proč ne více nožů?
větrné turbíny jsou postaveny tak, aby zachytily kinetickou (pohybovou) energii větru. Vyvstává otázka, proč moderní větrné turbíny nejsou postaveny s mnoha lopatkami rotoru, jako staré“ americké “ Větrné mlýny. Turbíny s mnoha lopatkami nebo velmi širokými lopatkami, tj. turbíny s velmi pevným rotorem však budou vystaveny velmi velkým silám, když vítr fouká rychlostí hurikánu (pamatujte, že energetický obsah větru větru se mění s třetí silou rychlosti větru).
výrobci větrných turbín musí potvrdit, že jejich turbíny jsou postaveny tak, aby vydržely extrémní větry, které se vyskytují, řekněme, během 10 minut jednou za 50 let. Aby se omezil vliv extrémních větrů, výrobci turbín proto obecně dávají přednost stavbě turbín s několika dlouhými úzkými lopatkami. Aby se vyrovnala těsnost lopatek směřujících k větru, výrobci turbín dávají přednost tomu, aby se turbíny otáčely relativně rychle.
proč ne sudý počet čepelí?
moderní inženýři větrných turbín se vyhýbají stavbě velkých strojů se sudým počtem lopatek rotoru. Nejdůležitějším důvodem je stabilita turbíny. Rotor s lichým počtem lopatek rotoru a nejméně třemi lopatkami lze při výpočtu dynamických vlastností stroje považovat za podobný disku.
rotor se sudým počtem lopatek způsobí problémy se stabilitou pro stroj s tuhou konstrukcí. Důvodem je to, že v okamžiku, kdy se nejvyšší čepel ohýbá dozadu, protože získává maximální výkon z větru, nejnižší čepel přechází do stínu větru před věží.
většina moderních větrných turbín používaných k výrobě elektřiny má tři lopatky, i když některé mají dvě nebo dokonce jednu. Tři lopatky mají tu zvláštní výhodu, že polární moment setrvačnosti vzhledem k zívání je konstantní a je nezávislý na azimutové poloze rotoru. Tato charakteristika přispívá k relativně hladkému provozu i při zívání. Dvoulistý rotor má však nižší moment setrvačnosti, když jsou lopatky svislé, než když jsou vodorovné. Tato „nerovnováha“ je jedním z důvodů, proč většina dvoulistých větrných turbín používá balancující rotor. Použití více než tří lopatek by také mohlo vést k rotoru s momentem setrvačnosti nezávislým na poloze, ale více než tři lopatky se používají jen zřídka. Je to především kvůli vyšším nákladům, které by byly spojeny s dalšími lopatkami.
Dánský koncept 3-bladed
většina moderních větrných turbín je třílistá konstrukce s polohou rotoru udržovanou proti větru (na větrné straně věže) pomocí elektrických motorů v jejich zatáčkovém mechanismu. Tento design se obvykle nazývá klasický Dánský koncept a má tendenci být standardem, proti kterému jsou hodnoceny jiné koncepty. Drtivá většina turbín prodávaných na světových trzích má tento design.
základní konstrukce byla poprvé představena s renomovanou větrnou turbínou Gedser. Další charakteristikou je použití asynchronního generátoru.
Two-bladed (balancování) concept
Two – bladed větrné turbíny konstrukce mají tu výhodu, že šetří náklady na jeden list rotoru a jeho hmotnost, samozřejmě. Mají však tendenci mít potíže s pronikáním na trh, částečně proto, že vyžadují vyšší rychlost otáčení, aby získaly stejný energetický výkon. To je nevýhoda jak z hlediska hluku, tak z hlediska vizuálního vniknutí. V poslední době několik tradičních výrobců dvoulistých strojů přešlo na třílisté konstrukce.
dvoulisté a jednolisté stroje vyžadují složitější konstrukci s kloubovým (balančním nábojem) rotorem, jak je znázorněno na druhém obrázku, tj. rotor se musí umět naklánět, aby se zabránilo příliš silným nárazům do turbíny, když lopatky rotoru procházejí věží. Rotor je proto namontován na hřídeli, která je kolmá k hlavnímu hřídeli a která se otáčí spolu s hlavním hřídelem. Toto uspořádání může vyžadovat další tlumiče nárazů, aby se zabránilo nárazu lopatky rotoru do věže.
jednolistá koncepce
Jednolistá větrná turbína existuje a šetří náklady na další lopatku rotoru. Pokud se dá něco postavit, inženýři to udělají. Jednolisté větrné turbíny však nejsou komerčně příliš rozšířené, protože stejné problémy, které jsou zmíněny pod dvoulistou konstrukcí, se v ještě větší míře vztahují na jednolisté stroje.
kromě vyšší rychlosti otáčení a problémů s hlukem a vizuálním vniknutím vyžadují, aby bylo na druhou stranu náboje umístěno protizávaží z lopatky rotoru, aby se vyrovnal rotor (podívejte se na druhý obrázek). To samozřejmě neguje úspory na hmotnosti ve srovnání s dvoulistým designem. Estetický faktor vzhledu nerovnováhy je dalším hlediskem. Předpokládanou výhodou je tedy to, že turbína může běžet při relativně vysokém poměru otáček špičky a že náklady by měly být nižší z důvodu potřeby pouze jednoho listu.
Video frames
– Two blades: general explanation
– Three blades: general explanation