Sollen Windturbinenblätter flach, gebogen oder gekrümmt sein

Der Wind ist eine kostenlose Energiequelle, bis die Regierungen eine Steuer darauf erheben, aber der Wind ist auch eine sehr unvorhersehbare und unzuverlässige Energiequelle, da er sich ständig in Stärke und Stärke ändert Richtung. Um also sicherzustellen, dass wir das Beste aus der verfügbaren Windenergie herausholen, ist es wichtig, dass das Rotorblattdesign der Windkraftanlage eine optimale Leistung aufweist.

Um nutzbare Energiemengen zu erzeugen, müssen Windkraftanlagen im Allgemeinen groß und hoch sein, aber um effizient zu arbeiten, müssen sie auch gut konstruiert und konstruiert sein, was sie auch teuer macht. Die meisten Windturbinen, die für die Erzeugung von Strom ausgelegt sind, bestanden aus einem Propeller mit zwei oder drei Blättern, der sich um eine horizontale Achse drehte. Es liegt auf der Hand zu sagen, dass diese Propeller-ähnlichen Windturbinenblätter die Energie des Windes in nutzbare Wellenleistung namens Drehmoment umwandeln.

Typisches Design von Rotorblättern für Windturbinen

Dies wird erreicht, indem dem Wind Energie entzogen wird, indem der Wind verlangsamt oder abgebremst wird es geht über die Klingen. Die Kräfte, die den Wind abbremsen, sind gleich und entgegengesetzt zu den schubartigen Auftriebskräften, die die Rotorblätter drehen.

Genau wie ein Flugzeugflügel arbeiten Windturbinenblätter, indem sie aufgrund ihrer gekrümmten Form Auftrieb erzeugen. Die Seite mit der stärksten Krümmung erzeugt einen niedrigen Luftdruck, während Hochdruckluft darunter auf die andere Seite des blattförmigen Flügels drückt. Das Nettoergebnis ist eine Auftriebskraft senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft über die Turbinenschaufel. Die Kunst besteht darin, das Rotorblatt so zu konstruieren, dass es den richtigen Auftrieb und Schub des Rotorblatts erzeugt, was zu einer optimalen Verzögerung der Luft und damit zu einem besseren Blattwirkungsgrad führt.

Wenn sich die Propellerblätter der Turbine drehen zu langsam, lässt es zu viel Wind ungestört durch und entzieht somit nicht so viel Energie, wie es potenziell könnte. Wenn sich das Propellerblatt andererseits zu schnell dreht, erscheint es dem Wind als große flache rotierende Scheibe, die einen großen Luftwiderstand erzeugt.

Dann hängt das optimale Spitzengeschwindigkeitsverhältnis TSR, das als das Verhältnis der Geschwindigkeit der Rotorspitze zur Windgeschwindigkeit definiert ist, vom Formprofil des Rotorblatts, der Anzahl der Turbinenblätter und dem Propellerblattdesign der Windkraftanlage selbst ab. Welches ist also die beste Blattform und das beste Design für ein Windturbinenblattdesign.

Im Allgemeinen sind Windturbinenblätter so geformt, dass sie bei minimalen Baukosten die maximale Leistung aus dem Wind erzeugen. Die Hersteller von Rotorblättern für Windkraftanlagen sind jedoch stets auf der Suche nach einem effizienteren Rotorblattdesign. Ständige Verbesserungen im Design von Windflügeln haben neue Windturbinendesigns hervorgebracht, die kompakter und leiser sind und in der Lage sind, mehr Leistung aus weniger Wind zu erzeugen. Es wird angenommen, dass sie durch eine leichte Krümmung der Turbinenschaufeln in der Lage sind, 5 bis 10 Prozent mehr Windenergie einzufangen und in Gebieten mit normalerweise niedrigeren Windgeschwindigkeiten effizienter zu arbeiten.

Blattdesign für Windkraftanlagen

Welche Blattform würde also die größte Energiemenge für eine Windkraftanlage erzeugen – Flache Blätter sind das älteste Blattdesign und werden seit Tausenden von Jahren in Windmühlen verwendet, aber diese flache, breite Form wird immer seltener als andere Arten von Blattdesigns. Die flachen Blätter drücken gegen den Wind, und der Wind drückt gegen die Blätter.

Die resultierende Drehung ist sehr langsam, da die Blätter, die sich nach der Stromerzeugung beim Aufwärtshub zurückdrehen, der Leistungsabgabe entgegengerichtet sind. Dies liegt daran, dass sich die Blätter wie riesige Paddel verhalten, die sich in die falsche Richtung bewegen und gegen den Wind drücken, was ihnen den Namen widerstandsbasierter Rotorblätter gibt.

Flache Blattdesigns bieten jedoch erhebliche Vorteile für den Heimwerker. 8217;er im Vergleich zu anderen Windflügelkonstruktionen. Flache Rotorblätter lassen sich einfach und kostengünstig aus Sperrholz- oder Metallplatten schneiden, wodurch sichergestellt wird, dass die Blätter eine einheitliche Form und Größe haben. Sie sind auch am einfachsten zu verstehen und erfordern weniger Design- und Konstruktionskenntnisse, aber ihre Effizienz und die Leichtigkeit der Stromerzeugung sind sehr gering.

Gekrümmte Schaufeln sind einem langen Flugzeugflügel (auch bekannt als Tragflügel) sehr ähnlich, der oben eine gekrümmte Oberfläche hat. Die gekrümmte Schaufel wird von Luft umströmt, wobei sich die Luft über die gekrümmte Oberseite der Schaufel schneller bewegt als unter der flachen Seite der Schaufel, wodurch oben ein Bereich mit geringerem Druck entsteht und dieser daher ausgesetzt ist aerodynamische Auftriebskräfte, die Bewegung erzeugen.

Diese Hubkräfte sind immer senkrecht zur oberen Oberfläche des gebogenen Blattes, was bewirkt, dass sich das Blatt um die zentrale Nabe dreht. Je schneller der Wind weht, desto mehr Auftrieb wird am Blatt erzeugt und desto schneller dreht es sich.

Die Vorteile eines gekrümmten Rotorblatts im Vergleich zu einem flachen Blatt bestehen darin, dass die Auftriebskräfte es den Blattspitzen einer Windkraftanlage ermöglichen, sich schneller zu bewegen als der Wind sich bewegt, wodurch mehr Leistung und höhere Wirkungsgrade erzeugt werden. Infolgedessen werden auftriebsbasierte Windturbinenblätter jetzt immer häufiger. Außerdem können selbstgefertigte PVC-Windturbinenblätter aus Drainagerohren in Standardgröße geschnitten werden, die bereits eine gebogene Form haben, die ihnen die beste Blattform verleiht.

Luftstrom und Leistung gebogener Blätter

Aber gekrümmte Klingen leiden auch unter Widerstand entlang ihrer Länge, der versucht, die Bewegung der Klinge zu stoppen. Luftwiderstand ist im Wesentlichen die Reibung von Luft an der Blattoberfläche. Der Luftwiderstand ist senkrecht zum Auftrieb und verläuft in der gleichen Richtung wie der Luftstrom entlang der Blattoberfläche. Aber wir können diese Widerstandskraft reduzieren, indem wir das Blatt biegen oder verdrehen und es auch entlang seiner Länge verjüngen, wodurch das effizienteste Blattdesign für Windkraftanlagen entsteht.

Der Winkel zwischen der Richtung des ankommenden Windes und der Neigung des Blattes in Bezug auf den ankommenden Wind wird als “Anstellwinkel” bezeichnet. Wenn dieser Anstellwinkel größer wird, wird mehr Auftrieb erzeugt, aber wenn der Winkel noch größer wird, größer als etwa 20o, beginnt das Blatt, den Auftrieb zu verringern. Es gibt also einen idealen Anstellwinkel des Rotorblatts, der die beste Rotation erzeugt, und moderne Rotorblätter für Windkraftanlagen sind tatsächlich mit einer Verdrehung entlang ihrer Länge von einer steilen Anstellung an ihrer Wurzel bis zu einer sehr flachen Anstellung an ihrer Spitze konstruiert >>

Da die Geschwindigkeit an der Spitze eines rotierenden Blatts höher ist als an seiner Wurzel oder Mitte, sind moderne Rotorblätter entlang ihrer Länge zwischen 10 und 20 Grad von der Wurzel zur Spitze verdreht, sodass der Anstellwinkel von dort aus abnimmt Luft bewegt sich in der Nähe ihrer Wurzel relativ langsam, wohin sie sich an der Spitze viel schneller bewegt. Diese Blattdrehung maximiert den Anstellwinkel entlang der Länge und erzielt den besten Auftrieb und die beste Rotation.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Rotorblattlänge einer Windkraftanlage bestimmt, wie viel Windenergie eingefangen werden kann, wenn sie sich um eine zentrale Nabe drehen, und die aerodynamische Leistung von Windkraftanlagenblättern unterscheidet sich stark zwischen einem flachen Blatt und einem gekrümmten Blatt. Flache Blätter sind billig und einfach herzustellen, haben aber hohe Luftwiderstandskräfte, was sie langsam und ineffizient macht.

Um die Effizienz der Windturbinenblätter zu erhöhen, müssen die Rotorblätter ein aerodynamisches Profil haben, um Auftrieb zu erzeugen und die Turbine zu drehen aber gekrümmte Tragflügelblätter sind schwieriger herzustellen, bieten aber eine bessere Leistung und höhere Rotationsgeschwindigkeiten, was sie ideal für die elektrische Energieerzeugung macht.

Aber um das beste Design für Windturbinenblätter zu erhalten, können wir die Aerodynamik und Effizienz noch weiter verbessern, indem wir verdrehte, sich verjüngende Propellerrotorblätter verwenden. Das Verdrehen des Blattes verändert den Windwinkel entlang des Blattes mit der kombinierten Wirkung des Verdrehens und Verjüngens des Blattes entlang seiner Länge verbessert den Anstellwinkel, erhöht die Geschwindigkeit, die Effizienz und reduziert den Luftwiderstand. Außerdem sind sich verjüngende Blätter stärker und leichter als gerade Blätter, da die Biegespannung reduziert wird.

Das Design der Windkraftanlagenblätter ist entscheidend, damit eine Windkraftanlage wie erwartet funktioniert. Innovationen und neue Technologien, die für die Konstruktion von Windturbinenblättern verwendet werden, haben hier nicht aufgehört, da neue Formeln und Designs in Betracht gezogen werden, um ihre Leistung, Effizienz und Leistungsabgabe täglich zu verbessern.

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