Türbin Kanatlarının Aerodinamik Analizi ve Dizaynın Yapılması
- ALTEMA Rüzgar Türbini rotor tasarımının kanatlarına etki eden aerodinamik yükler, üç boyutlu Akışkanlar Dinamiğiile hesaplanmaktadır. Bu hesaplamaların, FLUENT veya ANSYS CFDgibi paket “Computational Fluid Dynamics (CFD)” programların kullanımı ile yapılmaktadır. Bu hesaplamalar için gerekli olan çözüm ağının, rüzgar türbini rotor geometrisi etrafında düzensiz çözüm ağı olarak, yukarıda bahsedilen paket programlarda mevcut olan çözüm ağı programları (GAMBİT vs.) ile oluşturulmaktadır. Bu hesaplamaların, rüzgar türbini rotorunun performansını belirleyebilmek için değişik rüzgar koşulları için yapılmaktadır. Bu hesaplamalar sonucunda elde edilen aerodinamik basınç ve kuvvetlerin analizleri, yapısal analiz modellerine uygulamak için hazırlanmaktadır.
Aerodinamik ve yapısal analizler sonucunda rotor tasarımında önerilen değişiklikler, tekrar aerodinamik analizlerin yapılması ve yapısal analiz için gerekli basınç ve kuvvet dataları sağlamaktadır.
Türbin Kanatlarının Yapısal Analizi ve Dizaynın Yapılması
- Aerodinamik analizler sonucunda dizayn edilen türbin kanatların katı modellemesi bilgisayar desteği kullanarak ( CAD ) yapılmaktadır.
- Kanatlarda kullanılacak olan kompozit malzemenin yapısal özellikleri aşağıdaki işlemlerle belirlenmektedir.
- Ham kompozit malzemelerin yapısal özelliklerini üretici firmalardan temin edilir. Test örneklerinin kanatta kullanılacak olan vakuminfizyon tekniği ile üretilir ve fırında kürlenir.• Bu örnekler deneysel analizlerden geçirilir, özelliklerinin tesbiti ve teorik değerlerle kıyaslanır. El hesapları ve basit formüller kullanılarak kanadın boyutlandırılmaktadır ve ön tasarımının gerçekleştirilmektedir.
Ön tasarım göz önünde bulundurarak, MSC. PATRAN ile kanadın detaylı bir sonlu elemanlar modeli oluşturulmaktadır. Modelleme esnasında aşağıdaki basamaklar sırasıyla uygulanmaktadır. • Katı model PATRAN paketine aktarılır, model çözüm ağı ve sonlu elemanlar oluşturulur, kanadın rotor bağlantısındaki sınır koşulları uygulanır.• Aerodinamik ve dönmeden oluşan kuvvetler tespit edilir ve modele uygulanır, kompozit malzeme özellikleri modele uygulanır, modeldeki sonlu elemanlara kompozit malzeme özellikleri atanır.
- Oluşturulan sonlu eleman modelinin MSC.NASTRAN kullanılarak analizlerin yapılmaktadır.
- Yüklerin ihmal edilerek, kanadın serbest titreşim özellikleri ve rezonans frekansları belirlenir.
- Aerodinamik etkilerden ve dönmeden kaynaklanan yükler altında kanadın, statik ve dinamik hareketiincelenir, kanat ucundaki deplansmanların tespiti ve stress analizleri yapılır.
- Elde edilen stress değerleri ve deplasmanları kullanılarak, yapı yeniden dizayn edilir. Stress analizlerinden dolayı meydana gelen geometrik değişiklikler kanadın aerodinamik performansınıetkileyecektir. Bu nedenle aşağıdaki belirtilen basamaklara ihtiyaç vardır.
- Değişen geometrinin CADkullanılarak güncellenmesi ve katı kanat modelinin yeniden oluşturulması.
- Aerodinamik analizlerin tekrarlanması.
- Sonlu elemanlar modelinin güncellemesi ve yapısal analizlerin tekrarı.
- Bu basamaklar aerodinamik performans ve yapısal dayanıklılık kriterleri sağlanana kadar tekrar edilir.
- Bu çalışmalara ek olarak, kanatların rotora bağlantısını sağlayan metal parçalar ve rotor, stress ve yorulma açısından MSC PATRAN veNASTRANpaketleri kullanılarak değerlendirilmektedir.