Rüzgar Türbin Kanadının Mekanik Tasarım Esasları

Abstract

Fosil yakıtların yakın bir gelecekte tükenecek olması ve dünyada enerjiye talebin giderek artması nedeniyle ülkeler yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmiş, yenilenebilir enerjiden daha fazla yararlanmak amacıyla Araştırma-Geliştirme (Ar-Ge) faaliyetlerine ağırlık vermişlerdir. Rüzgar türbinleriyle ilgili Ar-Ge faaliyetlerinden bazıları rüzgar türbinlerinden daha fazla yararlanmak amacıyla türbin boyutlarının arttırılması ile ilgilidir. Rüzgar türbin boyutları arttıkça rüzgarın enerjsini mekanik enerjiye dönüştüren türbin elemanı olan kanatların boyutları da artmaktadır. Kanat boyutları arttıkça da kanatta çeşitli mukavemet problemleri ortaya çıkabilmektedir. Bu nedenle, Rüzgar türbini tasarım sürecinde kanadın farklı rüzgar hızlarındaki mekanik davranışının (gerilme ve şekil değiştirmeler) tespiti önem arz etmektedir. Bu çalışmada yatay eksenli rüzgar türbinleri, rüzgar türbin kanatları ve kanat tasarım esasları ile ilgili genel bir değerlendirme yapılarak 2 MW'lık bir rüzgar türbin kanadının tasarımı yapılmış olup daha sonra bu kanadın farklı rüzgar hızlarındaki mekanik davranışı değerlendirilmiştir. Ayrıca dış yapı skin ve iç destek spar elemanı olmak üzere iki bileşenden oluşan rüzgar türbin kanadında iç destek elemanının optimum malzeme dağılımının belirlenmesi amacıyla topoloji optimizasyonu uygulaması yapılmıştır.

Due to fact that both fossil fuels will be consumed completely in the near future and increment in the demand of more energy in the world, countries have turned towards to renewable energy and have focused their attention on research and development (R&D) activities to get more benefit from renewable energy. In order to provide more advantages from the wind turbines, some R&D activities related to wind turbines are interested in the increase of the turbine dimensions. As the dimensions of the wind turbine rise, the dimensions of the blades that both transform wind energy into mechanic energy and also are the basic components of the wind turbine increase. Thus, the more increment of the blade dimensions, the more various strength problems can occur on blades. For this reason, determination of mechanical behaviour (stresses and deformations) on different wind velocities has a vital importance in the wind turbine desing process. In this study, a blade for 2 MW wind turbine was designed with making a general assessment related to horizantal axes wind turbine, wind turbine blades and the design principles of the wind turbine blades, then on different wind velocities, the mechanical behaviours of that blade was evaluated. Furthermore, owing to determine the optimum material distribution of spar, topology optimization was made on the wind turbine blade that consist of two components, namely, skin and spar.