Dynamic investigation of twist-bend coupling in a wind turbine blade

• Autorzy: Luczak M. , Manzato S. , Peeters B. , Branner K. , Berring P. , Kahsin M.

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne i symulacyjne sprzężenia typu zginanie-skręcanie w dynamice łopaty turbiny wiatrowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents some results and aspects of the multidisciplinary and interdisciplinary research oriented for the experimental and numerical study in static and dynamic domains on the bend-twist coupling in the full scale section of a wind turbine blade structure. The main goal of the conducted research is to confirm experimentally the numerical prediction of modification of the dynamic and static properties of a wind turbine blade. The bend-twist coupling was implemented by adding angled UD (UniDirectional) layers on the suction and pressure side of the blade. Static and dynamic tests were performed on a section of the full scale wind turbine blade provided by VestasWind Systems A/S. The results are presented and compared with the measurements of the original and modified blade. Comparison analysis confirmed that UD layers introduce measurable bend-twist couplings, which was not present in the original blade.

PL

W artykule przedstawiono wyniki multidyscyplinarnych prac badawczych prowadzonych na sekcji dużej łopaty turbiny wiatrowej. Prace obejmowały badania eksperymentlane oraz symulacje numeryczne sprzężenia typu zginanie-skręcanie w statyce i dynamice badanej łopaty. Podstawowym celem badawczym było potwierdzenie w drodze eksperymentu wyników symulacji numerycznej własności statycznych i dynamicznych łopaty. Sprzężenie typu zginanie-skręcanie zostało wprowadzone w konstrukcji łopaty poprzez dodtkowe zalaminowanie warstw kompozytów włóknistych jednokierunkowych po obu stronach łopaty pod dobranym kątem. Testy statyczne i dynamiczne zostały zrealizowane na sekcji dużej łopaty turbiny wiatrowej dostarczonej przez producenta Vestas Wind Systems A/S. W pracy przedstawiono i porównano wyniki badań oryginalnej sekcji łopaty oraz sekcji zmodyfikowanej. Analiza porównawcza wyników potwierdziła wyniki symulacji numerycznych. Wprowadznie dodatkowych warstw kompozytu włóknistego spowodowało powstanie w badanej łopacie mierzalnego sprzężenia typu zginanie-skręcanie. Sprzężenie to nie było obserwowane w oryginalnej łopacie przed modyfikacją.

Słowa kluczowe

EN

wind turbine blade; bending; torsion; composite materials

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 49 nr 3
• Strony: 765--789
• Opis fizyczny: Bibliogr., 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Luczak M.

autor

Manzato S.

autor

Peeters B.

autor

Branner K.

autor

Berring P.

autor

Kahsin M.

• Institute of Fluid-Flow Machinery Polish Academy of Sciences, Gdańsk, Poland,

Bibliografia

• 1. Berring P., Branner K., Berggreen C., Knudsen H.W., 2007, Torsional performance of wind turbine blades – Part 1: Experimental investigation, International Conference on Composite Materials (ICCM-16), Kyoto, Japan
• 2. Branner K., Berring P., Berggreen C., Knudsen H.W., 2007, Torsional performance of wind turbine blades – Part II: Numerical validation, International Conference on Composite Materials (ICCM-16), Kyoto, Japan
• 3. Capellaro M., 2006,Modeling Bend Twist Coupled Blades, MSc Thesis, Technical University of Denmark
• 4. Deilmann C., 2009, Passive Aeroelastic Tailoring of Wind Turbine Blades – a Numerical Analysis, MsC Thesis Thesis (S.M.) – Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering
• 5. Fedorov V.A., Dimitrov N., Berggreen C., Krenk S., Branner K., Berring P., 2010, Investigation of structural behaviour due to bend-twist couplings in wind turbine blades, NAFEMS Nordic Seminar of Simulating Composite Materials and Structures, Esbjerg, Denmark
• 6. Griffith D.T., Smith G., Casias M., Reese S., Simmermacher T.W., 2006, Modal Testing of the TX-100 Wind Turbine Blade, Sandia Report SAND2005-6454
• 7. Larsen G.C., Hansen M.H., Baumgart A., Carl´en I., 2002, Modal Analysis of Wind Turbine Blades, Riso-R-1181, Riso National Laboratory, Roskilde, Denmark
• 8. Lobitz D.W., Laino D.J., 1998, Load mitigation with twist-coupled HAWT blades, Proceedings of 1998 ASME Wind Energy Symposium, January
• 9. Lobitz D.W., Veers P.S., 1999, Aeroelastic behavior of twist-coupled HAWT blades, Proceedings of 1999 ASME Wind Energy Symposium, January
• 10. Lobitz D.W., Veers P.S., Eisler G.R., Laino D.J., Migliore P.G., Bir G., 2001, The Use of Twisted-Coupled Blades to Enhance the Performance of Horizontal Axis Wind Turbines, Sandia Report SAND01-1303
• 11. Locke J., Hildago I.C., 2002, The Implementation of Braided Composite Materials in the Design of a Bend-Twist Coupled Blade, Sandia Report SAND02--2425
• 12. Locke J., Valencia U., 2004, Design Studies for Twisted-Coupled Wind Turbine Blades, Sandia Report, SAND04-0522
• 13. Luczak M., Branner K., Berring P., Manzato S., Haselbach P., Peeters B., 2011, Experimental verification of the implementation of bend-twist coupling in a wind turbine blade, [In:] Scientific Proceedings of EWEA2011 European Wind Energy Conference 2011, Brussels, Belgium
• 14. Luczak M., Dziedziech K., Vivolo M., Desmet W., Peeters B., Van der Auweraer H., 2010, Contact versus non-contact measurement of a helicopter main rotor composite blade, 9th International Conference on Vibration Measurements By Laser and Noncontact Techniques, AIVELA 2010, Ancona, Italy
• 15. Ong C.-H., Tsai S.W., 1999, Design, Manufacture and Testing of a Bend-Twist D-spar, Sandia Report SAND99-1324
• 16. Pedersen H.B, Kristensen O.J.D., 2003, Applied Modal Analysis of Wind Turbine Blades, Riso-R-1388(EN), Riso National Laboratory, Roskilde, Denmark
• 17. Peeters B., Van Der Auweraer H., Guillaume P., Leuridan J., 2004, The polymax frequency-domain method: a new standard for modal parameter estimation? Shock And Vibration, Special Issue dedicated to Professor Bruno Piombo, 11, 395-409
• 18. Walsh J.M., 2009, Composite Material Bend-Twist Coupling for Wind Turbine Blade Applications, MsC Thesis, University of Wyoming, Department of Mechanical Engineering
• 19. Zuteck M., 2002, Adaptive Blade Concept Assessment: Curved Planform Induced Twist Investigation, Sandia Report SAND02-2996