مقاله طراحی و تحلیل تنش توربین بادی محور عمودی سه-پره ای تحت بارگذاری دینامیک (2013 Textroad)

1. مقدمه

2. توربین بادی محور عمودی

3. توضیح مفصل طراحی و مدلسازی توربین بادی محور عمودی

4. تحلیل تنش دینامیک توربین در وضعیت مقیاس-کامل

5. نتایج

Clean and renewable energies have encouraged the engineers to try to meet the needs and problems of today’s world, among which wind energy is the most important one. In this course, innovation in designing and updating and improving the function of wind turbines as the best known energy convertor has been the subject of many industrial and academic studies in recent decades. The wind turbine designed in this article is of vertical axis type which has less been addressed in literature in which the moving shaft is perpendicular to the ground. As the demands of the designing, this turbine rotates with the constant rotation speed of 165 rpm and its nominal power is 3kw. Three blades with constant profile are considered for this wind turbine and two holding strut connectors are designed for each blade. Among the most important parts of the design are tubular shaft connected to the strut connectors besides to the main shaft to keep the turbine between the bearing, sprocket wheel to convert the speed ratio and finally the mechanical brake to control the speed. The turbine’s tower is designed, according to the geographical conditions of the area, and installed and started in the given height and the dynamic analysis is conducted according to the obtained forces. In this paper, different stages of designing the turbine parts referred here are presented based on the above analyses. At the end, fatigue analysis and determining the stress exerted on some of this wind turbine parts are presented.

انرژی های پاک و تجدیدپذیر, مهندسان را تشویق نموده اند تا برای برآورده سازی نیازها و رفع مشکلات دنیای امروز تلاش نمایند که در میان این انرژی ها, انرژی بادی, مهم ترین است. در این دوره, نوآوری در طراحی و به روزسازی و بهبود کارکرد توربین های بادی به عنوان بهترین مبدل انرژی شناخته شده, موضوع بسیاری از مطالعات صنعتی و دانشگاهی در دهه های اخیر بوده است. توربین بادی طراحی شده در این مقاله, از نوع محور عمودی است که در نوشته ها کمتر به آن پرداخته شده است و در آن, شفت متحرک عمود بر زمین است. با تقاضاهای طراحی, این توربین با سرعت چرخش ثابت 165 دور بر دقیقه می چرخد و توان نامی آن, 3 کیلووات است. سه پره با مشخصات ثابت برای این توربین بادی در نظر گرفته شده اند و دو کانکتور ستون نگهدارنده برای هر پره طراحی شده اند. در میان مهمترین بخش های این طراحی, شفت لوله ای متصل شده به کانکتورهای ستون در کنار شفت اصلی که توربین را بین یاتاقان ها حفظ می کند, چرخی برای تبدیل نسبت سرعت و در نهایت ترمز مکانیکی برای کنترل سرعت قرار دارند. برج توربین مطابق با شرایط جغرافیایی منطقه طراحی شده است و در ارتفاع معینی نصب و راه اندازی شده است و تحلیل دینامیکی مطابق با نیروهای به دست آمده انجام شده است. در این مقاله, مراحل مختلف طراحی قطعات توربین اشاره شده در اینجا بر اساس تحلیل های بالا ارائه می شوند. در انتها, تحلیل خستگی و تعیین تنش اعمال شده بر برخی از این قطعات توربین بادی ارائه شده است.