The influence of spars' position in stanic analysis of blade for small horizontal axis wind turbine

• Autorzy: Pawlak M. , Czapla T.

Warianty tytułu

PL

Analiza wpływu położenia dźwigarów na statykę łopaty z małej elektrowni wiatrowej o poziomej osi obrotu

• Konferencja: International Seminar of Applied Mechanics (11 ; 08-10.06.2007 ; Wisła, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The model of blade described in presented article is based on blades from large wind turbines, where two spars are used, with constant thickness of upper and lower shells and three different aerodynamic profiles along the blade. However the initial assumptions for wind turbine that rated power is 1 kW in 7 m/s, rotor diameter is 3 m and the number of blades is 3. The shell model of blade with additional nodes positioned in aerodynamic centers was developed. The tangential and normal aerodynamic forces calculated according to the Blade Element Momentum theory algorithms implemented in Matlab, were attached to aerodynamic centers and such model was sent to the analysis by finite element method in MSC/Nastran. The deflection of blade was read from the output file and taken into optimization procedure. Main assumption was to ensure the possibility of work in low wind velocities by decreasing the mass of moving components of wind turbine. To ensure enough stiffness of blades during reducing of their mass was used optimization procedure based on genetic algorithms. As a result of optimization was presented the blade after mass minimization. Shape and spars position inside of each blade are main parameters responsible for not exceeding the maximum blade deflection, especially when the shells thickness is decreasing. As the consequence, the mass of blades was reduced.

PL

Model łopaty przedstawiony w artykule oparty jest na łopatach z dużych elektrowni wiatrowych, gdzie występują dwa dźwigary, stałe grubości górnej i dolnej powłoki łopaty oraz trzy różne profile aerodynamiczne mają zastosowane. Jednakże wstępne założenia dla elektrowni wiatrowej jest moc lkW przy 7 m/s, średnica wirnika 3m przy trzech łopatach jako elementach napędowych. Utworzony został model powłokowy łopaty z dodatkowymi węzłami w środkach aerodynamicznych. Siły aerodynamiczne wyznaczone zostały przy wykorzystaniu metody BEM zaimplementowanej w Matlabie. Wynikowe styczne i normalne siły aerodynamiczne przyłożone zostały do środków aerodynamicznych. Tak przygotowany model został poddany analizie metodą elementów skończonych w programie MSC/Nastran. Wynikowe odkształcenia łopaty znalazły zastosowanie w procedurze optymalizacyjnej. Głównym założeniem było utworzenie modelu łopaty mającej pracować już w niskich prędkościach wiatru poprzez redukcje masy ruchomych komponentów elektrowni. Aby zapewnić odpowiednią sztywność łopaty przy redukcji jej masy zastosowano optymalizację z wykorzystaniem algorytmów genetycznych. Wynikiem optymalizacji jest łopata ze zredukowaną masą. Kształt i położenie dźwigarów były głównymi parametrami odpowiedzialnymi za ograniczenie odkształcenia łopat. W rezultacie tego masa łopaty uległa zmniejszeniu.

Słowa kluczowe

EN

wind power plant; turbine blade; BEM method; finite element method; genetic algorithm; optimization

PL

elektrownia wiatrowa; łopatka turbiny; metoda BEM; metoda elementów skończonych; algorytm genetyczny; optymalizacja

• Wydawca: Wydawnictwo Katedry Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Modelling and Optimization of Physical Systems
• Rocznik: 2007
• Tom: z. 6
• Strony: 127--132
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz.

Twórcy

autor

Pawlak M.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Applied Mechanics

autor

Czapla T.

• Silesian University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Applied Mechanics

Bibliografia

• 1. Arabas J.: Wykłady z algorytmów ewolucyjnych. WNT, Warszawa 2001
• 2. Marcinkowska M.: Dobór operatorów operacji genetycznych i ich wartości a zbieżność algorytmu genetycznego. Materiały Warsztatów Algorytmów Genetycznych, s. 27 - 40, Bielsko-Biała Szyndzielnia, 26-27.04.2002
• 3. Michalewicz Z.: Algorytmy genetyczne + struktury danych = programy ewolucyjne. WNT, Warszawa 1999
• 4. Hansen Martin O. L.: Aerodynamics of wind turbines. Published by James & James, London 2002
• 5. Jureczko Μ., Pawlak Μ., Mężyk Α.: Optimisation of wind turbine blades, Journal of Materials Processing Tech., Elsevier Science, Volume: 167, Issue:: 2-3, August 30, 2005, pp. 463-471