563 2

15.3. ENERGETYKA WIATROWA

F_r=C_rp^C-bl    (15.16)

gdzie: C„, C_r-znane współczynniki aerodynamiczne siły nośnej i oporujako funkcje kąta natarcia a danego profilu łopaty o długości / i szerokości b (długość cięciwy). Współczynniki C„ i C_r przedstawia się w postaci krzywej biegunowej danego profilu - rysunek 15.18. Doskonałość profilu wyraża się stosunkiem CJC_r. Największa doskonałość profilu występuje dla kąta natarcia a = a_opt (styczna do krzywej biegunowej wyprowadzona z początku układu współrzędnych) i wówczas współczynnik wykorzystania mocy C_p we wzorze (15.14) oraz na rysunku 15.14 przyjmuj e największą wartość. Największa doskonałość profilu występuje dla stosunkowo małych kątów natarcia i względnie małych sił nośnych. Przy większych kątach natarcia a może wystąpić oderwanie się strugi powietrza od powierzchni łopaty, a powstające zawirowania hamują łopatę. Niektóre łopaty mogą być tak wyprofilowane, że oderwanie strugi wystąpi i to zjawisko jest wykorzystywane do regulacji mocy oddawanej przez turbinę. Dla przykładowego profilu łopaty o charakterystyce b na rysunku 15.18 zjawisko oderwania strugi na pewno wystąpi.

Rys. 15.18. Poglądowe krzywe biegunowe współczynników C„ i C_r dla kątów natarcia a przykładowych profili łopaty o dobrej (a) i pogorszonej (b, b') charakterystyce doskonałości profilu; a_opt - optymalny kąt natarcia

Ta uproszczona analiza pracy łopaty posłuży do omówienia przykładowych warunków pracy turbiny wiatrowej. Rozpatrzonych zostanie kilka charakterystycznych przypadków pracy turbiny. Na rysunku 15.19a przedstawiono sytuację, gdy ze zwiększeniem prędkości wiatru z c do c' zwiększa się prędkość obwodowa z u do u oraz zwiększa się moc turbiny, ale wartość kąta natarcia a = const. Generator napędzany turbiną pracuje ze zmienną prędkością obrotową n. Ze wzrostem kąta ustawienia łopat z ę (rys. 15.19a) do cp' (rys. 15.19b) zmniejsza się kąt natarcia do wartości a' < a_opt (na rys. 15.19b uzyskano ujemny kąt «'). Zmniejsza się moc turbiny. Przy dalszym zwiększaniu kąta ustawienia łopat z cp' do ę" można ustawić łopaty w „chorągiewkę”, czyli równolegle do kierunku wiatru i zatrzymać turbinę (hamowanie aerodynamiczne). Do zmiany kąta ustawienia łopat wykorzystuje się

563