مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل ارتعاشات آزاد یک توربین بادی محور افقی با پایه متحرک

نویسندگان
دانشگاه یزد
چکیده
در این پژوهش، معادلات حرکت برای یک توربین بادی محور افقی با پایه متحرک بدست آمده و فرکانس‌های طبیعی و ارتعاشات آزاد سیستم مورد بررسی قرار گرفته‌است. پایه توربین بادی بصورت صلب و پره‌های آن بصورت تیرهای انعطاف‌پذیر مدلسازی شده‌است. خمش و پیچش پره به عنوان دو درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. شافت متصل به پره، به صورت صلب فرض شده‌است. در این مقاله به طور خاص یک توربین بادی 5 مگاواتی محور افقی مورد بررسی قرار گرفته‌است که پایه آن در آب شناور بوده و دارای سه سرعت زاویه‌ای در جهات مختلف است. با توجه به شکل پیچیده پره و متغیر بودن خواص آن در طول، خصوصیات مقطع به مقطع پره یک توربین 5 مگاواتی واقعی استخراج شده و سپس جرم و پارامترهای هندسی آن به کمک برازش منحنی توسط نرم‌افزار متلب در طول پره استخراج شده‌اند. معادلات حرکت و شرایط مرزی به کمک اصل همیلتون استخراج شده‌اند و سپس با استفاده از روش گالرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده‌اند. پس از آن با تنظیم معادلات به فرم فضای حالت، مقادیر ویژه محاسبه و فرکانس‌ها بدست آمده اند. به منظور بررسی صحت معادلات، نتایج بدست آمده در حالت‌های خاص با نتایج پژوهش‌های پیشین مقایسه شده که همخوانی خوبی بین نتایج وجود دارد. سپس اثر پارامترهای مختلف بر روی تغییرات فرکانس توربین و پاسخ‌های زمانی ارتعاشات پره توربین بررسی شده‌است. نتایج نشان می‌دهد سرعت دورانی پایه توربین و همینطور تغییرات سرعت دورانی پره‌هابرفرکانس‌های سیستم و ارتعاشات آزاد پره توربین تاثیرات قابل توجهی دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Free vibration analysis of a horizontal axis wind turbine with movable base

نویسندگان English

Saeed Fadaei Naeini
Abbas Mazidi
چکیده English

In this paper, equations of motion for a horizontal axis wind turbine with movable base are extracted and natural frequencies and vibration of the system is studied. The wind turbine tower is assumed rigid while its blades are modeled as flexible beams. In-plane bending and twisting are considered as two degrees of freedom for blades motion.The shaft connected the tower to blades is assumed rigid and its rotational velocity is considered.In this paper, specifically, a 5-megawattfloating horizontal axis wind turbine, which it’s basehas three angular velocities in different directions,is studied.Due to the complex shape and variation of the properties along the length, the turbine blade properties such as mass and geometric parameters are extracted by curve fitting in MATLAB.The equations of motion and boundary conditions are derived by Hamilton's principle and then are transformed to ordinary differential equations by Galerkin method. By setting the governing equations to standard form (space state), eigenvalues and frequencies are calculated. The numerical results are compared with published results and good agreement is observed.Then the effect of various parameters on turbine blades frequencies and time responses are demonstrated. Results show that the tower base angular velocity and blades rotational speed have considerable effects on turbine blades time response and vibration frequencies.

کلیدواژه‌ها English

Horizontal axis wind turbine
Movable base
natural frequency
Free vibration