Vinger
Vingerne på en vindmølle kan varieres på rigtig mange måder. Her kommer et par eksempler i kan undersøge nærmere ved undersøgelse på nettet, udregninger eller undersøgelser i form af forsøg.
Vingernes længde og det overstrøgne areal
Vingernes længde spiller ind på rigtig mange faktorer. Det første vi kigger på er det man kalder det overstrøgne areal. Det er det areal vindmøllens vinger dækker under en fuld rotation. Man kan nemt beregne vingernes overstrøgne areal med en formel i kender fra matematikken.
Det overstrøgne areal har betydning for hvor meget vind vindmøllen kan "fange" med vingerne.
Tiphastigheden betyder også meget for både støjen fr vindmøllen, men også hvor store kræfter vingerne trækker i navet med.
Den største forsøgsmølle fra Vestas dækker et areal på 43.740 kvadratmeter Vingernes længde er 118 meter ! Men så er vindmøllen også 275 meter høj eller ca. 8 gange så høj som rundetårn.
Jo længere vingerne er, desto mere kraft kan møllen leverer (Nm =Newtonmeter). Du kan selv lave forsøg med forskellige længer stænger du holder i hånden imens en kammerat skubber på enden af stængerne.
Vingebredden
Bredden på vingmøllens vinger har betydning for hvor meget af vinden møllevingen "fanger", men laver man vingerne for brede får man for meget aerodynamisk modstand. På vindmøller med kun 2 vinger, ser man ofte at vingerne er relativt brede, men også at de roterer med højere hastighed, hvilket giver en mere højfrekvent vindstøj.
Kigger man nærmere på vindmøllevingen, kan man se at den er bredest inde ved nacellen, og bliver smallere ud imod tippen.
Vingens bredde eller vingekoordens længde er også ret vigtig i forhold til vindmodstanden. Jo længere den er, desto mere flade er i kontakt med vinden, og derfor større vindmodstand (friktion).
Vingens form
Vingen på en vindmølle ville også få møllen til at dreje rundt hvis det var en skrå flad planke. Men man har igennem mange års forskning perfektioneret vinges design. Ved roden af vingen er vinges korde lang (bred vinge) og nær tippen er den smal.
Vingen er også snoet en smule, for ydderst ved tippen bevæger vingen sig med op imod 250 km/t eller 69,4m/s. 20 meter ude på vingen er hastigheden kun 11,8 m/s eller 42,4km/t. Derfor er vingeprofilen tilpasset til at møde vinden og få optimalt lift i hele vingens længde. Tættest på navet er vingens hastighed i vinden lav, og vingen står mere skrå på rotationsretningen. Jo nærmere vi er på spidsen af vingen, desto "fladere" eller mindre stejlt er vingen i forhold til rotationsretningen.
Ser man på det fra et tværsnit et hvilket som helts sted på vingen, gælder det altså om at have optimalt "løft" for at trække vingen rundt. Er vingen for stejl, så staller vingen, og der skabes en masse turbulent luft bag vingen hvilket også giver ringere energiproduktion ved de efterfølgende vindmøller i vindskyggen.
Hvis vingeprofilen har en for lav vinkel vil der ikke dannes en tilstrækkelig trykforskel på over og underside af vingen. Dette kan udbyttes når vingen skal stå stille.
Vingen på moderne vindmøller kan drejes så vindmøllen hele tiden har den bedste hastighed i forhold til vinden.
Hvor mange vinger skal en vindmølle have
2, 3 eller 4 vinger... eller hvad med én?
Der er flere ting der spiller ind på antallet af vinger, omdrejningshastighed, gyroskopisk stabilitet, ballance, støj vindskygge, turbulens er allesammen overvejelser der skal gøres når man laver en vindmølle.
1 vinge: kræver kontravægt og er gyroskopisk ustabil i forhold til drejning om vindmøllens tårn. Den kræver stort vingeareal hvilket giver relativ stor vindmodstand på vingeprofilen. Høj rotationshastighed giver højfrekvens støj. der ud over giver høj hastighed problemer med rystelser i møllen.
2 vinger: Bruges i mindre vindmøller f.eks til en bondegård. De har høj rotationshastighed og en høj frekvens i forhold til støj. Vingerne er bredere. Gyroskopisk ustabil.
3 Vinger: Den mest anvendte model. Gyroskopisk stabil og den lavere rotationshastighed giver en lavere frekvens i støjen fra møllen. Forskning viser at tonen der genereres er mere tålelig. 3 vinger giver mere turbulens bag møllen (vindskygge) det er en kæmpe ulempe i vindmølleparker.
4 vinger: Giver endnu mere turbulens bag møllen. Mere materiale til byggeri uden at give mere energi.
Centrifugalkraft og Centripetalkraft
Centripetalkraften er den kraft en masse trækkes ind imod centrum med for at bevare en cirkulær bevægelse.
Centrifugalkraften er faktisk ikke en kraft, men bliver brugt til at beskrive hvor meget noget slynges ud af ved en cirkulær bevægelse.
Hvis centripetalkraften forsvinder (man klipper snoren eller vingerne sidder ikke fast) så vil objektet fortsætte lige ud præcis der hvor den slipper. (tangenten til cirklen)
Jo hurtigere vindmøller drejer rundt, desto mere kraft skal der bruges for at holde vingerne fast i en cirkulær bevægelse. Centripetalkraften (F) enheden er Newton. Indsætter man massen (m) i kg, (T) tiden for én omdrejning i sekunder og radius (r) i meter til massens midtpunkt.
Du kan selv lave forsøg med en spand i en snor hvor du putter forskellig vægt i og slynger det rundt med forskellig hastighed. Få en ven til at måle hvor hurtig en omgang er og vej det du har i enden af snoren.
Kender man hastigheden (v) på objektet og ikke omdrejningstiden (T) kan den anden formel bruges.
Bonusinfo: der skal 10 Newton til at løfte ét kg
