A novel design and preliminary investigation of composite material marine current turbine

• Autorzy: Wang J. , Piechna J. , Müller N.

Warianty tytułu

PL

Nowatorski projekt i wstępna analiza turbiny wykorzystującej prądy morskie wykonanej z materiału kompozytowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A high performance and light-weight wound composite material wheel has been developed and is intended to be used for many purposes. One of these applications is marine current turbine (MCT). Traditionally, major problems influencing the design and operation of MCTs are fatigue, cavitation and corrosion due to the sea water. Considering these factors, implementation of composite materials, especially Kevlar fiber/epoxy matrix, in MCTs is explained in this paper. This novel design pattern of composite material marine current turbine (CMMCT) shows many advantages compared to conventional turbines. This paper investigated several factors which should be considered during this novel turbine design process such as the composite material selection, filament winding of composite wheel and turbine's structural and cavitation analysis. The power coefficient of CMMCT by using CFD is also obtained and the experimental facilities for testing CMMCT in a water towing tank are briefly described.

PL

Wysokiej wydajności wirnik wykonany z materiału będącego tkanym, lekkim kompozytem został opracowany i jest przeznaczony do stosowania do wielu celów. Jedną z tych aplikacji są turbiny wykorzystujące prądy morskie (MCT). Tradycyjnie, główne problemy wpływające na budowę i działanie MCT to problemy zmęczeniowe, związane z kawitacją i korozją w wodzie morskiej. Wyjaśniono w tym artykule dlaczego biorąc pod uwagę powyższe czynniki, wykonano rotor z materiałów kompozytowych, zwłaszcza włókna Kevlar w epoksydowej matrycy. Ten nowy sposób wykonania elementów turbin wykorzystujących prądy morskie z materiałów kompozytowych pokazuje wiele zalet w porównaniu do stosowanych w konwencjonalnych turbinach. W artykule przedstawiono badania kilku czynników, które należy rozważyć w procesie projektowania turbin, takich jak dobór materiałów kompozytowych, sposobu tkania włókien kompozytowych wirnika oraz analizy strukturalnej turbiny i zjawisk kawitacji. Przedstawiono wartość współczynnika mocy turbiny uzyskanego za pomocą CFD oraz przedstawiono krótko podstawowe informacje o stanowisku do badań doświadczalnych turbiny holowanej w basenie.

Słowa kluczowe

EN

composite material; marine current turbine; filament winding; design

PL

materiał kompozytowy; turbina wykorzystująca prądy morskie; włókna wirnika; projekt

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. LVIII, nr 4
• Strony: 355--366
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Wang J.

autor

Piechna J.

autor

Müller N.

• Turbomachinery Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, MI 48824-1226, USA,

Bibliografia

• [1] A.S. Bahaj, W.M.J. Batten and G. McCann, Experimental verifications of numerical predictions of the hydrodynamic performance of horizontal axis marine current turbines, Renewable Energy 32 (2007) 2479-2490.
• [2] F.L. Ponta, P.M. Jacovkis, Marine-current power generation by diffuser-augmented floating hydro-turbines, Renewable Energy 33(2008) 665-673.
• [3] F. Grasso, Design and optimization of tidal turbine airfoil, AIAA 2011-3816, 29th AIAA Applied Aerodynamics conference, June 2011.
• [4] A.S. Bahaj, L.E. Myers, Fundamentals applicable to the utilization of marine current turbines for energy production, Renewable Energy 28 (2003) 2205-2211.
• [5] Q. Li, J. Wang, N. Müller, On the Realization of Filament Wound Composite Impeller for Water Refrigerant, ASME paper IMECE2009-12786.
• [6] www.kevlar.com .
• [7] R. Gibson, Principles of composite material mechanics, McGraw Hill, 1994.
• [8] J. Wang, J. Piechna, J. Olortegui-Yume and N. Müller, Stability analysis in wound composite material axial impeller, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2011.
• [9] A. Gorban, A. Gorlov and V. Silantyev, Limits of the turbine efficiency for free fluid flow, Journal of Energy Resource Technology, 2001 Vol.123.