3. Nguyên tắc kỹ thuật.
3.2Số cánh quạt của tua-bin.
Dựa trên nguyên tắc vật lý và khí động lực học, những nghiên cứu và thử nghiệm về số cánh quạt cho tua-bin điện gió đã được thực hiện từ nhiều thập niên trước ở nhiều nơi trên thế giới.
Thử nghiệm tua-bin một cánh MOD-0
năm 1985 tại Mỹ.
Trụ tua-bin điện gió trục ngang có thể có 1, 2, 3 hoặc 4 cánh.
Diện tích quét gió phụ thuộc vào bề mặt cũng như chiều dài cánh quạt nên trên nguyên tắc, số cánh quạt của tua-bin không là yếu tố quyết định cơ bản về công suất.
Trên phương diện khí động lực học thì số cánh quạt càng ít thì hiệu quả càng cao nhưng trên phương diện cơ học thì khi tua-bin họat động với số vòng quay nhanh sẽ phát sinh những nhược điểm cơ bản như tần số rung của tua-bin điện gió sẽ mất ổn định ảnh hưởng đến những chi tiết khác.
Tua-bin điện gió một cánh được đưa vào hoạt động từ những năm 1985 với công suất từ 25 đến 1000kW. Ưu điểm của tua-bin điện gió một cánh là giảm được trọng lượng so với những tua- bin hai hoặc ba cánh, số vòng quay nhanh có thể lên đến 49 vòng trong một phút nên tạo được công suất cao và giá thành thấp.
Sự phân bố lực của một cánh vào trục và thân trụ không đều nên độ bền hệ thống giảm rất nhiều, ngoài ra khi tua-bin điện gió hoạt động sẽ phát sinh ra tiếng ồn rất cao.
Trên lý thuyết thì số cánh quạt của tua-bin không là yếu tố quyết định về công suất nhưng trên thực tế, tua-bin điện gió hai cánh có thể đạt được công suất cao hơn Tua-bin một cánh khoảng 10%.
Hệ số tốc độ gió tại đầu cánh (tip speed ratio) đạt đến 10-12 trong khi Tua-bin điện gió 3 cánh chỉ khoảng từ 6 đến 8.
Tuy nhiên Tua-bin điện gió hai cánh cũng có nhược điểm là vì họat động với số vòng quay nhanh, tần số rung của Tua-bin mất ổn định ảnh hưởng đến những chi tiết khác của hệ thống.
Sự phân bố lực của cánh quạt vào trục, thùng và thân trụ tùy thuộc vào vị trí của cánh quạt, khi cánh quạt ở vị trí thẳng đứng, tần số rung của cánh thấp nhưng khi cánh ở vị trí nằm ngang thì tần số rung hệ thống tăng nên Tua-bin điện gió dễ bị giao động và phát sinh ra tiếng ồn cao.
Tua-bin điện gió ba cánh nhờ sự phân bố đều về lực trong diện tích vòng quay nên họat động ổn định hơn tua-bin điện gió một hoặc hai cánh và có tỉ lệ công suất cao hơn khoảng 3-4% so với tua-bin điện gió hai cánh.
Ngòai ra độ rung hệ thống ít bi xáo động nên hạn chế được những ảnh hưởng cơ tác động đến những chi tiết khác trong tua- bin.
Số cánh quạt n λ n ở Hệ số Betz lý tưởng
1 ≈ 15
2 ≈ 10
3 ≈ 6-8
Số cánh quạt và hệ số tốc độ gió tại đầu cánh với cấu hình thường sử dụng.
Trong hai thập niên vừa qua vì yếu tố kinh tế cũng như kỹ thuật, tua-bin địện gió trục ngang 3 cánh đã dần thay thế tất cả những loại tua-bin khác.
Việc nâng số cánh quạt của tua-bin điện gió lên bốn cánh hoặc nhiều hơn chỉ đạt được công suất thêm tối đa là 1 đến 2% so với tua-bin điện gió ba cánh nên những tua-bin loại nhiều cánh chỉ tồn tại trong quá trình thử nghiệm vì không kinh tế.
Hệ số tốc độ gió tại đầu cánh λ và cấu hình NACA 4415 theo số cánh quạt.
Hội đồng cố vấn hàng không Mỹ – NACA –(National Advisory Committee for Aeronautics)
λ = vtop/v
trong đó:
vtop : tốc độ tốc gió tại đầu
cánh (m/s).
Phần lớn những tua-bin điện gió hiện nay trên thế giới được thiết kế theo loại trục ngang và có công suất từ vài kW đến 10 MW.
Tua-bin điện gió trục
ngang 3 Cánh - 1987
Tua-bin điện gió trục ngang 4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cánh (thử nghiệm) - 1942 Tua-bin điện gió hai cánh lắp
Hệ thống nối cánh quạt - Rotor.
Hệ thống đùm nối cánh quạt - Rotor và máy phát điện vòng.