آناتومی توربین بادی

زمانی که این وبسایت فعالیت خود را آغاز نمود، بخش عمده ای از مطالب اولیه آن را مفاهیم پایه‌ای انرژی های تجدیدپذیر و متونی که از کتابچه های آموزشی سازمان انرژی های نو گردآوری شده بود تشکیل می‌دادند. در آن زمان مطلبی با عنوان “انواع توربین های بادی” در سایت منتشر گردید که به معرفی اجزای توربین بادی می‌پرداخت. اگر چه بسیاری از خوانندگان این سایت با مفاهیم اولیه و اجزای توربین بادی آشنایی کامل دارند و قبلاً نیز در این رابطه مطالبی ارایه شده است، اما نگاهی دوباره به آناتومی توربین بادی خالی از لطف نیست. در پایان این مطلب، یک انیمیشن تعاملی (اینتراکتیو) که توسط EWEA منتشر شده است نیز برای درک بهتر موضوع و جذابیت این پست قرار گرفته است که امیدواریم نظر مخاطبین دانیار را به خود جلب نماید.

اجزای اصلی توربین بادی شامل روتور، ناسل، سیستم قدرت، سیستم یاو، سیستم کنترل و برج می‌باشد. هر یک از اجزای فوق، خود نیز شامل زیرسیستمهایی می‌شوند که قصد داریم در این مطلب به آنها بپردازیم:

روتور

روتور توربین بادی شامل پره هایی با تکنولوژی ساخت بسیار مدرن، یک هاب (توپی) و اسپینر می‌باشد. پره های توربین بادی یکی از اصلی ترین و مهم ترین بخش های این نوع توربین‌ها می‌باشند و از نقطه نظر سازندگان تجهیزات اصلی توربین های بادی یکی از استراتژیک ترین قطعات محسوب می‌گردند. بسیاری از سازندگان توربین های بادی ، از انواع مختلف پره برای یک نوع از محصول خود استفاده می‌کنند تا از این طریق بتوانند کارایی توربین بادی را در شرایط مختلف باد بهبود بخشند. سایز پره های توربین بادی معمولاً (در حال حاضر و به صورت طبیعی) بین ۳۴ تا ۵۵ متر بوده و به صورت لایه هایی متشکل از مواد مرکب، چوب بالسا، فیبرهای کربنی و فایبرگلاس ساخته می‌شوند. ترکیب صحیح این مواد که دانش خاص خود را طلب می‌کند یکی از عوامل افزایش نسبت قدرت به وزن خواهد بود. موادی که در بالا به آنها اشاره شد، پس از تزریق در یک قالب مخصوص، به شکل یک جسم ایرودینامیکی درآمده که قابلیت ایجاد نیروی لیفت داشته و موجب گردش محور توربین می‌گردد. این جسم ایرودینامیکی، پره نامیده می‌شود. در برخی پره های توربین بادی نیز از موادی استفاده می‌شود که قابلیت تحمل آنرا در مقابل صاعقه بالا می‌برد. پره های توربین بادی با استفاده از مکانیزمی به نام پیچ (گام – Pitch) به هاب متصل می‌شوند که به پره ها این امکان را می‌دهد تا در شرایط گوناگون و سرعتهای مختلف وزش باد، حول محور خود چرخیده و در بهترین وضعیت از نظر کارایی کلی توربین قرار گیرند.

سیستم گام و یاو توربین بادی

هاب یا توپی که معمولاً به صورت ریخته‌گری و از جنس چدن تولید می‌شود یکی از سنگین ترین قطعات توربین های بادی به حساب می‌آید. هاب یک توربین بادی ۲ مگاواتی، معمولاً بین ۸ تا ۱۰ تن وزن خواهد داشت. طراحی هاب به نحوی است که صلب باشد و بتواند به عنوان جاذب لرزش عمل نماید. این توپی عظیم (هاب) توسط قطعه‌ای دیگر به نام دماغه (Nose Cone) پوشیده می‌شود. اگر چه در طراحی دماغه ذوق هنری و زیباشناختی ضروری است، اما وظیفه اصلی آن حفاظت از هاب در مقابل شرایط محیطی است. جنس این دماغه از مواد مرکب و بسیار شبیه به جنس پره ها است.

ناسل

ناسل توربین بادی ، یک قطعه جعبه‌ای شکل است که در بالای برج قرار می‌گیرد و مجموعه روتور به آن متصل می‌گردد. بیشتر قطعات یک توربین بادی که مجموعاً در حدود ۸۰۰۰ قطعه می‌گردند، در داخل ناسل جای دارند. این قطعات شامل گیربکس توربین بادی ، ژنراتور، فریم (قاب) اصلی، تجهیزات سیستم ترمز، سیستم روانکاری، سیستم خنک کننده ژنراتور و برخی تابلوهای کنترلی می‌گردند. جنس پوشش ناسل از فایبرگلاس بوده و به منظور حفاظت تجهیزات داخل آن از آسیب‌های احتمالی محیط ساخته می‌شود. پوشش ناسل بر روی فریم اصلی که سایر قطعات را بر روی خود جای داده است، نصب می‌شود. فریم (قاب) اصلی، سازه‌ای فلزی است که توانایی تحمل بارهای زیاد و خستگی ناشی از آن را خواهد داشت.

سیستم قدرت

سیستم قدرت توربین بادی در واقع قلب تپنده آن محسوب می‌شود. داخل ناسل توربین بادی ، روتور باعث چرخش محور بزرگی که به یک گیربکس متصل است می‌شودکه خود باعث افزایش دور محور به دور مناسب جهت تولید برق می‌گردد. گیربکس توربین بادی بایستی توانایی تحمل گشتاورهای بزرگ و بسیار متغیر (به دلیل تغییرات ناگهانی سرعت باد) را داشته باشد.این گیربکس نیز همانند بسیاری جعبه دنده های دیگر نیاز به سیستم روغنکاری دارد. در پس گیربکس توربین بادی ، ژنراتور که معمولاً از نوع القایی است، قرار می‌گیرد.

در برخی از انوع توربین، گیربکس حذف شده و محور اصلی مستقیماً به ژنراتور متصل است. این نوع توربین را توربین بادی بدون گیربکس یا Direct Drive (تحریک مستقیم) می‌نامند. در توربین های بادی بدون گیربکس از ژنراتور مغناطیس دائم استفاده می‌شود. مسلماً در این نوع از توربین های بادی به دلیل حذف شدن گیربکس بسیاری از مسائل و مشکلات فنی نیز خود بخود مرتفع خواهد شد، اما از سوی دیگر وزن ژنراتور مورد استفاده در آن به شدت افزایش می‌یابد.

سیستم یاو (Yaw)

تمام توربین های بادی از سیستمی به نام سیستم یاو (Yaw) جهت حفظ موقعیت صحیح روتور نسبت به جهت وزش باد استفاده می‌کنند. سیستم یاو (Yaw) از یک موتور الکتریکی یا هیدرولیکی که بر روی ناسل قرار گرفته است برای به حرکت در آوردن دنده پینیون نصب شده بر روی یک محور استفاده می‌کند. همچنین سیستم یاو از یک ترمز به منظور نگه داشتن توربین در موقعیت مناسب و حفظ عملکرد طبیعی آن بهره می‌گیرد.

سیستم یاو

سیستم کنترل

به منظور کنترل عملکرد یک توربین بادی از سنسورهای مختلفی که توانایی خواندن سرعت و جهت وزش باد، میزان توان تولیدی ژنراتور، سرعت چرخش روتور، زاویه پره ها، میزان ارتعاشات، دمای روغن مورد استفاده در سیستم روغنکاری و دیگر پارامترها را دارند استفاده می‌شود. یک کامپیوتر مرکزی نیز وظیفه پردازش داده های دریافتی از این سنسورها و اتخاذ تصمیم جهت عملکرد بهینه توربین بادی را برعهده خواهد داشت.

برج توربین بادی

کلیه مجموعه های روتور، هاب و ناسل بر روی یک برج بلند نصب می‌گردند. ارتفاع زیاد نصب این مجموعه ها بر روی یک برج باعث خواهد شد تا پره های توربین بادی بهره لازم از بهترین شرایط باد در ارتفاع را برده و فاصله ایمن پره تا سطح زمین حفظ گردد. توان تولیدی یک توربین بادی با مکعب سرعت باد نسبت مستقیم دارد. بنابراین با افزایش ده درصدی سرعت باد، توان تولیدی توربین بادی به میزان ۳۳% افزایش خواهد یافت. معمولاً برجهای توربین بادی از تعدادی قطعات فلزی لوله‌ای شکل که به کمک فلنج و پیچ و مهره به یکدیگر متصل می‌گردند ساخته می‌شوند. ارتفاع معمول این برجها بین ۸۰ تا ۱۰۰ متر از سطح زمین می‌باشد. در داخل برج از نردبان و معمولاً از یک آسانسور جهت ایجاد دسترسی به داخل ناسل استفاده می‌شود. همچنین کابل های انتقال قدرت از داخل همین برج عبور خواهند کرد.

تصویر زیر به صورت تعاملی (Interactive) بوده و شما می‌توانید با تغییر پارامترهای سرعت باد، ارتفاع و طول پره نحوه عملکرد یک توربین بادی را شبیه سازی کنید:

EWEA

آناتومی توربین بادی

آناتومی توربین بادی

مطالب مشابه :

اصول وضوابط طراحی پارک های شهری

لوله كشي تاسيسات در ساختمان

لیست مقالات و پایان نامه های مکانیک

« موارد درسی آزمون کارشناسی ارشد مکانیک ساخت و تولید و منابع آنها »

انواع روشهای اتصال لوله (روشهای نوین) فنی مهندسی

اصول کار با لیزر :چوشکاری )رشته فیزیک قسمت اول

آناتومی توربین بادی

مقایسه بین کوره قوس الکتریکی و کوره ذوب القایی در تولید فولاد

آشنایی با لوله و خطوط لوله و تعمیرات خطوط لوله ...

انواع جوشکاری