که به شکل لوله درآمده اند ساختهمی شوند. توربین هایی که بر روی برج هایی با ارتفاع بیشتر نصب شده اندانرژی بیشتری دریافت می کنند.

11- جهت باد (Wind direction) : توربین هایی که از این فن آوری استفاده میکنند در خلاف جهت باد نیز کار می کنند در حالی که توربین های معمولی فقطجهت وزش باد به پره های آن باید از روبرو باشد.

12-باد نما (Wind vane) : وسیله ای است که جهت وزش باد را اندازه گیری میکند و کمک می کند تا جهت توربین نسبت به باد در وضعیت مناسبی قرار داشتهباشد.

13- درایو انحراف (Yaw drive) : وسیله ایست که وضعیت توربین را هنگامیکهباد در خلاف جهت می وزد کنترول می کند و زمانی استفاده می شود که قرار استروتور در مقابل وزش باد از روبرو قرار گیرد اما زمانی که باد در جهتتوربین می وزد نیازی به استفاده از این وسیله نمی باشد.

14- موتور انحراف (Yaw motor) : برای به حرکت در آوردن درایو انحراف مورد استفاده قرار می گیرد.

منبع : http://konjkav.com