Rüzgar türbini göbeği imalatı ve sistem integrasyonu
Wind turbine hub manufacturing and system integration
Yazar: SÜLEYMAN DEMİR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MURAT MAKARAÇI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Rüzgâr enerjisi son yıllarda önemini artıran ve son derece ilgi gören bir sektör olmuştur. Çeşitli rüzgar türbini tasarımları uygulamada bulunmaktadır. Temiz enerji elde etmek için günümüz mühendislik çalışmaları içinde yer almaktadır.Bu yüksek lisans tez çalışmasında, Türkiye'nin ilk yerli ve orta sınıf rüzgar türbini imalatı kapsamında türbinin pala bağlantılarının yapıldığı rotor göbeği (Hub) tasarımı üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışmanın yenilikçi kısmı rotor göbeğinin statik ve yorulma ölçütlerine göre tasarlanması ve piyasada var olan diğer orta sınıf türbin göbeklerinde bulunmayan teknisyen bakım silindirinin ilk kez göbek üzerinde tasarlanmasıdır. Rüzgar türbini rotor göbeğinin yapısal olarak tasarlanmasında statik, yorulma ve titreşim analizleri sonlu elemanlar yöntemi yardımıyla yapılmıştır.Tasarımın modellenmesi SolidWork yazılımıyla, analizler ise ANSYS, COMSOL, SAMCEF yazılımları kullanılarak tamamlanmıştır. Statik, yorulma ve titreşim analizlerinin yanında sistemin piyasada kullanılan diğer türbin göbeklerinden farklı bir ağırlıkta tasarlanması amaçlanmış olup bunun için de şekil optimizasyonu yapılarak ağırlık azaltma işlemine gidilmiştir. Ayrıca bu çalışmada türbin göbeğinin birleşenleri olarak bilinen yunuslama (Pitch) sistemi tasarımı yapılmıştır. Palalara yunuslama açısını verebilmek için göbek içerisinde bulunan yunuslama yatağının (Slewing Bearing) dönme açıları aerodinamik etkilerden ve kanat atalet momentleri dikkate alınarak hesaplanmış ve yunuslama yatağının seçimi yapılmıştır. Kanatlara yunuslama açısının verilebilmesi için göbek içerisinde bulunan servo yunuslama motorlarının gücü hesaplanmış ve redüktör kademeleri belirlenmiştir.Statik ve aerodinamik yükler altında mukavemet analizleri yapılmış ve çeşitli yük durumları kullanılarak hesaplama ve seçim işlemleri sonuçlandırılmıştır. Bu durumda oluşturulan tasarımlar için IEC 64100-1 standartlarına göre statik ve yorulma bakımından normlarda verilen yeterli emniyet faktörleri bulunmuştur. Sonuç olarak rotor göbeğinin ilk yapılan tasarımlara göre ağırlığı yaklaşık % 40 oranında azaltılmış ve üretilecek ilk yerli rüzgar türbininin rotor göbeği tasarımı güvenli olarak tamamlanmıştır.Anahtar Kelimeler: IEC 64100-1, Emniyet Faktörü, Pala, Rotor Göbeği, Rüzgar Türbini, Statik ve Yorulma.

Abstract:
Wind energy has become one of the most developed, and an attractive sector in the last decades. There are some different wind turbine designs present in the industrial operations. Wind turbine technology has become one of the most significant engineering objects for the production of renewable energy.In this thesis, the design and analysis of the rotor hub of the first national wind turbine was completed. The most innovative part of this project is to design the rotor hub according to static and fatigue criteria, and also the design of manholes on the hub surface for the first time. The work was accomplished by several numerical methods and computer codes. The methodology for the solution process was completed via finite element methods. The design part of the project is done by Solid works and static and fatigue analyses are accomplished by the finite element codes COMSOL, ANSYS and SAMCEF. Beside the static, fatigue and modal analysis of the system, shape optimization of the rotor hub is performed by ANSYS software to reduce the weight. Moreover, in this thesis project, additional work is considered for the automatic pitch angular position system for blades. In the content of the additional work, selection of the slew bearing that connects the wing and rotor is done. The selection process is completed based on the inertial torques that is calculated for the slew bearings. In order to supply the required angular positioning of the wings, selection of the pitch motor mechanisms are completed by calculating required torque, power and reduction stages for the actuators.The strength analyses of the structure are conducted under full static and dynamic loadings. Under these conditions, the safety factors that are stated in the IEC 64100-1 standards are achieved with respect to both static and dynamically. As a consequence; weight is reduced by 40 % for the first national wind turbine rotor hub design for safe operation.Keywords: IEC 64100-1, Safety Factor, Blade, Rotor Hub, Wind Turbine, Static and Fatigue.