Rüzgar türbini göbeğinin yapısal tasarımı ve optimizasyonu

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2011

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: SERKAN DEMİRCİ

Danışman: Murat Makaraci

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışmada 500 kW nominal güç üretecek olan 3 kanatlı Yatay Eksenli Rüzgar Türbin (YERT) rotorunun göbek kısmının optimal yapısal tasarımı hedeflenmiştir. Göbek (hub); türbin kanatlarının bağlandığı parça olup, kanatlardan aldığı gücü transmisyon mili aracılığıyla jeneratöre iletir. 10 ? 500 kW güç aralığındaki YERT için göbek şekil, boyut, malzeme ve kuvvet araştırması yapılmış ve boyutlandırmalar türbin gücüne bağlı olarak parametrik oluşturulmuştur. Araştırmalar ışığında plaka ve küresel olmak üzere 2 farklı göbek geometrisi seçilmiştir. Göbeğe etkiyen kuvvetler hesaplanmış ve literatüre göre uygunluğu doğrulanmıştır. Türbin tekrarlı değişken yük altında çalıştığı için göbeğin yapısal tasarımı yorulma analizine göre yapılmıştır. ANSYS Workbench programı kullanılarak göbeğin plaka ve küresel katı modelleri oluşturularak, sonlu elemanlar yorulma analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu aşamadan sonra, ANSYS Workbench DesignXplorer yazılımında DOE (Deney Tasarımı) metoduyla göbek çapı ve kalınlığı bağımsız değişkenler olarak seçilmiş, bağımlı değişken olarak belirlenen göbek kütlesi, minimum eşdeğer gerilme, emniyet katsayısı ve parça ömrü ile bağımsız değişkenler arasındaki bağıntılar grafik olarak bulunmuştur. Bu sonuçlara dayanarak, DesignXplorer yazılımında Goal Driven Optimization (GDO) modülü kullanılarak her bir göbek geometrisine ait 3 farklı emniyet katsayısı için ömür şartını sağlama kıstasıyla minimum göbek kütlesi hesaplanmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen verilere dayanarak 500 kW'lık YERT için minimum ağırlıktan dolayı küresel göbek geometrisi seçilmiş ve göbek çapı ve et kalınlığı için en uygun değerler belirlenmiştir. Son aşamada ise, kanat bağlantı halka kalınlık çarpanı, köşe yuvarlatma oran yüzdesi ve halka yükseklik oran yüzdesi bağımsız değişkenler olarak alınarak statik, yorulma analizleri, DOE ve GDO optimizasyonu yenilenmiştir. Böylelikle göbek kütlesinde ilk optimizasyon değerine göre önemli miktarda ağırlık azaltılması gerçekleştirilmiştir.