Investigation of the effect of bending twisting coupling on the loads in wind turbines with superelement blade definition
Burulma bükülme etkileşiminin rüzgar türbini yükleri üzerindeki etkisinin süper eleman kanat kullanılarak incelenmesi
- Tez No: 368891
- Danışmanlar: PROF. DR. ALTAN KAYRAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 143
Özet
Bu tez çalışmasında, rüzgar türbin kanat kirişlerinin arasındaki flanş bölgelerinde kullanılan kompozit katmanların kanat eksenine göre açılı yerleştirilmelerinin, rüzgar türbin sistemindeki yorulma hasarına eşdeğer yüklerine olan etkisi incelenmiştir. Kanat kirişlerindeki açılı kompozit katmanlar tüm türbin sisteminde yük azaltılması için kullanılmıştır, çünkü açılı kompozit katmanlar rüzgar türbini kanatlarında eğilme-burulma etkileşimi yaratmaktadır. Tüm rüzgar türbini sisteminde eğilme burulma etkileşiminden kaynaklı yorulma yükü azalmasını değerlendirmek için hasar eşdeğer yükler kullanılmıştır. NREL'in 5 MW'lık türbini referans türbin olarak seçilmiştir. Tezin ilk fazında, referans türbin kanatlarının kiriş kesit özellikleri bilindiğinden, referans kanatlar üç boyutlu tersine bir tasarım işlemi için kullanılmış ve kesit kiriş özellikleri NREL'in referans kanadınkilere benzer olan üç boyulu bir tersine referans kanat tasarımı elde edilmiştir. Kanat eksenine göre açılı kompozit katmanların eğilme burulma etkileşmi potansiyeline etkisini doğru bir şekilde değerlendirmek için, kanadın dinamik süper eleman modeli oluşturulmuş ve rüzgar türbin sisteminin çoklu kütleli dinamik modeline aktarılmıştır. Eğilme burulma etkileşimli kanatlarda süper eleman modelini kullanmadan önce, süper eleman kanatlar ve doğrusal olmayan kiriş olarak modellenen kanatlar kullanılarak karşılaştırmalı bir çalışma yapılmıştır. Çıktılar, süper elaman kanatların, rüzgar türbini sistemlerinin zamana bağlı aero-elastik analizlerinde kullanılmasının uygunluğunu göstermiştir. Referans türbin sisteminin çoklu kütleli dinamik modeli, zamana bağlı aero-elastik analizler için Samcef Wind Turbine ortamında yaratılmıştır. Rüzgar türbini sisteminin analizleri, güç üretimi durumunda sabit rüzgar ve normal türbülanslı rüzgar yük durumları için yapılmıştır. Kritik monitör noktalarındaki hasar eşdeğer yükler zamana bağlı analiz çıktılar kullanılarak hesaplanmıştır. Sonuçlar kanat eksenine göre açılı kompozit katmanların, farklı kelebekleme yönü rijitlik değerleri ile kanat yapılarında yük azalmasındaki etkinliliği ve açılı kompozit katman kullanımının olası dezavantajları açısından ele alınmıştır. Çıktılar genel olarak, kanat eksenine göre açılı kompozit katmanların kanat kirişlerinin arasındaki flanş bölgesinde kullanılmaları ile rüzgar türbini sistemindeki kritik yük ya da moment bileşenlerinin hasar eşdeğer yüklerinde azalma olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the effect of off-axis plies in the spar caps of a wind turbine blade on the damage equivalent loads in a wind turbine system is investigated. The off-axis plies in the spar caps are exploited for load alleviation in the whole turbine system since the off-axis plies induced bending-twisting coupling into blades of wind turbine. Damage equivalent load is used to assess the effect of bend twist coupled blade on the fatigue load reduction in the whole wind turbine system. NREL's 5 MW turbine is selected as reference wind turbine system. In the initial phase of the thesis, since the sectional beam properties of reference turbine blades are known, the reference blades are utilized in a 3D inverse design process, and an inverse designed reference blade is obtained such that sectional beam properties of the 3D inverse blade design approximately match the sectional beam properties of NREL's reference turbine blade. In order to appropriately account for the effect of off-axis plies on the bending-twisting coupling potential, dynamic super element of the blade is generated and imported into the multi-body dynamic model of the wind turbine system. Before using super element models of bend twist coupled blades, a comparative study is conducted by using super element blades and blades modelled as non-linear beam. Results show the appropriateness of the use of super element blades for transient aero-elastic analysis of the wind turbine system. The multi body dynamic model of the reference wind turbine system is created in Samcef Wind Turbine for transient aero-elastic analysis. The analysis of the wind turbine systems are performed for the power production case with constant wind load case and normal turbulent wind load case. Damage equivalent loads at critical monitor points are calculated by time history results of the analysis. Conclusions are inferred with regard to the effectiveness of the off-axis spar cap plies with different flapwise stiffness values of the blade structure in load alleviation and possible drawbacks of the use of off-axis plies in the spar caps. Results show that in the overall, with the use of off-axis plies in the main spar caps of the blade, damage equivalent loads associated with the critical force or moment components can be reduced in the wind turbine system.
Benzer Tezler
- Gemilerde bünyesel titreşimlerin incelenmesi
An investigation on the structural vibration behaviour of ships
REYHAN ÖZSOYSAL
Doktora
Türkçe
2004
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ALİ İHSAN ALDOĞAN
- Önburulmalı fonksiyonel olarak derecelendirilmiş çubukların statik ve dinamik davranışlarının incelenmesi
Investigation of static and dynamic behaviors of functionally graded pretwisted beams
ÖMER EKİM GENEL
Doktora
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM TÜFEKCİ
- Geniş ambar ağzı açıklıklı konteyner gemilerindeki çarpılmanın incelenmesi
Investigation of warping of large container ships
TUĞÇE EROL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERTEKİN BAYRAKTARKATAL
- Çelik tel halatı mukavemetinin deniz ortamındaki değişikliklerinin incelenmesi
An investigation for the changes of steel wire rope strenght in the marine environment
İSMAİL KANDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MÜNİP BAŞ
- Eksenel yüklü eğilmeye maruz tel hatlarda oluşan tel gerilmelerinin incelenmesi
Analysis of wire stresses of axial loaded and bent wire rope
ERKAN YARDİBİ