Geri Dön

Düşey eksenli rüzgar türbini milinin deneysel ve sayısal titreşim analizi

Experimental and numerical vibration analysis of a vertical axis wind turbine shaft

PDF İndir

  1. Tez No: 961153
  2. Yazar: SAMET SARIOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAMİT SARUHAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Düzce Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 95

Özet

Rüzgar türbinleri, rüzgarın kinetik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürerek elektrik üreten, hızla büyüyen, sürdürülebilir, temiz ve maliyet etkin bir enerji kaynağıdır. Küçük rüzgar türbinlerinden elde edilen enerji; küçük işletmeler, evler, okullar, sahra hastaneleri, geçici çadır kentler, askeri kamplar, seralar ve tarım gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Türbinin mili, gövde, pervane, dişliler ve yataklar gibi ana bileşenleri üzerine etkiyen değişken rüzgar yükleri, istenmeyen titreşimlere yol açmaktadır. Bu titreşimler rüzgar türbinlerinin mekanik arızalarına neden olabilmektedir. Milde oluşan titreşimler, çevresindeki türbin sistemindeki yapıya da etki eder. Bu nedenle türbin milin dinamik davranış özelliklerinin anlaşılması, türbin sistemindeki titreşimin kontrolü açısından önem arz etmektedir. Aşırı düzeydeki kararsızlıklar ve titreşimler, tüm rüzgar türbini sisteminin performansı ve kararlılığı üzerinde olumsuz etkilere yol açabilir. Bu çalışmada, düşey eksenli bir rüzgar türbininde milin geometrik ve malzeme özelliklerinin titreşim davranışı üzerindeki etkileri deneysel yöntemlerle incelenmiştir. Testlerde; AISI 1040 İçi Dolu, AISI 4140 İçi Dolu, AISI 1040 İçi Boş ve Karbon Fiber Takviyeli Plastik (KFTP) İçi Boş olmak üzere farklı geometri ve malzemelerden üretilmiş miller kullanılmış, bu miller test edilmiş ve rüzgar türbini uygulamaları açısından uygunlukları analiz edilmiştir. Türbin milinin doğal frekansları, mod şekilleri ve sönüm gibi dinamik davranışlarını anlamak amacıyla Deneysel Modal Analiz (DMA) gerçekleştirilmiştir. DMA ile elde edilen sonuçlar Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) ile doğrulanmıştır. Ayrıca, türbin millerin rüzgar türbini yapısı içindeki genel titreşim düzeyleri altında maruz kaldığı aşırı titreşimleri değerlendirmek amacıyla Operasyonel Sapma Analizi (OSŞ) analizi yapılmıştır. Ayrıca, millerin dinamik özelliklerinin daha detaylı anlaşılabilmesi amacıyla, rüzgar tüneli kullanılarak oluşturulan 5, 9 ve 12 m/s rüzgar hızlarında Sıra Analizi (SA) gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, tüm rüzgar hızlarında türbin milinin titreşim genliği, en düşük genliği ise AISI 4140 içi Dolu milde olduğunu göstermiştir. Kompozit miller düşük rijitlik nedeniyle rezonansa daha yatkın davranış sergilerken, çelik dolu miller daha stabil bir dinamik performans sunmuştur. Bu bulgular, türbin milinde doğru malzeme ve kesit seçiminin titreşim azaltımı ve sistem kararlılığı açısından kritik öneme sahip olduğunu ortaya koymuştur.

Özet (Çeviri)

Wind turbines are a rapidly growing, sustainable, clean, and cost-effective energy source that generates electricity by converting wind's kinetic energy into mechanical energy. Energy generated by small wind turbines is used in applications such as small businesses, homes, schools, field hospitals, temporary tent cities, military camps, greenhouses, and agriculture. Variable wind loads acting on the turbine's main components, such as the shaft, body, blades, gears, and bearings, can cause unwanted vibrations. These vibrations can lead to mechanical failures in wind turbines. The vibrations generated in the shaft also affect the surrounding turbine system structure. Therefore, understanding the dynamic behavior characteristics of the turbine shaft is important for controlling vibrations in the turbine system. Excessive instability and vibrations can have negative effects on the performance and stability of the entire wind turbine system. In this study, the effects of the geometric and material properties of the shaft on the vibration behaviour of a vertical axis wind turbine were investigated using experimental methods. In the tests, shafts made of different geometries and materials, including AISI 1040 Solid, AISI 4140 Solid, AISI 1040 Hollow, and carbon fiber reinforced plastic (CFRP) Hollow, were used, tested, and analyzed for their suitability for wind turbine applications. Experimental Modal Analysis (EMA) was conducted to understand the dynamic behavior of the turbine shaft, including its natural frequencies, mode shapes, and damping. The results obtained from EMA were validated using the Finite Element Method (FEM). Additionally, an Operational Deflection Analysis (ODS) was performed to evaluate the excessive vibrations that the turbine shafts are exposed to under general vibration levels within the wind turbine structure. Furthermore, to gain a more detailed understanding of the dynamic properties of the shafts, Order Analysis (OA) was performed at wind speeds of 5, 9 and 12 m/s using a wind tunnel. The findings show that the vibration amplitude of the turbine shaft is the lowest at all wind speeds in the AISI 4140 solid shaft. Composite shafts exhibit behaviour more prone to resonance due to their low rigidity, while solid steel shafts offer more stable dynamic performance. These findings highlight the critical importance of selecting the appropriate material and cross-section for the turbine shaft in terms of vibration reduction and system stability.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    635570

    Değişken kanat açılı düşey eksenli rüzgar türbini tasarımı

    Design of vertical axis wind turbine with variable pitch angle

    RIDVAN ALMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Mühendislik BilimleriDokuz Eylül Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPASLAN TURGUT

  2. Tez No

    387159

    Vibration analysis of a giromill-type vertical axis wind turbine.

    Düşey eksenli giromill tipi rüzgar türbininin titreşim analizi.

    MELİH AKGÜNEYLİ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Makine Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. BÜLENT YARDIMOĞLU

  3. Tez No

    720097

    Optimisation of vertical axis wind turbine by use inovative design

    Düşey eksenli rüzgar türbininin yenilikçi tasarım kullanımıyla optimizasyonu

    HASHEM IBRAHIM M ABUSANNUGA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    EnerjiKarabük Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ÖZKAYMAK

  4. Tez No

    615458

    Ev uygulamaları için düşey eksenli rüzgar türbini performansının deneysel incelenmesi

    Experimental investigation of vertical axis wind turbine performance for household applications

    İSMAİL ARDIÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Makine MühendisliğiKonya Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FARUK KÖSE

  5. Tez No

    833568

    Performance enhancement of a Darrieus type vertical axis wind turbine pair for different proximities and tip-speed ratios: An experimental analysis

    Darrieus tipi düşey eksenli rüzgar türbini çiftinin farklı yakınlık ve uç hızı oranları ıçin performansının artırılması: Deneysel bir analiz

    İSKENDER KÖKEY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    EnerjiDokuz Eylül Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPASLAN TURGUT

Geri Dön