Tìm hiểu về tốc độ quay của tuabin gió

Khái niệm tương tự cũng áp dụng cho các tuabin gió. Trung tâm rotor không quay và tâm của trung tâm rôto về mặt kỹ thuật có vận tốc bằng không. Tốc độ cao nhất là ở đầu của các cánh quạt. Mọi điểm từ trung tâm tỏa ra ngoài từ trung tâm là đồng bộ, mặc dù chúng di chuyển với các vận tốc khác nhau. Cạnh của cánh phải di chuyển xa hơn để thực hiện một vòng quay hoàn toàn, và do đó, phải di chuyển nhanh hơn để đồng bộ với tâm. Trong khi toàn bộ rotor có cùng vận tốc góc, các điểm khác nhau trên mặt phẳng rotor có vận tốc quỹ đạo khác nhau. Sử dụng chiều dài cánh và tốc độ đầu, người ta có thể tính toán tốc độ tại các điểm khác nhau dọc theo cánh

Có ba yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ quay của lưỡi cắt.

Tốc độ gió

Vận tốc gió có ảnh hưởng lớn nhất đến tốc độ quay của rotor. Rốt cuộc, tuabin gió có nghĩa là quay theo chiều gió! Tốc độ gió nhanh hơn đồng nghĩa với việc quay nhanh hơn. Tua bin gió bắt đầu phản ứng hoặc tạo ra năng lượng với tốc độ gió khoảng 6 dặm một giờ. Chúng đạt công suất định mức tối đa vào khoảng 35 dặm một giờ. Tại thời điểm này, chúng không tạo ra thêm điện cho dù gió có thổi nhanh hơn bao nhiêu. Chúng đạt tới điểm cắt ở tốc độ 55 dặm một giờ, khi các tuabin gió ngừng hoạt động để tránh hư hỏng các bộ phận bên trong.

Chiều dài cánh quạt

Chiều dài cánh có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ quay. Các cánh quạt dài hơn có tốc độ đầu cao hơn. Chúng cũng thu được nhiều gió hơn, vì vậy chúng thu được nhiều năng lượng hơn. Năng lượng này được chuyển thành tốc độ quay cao hơn, và do đó, lượng điện năng cao hơn được tạo ra. Chúng cũng nặng hơn, vì vậy chúng mang nhiều động lực hơn. Hãy nghĩ về một cánh dài hơn như một băng chuyền lớn hơn. Vì đường kính của băng chuyền dài hơn, nên có khoảng cách lớn hơn từ đầu đến trung tâm, cho phép nó có nhiều không gian hơn để đạt tốc độ cao hơn ở rìa. Đầu của một cánh quạt lớn có thể đạt tốc độ cao hơn so với một cánh ngắn hơn quay với cùng một vận tốc góc.

Mật độ không khí

Không khí đặc hơn mang nhiều năng lượng hơn vì có nhiều hạt không khí hơn trên một đơn vị thể tích gió. Điều này mang lại cho gió nhiều khối lượng hơn, chuyển thành nhiều năng lượng hơn. Các tuabin gió ở những khu vực có không khí dày đặc sẽ tạo ra nhiều điện hơn với cùng một tốc độ gió. Chúng cũng quay nhanh hơn vì không khí nặng hơn sẽ tác động nhiều lực hơn lên các cánh quạt.

Tỷ lệ tốc độ đầu cánh

Tỷ số giữa tốc độ mũi và tốc độ gió được gọi là tỷ số tốc độ đầu. Các tuabin gió thương mại có tỷ lệ tốc độ đầu từ 4 đến 8. Nếu tốc độ đầu là 140 dặm một giờ với vận tốc gió là 20 dặm một giờ, điều đó dẫn đến tỷ lệ tốc độ đầu là 7. Nếu tốc độ đầu là 75 dặm một giờ với vận tốc gió là 15 dặm một giờ, dẫn đến tỷ lệ tốc độ đầu là 5.

Tỷ lệ tốc độ đầu ảnh hưởng đến hiệu suất của tuabin. Nếu rôto quay quá chậm so với tốc độ gió nhất định, thì tuabin sẽ không tạo ra năng lượng ở mức tối đa của nó, và thậm chí có thể ngừng hoạt động. Nếu rôto quay quá nhanh, thì sẽ mất hiệu suất vì cánh quạt sẽ tạo ra sự hỗn loạn khi nó hoạt động, điều này làm xáo trộn liên tiếp hiệu quả khí động học của cánh quạt tiếp theo. Hiệu ứng này là lý do tại sao tuabin không bao giờ có nhiều hơn ba cánh quạt, vì khoảng cách giữa các cánh ngắn hơn sẽ gây ra quá nhiều nhiễu loạn. Các kỹ sư phải tính toán kỹ lưỡng tốc độ quay để cân bằng hiệu quả với sản lượng điện.