تحلیل ارتعاشات آزاد یک توربین بادی محور افقی با پایه متحرک

در این پژوهش، معادلات حرکت برای یک توربین بادی محور افقی با پایه متحرک بدست آمده و فرکانس های طبیعی و ارتعاشات آزاد سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. پایه توربین بادی بصورت صلب و پره های آن بصورت تیرهای انعطاف پذیر مدلسازی شده است. خمش و پیچش پره به عنوان دو درجه آزادی مورد بررسی قرار گرفته اند. شافت متصل به پره، به صورت صلب فرض شده است. در این مقاله به طور خاص یک توربین بادی 5 مگاواتی محور افقی مورد بررسی قرار گرفته است که پایه آن در آب شناور بوده و دارای سه سرعت زاویه ای در جهات مختلف است. با توجه به شکل پیچیده پره و متغیر بودن خواص آن در طول، خصوصیات مقطع به مقطع پره یک توربین 5 مگاواتی واقعی استخراج شده و سپس جرم و پارامترهای هندسی آن به کمک برازش منحنی توسط نرم افزار متلب در طول پره استخراج شده اند. معادلات حرکت و شرایط مرزی به کمک اصل همیلتون استخراج شده اند و سپس با استفاده از روش گالرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده اند. پس از آن با تنظیم معادلات به فرم فضای حالت، مقادیر ویژه محاسبه و فرکانس ها بدست آمده اند. به منظور بررسی صحت معادلات، نتایج بدست آمده در حالت های خاص با نتایج پژوهش های پیشین مقایسه شده که همخوانی خوبی بین نتایج وجود دارد. سپس اثر پارامترهای مختلف بر روی تغییرات فرکانس توربین و پاسخ های زمانی ارتعاشات پره توربین بررسی شده است. نتایج نشان می دهد سرعت دورانی پایه توربین و همینطور تغییرات سرعت دورانی پره هابرفرکانس های سیستم و ارتعاشات آزاد پره توربین تاثیرات قابل توجهی دارند.