- Tytuł:
-
Adaptacyjna absorpcja obciążeń od ekstremalnych podmuchów wiatru w turbinach wiatrowych
Extreme gust load alleviation in wind turbines - Autorzy:
- Mróz, A.
- Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/31343099.pdf
- Data publikacji:
- 2013
- Wydawca:
- Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
- Tematy:
-
turbina wiatrowa
obciążenia
aerodynamika
wind turbine
load
aerodynamics - Opis:
-
W pracy przedstawiono koncepcję łagodzenia skutków działania ekstremalnych podmuchów wiatru na łopaty turbin wiatrowych. Zaproponowane zostało uzupełnienie istniejących, aktywnych mechanizmów nastawiania kąta łopaty o dodatkowy system, który umożliwia redukcję naprężeń w nasadzie łopaty w trakcie narastania ekstremalnych podmuchów wiatru. Zaprezentowane rozwiązanie półaktywne nie wymaga wprowadzania dodatkowych źródeł ani akumulatorów energii, gdyż wykorzystuje ono energię obecną w strumieniu powietrza do tego, aby szybko obrócić łopatę w kierunku położenia "w chorągiewkę" i w ten sposób złagodzić narastające w trakcie podmuchu obciążenia aerodynamiczne. Opracowany został własny model numeryczny w oparciu o metodę modalną oraz teorię pasową strumienia śmigłowego. Wykonano szereg symulacji pięciomegawatowej turbiny wiatrowej, w tym obliczenia obejmujące pracę w stanie ustalonym, odpowiedź na ekstremalny podmuch wiatru, a także proces hamowania awaryjnego. Wykazano, iż możliwe jest szybkie zredukowanie obciążeń aerodynamicznych działających na łopaty turbiny wiatrowej przez wysprzęglenie skrętnego połączenia łopaty z piastą, i następnie kontrolę procesu obrotu łopaty wokół swojej osi w trakcie narastania podmuchu wiatru. Średnia prędkość obrotu łopaty może być znacząco wyższa niż maksymalne prędkości uzyskiwane przez istniejące mechanizmy nastawiania kąta łopaty. Celem drugiej części pracy było wykazanie, na drodze prostego doświadczenia w tunelu aerodynamicznym, że łopaty wirnika wyposażone w odpowiedni mechanizm wraz z układem sterowania, mogą obrócić się w kierunku ustawienia "w chorągiewkę” oraz, że obrotowi takiemu towarzyszy spadek obciążeń aerodynamicznych w nasadzie łopaty. W oparciu o hamulec magnetoreologiczny zaprojektowane zostało połączenie łopaty i piasty o regulowanej sztywności skrętnej. Testy przeprowadzono na modelowej turbinie wiatrowej o średnicy dwóch metrów. Ponadto wykonano szereg symulacji numerycznych w celu porównania wyników testów z odpowiedzią modelu numerycznego i uzyskano zadowalającą zgodność wyników.
A new concept of extreme operating gust loads alleviation in wind turbines has been presented. A new system has been proposed, as an extension of existing, active pitch control mechanisms, which allows for reduction of stresses in a blade root, in response to a rising extreme gust. No energy sources or accumulators are required in the proposed semi-active solution as it utilizes the energy of the wind stream in order to turn the blade to feather and thus mitigate the aerodynamic loads induced during the rise of an extreme gust. The aim for the carried out numerical simulations was to demonstrate the effectiveness of the solution at the theoretical, academic level. A numerical model has been elaborated based on the Modal method and Blade Element Momentum (BEM) theory. A number of numerical simulations has been carried out for a five megawatt turbine, including steady state analysis, extreme operating gust response and emergency braking. Numerical results show that it is feasible to rapidly reduce aerodynamic loads acting on a wind turbine blades by means of unclutching the torsional connection between the blade and the hub and controlling the rotation process in response to a sudden gust. The average rotational velocity of the unclutched blade may significantly exceed maximum velocities obtained by existing pitch control mechanisms. The goal of a simple experiment in a wind tunnel described in the second part of the work was to prove that the wind turbine blades equipped with the adaptive clutch together with control system may be turned to feather under aerodynamic torsional moment and this is accompanied by the decrease in remaining reaction moments in the blade root. The core of the adaptive device was a magnetoreological clutch capable to adjust the torsional stiffness of the blade root. The tests were carried out on a two-meter diameter model wind turbine with tensometers in the blade roots allowing for monitoring of the blade root reaction forces. - Źródło:
-
IPPT Reports on Fundamental Technological Research; 2013, 6; 1-158
2299-3657 - Pojawia się w:
- IPPT Reports on Fundamental Technological Research
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł