انرژی, انرژی بادی

پره توربین بادی

پره توربین بادی

پره توربین بادی

پره توربین بادی مهمترین و چالشی ترین قسمت برای تولید کنندگان است. پره توربین بادی باید با حفظ وزن کم، بتواند نیرو های باد را به هاب و سپس به ژنراتور منتقل کنند تا برق تولید شود.

پره های روتور معمولاً از ماتریسی(matrix) از حصیر فایبرگلاس(fibreglass mats) ساخته می شوند که با ماده ای مانند پلی استر(polyester) آغشته(impregnate) می شوند، از این رو اصطلاح پلی استر تقویت شده با الیاف شیشه (glass fibre reinforced polyester (GRP)) ایجاد می شود.

پلی استر بعد از اینکه با الیاف شیشه آغشته شد، سخت(hardened) می شود. از اپوکسی(Epoxy) گاهی به جای پلی استر استفاده می شود. به همین ترتیب، ماتریس گاهی اوقات به طور کامل یا جزئی از الیاف کربن(carbon fibres) ساخته می شود که ماده ای سبک تر اما گران تر با استحکام بالا را تشکیل می دهد. از ورقه های اپوکسی-چوب گاهی اوقات در پره های بزرگ روتور استفاده می شود.

پره توربین بادی

پره توربین بادی

هندسه پره توربین بادی

طراحی کانتور(contour) بیرونی پره توربین بادی بر اساس ملاحظات آیرودینامیکی(aerodynamic) است. مقطع پره دارای یک شکل نامتقارن خط جریانی(stream line) است، درحالی که صاف ترین(flattest) سمت رو به باد است. هنگامی که کانتور بیرونی آیرودینامیکی داده شد، پره باید به اندازه کافی محکم(strong) و سفت(stiff) طراحی شود.

پروفیل پره یک پروفیل توخالی(hollow) است که معمولاً توسط دو ساختار پوسته ای(shell) به هم چسبانده شده است. یک پوسته فوقانی در سمت مکش(suction side) و یک پوسته پایین در سمت فشار(pressure side)، تشکیل می شود. برای اینکه پره به اندازه کافی محکم و سفت باشد، اصطلاحاً تارهایی(webs) به داخل پوسته های داخلی پره چسبانده می شوند و بدین ترتیب یک ساختار جعبه مانند شکل میگیرد که سطح مقطع در شکل زیر نشان داده شده است. از نظر سازه ای، این شبکه مانند یک تیر(beam) عمل خواهد کرد و می توان از تئوری ساده تیر(simple beam theory) برای مدل سازی پره برای تحلیل سازه برای تعیین استحکام کلی پره استفاده کرد.

مقطع پره توربین بادی

مقطع پره توربین بادی

مهم است که مقطع پره در نزدیکی هاب قادر به مقاومت در برابر نیروها و تنشهای بقیه پره باشند. بنابراین پروفیل پره نزدیک ریشه(root) هم ضخیم و هم پهن است. بعلاوه، در امتداد پره، پروفیل پره نازک می شود تا خصوصیات آیرودینامیکی قابل قبولی بدست آید. با افزایش سرعت پره به سوی نوک(tip)، نیروی بالابر(lift force) نیز به سمت نوک افزایش می یابد. کاهش عرض وتر(chord) به سمت نوک در خنثی کردن این اثر کمک خواهد کرد. به عبارت دیگر، پره از نقطه ای نزدیک ریشه به سمت نوک باریک یا مخروطی(tapers) می شود، همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود.

به طور کلی، مشخصات پره سازش(compromise) بین میل به استحکام و میل به خواص آیرودینامیکی خوب است. در ریشه، مشخصات پره معمولاً باریک تر و لوله ای است تا متناسب با هاب باشد.

مقطع پره توربین بادی

مقطع پره توربین بادی

مقطع پره توربین بادی

مقطع پره توربین بادی

 

نمای نوک پره توربین بادی

نمای نوک پره توربین بادی

 

 پره در امتداد محور خود پیچ خورده است تا بتواند تغییر جهت باد حاصل را که پره هنگام چرخش تجربه خواهد کرد، در امتداد پره دنبال کند. از این رو، گام(pitch) در طول پره متفاوت خواهد بود. گام، زاویه بین وتر پروفیل پره و صفحه روتور(rotor plane) است. در این زمینه توجه داشته باشید که زاویه گام(pitch angle) که در کل این متن به آن اشاره می شود، معمولاً به چرخش کل پره نسبت به صفحه روتور اشاره دارد.

برای یک پره، چهار مسیر(trajectories) غیر منطبق(non-coincident) می تواند تعریف شود:

  • محور (axis) جرم، مکان مرکز جرم سطح مقطع در جهت طول(spanwise)
  • محور الاستیک، مکان که هیچ مقطعی در معرض انحراف خمشی(bending deflection) نیست.
  • محور کنترل، محور پرهای(feathering) مکانیکی است که توسط مکانیزم نگهداری(retention) و پیتچ پره تعیین می شود.
  • محور آیرودینامیکی، ربع وتر(quarterchord) مقطع پره برای شکل ایرفویل معمولی در محدوده عملکرد خطی(linear performance limits)

این چهار مسیر به معنای واقعی محور نیستند، زیرا – به دلیل هندسه پره – خط مستقیم نیستند. با این حال، برای محاسبات برای یک قسمت خاص از پره، چهار محور عمود بر سطح مقطع را می توان به عنوان مماس(tangents) مسیرها در تقاطع های مربوطه تعریف کرد  که برای تحلیل استفاده می شود.

نیرو مقطع پره توربین بادی

نیرو مقطع پره توربین بادی

بارهای طراحی پره توربین بادی

در اصل، تا وقتی پروفیل ثابت باقی بماند، شرایط جریان هوا (airflow) در همه مقاطع امتداد یک پره اعمال می شود، در حالی که اندازه و جهت نیروها بسته به فاصله تا نوک تغییر می کند. با این حال، در عمل، پروفیل و ضخامت پره در طول پره متفاوت است و در نتیجه شرایط جریان هوا را پیچیده تر می کند. در حالت سکون، نیروی فشار باد – بسته به حالت بار – در ریشه تا حدی بیشتر از نوک خواهد بود. این به دلیل این واقعیت است که ریشه پره گسترده تر است. نیرو تقریباً در یک زاویه قائمه نسبت به ضلع صاف(flat side) پروفیل پره وارد می شود. از آنجا که پره در ریشه بیشتر پیچ خورده است، جز بزرگتری از نیرو در جهت چرخش در ریشه نسبت به نوک آن وارد خواهد شد. نسبت به محور روتور، نیروی ریشه دارای بازوی گشتاور (torque arm) کمتری نسبت به نیروی نوک است و بنابراین نوک تقریباً همان سهم را در گشتاور شروع(starting torque) با نیروی متفاوت، خواهد داشت.

در حین کار، وزش باد نزدیک به پروفیل پره، مجموع برداری(vectorial sum) سرعت باد مزرعه بادی عمود بر صفحه روتور و سرعت باد سر پره(head wind) به دلیل حرکت چرخشی پره در هوا است. نیروهای آیرودینامیکی کوچکتر در نزدیکی ریشه نسبت به نوک آن تولید می شوند. با این حال، نیروهای تولید شده در نزدیکی ریشه بیشتر از نیروهای نزدیک به نوک با جهت چرخش همسو هستند. تغییر در اندازه و جهت نیروهای در امتداد پره به تعیین شکل و طرح پره، از جمله عرض، ضخامت و پیچش پره کمک می کند. بارهای طراحی یک پره را می توان با استفاده از تئوری تکانه(momentum theory) پره و خاصیت آیروالاستیسیته(aeroelasticity) تعیین کرد.

پره های توربین بادی از مواد سبک(lightweight) ساخته شده اند تا بارهای حاصل از جرم چرخان(rotating mass) را به حداقل برسانند.

یک پره روتور از اجزای زیر ساخته شده است:

  • پانل های خارجی – شکل آیرودینامیکی را تشکیل می دهند و بخشی از بار خمشی را حمل می کنند.
  • تیر یا اسپارهای(spars) طولی داخلی- بار برشی و بخشی از بار خمش را تحمل می کنند، مقطع را در برابر تغییر شکل(deformation) و صفحات را در برابر کمانش(buckling) مهار می کنند.
  • بوش های جایگاهی(inserts like bushing) – بار را از پانل ها و اسپارها را به داخل هاب فولادی منتقل می کند.
  • محافظت در برابر صاعقه(lightning protection) صاعقه اصابت شده به نوک پره را به ریشه می رساند.
  • ترمز آیرودینامیکی- برای برخی از انواع توربین های دارای پیچ ثابت ترمز آیرودینامیکی بخشی از سیستم حفاظت است. ترمز آیرودینامیکی معمولاً چرخیدن نوک پره روی شافت است.
بوش های پره توربین بادی

بوش های پره توربین بادی

بوش های پره توربین بادی

بوش های پره توربین بادی

پره توربین بادی

حفاظت در برابر صاعقه پره توربین بادی

پره توربین بادی

حفاظت در برابر صاعقه پره توربین بادی

 

گروه مورد علاقه برای پانل های خارجی، اسپار / تیر های داخلی و شافت برای ترمزهای آیرودینامیکی، پلاستیک تقویت شده با الیاف(Fibre reinforced plastics (FRP)) است. FRP موادی است که در آن الیاف برای انتقال بار ها و از رزین پلیمری برای توزیع بار بین الیاف و مهار(restrain) الیاف در برابر تغییر مکان نسبی استفاده می شود. این مواد اغلب در دو طرف هسته سلول در ساختار ساندویچ استفاده می شود. هسته در ساختار ساندویچ برای افزایش سفتی خمشی موضعی (local bending stiffness) صفحه یا تیر استفاده می شود. برای جلوگیری از کمانش هنگام قرار گرفتن در معرض بار های فشاری یا برشی، ممکن است نیاز به افزایش سفتی خمشی موضعی باشد.

ژل کت(Gelcoats) و پوشش بالایی(topcoats) برای محافظت FRP در برابر سایش، اشعه فرا بنفش و رطوبت و دادن رنگ مناسب استفاده می شود. چوب ماده ای طبیعی با همان نوع ساختار FRP است. از چوب به عنوان جایگزین FRP در طراحی پنل های پره و اسپار یا تیر استفاده می شود. برای  اطلاعات بیشتر در مورد FRP را می توان به DNV (1999) یا به www.marinecomposites.com مراجعه کرد.

پلاستیک های تقویت شده با الیاف (FRP)

هم از الیاف شیشه(glass fibre) و هم از الیاف کربن(carbon fibre) در ساخت پنل های پره و اسپارهای داخلی استفاده می شود. از الیاف کربن برای شافت ترمز آیرودینامیکی استفاده می شود. الیاف شیشه و کربن در انواع مختلف دارای ترکیبات شیمیایی متفاوتی هستند. مهمترین نوع شیشه E-glass است. خواص مکانیکی، مدول و مقاومت کششی، ممکن است به طور قابل توجهی بین انواع مختلف الیاف متفاوت باشد و همچنین می تواند در هر نوع الیاف به طور قابل توجهی متفاوت باشد. به عنوان مثال الیاف کربن با استحکام کم، متوسط ​​و زیاد وجود دارد. انتخاب و تایید صلاحیت الیاف بخشی از طراحی پره است.

مهم است که بدانیم خصوصیات نهایی لایه های FRP فقط به خصوصیات الیاف بستگی ندارد. خصوصیات ماتریس، اثر متقابل ساختاری(structural
interaction) بین الیاف و ماتریس و کسر حجمی(volume fraction) الیاف نیز مهم است.

بلوک های اصلی ساخت پارچه های(fabrics) تقویت کننده عبارتند از:

  • رشته های الیاف بلند به صورت دسته ای با یا بدون پیچ مرتب شده اند.
  • حصیر رشته ای خرد شده (Chopped Strand Mat (CSM)) که جهت رشته های الیاف نسبتاً کوتاه، تصادفی است. فقط الیاف شیشه به عنوان CSM عرضه می شوند.

از این نوع پارچه های اساسی، مواد پیش ساخته چون پارچه های یک طرفه(unidirectional (UD)) ، پارچه بافته شده(woven roving)، زاویه دار(angle-ply) و چند محوری(multiaxial) ساخته می شود.

پارچه های بافته شده و چند محوره اغلب دارای یک پیوند سبک (100 گرم در متر مربع یا 300 گرم در متر مربع) CSM متصل به یک یا هر دو طرف برای افزایش پیوند بین لایه ای است که در این صورت آنها حصیر ترکیبی(combination mats) نامیده می شوند. پارچه ها ممکن است توسط یک ماده پیوند دهنده (bonding agent)(که بعداً در پلی استر حل می شود) یا به صورت مکانیکی با دوختن نخ از ضخامت، پیوند داده می شوند.

انواع مختلف الیاف، به عنوان مثال شیشه و کربن ممکن است در یک پارچه ترکیب شوند. از این نوع پارچه ها به عنوان پارچه های دوگانه(hybrid
fabrics) یاد می شود.

مجموعه کاملی از تقویت کنده ها یا پارچه ها در یک لایه با توالی انباشتن(stacking sequence) آن تعریف می شود. توالی انباشتن جهت مربوطه آنها را با توجه به جهت مرجع مشخص می کند. پارچه ها، جدا از نوع و ترتیب انباشتن، همچنین با وزن کل تقویت کننده ها در واحد سطح، معمولاً به صورت g / m2 بیان می شوند.

توجه داشته باشید که الیاف کربن که به عنوان تقویت کننده پره های روتور استفاده می شوند، باعث خوردگی گالوانیکی هر قسمت فولادی که با آن تماس بگیرند می شوند، مگر اینکه از فولاد ضد زنگ برای ساخت این قطعات استفاده شود.

Unidirectional Glass Wrap

Unidirectional Glass Wrap

الیاف کربن برای پره توربین بادی

الیاف کربن برای پره توربین بادی

Chopped Strand Mat (CSM)

Chopped Strand Mat (CSM)

fiberglass woven roving

fiberglass woven roving

رزین

پلی استر(Polyester)، وینیل استر(vinylester) و اپوکسی(epoxy) بیشترین رزین مورد استفاده در پره های توربین بادی هستند. این رزین از یک پایه تشکیل شده و سخت کننده(hardener) با آن مخلوط می شود تا فرآیند اتصال عرضی(crosslinking process) (که گاهی با افزودن کاتالیزور به آن کمک می شود) آغاز شود. علاوه بر این ممکن است شتاب دهنده ها(accelerators) یا بازدارنده هایی(inhibitors) برای تنظیم زمان ژل شدن(gel-time) و زمان پخت(cure time) اضافه شوند و مشخصات بهره برداری اجرا شود.

امکان تنظیم زمان ژل شدن و زمان پخت برای پلی استر نسبتاً زیاد است. تغییرات این پارامترها برای اپوکسی به طور معمول بر روی خواص رزین پخت شده تأثیر می گذارد. برای کنترل تبخیر استایرن و قرار گرفتن در معرض اکسیژن حین پخت، ممکن است موم به پلی استر اضافه شوند. علاوه بر این ممکن است به دلایل خاص ترکیبات دیگری اضافه شود، به عنوان مثال مواد پرکننده، رنگدانه ها با هزینه کم و عوامل تیکسوتروپیک (thixotropic) که می توانند رزین را روی یک سطح عمودی تثبیت کنند. تأثیر این مواد افزودنی بر روی خصوصیات رزین می تواند قابل توجه باشد و باید ارزیابی شود.

مواد هسته(Core materials)

متداول ترین مواد هسته فوم های سازه ای(structural foams) و محصولات چوبی است. فوم ها بر اساس مواد ترموپلاست(thermoplastics) ساخته شده اند، به عنوان مثال PVCکه در بازه ای از چگالی تحویل داده می شوند. مهمترین خصوصیات مکانیکی عبارتند از مدول برشی(shear modulus)، استحکام برشی(shear strength) و چغرمگی(ductility) یا رفتار تسلیم(yielding) است. سفتی(Stiffness) و استحکام با چگالی افزایش می یابد. انواع و گریدهای مختلف فوم می توانند خصوصیات قابل توجهی متفاوت داشته باشند. اطلاعات دقیق در مورد خواص در مشخصات محصول توسط سازنده ارائه شده است.

فوم های PVC ممکن است در شرایط “تثبیت کننده گرما(heat stabilised)” عرضه شوند، که پایداری ابعادی بهتری را فراهم می کند و احتمال خروج گاز(Outgassing) را کاهش می دهد. خارج شدن گازهای فرار از هسته با تکمیل پانل را خروج گاز گویند. مواد هسته چوبی شامل بالسا(balsa)، چوب معمولی و چوب چند لایه(plywood) می باشد. بالسا معمولاً بیشترین استفاده را دارد و در چگالی، سفتی و استحکام مختلف ارائه می شود. چسب های(adhesives) هسته/ ساندویچ برای اتصال ورق ها/ قطعات به هم و پر کردن فضای خالی بین قطعات/ ورق های هسته استفاده می شود. پیوند خوب برای حفظ ظرفیت برشی(shear capacity) هسته لازم است. پیوند باید حداقل استحکام برشی و تغییر طول شکست(fracture elongation) یکسانی با ماده هسته داشته باشد. چغرمگی زیاد چسب به طور معمول باعث افزایش استحکام اتصال می شود.

مواد پره توربین بادی

مواد پره توربین بادی

مواد پره توربین بادی

مواد پره توربین بادی

چوب

از چندین گونه چوب می توان برای پره های توربین بادی استفاده کرد. چوب به عنوان تخته چندلایه یا در لاملا(lamellas) اعمال می شود تا تأثیر عیوبی(imperfections) چون گره در استحکام را به حداقل برساند. برای مقاومت چوب مهم است که مقدار آب کم باشد. مقدار زیاد آب منجر به ارزش مکانیکی پایین، پوسیدگی(rot) و قارچ(fungus) می شود. رطوبت باید در حین نگهداری و ساخت کنترل شود. پوشش و آب بندی(sealing) باید به عنوان بخشی از طراحی تایید شود تا محتوای طولانی مدت آب(Long-term water content) در چوب را تعیین کند.

چسب

چسب ها(Adhesives) برای اتصال قطعات پره استفاده می شوند و برای پیوند بوش های جایگاهی فلزی در ریشه استفاده می شوند. برای اتصالات چسبی مهم است که سطوح تمیز و کاملاً عاری از موم، گرد و غبار و چربی باشد. سندبلاست(Sandblasting) و تمیز کردن توسط حلالها برای تأمین این نیاز بوشها ممکن است لازم باشد. ضخامت اتصالات چسب باید کنترل شود زیرا در مقاومت آن تأثیر دارد.

تکنیک های ساخت پره توربین بادی

چندین روش ساخت در تولید پره های توربین بادی استفاده می شود که در ادامه به بررسی متداول ترین انها پرداخته می شود.

چیدن دستی تر(Wet hand lay-up)

یک لایه رزین در قالب(mould) اعمال می شود. قالب قبلاً با عامل آزاد کننده(release agent) و یک لایه ژلکوت(gelcoat) پوشانده شده است. اولین لایه پارچه تقویت کننده در رزین مرطوب اعمال می شود. متعاقباً مواد باقیمانده باتوجه به کاربرد رزین، اعمال می شوند (طبق برنامه لایه ای شدن(laminate schedule)).

در دوره کار هر لایه ای، روی پارچه ها با استفاده از غلتک های فلزی یا مویی(bristle) برای اطمینان از خیس شدن کامل الیاف، فشرده سازی/ تحکیم لایه ها و اطمینان از حذف شدن هوای محبوس شده کار می شود. علاوه بر این رزین زائد(superfluous) با استفاده از کاردک(scraper) الاستیک از بین می رود. برای شیشه، رنگ نشان می دهد که آیا خیس شدن مطلوبی حاصل شده است یا خیر. این تغییر رنگ/ ماتی هنگام استفاده از الیاف کربن مشخص نیست.

چیدن دستی تر در پره توربین بادی

چیدن دستی تر در پره توربین بادی

از آنجا که کیفیت مواد کاملاً به سیستم چیدمان(laying) بستگی دارد، هر نوع اتوماسیون برای کنترل کیفیت مفید است. سیستمهایی که شامل پمپهای اتوماتیک مخلوط کردن رزین / کاتالیزور، ماشینهای مرطوب کننده(wet out machines) (در جایی که پارچه در رزین غوطه ور شده و از طریق غلطکها فشرده می شود و سپس برای بررسی نسبت رزین(resin ratio) قبل از چیدمان دوباره وزن می شود)، دستگاههای اندازه گیری ژل شدن و غیره سود زیادی خواهند داشت.

اگر لایه(ply) قبلی کاملاً پخته(cured) شده باشد، فرایند دیگر لایه چینی مرطوب در مرطوب(wet-in-wet) نیست و اتصال جدید باید به عنوان یک پیوند(bond) جدید تلقی شود. آماده سازی سطح برای یک پیوند جدید بسیار مهم است زیرا هیچ پیوند عرضی(crosslinking) بین لایه ها وجود نخواهد داشت. رزین اعمال شده جدید در این حالت به عنوان چسب عمل می کند.

لایه بندی مرطوب ممکن است با کیسه های خلا(vacuum bagging) انجام شود، هنگامی که غشای ضد هوای(airtight) (پلاستیکی) روی لایه یا هسته چیدمان دستی اعمال شده باشد. هوای زیر غشا با استفاده از پمپ مکش می شود به طوری که فشار بیش از حد (فشار جو) بر روی کل لایه ها اعمال می شود.

تکنیک کیسه های خلا برای بهبود فشرده سازی لایه ها و در نتیجه افزایش کسر حجمی تقویت کننده ها و بهبود ثبات لایه های نهایی استفاده می شود. به طور معمول یک حصیر(mat) متخلخل(porous) در بالای لایه ها و زیر غشا اعمال می شود تا توزیع یکنواخت رزین و فرار هوا را تسهیل کند. برای همین منظور ممکن است سوراخ های تخلیه هوای(Vent holes) هسته مورد نیاز باشد.

روش کیسه خلا برای پره توربین بادی

روش کیسه خلا برای پره توربین بادی

کیسه خلا برای پره توربین بادی

کیسه خلا برای پره توربین بادی

پیش آغشته یا پری پرگ (Pre-pregs)

لایه ها(Plies) به صورت پارچه آغشته شده با رزین تهیه می شوند که با گرم شدن پخته می شود. لایه ها به صورت سرد نگهداری می شوند. دسته کامل در قالب چیده می شود. ورقه های موجود در قالب تحت خلا کیسه ای قرار می گیرند و پخت می شوند. خلا اعمال شده، لایه ها را محکم کرده(consolidates) و هوای محبوس شده را خارج می کند.

Prepregs carbon

Prepregs carbon

قالبگیری انتقال رزین به کمک خلا (Vacuum-assisted resin transfer moulding (VARTM))

این تکنیک شباهت هایی به کیسه خلا دارد. مجموعه کامل مواد تقویت کننده به قالب اعمال می شود، اما بدون افزودن رزین. غشای ضد هوا، بالا قرار می گیرد و خلا اعمال می شود. سپس رزین از طریق لوله / شیلنگ از یک ظرف رزین پیش آمیخته شده(premixed) توسط مکش ایجاد شده در خلا منتقل می شود. برتری این تکنیک کنترل خوب و کسر حجمی الیاف نسبتا بالا است که بنابراین موجب ثبات در خواص لایه ها و وزن لایه های کمتر می شود. این مهم است که زمان ژل شدن به حد کافی بلند باشد که رزین زمان نفوذ به کل غالب را قبل از ژل شدن داشته باشد.

قالبگیری انتقال رزین به کمک خلا

قالبگیری انتقال رزین به کمک خلا

قالبگیری انتقال رزین به کمک خلا

قالبگیری انتقال رزین به کمک خلا

قالبگیری انتقال رزین به کمک خلا

قالبگیری انتقال رزین به کمک خلا

پیچیدن فیلامنت(Filament winding)

شافت برای ترمز آیرودینامیکی با پیچیدن فیلامنت ساخته می شود هنگامی که الیاف یا نوار ها(tapes) با رزین، پیش آغشته شده اند روی مندرل (mandrel) چرخان پیچیده می شود. اسپار های داخلی همچنین می تواند با پیچیدن فیلامنت ساخته شود.

پیچیدن فیلامنت برای پره توربین بادی

پیچیدن فیلامنت برای پره توربین بادی

تضمین کیفیت برای طراحی و ساخت پره

تولید کننده پره، نه تأمین کننده مواد اولیه، خصوصیات نهایی لایه ها را کنترل می کند. طراح پره باید صلاحیت(تاییدیه) مواد FRP را در نظر بگیرد. خصوصیاتی که باید در این زمینه در نظر گرفته شوند شامل موارد زیر هستند اما به اینها محدود نمی شود.

  • سفتی، استحکام نهایی و خستگی در دمای مربوطه
  • چغرمگی (در صورت مناسب بودن در دماهای پایین)
  • خزش
  • مشخصات پیر شدن(ageing) (با در نظر گرفتن رطوبت و دما)
  • مقاومت چوب در برابر پوسیدگی و قارچ

توجه داشته باشید که برای برخی از مواد، برخی از این خصوصیات ممکن است مربوط نباشد. ارزش خواص تضمین شده ممکن است به عبارات مختلف داده شود:

  • مقدار اسمی تولید کننده(manufacturer’s nominal value)
  • مقدار ویژه تولید کننده(manufacturer’s specified value)
  • حداقل مقدار مشخص شده سازنده(manufacturer’s specified minimum value)

تأیید نوع یک ماده خاص، به عنوان مثال مطابق با استانداردهایDNV ، می تواند به عنوان بخشی از کنترل کیفیت و اسناد طراحی استفاده شود، اما به خودی خود برای تأیید مواد برای استفاده هدفمند کافی نیست. برای تأیید استحکام پره، از نظر ایستا و همچنین خستگی، آزمایشات مقیاس کامل (Full-scale tests) یک پره نمونه لازم است زیرا همه جوانب را نمی توان با تایید صلاحیت مواد پوشش داد.

نمونه های FRP برای آزمایش باید با چرخه پختی(curing cycle) تولید شوند که نماینده پره باشد و نماینده نسبت الیاف به رزین باشند. نمونه های آزمایش باید به اندازه کافی پهن باشند تا حداقل چهار تکرار ساختار بافت(weave) / پارچه / حصیر(mat) را پوشش دهند.

استحکام نهایی FRP و چوب باید در دو حالت کششی(tension) و فشاری(compression) بررسی شود. آزمایش خستگی باید تأثیرات بازه تنش و تنش متوسط ​​را تحت پوشش قرار دهد. تراز (alignment) الیاف برای ظرفیت حمل بار FRP در فشار مهم است. دستورالعمل های(instructions) کار برای تولید پره باید تراز بودن الیاف را کنترل کند.

تست پره توربین بادی

تست پره توربین بادی

تست پره توربین بادی

تست پره توربین بادی

تست پره توربین بادی

تست پره توربین بادی

تحلیل استحکام

تحلیل سازه ای پره های روتور باید برای همه موارد بار مربوطه انجام شود تا بررسی شود که استحکام پره ها برای مقاومت در برابر بارهایی اعمال شده روی پره ها، کافی است. با محاسبات استحکام در این تحلیل، باید تأیید شود که هم استحکام نهایی و هم استحکام خستگی، برای یک عمر طراحی کافی است.

برای قطعات سازه ای در فشار، پایداری در برابر کمانش(buckling) نیز باید در نظر گرفته شود. برای هر باری، مجموعه ای از بارهای طراحی با ضریب های مشخص برای ضریب اطمینان(safety factors) ایجاد می شود. هنگام مستند سازی بارهای طراحی، باید استانداردهای اعمال شده برای این منظور ذکر شود.

شرایط محیطی که بر رفتار ماده تأثیر می گذارد، باید در نظر گرفته شود. به طور خاص، چنین شرایطی شامل رطوبت و دما است، که ممکن است منجر به تضعیف استحکام و سختی شود که با ضریب این دو عامل ممکن است ضریب اطمینان کل سیستم تحت تاثیر قرار بگیرد. بار روی اجزای حیاتی مانند ترمزهای نوک(tip brakes) اغلب از نظر بار کلی(general) روی پره ها متفاوت است و بنابراین ممکن است نیاز به توجه بیشتری داشته باشد.

با بزرگتر شدن پره ها، صفحات بزرگ بدون پشتیبان بین تیرها و لبه های جلو و عقب(leading and trailing edges) وجود خواهند داشت. این ممکن است در پایداری پره ها تأثیر بگذارد. بنابراین، ظرفیت کمانش یک پره باید علاوه بر آزمون در مقیاس کامل، با محاسبه جداگانه تأیید شود. برای این محاسبه، به طور معمول تجزیه و تحلیل FEM مورد نیاز است. علاوه بر این، ممکن است کمانش در تیر ها نیز در نظر گرفته شود. با طولانی شدن پره های روتور، ارزیابی پایداری در برابر کمانش به دلیل وجود بخشهای بزرگ پانل های سفت نشده که معمولاً در آن نقش دارند، از اهمیت بیشتری برخوردار است.

شبیه سازی پره توربین بادی

شبیه سازی پره توربین بادی

برگرفته از کتاب راهنمای طراحی توربین بادی از DNV

برای کسب اطلاعات بیشتر می تواند مقالات زیر را مطالعه بفرمایید.

 اجزای توربین بادی

ژنراتور توربین بادی

ارتفاع برج توربین بادی

هزینه توربین بادی

نصب توربین بادی

اتصال نیروگاه بادی

پره توربین بادی

 

بازیافت پره توربین بادی

بازیافت پره توربین بادی

بازیافت پره توربین بادی

بازیافت پره توربین بادی

بازیافت پره توربین بادی

بازیافت پره توربین بادی

بازیافت پره توربین بادی

بازیافت پره توربین بادی

مطالب مرتبط