Terien lukumäärä

miksi ei useita teriä?
vettä pumppaava tuulimylly tuulivoimalat on rakennettu tuulen liike-energian saamiseksi. Herää kysymys, miksi nykyaikaisiin tuulivoimaloihin ei rakenneta paljon roottorin lapoja, kuten vanhoihin ”amerikkalaisiin” tuulimyllyihin. Turbiinit, joissa on monta terää tai hyvin leveä terä, eli turbiinit, joissa on hyvin vankka roottori, joutuvat kuitenkin hyvin suurten voimien kohteeksi, kun tuuli puhaltaa hurrikaanin nopeudella (muista, että tuulen energiasisältö vaihtelee tuulen nopeuden kolmannen voiman mukaan).
tuuliturbiinien valmistajien on todistettava, että niiden turbiinit on rakennettu niin, että ne kestävät äärimmäisiä tuulia, joita esiintyy esimerkiksi 10 min kerran 50 vuodessa. Rajoittaakseen vaikutus äärimmäisten tuulien turbiinin valmistajat siis yleensä mieluummin rakentaa turbiinit muutamia, pitkä, kapea terät. Tuuleen päin olevien lapojen kapeuden korvaamiseksi turbiinivalmistajat antavat turbiinien pyöriä suhteellisen nopeasti.
miksei parillinen määrä teriä?
nykyaikaiset tuuliturbiininsinöörit välttävät rakentamasta suuria koneita, joissa on parillinen määrä roottorin siipiä. Tärkein syy on turbiinin vakaus. Roottori, jossa on pariton määrä roottorin lapoja ja vähintään kolme terää, voidaan katsoa levyn kaltaiseksi koneen dynaamisia ominaisuuksia laskettaessa.
roottori, jossa on parillinen määrä teriä, aiheuttaa jäykkärakenteiselle koneelle vakausongelmia. Syynä on se, että juuri sillä hetkellä, kun ylempi terä kaartuu taaksepäin, koska se saa maksimitehon tuulesta, alin terä siirtyy tornin edessä olevaan tuulivarjoon.
useimmissa nykyaikaisissa sähköntuotantoon käytettävissä tuuliturbiineissa on kolme terää, joskin joissakin on kaksi tai jopa yksi. Kolmen terän etuna on se, että napamomentti hitausmomentti suhteessa yawingiin on vakio ja riippumaton roottorin atsimuuttiasennosta. Tämä ominaisuus edistää suhteellisen sujuvaa toimintaa myös yawing. Kaksiteräisessä roottorissa on kuitenkin pienempi hitausmomentti terien ollessa pystysuorassa kuin vaakatasossa. Tämä epätasapaino on yksi syy siihen, että useimmissa kaksiteräisissä tuuliturbiineissa käytetään vetävää roottoria. Useamman kuin kolmen terän käyttäminen voisi johtaa myös roottoriin, jonka hitausmomentti on riippumaton asemasta, mutta enemmän kuin kolme terää käytetään harvoin. Tämä johtuu ennen kaikkea siitä, että ylimääräiset terät aiheuttaisivat suurempia kustannuksia.
Tanskalainen 3-teräinen konsepti
kolmiteräinen tuuliturbiini useimmat nykyaikaiset tuuliturbiinit ovat kolmiteräisiä malleja, joissa roottorin sijainti pidetään tuulessa (tornin tuulisella puolella) käyttäen sähkömoottoreita kiertomekanismissaan. Tätä muotoilua kutsutaan yleensä klassiseksi tanskalaiseksi käsitteeksi, ja se on yleensä standardi, jota vasten muita käsitteitä arvioidaan. Valtaosa maailmanmarkkinoilla myytävistä turbiineista on tätä mallia.
perusmalli otettiin käyttöön maineikkaalla Gedser-tuuliturbiinilla. Toinen ominaisuus on asynkronisen generaattorin käyttö.
kaksiteräinen (teetering) konsepti
kaksiteräinen tuuliturbiinikaksiteräinen tuuliturbiini kaksiteräinen tuuliturbiinimalli säästää tietysti yhden roottorin terän hintaa ja painoa. Niiden on kuitenkin yleensä vaikea päästä markkinoille osittain siksi, että ne tarvitsevat suuremman Pyörimisnopeuden saadakseen saman energiantuotannon. Tästä on haittaa sekä melulle että visuaaliselle tunkeutumiselle. Viime aikoina useat perinteiset kaksiteräisten koneiden valmistajat ovat siirtyneet kolmiteräisiin malleihin.
kaksi-ja yksiteräiset koneet vaativat monimutkaisemman rakenteen, jossa on toisessa kuvassa esitetty saranoitu (teetering napa) roottori, eli roottorin on voitava kallistua, jotta turbiiniin ei kohdistuisi liian raskaita iskuja roottorin lapojen ohittaessa tornin. Roottori on siten asennettu akseliin, joka on kohtisuorassa pääakselia vastaan ja joka pyörii pääakselin mukana. Tämä järjestely voi vaatia lisäiskunvaimentimia estämään roottorin lapaa osumasta torniin.
yksiteräinen konsepti
kaksiteräinen tuuliturbiinivastapaino yksiteräiselle tuuliturbiinille yksiteräinen tuuliturbiini on olemassa ja ne säästävät toisen roottorin terän kustannuksia. Jos jotain voidaan rakentaa, insinöörit tekevät sen. Yksiteräiset tuuliturbiinit eivät kuitenkaan ole kaupallisesti kovin yleisiä, koska samat ongelmat, jotka mainitaan kaksiteräisessä mallissa, koskevat vielä suuremmassa määrin yksiteräisiä koneita.
suuremman Pyörimisnopeuden sekä melu-ja näköhäiriöongelmien lisäksi ne vaativat vastapainon sijoittamista navan toiselle puolelle roottorin lapasta roottorin tasapainottamiseksi (katso toinen kuva). Tämä tietenkin mitätöi painonsäästöt verrattuna kaksiteräiseen muotoiluun. Epätasapainon ulkonäön esteettinen tekijä on toinen näkökohta. Oletettu etu on siis se, että turbiini voi toimia suhteellisen suurella kärkinopeussuhteella ja että kustannukset ovat pienemmät, koska tarvitaan vain yksi terä.
One bladed wind turbine (Monopteros)

Video frames
– Two blades: general explanation
– Three blades: general explanation

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.