لماذا تدور توربينات الرياح ببطء شديد؟ – آلان كورنيلييه
لأن أطراف ريشها تدور بشكل أسرع بكثير من مراكزها، ويجب تجنب السرعة الزائدة التي قد تؤدي إلى حدوث اضطراب وإتلاف هيكل أو آليات توربينات الرياح.
يوضح فريدريك جوسلين، أستاذ الهندسة الميكانيكية في بوليتكنيك مونتريال: “ما يحد من سرعة توربينات الرياح هو سرعة الصوت”. يتحرك طرف الشفرة بسرعة كبيرة ويضاعف طول الشفرة السرعة. إنه مثل جناح الطائرة: عندما تقترب من سرعة الصوت، هناك كل أنواع تأثيرات السوائل القابلة للضغط في الهواء والتي تؤثر على سلوك الجناح. […] بالإضافة إلى ذلك، حول النصل تتسارع الرياح، حتى لو لم تظهر عندما تنظر إليها من الأرض. »
تختلف سرعة الصوت، أو ماخ 1 نسبة إلى عالم فيزياء نمساوي في القرن التاسع عشر، باختلاف درجة الحرارة والارتفاع. على أرضية البقرة وعند درجة حرارة 15 درجة مئوية تكون السرعة 340 م/ث، أو 1235 كم/ساعة. عند -25 درجة مئوية، تكون سرعة الصوت أبطأ بنسبة 10%. كان إرنست ماخ أول من وصف الاضطراب المحيط بجسم يقترب من سرعة الصوت، وهو “حاجز الصوت” الشهير الذي تكسره الطائرات بـ”الانفجار”.
يدرس السيد جوسلين “ظاهرة عدم الاستقرار في الهياكل النحيلة”، مثل أجنحة الطائرات.
ويشير السيد جوسلين إلى أن “أكبر شفرات توربينات الرياح في العالم يتم تصنيعها في جاسبيسي”. في دائرة نصف قطرها 110 مترًا (107 مترًا للشفرة بالإضافة إلى المحور)، إذا كانت توربينات الرياح تدور بمعدل 7 دورات في الدقيقة، فإن سرعة طرف الشفرة تزيد عن 80 مترًا في الثانية أو 290 كم في الساعة! عند 7 دورات في الدقيقة، يبدو الأمر بطيئًا، لكنه كبير جدًا لدرجة أنه يسير بسرعة. »
يُستخدم حجم الشفرة هذا في توربينات الرياح البحرية. وعادة ما يكون حجم شفرات توربينات الرياح على الأرض نصف هذا الحجم.
أستاذ آخر في كلية الفنون التطبيقية، أيون باراتشيفويو، هو مؤلف دليل تصميم توربينات الرياح، الذي يستخدم في الجامعات منذ نشره في عام 2002. ويقول السيد باراتشيفوي: “لقد أتيحت لي الفرصة للعمل على توربينات الرياح العمودية كاب-شات في منتصف الثمانينات”. باراشيفويو. كان على شكل مضرب بيض، بنصف قطر 100 قدم. وكانت تدور بسرعة 15 دورة في الدقيقة فقط، وهي ليست بالسرعة من مسافة بعيدة. لكن أطراف الشفرات كانت تتحرك بسرعة كافية بحيث كان علينا إجراء حسابات الاستقرار. »
تم تشغيل توربينات الرياح العمودية Cap-Chat لمدة أربع سنوات فقط، بسبب عاصفة أدت إلى إتلاف آليتها.