Гнучкі гумові лопаті допомогли зменшити навантаження на припливні турбіни
Гнучкі гумові лопаті припливних турбін зменшили коливання навантаження без помітної втрати виробітку енергії.
Дослідники випробували припливну турбіну з гнучкими гумовими лопатями, що можуть пасивно змінювати форму під дією водного потоку. Експерименти у FloWave Ocean Energy Research Facility Единбурзького університету показали: така конструкція здатна знижувати навантаження на турбіну без помітної втрати виробітку енергії, повідомляє Nature.
На відміну від жорстких лопатей, у новій конструкції жорсткою залишається передня, найтовстіша частина, яка забезпечує міцність. Задня крайка лопаті є гнучкою від основи до кінця. Це дає їй змогу деформуватися у відповідь на зміну потоку без шарнірів, підшипників і приводів.
Пасивне обмеження пікових навантажень
Турбіну тестували за швидкості потоку від 0,5 до 1,0 метра за секунду та за різних значень швидкохідності. За номінальної швидкості близько 0,878 метра за секунду коефіцієнт потужності гнучких лопатей був близьким до показника жорстких і сягав приблизно 0,37.
Моделювання роботи протягом припливного циклу засвідчило, що турбіна з гумовими лопатями та регулюванням швидкості може виробляти приблизно стільки ж енергії, як система з активним регулюванням кута встановлення лопатей. Водночас за потоку, що перевищує номінальний, гнучкі лопаті пасивно зменшували тягу. Для жорстких лопатей за такого сценарію тяга зростала та досягала приблизно 1,65 від номінального значення.
Менші коливання від турбулентності
Автори також оцінили реакцію конструкції на високочастотні коливання, які спричиняють турбулентність, нерівномірність течії та взаємодія турбін у масиві. За номінальної швидкості потоку гнучкі лопаті зменшили коливання потужності приблизно на 18%, тяги — на 23%, а згинального моменту біля кореня лопаті — на 28% порівняно з жорстким варіантом.
За швидкості, що на 6% перевищувала номінальну, ефект зниження коливань зберігався. Дослідники зазначають, що пасивна конструкція може зменшити потребу в активних системах керування, для яких під водою потрібні датчики, приводи, підшипники та шарніри. Саме коливні навантаження є одним із чинників втомного руйнування та позапланових простоїв припливних турбін.
