562 2

15. NOWE ŹRÓDŁA I TECHNOLOGIE WYTWARZANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

większa prędkość), a na powierzchni przeciwnej nadciśnienie. Z tej różnicy ciśnień wynika siła nośna F„, która jest prostopadła do wektora prędkości względnej w wiatru (rys. 15.17). W wyniku przepływu powietrza powstaje siła aerodynamiczna F_a, której jedną składową jest siła nośna F_n, a dmgą siła oporu czołowego F_r. Za punkt zaczepienia siły aerodynamicznej F_a przyjmuje się punkt A przecięcia się tej siły z cięciwą profilu; punkt ten nazywa się środkiem wyporu profilu. Siłę aerodynamiczną F_a można rozłożyć na składową styczną do płaszczyzny wirnika F_ob i osiową F_os. Składowa styczna F_ob, oddziałując na łopatę, która jest zamocowana w piaście, powoduje obrót centralnie osadzonego wału sprzęgniętego z generatorem. Składowa osiowa F_os wywołuje nacisk osiowy, który przejmowany jest przez łożyska.

Rys. 15.17. Siły oddziałujące na profil łopaty wirnika turbiny (szkic poglądowy)

Cięciwa profilu łopaty (rys. 15.17) w pewnym przekroju oddalonym od osi obrotu wirnika tworzy z płaszczyzną wirnika kąt ustawienia cp, zwany również kątem zaklinowania łopaty. Prędkość wiatru c ma kierunek prostopadły do płaszczyzny koła wiatrakowego. Uwzględniając prędkość obwodową łopaty u = ojR, wynikającą z ruchu obrotowego koła z prędkością kątową co, otrzymuje się prędkość względną w strugi powietrza widzianą z obracającej się łopaty. Prędkość ta tworzy z cięciwą profilu kąt natarcia a, gdyż pod tym kątem struga powietrza naciera na ruchomą płaszczyznę łopaty. Z kąta natarcia wynikają siły działające na łopatę. Wektory prędkości c, u, w tworzą trójkąt prędkości z kątem prędkości względnej /i. W celu uzyskania prawidłowej pracy łopaty należy cięciwę profilu ustawić pod odpowiednim kątem ustawienia łopaty cp, tak aby uzyskać właściwy kąt a, któremu odpowiada największa doskonałość profilu łopaty. Ze wzrostem odległości od środka obrotu (ze wzrostem promienia R) wzrasta prędkość obwodowa łopaty u i przy stałej prędkości wiatru maleje kąt j> (rys. 15.17), a kąt natarcia cc może przyjąć wartości ujemne. Dlatego łopaty mogą być wzdłużnie skręcone.

Siła nośna F„ i siła oporu czołowego F_r wynikają z następujących wzorów:

(15.15)

F_n - C_n p ~ bl

562