Mehmet TEKELİ, Mehmet ÖZTÜRK, Mehmet BAHADIR

Yatay Eksenli Bir Rüzgâr Türbin Kanat Dizaynı

Rüzgar türbinlerinin verimli olarak çalışmasında türbin kanatlarının optimum dizaynı önemli bir faktördür. Bu çalışmada, sonlu elemanlar metodu kullanılarak bir rüzgâr türbin kanadının gerilme analizi yapılmıştır. İlk olarak 13,02 m yarıçapında 150kw gücündeki bir rüzgâr türbin kanadının geometrisi belirlenmiş ve kanat profili olarak NACA-4418 profili seçilmiştir. Daha sonra maksimum güç ilkesinden hareketle rotor devir sayısı bulunarak, kanat kök-veteri ile uç-veteri arasındaki burulma açısı belirlenmiştir. Geometrisi belirlenmiş olan yapı dörtgen ve üçgen kabuk elemanlar ile sonlu elemanlara bölünmüştür. Sonlu elemanlar ile modellenen bir rüzgâr türbini kanat yüzeyindeki basınç katsayıları Vortex-Lattice metodu ile elde edilmiştir. Sonlu elemanlar ile yapı analizi için sınır şartları ve malzeme özellikleri belirlenerek veri dosyası hazırlanmıştır. Hazırlanan veri dosyası kullanılarak bilgisayar programı yardımıyla yapı üzerindeki elemanlarda gerilmeler bulunmuştur. Daha sonra ise elde edilen gerilmelere uygun olarak yapının gerilme renklendirmesi yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Rüzgâr Türbin Kanadı, Sonlu Elemanlar Metodu, Gerilme Analizi

Design of Horizontal Axis Wind Turbine Blade

The optimum design of the wind turbine blade is a very important factor for the efficient performance of wind turbines. In this study, the stress analysis of a wind turbine blade is done with finite element method. First, the geometry of a wind turbine blade which has a 13.02 m diameter and a power of 150-200 KW is determined and NACA-4418 profile is chosen as the blade profile. Next, according to maximum power principle, number of revolution of the rotor is found then, the torsional angle between root chord of blade and tip chord of blade is determined. After that, the structure whose geometry has been established is divided into finite elements being rectangular and triangular shell elements. In order to determine pressure distribution on the structure, it is modeled as a thin wing at mean line direction by dividing proper Vortex-Lattices with consistency of surface structure analysis. By using data obtained here, aerodynamic pressure coefficients are calculated on every element with the help of computer program. After the analysis of a data file is prepared. The stresses on the elements of the structure are calculated by using computer program with this prepared data file. After that, the structure is colored with different colors according to different stress values.

Keywords:

Wind Turbine Blade, Finite Element Method, Stress Analysis,

PDF

___

Abboot, H. I., and Doenhoff, A. E. (1949). Theory of Wing Sections, McGraw Hill, New York.
Bayrakçı H. C. (2007). Delikanlı K., Türkiye’de Rüzgar Enerjisi ve Potansiyel Belirleme Çalışmaları, Mühendis ve Makine Cilt 48, Sayı 569, 78-80 s.
Bechly M. E., Clausen P. D. (1997). Structural Design of a Composite Wind Turbine Blade Using Finite Element Analysis, Computer and Structure, 63, (3), 639-646.
Cox K., Echtermeyer A. (2012). Structural Design and Analysis of a 10 MW Wind Turbine Blade, Energy Procedia, 24, 194-201. Hameed M. S., Afag S. K. (2013). Design and Analysis of a Straigth Bladed Vertical Axis Wind Turbine Blade using Analytical and numerical techniques, Ocean Engineering, 57, 248-255.
El-Chazly N. M. (1993). Static and Dynamic Analysis of Wind Turbine Blades Using The Finite Element Method, Computer and Structure, 1993, 48, (2) 273-290.
Goeij W. C., Tooren M. J. L., Beukers A. (1999). Implementation of Bending-Torsion Coupling in the Design of a Wind Turbine Rotor Blade, Applied Energy, 63, 191-207.
Mecitoğlu Z. (1988). Takviyeli Dairesel Silindirik Kabuk Yapıların Serbest Titreşimlerinin İncelenmesi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul.
Onat C., Kepçeler T., Orgül B. O. (2004). Rüzgar Türbini Kanatlarının Katı Modellemesi, Mühendis ve Makine Cilt 45, Sayı 533, 41-47 s.
Tekeli M. (1993). Bir Rüzgar Türbin Palasının Yapı Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
Tekeli M. (2015). Stress Analysis of a Wind Turbine Blade Loaded with Static Load, 1nd International Conference on Science, Ecology and Technology, Iconsete, Vienna, Austria, 205.
Tekeli M. (2016). Indicating Pressure Distribution on the Surface of a Wind Turbine Blade, 2nd International Conference on Science Ecology and Technology, Iconsete, Barcelona, Spain, 1024-1032.
Younsi R., El Batanony I., Tritsch B. J., Naji H., Landjerit B. (2001). Dynamic Study of Wind Turbine Blade with Horizontal Axis, European Journal of Mechanics A/Solids, 20, 241-252.