مواد و فناوري‌هاي ساخت پره توربين بادي محور افقي كوچك

Materials and Manufacturing Techniques of Small Horizontal Axis Wind Turbine Blade

نظر به پتانسيل مناسب انرژي بادي در ايران، امكان بهره‌گيري از توربين‌هاي بادي كوچك همانند توربين‌هاي بزرگ براي تأمين بخشي از برق موردنياز كشور وجود دارد. تحقيق حاضر به مواد مورد استفاده در توليد پره توربين بادي محور افقي كوچك و روش‌هاي ساخت آن مي‌پردازد. به ­اين­ منظور چوب و كامپوزيت، به‌عنوان دو ماده اصلي مورد استفاده در ساخت پره، بررسي شده ­اند. در ادامه، روش‌هاي اصلي توليد پره‌هاي چوبي شامل ماشين‌هاي براده­ بردار رايانه‌اي، كنترل عددي و كپي‌تراش و همچنين روش‌هاي توليد پره‌هاي كامپوزيتي ازجمله لايه­ چيني خيس، پيش‌آغشته، تزريق رزين و قالب‌گيري تحت فشار مطالعه شده‌اند. سپس روش چاپ سه‌بعدي و مواد پليمري مورد استفاده در آن به‌منظور توليد پره معرفي شده است. بررسي انجام‌گرفته نشان مي‌دهد كه پارامتر خستگي، نقش مهمي در تعيين جنس پره دارد و انتخاب روش ساخت با توجه‌به نوع كاربرد و تعداد پره موردنظر، نيازمند تحليل اقتصادي مرتبط است. باوجود مزاياي زيست‌محيطي چوب، پيچيدگي‌ها و هزينه ساخت پره چوبي مانع از توليد سريع و ارزان آن است؛ اما استفاده از كامپوزيت، هرچندكه همراه با معضلات زيست‌محيطي است، براي توليد انبوه پره، اقتصادي‌تر است. روش چاپ سه‌بعدي عليرغم ضعف‌ خستگي، روشي سريع و نسبتاً ارزان براي توليد مدل توربين بادي كوچك براي انجام آزمايش‌هاي تونل باد است.

Regarding the suitable potential for wind energy in Iran, it is possible to employ small wind turbines such as large ones to supply part of the electricity load of the country. The present study deals with materials used in small horizontal axis wind turbine blades and their fabrication methods. To this end, the wood and the composite, as the two main materials used in blades, have been investigated. Then, the main methods of producing wooden and composite blades have been analyzed. Finally, the 3D printing method and polymer materials used in this technique have been introduced. The study shows that the fatigue parameter has an important role in determining the blade’s material and the fabrication method. Despite the environmental benefits of using wood, the complexity and the manufacturing costs prevent rapid and affordable production of wooden blades. On the other hand, the mass production of composite blades is more economical, although it has environmental impacts. Despite the fatigue issue of the 3D printed blades, the 3D printing method is a fast and relatively inexpensive technique for fabrication of small wind turbine models for wind tunnel tests.