Bir rüzgar türbin palasının yapı analizi /
Yazar: MEHMET TEKELİ
Danışman: PROF. DR. RUŞEN GEZİCİ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Yüksek Lisans, 1993
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Optimum tasarım = Optimum design ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Yapı analizi = Structure analysis

Özet:
Alternatif bir enerji kaynağı olarak rüzgar enerjisinin elektirik enerjisine dönüştürülmesi amacıyla rüzgar türbinleri kullanılmaktadır. Rüzgar türbMerinin verimli olarak çalışmasında ise türbin palalarının optimum dizaynı önemli bir faktördür. Bu çalışmada bu amaca uygun olarak; bir rüzgar türbin palasının statik durum için yapı analizi yapılmıştır. İlk olarak (13.02) m yarıçapında (150-200) kw gücündeki bir rüzgar türbin palasının geometrisi belirlenmiş ve pala profili olarak NACA-4418 profili seçilmiştir. Daha sonra maksimum güç ilkesinden hareketle rotor devir sayısı bulunarak, pala kök- veteri ile uç-veteri arasındaki burulma açısı belirlenmiştir. Bundan soma geometrisi belirlenmiş olan yapı dörtgen ve üçgen kabuk elemanlar ile sonlu elemanlara bölünmüştür. Yapı üzerindeki basınç dağılımının belirlenmesi amacıyla yüzey yapı analizine uygun Vortex Lattice' lere ayrılarak kanat eğrilik doğrultusunda ince kanat olarak modellenmiştir. Burada elde edilen datalar aerodinamik özellikler ile kullanılarak bilgisayar programı yardımıyla her bir eleman üzerindeki aerodinamik basınç katsayıları bulunmuştur. Yapının sonlu elemanlar ile yapı analizi için sınır şartlan ve malzeme özellikleri de belirlenerek data dosyası hazırlanmıştır. Hazırlanan data dosyası kullanılarak bilgisayar programı yardımıyla yapı üzerindeki elemanlarda gerilmeler bulunmuştur. Daha sonra ise elde edilen gerilmelere uygun olarak yapının gerilme renklendirmesi yapılmıştır. Yapının deplasmansız ve deplasmanlı haldeki çizimleri ise Autocad programı kullanılarak yapılmıştır. Bu çalışma ile hazırlanan bilgisayar programlan ve mevcut programlar kullanılarak gerekli veriler data olarak girilir ise, rüzgar türbinlerinin önemli bir elemam olan palaların optimum dizayn edilebilmesi imkanlan oluşturulmuştur. Burada vurgulamak gerekir ki palaların dizaynında statik analiz ile birlikte, aero-elastik, yorulma ve titreşim analizlerininde yapılması gereklidir.

Abstract:
As an alternative energy source, wind turbines are used to convert wind energy into electrical energy. The optimum design of the wind turbine blade is a very important factor for the efficient performance of wind turbines. In this study, for the consistincy of this aim, the structural analysis of a wind turbine blade is done for static conditions. First, the goemetry 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 modelled as a thin wing at maen 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. The drawings of the structure with and without displacements are drawn by means of Autocad software program.