500 KW Rüzgar Türbini İçin Ana Şaft Tasarımı Ve Analizi

Abstract

Bu çalışmada, 500 kW güç üreten bir rüzgar türbinin ana şaftının tasarımı ve yapısal analizleri yapılmıştır. Ana şaftın boyutlandırılmasında yorulma kriterlerinin esas alınması gerekmektedir. Ana şaftın yorulmaya ait yük durumu ise literatürde bulunan ampirik formüller kullanılarak hesaplanmıştır. Yorulma analizlerinde şaftı çevrimsel yüklerle zorlayan rotor ağırlığının yanında rüzgar kesmesi ve kule blokaj etkisi vb. sebeplerle ortaya çıkan değişken eğilme momenti ve tork değerleri de hesaba katılmıştır. Ana şaftın kritik kesitlerindeki çap hesabı, ASME Eliptik yorulma kriteri kullanılarak sonsuz ömre göre yapılmıştır. Ana şaftın tasarımındaki kritik bölgeler şaftın yataklandığı bölge ve şaftın dişli kutusuna bağlandığı bölgedir. Ayrıca, kontrol amaçlı olarak Uluslararası Elektroteknik Komisyonu’nun (International Electrotechnical Commision) yayınlamış olduğu IEC 64100-1 standardında belirtilen yükleme şartları için ana şaftın statik analizleri ANSYS 14.5 sonlu elemanlar yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Şaftın sonlu eleman modeli SOLID185 elemanlar kullanılarak oluşturulmuştur. Ayrıca, ana şaft - göbek bağlantı elemanlarının analizi de bu çalışma kapsamında yapılmıştır. Sayısal ve analitik yöntemler kullanılarak elde edilen deformasyon ve gerilme sonuçları karşılaştırılmış ve iyi bir uyum olduğu görülmüştür.

In this paper, the main shaft which is one of the important structural parts for a 500 kW wind turbine has been designed. The fatigue criteria has been based on sizing the main shaft. The main shafts critic desing loads have been calculated by empirical formulas which are on the literatures. Oscillation moments of the torque and the flexural moments which is created by wind share, and effect of tower, etc. have been envisaged for analytical and numerical studies. In this study, the main shaft has been designed for infinite life using with ASME Elliptic criteria. There are two critic areas which are supported and connected to the gear box. In addition Iternational Electrotechnical Commision (IEC) 64100-1 standards have been based on the critic design load cases. The main shaft and the fasteners are modeled using the finite element method. The finite element model of the shaft is designed using with SOLID185 elements. Its static analysis have been achieved with using ANSYS 14.5 software. Also a comparison of two different approximations have been mentioned in this paper. The values of analitic and numerical of deplacement and stress are compared each.