대리어스 풍력 터빈

Darrieus wind turbine
그림 1:다리 어스 풍력 터빈 한번 전력을 생성하기 위한 마들렌느 섬에 사용된다.

수직 축 풍력 터빈(VAWT)의 다리 어스 풍력 터빈은 바람 에너지로부터 전기를 생산하는 데 쓰인다.그 터빈 곡선aerofoil 날 회전 축이나 틀에 장착한 수로 구성되어 있다.그 칼날 곡률은 날개 높은 회전 속도에서 긴장만 강조할 수 있습니다.는 곧은 칼날을 사용하게 관련된 풍력 터빈이 있다.터빈의 이 디자인은 조르주 장 마리 다리 어스, 프랑스 항공 기술, 특허 10월 1,1926년 신청을 특허를 받았습니다.극도의 바람 상태에서 다리 어스 터빈 보호와 그것self-starting를 만드는 데에 큰 어려움이 있다.

작업 법

그림 2: 캐나다 퀘벡주 가스페 반도에 있는 매우 큰 Darrieus 풍력 터빈
대만에서 사용되는 Darrieus-Savonius 복합 발전기
Darrieus 풍력 터빈 작동 방식

원래 버전의 Darrieus 디자인에서는 에어로포일은 대칭이 되도록 배치되어 있으며 장착 각도가 0이 되도록 배치되어 있습니다.즉, 에어로포일이 장착되는 구조에 대해 설정된 각도가 됩니다.이러한 배열은 바람이 부는 방향에 관계없이 동일하게 효과적이다. 이는 바람을 향하도록 회전해야 하는 기존 유형과 달리.

Darrieus 회전자가 회전할 때, 에어로포일은 원형 경로를 따라 공기를 통해 전진합니다.블레이드에 대해 이 마주 오는 기류가 바람에 벡터 방향으로 추가되므로 결과적으로 발생하는 기류가 블레이드에 대한 다양한 작은 양의 공격 각도를 생성합니다.이것은 특정한 "작동선"을 따라 비스듬히 앞으로 향하는 순 힘을 생성합니다.이 힘은 일정 거리에서 터빈 축을 지나 안쪽으로 투사되어 샤프트에 양의 토크를 제공하여 이미 주행 중인 방향으로 회전할 수 있도록 도와줍니다.로터를 회전시키는 공기역학적 원리는 오토기로스의 원리와 동일하며, 자동 회전 시에는 일반 헬리콥터의 원리와 동일하다.

에어로포일이 기기 후면을 돌면서 공격 각도는 반대 표지로 바뀌지만 날개가 대칭이고 연결 각도가 0이기 때문에 발생하는 힘은 여전히 회전 방향으로 비스듬히 움직인다.회전자는 풍속과 무관한 속도로 회전하며, 보통 몇 배 더 빠릅니다.토크 및 속도에서 발생하는 에너지는 전기 발전기를 사용하여 추출하여 유용한 동력으로 변환할 수 있습니다.

항공학적 용어의 리프트와 드래그란 엄밀히 말하면 각각 다가오는 순 상대 기류를 가로지르는 힘이며 따라서 여기서는 유용하지 않다.작용하는 힘은 블레이드를 이리저리 당기는 접선력과 베어링에 반하는 반경력입니다.

로터가 정지해 있을 때는 풍속이 상당히 높아지더라도 순회전력이 발생하지 않습니다. 즉, 로터가 토크를 생성하기 위해 이미 회전하고 있어야 합니다.따라서 설계는 일반적으로 자동으로 시작되지 않습니다.드물게 Darrieus 로터는 스스로 시동할 수 있으므로 정지 시 이를 고정하려면 어떤 형태의 브레이크가 필요합니다.

설계의 문제 중 하나는 터빈이 회전함에 따라 공격 각도가 변화하기 때문에 각 블레이드는 사이클의 두 지점(터빈의 앞과 뒤)에서 최대 토크를 발생시킨다는 것입니다.이로 인해 정현파(펄싱) 전원 사이클이 발생하여 설계가 복잡해집니다.특히, 거의 모든 Darrieus 터빈은 특정 회전 속도에서 펄스가 블레이드의 고유 주파수로 발생하여 (결국) 파손될 수 있는 공명 모드를 가지고 있습니다.이러한 이유로 대부분의 Darrieus 터빈은 기계식 브레이크 또는 기타 속도 제어 장치를 갖추고 있어 터빈이 이러한 속도로 장시간 회전하는 것을 방지합니다.

회전 메커니즘의 질량의 대부분이 프로펠러와 같이 허브가 아닌 주변부에 있기 때문에 또 다른 문제가 발생합니다.이로 인해 메커니즘에 매우 높은 원심 응력이 발생하며, 이러한 응력은 다른 방법보다 더 강하고 무거워야 합니다.이를 최소화하기 위한 한 가지 일반적인 접근법은 날개를 "계란" 모양으로 구부리는 것이다(이것은 그리스어로 "스핀 로프의 모양"에서 파생된 "트로골격" 형태라고 함). 이러한 형태가 자립적이고 무거운 지지대와 설치가 필요하지 않도록 하는 것이다.그림 1을 참조해 주세요.

이 구성에서 Darrieus 설계는 이론적으로 기존 유형보다 비용이 적게 듭니다. 대부분의 응력은 터빈 하단에 위치한 제너레이터에 대해 토크를 가하는 블레이드에 있기 때문입니다.수직으로 균형을 맞춰야 하는 유일한 힘은 바깥쪽으로 휘어지는 날개에 의한 압축 부하(따라서 타워를 "끄집어내려고" 시도)와 터빈 전체를 날려버리려는 풍력이며, 그 중 절반은 바닥으로 전달되고 나머지 절반은 가이 와이어로 쉽게 상쇄될 수 있습니다.

반면 기존 설계에서는 메인 베어링이 위치한 탑 꼭대기에서 모든 바람의 힘이 탑을 밀어 넘어뜨립니다.게다가 프로펠러가 탑 꼭대기 위아래로 회전하기 때문에 이 하중을 상쇄하기 위해 가이 와이어를 쉽게 사용할 수 없다.따라서 기존 설계에서는 프로펠러의 크기에 따라 극적으로 성장하는 강력한 타워가 필요합니다.현대적 디자인은 그 가변 속도와 가변 피치의 대부분의 타워 하중을 보상할 수 있습니다.

종합적으로 비교하면 Darrieus 설계에는 몇 가지 장점이 있지만, 특히 MW 클래스의 큰 기계에서는 더 많은 단점이 있습니다.Darrieus 디자인은 블레이드에 훨씬 더 비싼 소재를 사용하지만 대부분의 블레이드는 지면과 너무 가까워 실제 전력을 공급하지 못합니다.기존 설계에서는 에너지 생산과 수명을 극대화하기 위해 날개 끝이 최저점에서 지면으로부터 40m 이상 떨어져 있다고 가정합니다.지금까지 주기적인 부하 [citation needed]요건을 충족할 수 있는 소재(탄소섬유도 포함)는 없었습니다.

Giromills

그림 3: 지로밀형 풍력 터빈
호주 호바트의 마린보드 빌딩 꼭대기에 설치된 MUCE 터빈

Darrieus의 1927년 특허는 수직 에어포일을 사용한 가능한 모든 배치에 대한 내용도 포함하고 있다.보다 일반적인 유형 중 하나는 Giromill 또는 H-bar 디자인이라고도 불리는 H-로터로,[1][2][3] 일반적인 Darrieus 디자인의 긴 "계란 비터" 블레이드가 수평 지지대와 함께 중앙 타워에 부착된 직선 수직 블레이드 섹션으로 대체됩니다.이 디자인은 상하이의 [4][5]MUCE에서 사용하고 있습니다.

Cycloturbines

Giromill의 또 다른 변형으로는 Cycloturbine이 있는데, 각 블레이드는 각각의 수직 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되어 있습니다.이를 통해 블레이드가 "피팅"될 수 있으므로 항상 바람에 대한 공격 각도가 일정해집니다.이 설계의 주요 장점은 발생하는 토크가 상당히 넓은 각도에서 거의 일정하게 유지된다는 것입니다. 따라서 Cycloturbine은 3개 또는 4개의 블레이드가 있습니다.이 각도 범위에서는 토크 자체가 가능한 최대치에 가깝기 때문에 시스템이 더 많은 출력을 생성합니다.또한 Cycloturbine은 "바람을 타고 움직이는" 블레이드를 바람에 평평하게 던져 드래그(drag)를 발생시키고 터빈을 저속으로 회전시킬 수 있는 장점이 있습니다.단점으로는 블레이드 피칭 메커니즘이 복잡하고 일반적으로 무거우며, 블레이드를 적절히 피칭하기 위해서는 일종의 풍향 센서를 추가해야 합니다.

Helical 날

하트넬 대학의 헬리컬 대리어스 터빈입니다.

Darrieus 터빈의 블레이드는 예를 들어 3개의 블레이드와 60도의 나선 비틀림처럼 나선으로 캔팅할 수 있습니다.헬리컬 터빈의 원래 설계자는 Ulrich Stampa입니다(독일 특허 DE2948060A1, 1979).A. Gorlov는 1995년에 유사한 설계를 제안했다(Gorlov의 수력 터빈).바람이 터빈의 풍향과 풍향 양쪽에서 각 블레이드를 당기므로, 이 기능은 토크를 전체 회전으로 고르게 분산시켜 파괴적인 맥동을 방지합니다.이 디자인은 풍력 터빈의 Turby, Urban Green Energy, Enesere, Airotecture 및 Quiet Revolution 브랜드에서 사용됩니다.

능동 리프트 터빈

그림 5: 능동형 리프트 터빈 - 축방향 및 수직력
그림 6: 액티브 리프트 터빈 - 크랭크 로드 시스템

상대 속도는 블레이드에 힘을 생성합니다.이 힘은 축력과 수직력으로 분해할 수 있다(그림 5).Darrieus 터빈의 경우 반지름과 관련된 축력에 의해 토크가 생성되며, 상력은 암에 반회전마다 번갈아 응력, 압축응력 및 신장응력을 생성한다.크랭크 로드 시스템(그림 6)에서 능동형 리프트 터빈의 원리는 이 대체 구속조건을 추가 에너지 회수 방식으로 변환하는 것입니다.

추가 에너지 회수 시 기계적 응력 변환

[6][7]

레퍼런스

  1. ^ S. 브루스카, R. 란자파임, M. 메시나"수직축 풍력 터빈 설계: 석면비가 터빈 성능에 미치는 영향"2014.
  2. ^ 매츠 월."아문센-스콧 남극기지 운영을 위한 H형 풍력 터빈 설계"2007.
  3. ^ H-로터 그림(22페이지)
  4. ^ "China MUCE VAWT".
  5. ^ "Overcoming the Barriers to Renewable Embedded Generation in Tasmania: Appendix 13 Discussion – Peter Fischer, Director,Tasmanian Planning Commission" (PDF). Goanna Energy Consulting Pty Ltd. September 10, 2010. p. 195. (Vertical Muce) turbines on the MarineBoard building
  6. ^ Lecanu, Pierre normandajc 및 Breard, Joel과 Mouaze, 도미니크, 제어된 배기량을 가진 능동형 리프트 터빈의 단순 이론, 2016년 4월 15일
  7. ^ Lecanu, Pierre normandajc 및 Breard, Joel과 Mouaze, 도미니크, 배기량 제어형 능동형 리프트 터빈의 작동 원리, 2018년 7월

외부 링크

Wikimedia Commons에는 Darrieus Wind 제너레이터와 관련된 미디어가 있습니다.