Natáčení větrné elektrárny

Klasického natáčení VE pomocí kormidla: A .. plocha kormidla [m²]
D .. průměr rotoru [m]
a .. vzdálenost osy otáčení od roviny rotoru [m]
c .. vzdálenost osy otáčení od těžiště kormidla c=(2 až 5)a [m]
k .. empirický koeficient k=0.13 u rychloběžných rotorů, k=0.32 u pomaloběžných

Větší kormidlo má vliv na citlivost natáčení VE, ale zvyšuje namáhání rotoru od gyroskopických momentů. Větší citlivost také zajišťuje krátké vysoké kormidlo, nebo dvě desky s malým úhlem rozevření.

Regulace větrné elektrárny

Větrnou elektrárnu je třeba chránit proti přiliš vysokým otáčkám, jinak by mohly odstředivé a gyroskopické síly zničit rotor. U menších VE se většinou používá regulace která vytáčí rotor mimo ideální směr větru. U obou způsobů se využívá toho, že ocasní plocha není pevně přidělána k rotoru, ale přes čep.
V prvním případe vychýlení zajišťuje deska která je hned za rotorem a při silnějším větru překoná tah pružiny a začne rotor vytáčet na bok.
V druhém případě je rotor na svislém čepu umístěn trohu na straně. Tudíž samotný vítr působící na lopatky způsobuje vychýlení rotoru.
Místo pružiny, která určuje sílu při které se rotor začne vytáčet, se dá použít i závaží.
Pokud se rotor vlivem regulace odstavý do krajní polohy, je vhodné ho nějakou západkou (silným magnetem) v této poloze zajistit a pak znovu vrátit do pracovní polohy až vichřice ustane.
Je třeba brát v úvahu také namáhání rotoru od gyroskopických momentů, které je tím větší čím rychleji dochází k vychylovaní při poryvech. Proto se někdy do regulačního zařízení zapojují tlumiče, které zpomalují rychlost vyklápění.

Využití gravitace

A další způsob je vyklápět celou elektrárnu podle vodorovného čepu. Takže při silném větru se rotor odstavý do pozice helikoptéry.

Výpočty

Síla která tlačí na rotor: F_a .. axiální síla (síla kterou vítr tlačí na běžící rotor) [N]
D .. průměr rotoru [m]
v .. rychlost větru [m/s]
Jen připomínám, že těleso o hmotnosti 1 kg působí na svou podložku vlivem gravitace silou 9,81 N.

Pokud k natáčení rotoru použijete boční desku, tak síla kterou na ní vítr působí je: F .. síla kterou vítr tlačí na desku [N]
c .. součinitel odporu, deska c=1.1
S .. plocha vystavěná větru
ρ .. hustota vzduchu ρ = 1.28 [kg*m^-3]
v .. rychlost větru [m/s]

Další výpočet je vlastně řešení rovnováhy na páce. Nebo-li určíme velikost momentu který vzniká na rotoru (desce) M=F*r (r .. vzdálenost těžište síly od osy otáčení). Proti tomuto momentu působí síla pružiny zase na svém rameni. Pokud se oba momenty vyrovnají, tak nastává okamžik od kterého se začíná rotor vytáčet.

---

Jsou i jiné způsoby regulace. Například natáčení listů rotoru (mimo optimální úhel náběhu), různé aerodymamické brzdy ale ty musejí být umístěny na rotoru (listech) a to značně komplikuje výrobu a zvyšuje možnost poruchy.

Grafy

Ještě sem vložím několik grafů, které se mohou hodit při návrhu regulace.