Vi har läst på om rotorn och vindens energi och kraft och hur man maximalt kan använda vindens energi. Hur vinden beter sig och så är vi på ganska god jord med och har redan börjat skriva i rapporten om. Vi har också jämfört olika slags vindkraftverk och tagit reda på att man maximalt utnyttjar vindens energi med så kallade HAWT vindkraftverk, horisentalaxlade snabblöpare. Sedan vet vi hur mycket man behöver bromsa upp vinden med och hur snabbt vingspetsarna på rotorbladen måste färdas för att maximalt utnyttja vindens energi.
Vi står nu inför två dilemman, dels hur många blad vi ska ha och dels hur vi ska utforma våra rotorblad.
Vi har följande grundförutsättningar:
- Vi har en generator som får ut 2,3 V vid 1100 rpm, vi siktar på att kunna ladda ett batteri på 1,5 V och därmed borde vi hamna på ca 600-800 rpm.
- Vi har kommit fram till att enklaste materialet att använda är ett pvc-rör, eftersom det är tidsbesparande, starkt material då det kommer utsättas för stora krafter och man kan få en naturlig vriden form ur den, som vi vet är grunden i aerodynamiken för rotorbladen.
- Vi kan max ha en rotorradie på 1 m.
- Generatorn kräver ett fast varvtal för konstant spänning
- De aerodynamiska och fysikaliska förutsättningarna, alltså naturens förutsättningar.
Aerodynamiken och fysikaliska förutsättningar:
För att utnyttja energin maximalt bör vi vara runt löptalet 7 eller 9(löptal=rotorbladets spets hastighet/vindens hastighet) beroende på hur många vingar vi har. 2 vingar har löptalet 9 och 3 vingar har löptalet 7.
Vi vet också hur varv per minut(rpm) och rotorbladets spets hastighet beror av varandra och att vi gärna vill ha ett fast rpm för vår generator.
Med en radie på 0,5 m på rotorn så får vi vid 5 m/s hastighet att vi bör ha en vingspets hastighet på 45 m/s och då blir det 860 rpm på vindkraftverket, alltså ska den snurra 14 varv/s vilket är väldigt snabbt. Detta stämmer ganska bra överens med generatorns förutsättningar och gör så att ett fast varvtal anpassat efter det som generatorn kräver för att få 1,5 V är ganska bra för att maximalt utnyttja vindens energi vid hastigheter runt 5 m/s. Sen ska det bara vara praktiskt möjligt med sådana hastigheter.
Att ha ett fast varvtal på vindkraftverken har man haft tidigare och det är på moderna verk man har börjat ha variabelt varvtal. Så tekniken finns men vi måste komma på ett bra sätt för vårt småskaliga vindkraftverk att ha ett fast varvtal.
Utformningen av själva rotorbladen är det svåra. Det är de som avgör hur snabbt rotorn snurrar och så. Vi vet iallafall att vi ska ha en tordering, vridning, av bladen så att krafterna blir lika fördelade över hela bladet då bladets olika delar rör sig olika snabbt på grund av rotationen. Sedan vet vi att vi måste också ha en bredare bas och smalare spets eftersom basen måste klara av både centripetalkraften och ax-kraften(vältkraften)( som är relativt stora jämfört med den drivkraft(den kraft som skapar rotation) som man utvinner) för hela bladet.
Vi kommer utgå från medelhastigheten då vi gör torderingen och anpassar vinklingen av bladet, men sedan vet vi inte ifall vi kommer komma upp i den hastighet som vi borde för generatorn som vi skrivit ovan.
Vi vet också att vi på grund av vingens friktion inte bör ha en tjocklek på bladen som är mer än 12% av bredden som man har på dagens tjockaste rotorblad.
Men vi ska räkna på hur mycket vi ska tordera våra blad utifrån de hastigheter vi får fram av vinddatan.
Det finns fler faktorer än ovan nämnda att ta hänsyn till som vi ska läsa.
Vindens hastigheter:
Det vi ska anpassa oss efter är vindens hastigheter. Ifall vi ska ha ett fast varvtal så behöver vi anpassa oss efter vad medelhastigheten är och hamna runt detta i det effektivaste läget.
Medelhastigheten kan vi få fram genom att använda vinddata från mätstationer i närheten, i enskedetrakten via smhi eller liknande. Vindhastigheten är ju ganska lokal, men den uppmätta vindhastigheten brukar ligga på ett visst antal meter över marken och därför bör den vara densamma över hela enskede och på marknivå ska vi då räkna bort den turbulens som skapas av den närliggande bebyggelsen enligt de tabeller som finns.
Det finns tabeller som visar på hur ungefär vindhastigheterna är fördelade beroende på medelhastigheten och där ser man att mestadelen av vindhastigheterna är runt medelhastigheten och därmed så ska bör man anpassa det fasta varvtalet efter just medelhastigheten minus den turbulens som skapas, däremot så skapas det också en friktion mot marken som inte är lika lätt att beräkna.
Preliminärt tillvägagångssätt för att få fram rätt utformning av rotorbladen:
- Ta fram vinddata och medelhastighet för Enskede
- Uppskatta turbulens och friktion och dra bort det från medelhastigheten
- Mät vid vilket varvtal generatorn får spänningen 1,5 V
- Anpassa rotorns radie efter medelhastigheten och varvtalet på generatorn
- Bestäm ifall det lämpar sig bäst med 2 eller 3 rotorblad
- Bestäm torderingen på bladen utifrån medelhastigheten
- Ta reda på hur bredden på rotorbladen ska vara och bestäm
- Skär ut ur PVC-röret
Denna bilden visar rotorbladens infästning mha kraftiga bultar i en planka av massivt trä.
Detta innebär en betydligt lättare konstruktion.