شفرة توربينات الرياح
شفرة توربينات الرياح هي المكونات الأساسية والرئيسية لتوربينات الرياح، تصميم الشفرة في توربينات الرياح يؤثر بشكل مباشر على كفاءة تحويل طاقة الرياح، ويؤثر بشكل مباشر على توليد الطاقة السنوي، وهو جزء مهم من استخدام طاقة الرياح.
تصميم شفرات توربينات الرياح
1. تصميم شكل الشفرة
التصميم الديناميكي الهوائي للشفرات هو تصميم تحسين الشكل الرئيسي، وهو الخطوة الحاسمة في تصميم الشفرات. يُحدد تصميم تحسين الشكل في تصميم جناح الشفرات كفاءة توليد طاقة المروحة بشكل مباشر. في ظروف تشغيل توربينات الرياح، يكون تدفق رقم رينولدز منخفضًا نسبيًا، وعادةً ما تعمل الشفرات بسرعة منخفضة ومعامل رفع مرتفع، مما يُسبب تداخلًا معقدًا في تدفق الشفرات. بالنسبة لشكل الشفرات في حالة التدفق المعقدة وتوزيع تركيبها في اتجاهات مختلفة، يصبح تصميم شكل ورقة الشفرات بالغ الأهمية.
في الوقت الحاضر، تعتمد تقنية تصميم الشفرات عادةً على أسلوب تصميم أجنحة الطائرات المتقدم لتصميم شكل الشفرات. وقد استُخدمت تقنيات ديناميكا الموائع الحسابية المتقدمة على نطاق واسع في تصميم أنواع مختلفة من الأشكال الديناميكية الهوائية. في ظروف تشغيل توربينات الرياح ذات رقم رينولدز منخفض ومعاملات رفع عالية، من الضروري تحليل مجال تدفق شكل الشفرات باستخدام معادلة التحكم NS مع مراعاة اللزوجة.
2. تصميم الهيكل
الهيكل الحالي لشفرات توربينات الرياح الكبيرة هو عبارة عن عارضة رئيسية سطحية. تُعزز هذه العارضة بشكل أساسي بطبقات مركبة ثنائية المحور، مما يوفر شكلًا انسيابيًا ويتحمل معظم حمل القص. تجويف الحافة الخلفية أوسع، ويُستخدم هيكل الساندويتش لتحسين قدرتها على مقاومة زعزعة الاستقرار. تُعزز العارضة الرئيسية بشكل أساسي بطبقات مركبة أحادية الاتجاه، وهي الهيكل الرئيسي الحامل للحمل في الشفرات. أما الشبكة فهي هيكل ساندويتش، مما يوفر الدعم للعارضة الرئيسية.
تحليل قوة الشفرة: الشفرة التي تتحمل قوة الدفع هي التي تدفع دوران الشفرة. توزيع قوة الدفع ليس منتظمًا، بل يتناسب مع طول الشفرة. طرف الورقة التي تتحمل قوة الدفع أكبر من جذر الشفرة.
تصميم الشعاع: بسبب وزن الشفرة الذاتي والدفع الخارجي الناتج عن تشوه الانحناء هو شفرة الحمل الأكثر أهمية، من أجل تحسين أداء الانحناء، في اتجاه طول الشفرة باستخدام قماش ليفي أحادي الاتجاه، والوسط من خلال شبكة القص سيكون الطبقتين العلوية والسفلية من غطاء الشعاع بقدر الإمكان للفصل، شبكة القص باستخدام قماش ليفي ثنائي الاتجاه موضوع بشكل قطري بالإضافة إلى تركيبة مادة الرغوة (PET) الأساسية، لزيادة الصلابة الكلية للدور.
هيكل الشعاع الداخلي: من أجل تقليل تكاليف الإنتاج، يمكن للتصميم إزالة بعض المواد غير الضرورية، والشفرة الشائعة هي تصميم مجوف.
غلاف الشفرة: يتمثل دور غلاف الشفرة بشكل أساسي في توفير مظهر انسيابي. ويزداد صلابته بفضل هيكله الساندويتش، الذي يتكون من طبقة سطحية من البلاستيك المقوى بألياف الزجاج (FRP) مع قلب من مادة PET أو BALTEK. يتميز هيكل القلب بالصلابة الكافية لتحمل أحمال الانحناء ومنع التفكك. كما توفر الألياف الموزعة قطريًا في غلاف الورقة الصلابة الالتوائية اللازمة.
تصميم جذر الشفرة: عادةً ما يكون جذر الشفرة دائريًا. ولتلبية احتياجات الصيانة وغيرها، غالبًا ما يكون جذر الشفرة مُثبّتًا بمسامير لتسهيل الفك والتركيب. يمكن استخدام وصلة شفة ملحومة للعارضة المعدنية.
3. لماذا تحتاج توربينات الرياح إلى ثلاث شفرات فقط؟
كلما زاد عدد شفرات توربين الرياح، زادت كمية الرياح التي يمكنه اعتراضها، وفي الوقت نفسه، انخفضت سرعة الرياح عبرها. بعد الحساب، تُعتبر كفاءة الشفرات مثالية، وهي توربين بثلاث شفرات في المستوى الأعلى. مع زيادة عدد الشفرات، يجب أن ترتفع الكفاءة، ولكن استخدام 3-4 شفرات لتحسين الحجم أقل بكثير من استخدام شفرتين أو ثلاث شفرات لتحسين الحجم. كما أن زيادة عدد الشفرات، بما يتوافق مع التكلفة، في ازدياد أيضًا.
لذا، بالنظر إلى عوامل متعددة، فإن استخدام ثلاث شفرات أفضل من أربع شفرات؛ وسبب عدم استخدام شفرتين، يعود إلى حد كبير إلى الاعتبارات الهيكلية: فاستخدام شفرتين أثناء الدوران يُسبب اختلالًا في توازن الدوران، مما يُسبب حملًا ديناميكيًا كبيرًا. باختصار، يُعد اختيار توربينات الرياح ذات الثلاث شفرات أفضل نتيجة عند مراعاة عوامل مختلفة.
مادة شفرة توربينات الرياح
تبلغ تكلفة شفرة توربينات الرياح حوالي 15%-20% من إجمالي تكلفة المروحة. تتكون شفرة توربينات الرياح الكبيرة الحالية بشكل أساسي من مواد مركبة، وعادةً ما يتجاوز محتواها 80%. ووفقًا للإحصاءات، فإن كل زيادة في حجم شفرة المروحة بمقدار 6%، يمكن أن تزيد من التقاط طاقة الرياح بمقدار 12%.
البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية، واختصاره GFRP، هو بلاستيك مقوى مصنوع من راتنج الإيبوكسي، والراتنج غير المشبع، ومواد بلاستيكية أخرى مملوءة بألياف زجاجية أو ألياف كربونية بأطوال مختلفة. يتميز البلاستيك المقوى بقوة عالية، وخفة وزن، ومقاومة للشيخوخة، ويمكن تغليف سطحه بألياف زجاجية وراتنج الإيبوكسي، وحشو أجزاء أخرى من الرغوة. يتمثل الدور الرئيسي للرغوة في الشفرة في ضمان ثباتها مع تقليل جودتها، مما يزيد من صلابتها ويزيد من مساحة امتصاص الرياح.
١. بالنسبة للشفرات، تُعد صلابة الشفرات مؤشرًا بالغ الأهمية. حاليًا، يُعدّ GFRP المادة المركبة الأكثر استخدامًا في شفرات توربينات الرياح الحديثة. تُظهر الأبحاث أن صلابة شفرات ألياف الكربون المركبة تعادل ضعفين إلى ثلاثة أضعاف صلابة GFRP. على الرغم من أن أداء ألياف الكربون المركبة يتفوق بشكل كبير على الألياف الزجاجية المركبة، إلا أن سعرها مرتفع، مما يؤثر سلبًا على تطبيقات طاقة الرياح واسعة النطاق.
مع ازدياد حجم الشفرة تدريجيًا، تجاوز قطر توربين الرياح 120 مترًا، ووصل طول أطول شفرة إلى 61.5 مترًا، بوزن 18 طنًا. لم تتمكن شفرة GFRP بأكملها من تلبية متطلبات الشفرات الكبيرة وخفة الوزن. لذا، بفضل الجمع بين مزايا الاثنين، يُستخدم الهيكل الرئيسي المصنوع من GFRP أو ألياف الكربون أو غيرها من الألياف عالية القوة بشكل أكبر في منطقة الشفرة، لتحقيق أقصى استفادة.
2.شفرة توربينات الرياح حسب متطلبات المواد
الشفرة هي الجزء الأساسي والأكثر أهمية في توربينات الرياح، فتصميمها الجيد وجودتها الموثوقة وأدائها المتفوق عوامل حاسمة لضمان التشغيل العادي والمستقر للوحدة. ولضمان تشغيل متواصل وآمن على المدى الطويل في الميدان وفي بيئاته القاسية، فإن متطلبات مواد الشفرة هي:
(1) كثافة خفيفة ولها أفضل قوة التعب والخصائص الميكانيكية، ويمكن أن تتحمل الظروف القاسية للغاية مثل العواصف الهوائية واختبار الحمل العشوائي.
(2) مرونة الشفرة، القصور الذاتي الدوراني ومنحنى تردد الاهتزاز الخاص بها طبيعي، ونقل ثبات الحمل إلى نظام توليد الطاقة بالكامل جيد، ولا يجوز في حالة فقدان السيطرة (سيارة طائرة) تنزيل قوة الطرد المركزي تحت تأثير السحب والطيران، ولا يجوز أيضًا أن يكون في دور ضغط الرياح بموجب هذا القسم، ولا يجوز أيضًا أن تكون سرعة السيارة الطائرة أقل من النطاق الناتج عن الرنين القوي لتوربينات الرياح بالكامل.
(3) يجب أن تضمن مادة الشفرة أن يكون السطح أملسًا لتقليل مقاومة الرياح، كما أن السطح الخشن سوف يتمزق أيضًا بسبب الرياح.
(4) لا ينبغي أن تنتج تداخلاً قوياً للموجات الكهرومغناطيسية وانعكاساً للضوء.
(5) لا يسمح بتوليد ضوضاء كبيرة.
(6) مقاومة جيدة للتآكل والأشعة فوق البنفسجية وأداء الصواعق.
(7) أقل تكلفة وأقل تكلفة صيانة.
تعتمد شركة بولاند/CRRC شفرات ذات أداء ديناميكي هوائي ممتاز، وتدمج العديد من تقنيات التحكم المتقدمة لتحسين أداء توليد الطاقة بشكل ملحوظ. من بينها، تتميز طرازات WT2000/WT2500 بمساحة وحدة كيلوواط أكبر من الطرازات التقليدية. كما تتميز وحدات WT4000+/WT5000+ بتصميم سلسلة بطول الشفرات ومستوى الطاقة، مما يوفر حلولاً مخصصة لمزارع الرياح؛ رفع شفرة واحدة وحلول رفع منفصلة مخصصة. احتلت شركة CRRC المرتبة الأولى في مبيعات مولدات توربينات الرياح في الصين، والمرتبة الثانية في مبيعات الشفرات، والثالثة في مبيعات الأبراج.
يعتمد طول شفرة توربينات الرياح على قوة تصميمها وظروف المزرعة. كلما كانت مزرعة الرياح نفسها أكبر، كانت قوة الشفرات أطول. لذا، عند تساوي قوة الشفرات، يتطلب متوسط سرعة الرياح السنوية في حقل الرياح السفلي شفرة أطول. في الواقع، ووفقًا للدراسات، تحتاج مزارع الرياح المختلفة إلى مطابقة قوة توربينات الرياح المقابلة لها لتحقيق أداء التكلفة الفعلية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاختلاف طول الشفرات، فإن قوة الشفرات تختلف بسبب اختلاف شكل الجناح.
شركة بولاند للطاقة المتجددة المحدودة، شركة متكاملة للطاقة الجديدة، تُقدم لكم حلولاً متكاملة عالية الجودة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية وأنظمة تخزين الطاقة. بولاند الآن شركة تابعة لشركة CRRC، وهي مسؤولة عن التوسع الخارجي لأعمال CRRC في مجال طاقة الرياح والطاقة الشمسية. نمتلك سلسلة توريد داخلية متكاملة نسبيًا، وشبكة خدمات، وجودة منتجات وتقنيات ممتازة.
بولاند توفر محطة توليد الكهرباء EPC والاستثمار والاستحواذ في محطة توليد الكهرباء.
لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت بحاجة إلى أي دعم فني.
بريدي الإلكتروني: marketing@boland-hydroturbine.com
واتساب:+8613923745989
