صناعة شفرات عنفة الرياح

​

 مقدمة:

إضافة إلى الأحمال التي يجب على التوربين أن يتحملها، فإن الاعتبارات البنيوية التي يجب على المصمم أن يراعيها هي المواد المستخدمة وطريقة التصنيع، تاريخياً تم تصنيع الشفرات في البداية من الخشب، ثم تغطيتها بالأقمشة وثم أصبحت تصنع من المعادن، لكن منذ عام 1970 أصبحت تصنع من المواد المركبة وخاصة الفايبرغلاس والبوليستر، لكن صفائح الخشب المضغوطة والإيبوكسي أيضاً أصبحت تستخدم بشكل واسع، أما العنفات عمودية المحور فهي تستخدم الألمنيوم كمادة صنع بشكل عام.^

**تصميم شفرات الرياح:**

& العنصر الأساسي في الدّوار هي الشّفرات، فهي المسؤولة عن تحويل قوّة الرياح إلى العزم اللازم لتدوير المحرك، وتخضع الشفرة إلى تصميم إيروديناميكي وتصميم بنيوي بالإضافة لمراعاة عنصر الكلفة لمعرفة كلفة الطاقة خلال حياة عمل العنفة.

يتضمن التصميم الإيروديناميكي تحديد الطاقة المقدرة والسرعة المقدرة، وتصميم معدل سرعة طرف الشفرة (tip speed ratio)، إضافة إلى تحديد كل من هيئة مقطع الشفرة، عدد الشفرات المستخدمة، نوع الدوار (ثابت أو متحرك).

يمثل الشكل الخيارات الثلاث لشكل سطح الشفرة (a- شبه مثالي ، b -متناقص تدريجيّاً، c-وتر ثابت).

 الشكل 1: أشكل شفرات عنفة الرياح 

مع ازدياد السرعة الطرفية للشفرات، يصبح اختيار مقطع الشفرة (airfoil) أكثر أهمية، وبالتحديد فإنه من الضروري جعل معدل الرفع-إلى-السحب ليحصل الدوار على معامل طاقة عالي، ومن المعروف أن معامل الرفع له تأثير كبير على تماسك الدوار وبالتالي على وتر الشفرة، كلما كان المعامل أعلى كان الوتر أصغر، إضافة إلى ذلك فإن تصميم البروفايل يتعلق بنظرية تحكم الايروديناميكي المطبق على الدوار، فمثلاً البروفايل المناسب لدوار متحكم فيه خطوياً قد لا يكون ملائماً لدوار متحكم فيه بطريقة ثابتة، ويمكن أن يتم اختيار البروفايل المناسب بمساعدة بيانات خاصة مثل الموضوعة من قبل Selig  عام 1998 .

ليس من الضروري أن يكون البروفايل واحداً على طول الشفرة فمثلاً في الشكل الجانبي، من الشائع (لكن ليس دائماً) البروفايلات كلها من عائلة واحدة لكن الثخانة النسبية تتغير، الثخانات الكبيرة قرب الجذر تعطي قوة أكبر دون التأثير على أداء العنفة.

الهدف الأساسي في تصنيع الشفرات هو صنع بنية قوية خفيفة تتوافق بشكل جيد مع التصميم الايروديناميكي، والتصميم الأفضل في حالة العنفات أفقية المحور هو غير الخطي، حيث يكون المقطع الأفقي عند أي نقطة هو بروفايل محدد لذلك يظهر على المحيط الخارجي انحناء، وأيضاً تكون الشفرة مدببة ومفتولة للحصول على هيئة

​