Eğilme-burulma Bağlaşımlı Rüzgâr Türbini Pala Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, en iyi burulma ve veter dağılımı elde edilecek şekilde ideal pala tasarımı yapabilmek amacıyla pala elemanı momentum kuramından (PEMK) faydalanılarak MATLAB ile bir tasarım kodu hazırlanmıştır. Bu kod yardımıyla, Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) Standartları göz önünde bulundurularak 7,5 m/s’lik ortalama rüzgâr hızına sahip çalışma koşulu için çalkantılı iz durumu altında ideal bir pala tasarlanmış ve bu pala üzerinde oluşan tasarım yükleri hesaplanmıştır. Daha sonra bu aerodinamik tasarım için uygun kompozit kabuk ve pala kirişi malzemesi seçimi yapılıp geleneksel ve eğilme-burulma bağlaşımlı olmak üzere iki ayrı pala modeli, yapısal olarak tasarlanmıştır. Pala kabuğu ve kirişinde kullanılan gerekli malzeme özellikleri sonlu elemanlar yöntemiyle analiz yapan ABAQUS yazılımında tanımlanmış, doğrusal iki boyutlu çarpılma elemanları kullanılarak kesit özellikleri çıkartılmış ve bu özellikler daha sonra kabuk elemanları özellikleri olarak atanıp modal ve statik analiz gerçekleştirilmiştir. Böylelikle geleneksel ve bağlaşımlı yapıdaki, aynı geometrik özelliklere sahip iki tasarımın analiz sonuçları kullanılarak, uygun malzeme tanımlamasıyla geleneksel bir palaya istenilen güç çıktısını sağlayabilecek esnek bir yapı kazandırılması amaçlanmıştır.

In this study, to make an ideal blade design so as to gain the optimum twist and chord distribution, a design code is developed by using MATLAB and utilizing the Blade Element Momentum Theory (BEMT). Using the code developed, considering International Electrotechnical Commission (IEC) Standarts, under the operating condition of 7.5 m/s average wind speed, an ideal blade with wake rotation is designed and the blade design loads are calculated. Afterwards, by selecting appropriate composite shell and spar materials for this aerodynamic design, two structural models are designed as conventional blade and bend-twist coupled blade. The required material properties of blade skin and spar are defined in ABAQUS, finite element analysis software and the cross-section properties are derived by using two-dimensional linear warping elements and these properties are then assigned as elements to perform modal and statical analysis. Thus, by analysis results of conventional and coupled structured designs having the same geometrical specifications, and with an appropriate material definition it is aimed to design the conventional blade as a flexible structure which would provide the desired power output.