Yatay Eksenli Bir Rüzgâr Türbin Kanat Dizaynı

Yıl 2017, Cilt: 9 Sayı: 2, 111 - 118, 15.06.2017

Mehmet Tekeli Mehmet Öztürk Mehmet Bahadır

https://doi.org/10.29137/umagd.352502

Öz

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

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

Wind Turbine Blade, Finite Element Method, Stress Analysis

Kaynakça

• 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.