امروزه بسیاری از صنایع کلیدی در دنیا مانند کارخانه های مواد شیمیایی، صنایع پتروشیمی و نیروگاهها به پایان عمر طراحی خود رسیده اند در حالی که قسمت هایی از این صنایع دچار فرسودگی شده اند قسمت های دیگر همچنان قادر به ادامه کار هستند و به دلیل حساسیت و ارزش اقتصادی و هزینه بالای راه اندازی و نصب صنایع، مسایل زیست محیطی، طولانی بودن زمان ساخت و غیره باعث می شود که بحث تخمین عمر باقیمانده و استفاده بهینه از اجزا تشکیل دهنده این صنایع از اهمیت خاصی برخوردار شوند. در واقع اهمیت تخمین عمر باقیمانده زمانی پدیدار می گردد که بخواهیم از یک قطعه بیشتر از عمر طراحی استفاده کنیم. برخی اجزای تشکیل دهنده نیروگاه ها در شرایط کاری بحرانی تنش و دمای بالا قرار دارند، از جمله این اجزا، هدر بویلر نیروگاه می باشد که هدر بیشتر در اثر مکانیزم تخریبی خزش و خستگی قرار دارد. در این تحقیق مکانیزم های خرابی هدر شناسایی شده و بارهای دمایی و فشاری اعمال شده بر یک نموته هدر یک واحد 325 mw به همراه لیست خروجی های این واحد در یک دوره کاری از تاریخ 04/05/1379 تا 25/01/1388 جمع آوری و بارهای دمایی و فشاری بر روی هدر مدل شده در نرم افزار المان محدود ansys اعمال گردیده و سپس آنالیز تنش 3 بعدی بر هدر مدل شده در ansys انجام شد، و مقدار تنش بحرانی ایجاد شده توسط نیروهای مکانیکی محاسبه، و محل اتصال لوله های ورودی به هدر در سطح داخلی هدر، نقاط بحرانی مشاهده شد. در نهایت، اثرات خزش و خستگی در کاهش عمر هدر مقایسه شده، و عمر باقیمانده هدر بویلر محاسبه، بررسی و ارزیابی شده است. و در پایان مقاله عدم کنترل دقیق بر روی نحوه راه اندازی و خاموشی ها و همین طور نحوه بهره برداری (تاثیر بهره برداری با 5 درجه سانتیگراد افزایش در دمای بخار ورودی به هدر) مقایسه ای صورت گرفته و تاثیر این اثرات بر روی کاهش عمر هدر با حالت نرمال راه اندازی و خاموشی ها مقایسه ای صورت پذیرفته است.

باتوجه به اهمیت طراحی محور اصلی توربین بادی بزرگ، در این تحقیق ضمن ارائه انواع مختلف محورهای مورد استفاده در توربین های بادی بزرگ، کلیات مورد استفاده برای این منظور ارائه گردیده است. همچنین الگوریتم طراحی محور اصلی توخالی توربین بادی بزرگ که بر روی دو یاتاقان سوار شده است و روش ساخت آهنگری برای آن انتخاب شده است، با درنظرگرفتن معیارهای استحکام استاتیکی، استحکام خستگی و تغییر شکل محور تهیه شده و کد محاسباتی مربوط فراهم گردیده است. در پایان به منظور تأیید کد محاسباتی مذکور، نتایج محاسبه شده در یک نمونه عددی که توسط کد محاسباتی حاصل گردیده است، به کمک مدلسازی اجزاء محدود مورد بررسی قرار گرفته است.

ترانسفورماتورهای قدرت یکی از گرانترین بخش های مجموعه انتقال نیروی برق می باشند. ایجاد عیب در ترانسفورماتورها نه تنها از نقطه نظر آسیبی که به ترانسفورماتور می رسد حائز اهمیت است بلکه از نظر خسارت اقتصادی ناشی از قطع جریان برق نیز اهمیت دارد. رشد سیستم های انرژی باعث کاهش آسیب های ایجاد شده در ترانسفورماتورها و افزایش قابلیت اطمینان در این مجموعه ها گردیده است. گسترش شبکه های انرژی الکتریکی باعث افزایش میزان ایجاد اتصال کوتاه شبکه های قدرت گردیده است. در 15-20 سال گذشته دانش بشری در زمینه مواد رشد بسیاری داشته است. با بکارگیری این دانش در صنعت ترانس، امکان تولید ترانسفورماتورهایی کوچکتر با صرفه جویی در مواد و هزینه های انتقال فراهم گردیده است. این کاهش در اندازه ها باعث گردیده است که طراحی رساناها و عایق ها در ترانسفورماتورها در محدوده های بحرانی انجام گیرد و به این ترتیب خطر ایجاد عیوب در سال های ابتدایی کارکرد ترانسفورماتور افزایش یابد. در این پایان نامه، نیروهای اتصال کوتاه در ترانسفورماتورهای قدرت که مهمترین عامل آسیب های مکانیکی در زمان اتصال کوتاه هستند مورد مطالعه قرار گرفته و انواع آسیب هایی که در اثر این نیروها بوجود می آیند مطالعه شده است. سپس با بررسی های میدانی، اطلاعات مورد نیاز در زمینه مشخصات ترانسفورماتورها، جزئیات مربوط به یک حادثه اتصال کوتاه ترانسفورماتور از برق منطقه ای باختر و شرکت تعمیرات نیروگاهی اخذ گردید و در مواردی که نیاز به داده های تجربی بود، تست های مربوطه در آزمایشگاه های پژوهشگاه نیرو و یا آزمایشگاه های مجهز خارج از پژوهشگاه انجام گردید. سپس نیروهای الکترومغناطیسی در شرایط اتصال کوتاه با استفاده از نرم افزار المان محدود magnet مدل گردیده و رفتار اجزای مختلف سیم پیچ در برابر این نیروها با استفاده از نرم افزار المان محدود abaqus مورد بررسی قرار گرفته است. مودهای خرابی سیم پیچ بدست آمده و روش هایی برای بهسازی و جلوگیری از این آسیب ها ارائه گردیده است.

هاب توربین بادی به دلیل موقعیتی که در توربین دارد و نقشی که در اتصال پره ها به روتور ایفا می کند، بارهای وارد بر پره ها را به شفت اصلی انتقال می دهد. بنابراین یکی از اجزای بحرانی توربین محسوب می شود. از آن جا که بهینه نبودن هر یک از اجزای توربین ممکن است در عملکرد اجزای دیگر نیز تاثیر گذارد، لذا هاب به عنوان یکی از اجزای اصلی توربین باید به طور بهینه طراحی شود. برای این منظور برای طراحی بهینه شکل و به تبع، حجم و وزن هاب با توجه به بارهای وارده بر آن از قابلیت نرم افزار المان محدود ansys در بهینه سازی هاب به روش توپولوژی استفاده شده است. در آغاز تحقیق، مجموعه بارهای وارده بر هاب در سرعت های مختلف باد و زوایای مختلف قرارگیری پره ها نسبت به هاب، شناسایی و جمع آوری گردید، و سپس آنالیز تنش بر روی هاب در هر یک از سرعت های مختلف باد و زوایای مختلف پره، در ansys انجام شد، از این تحلیل، حالت بارگذاری در سرعت 11 متر بر ثانیه و در زاویه صفر درجه بحرانی ترین حالت بار های وارده بر هاب شناسایی گردید. پس از مشخص شدن بارهای بحرانی بر هاب، با ایجاد مدل اولیه ای از هاب به شکل یک منشور مثلثی توپر در ansys، نتایج تحلیل بهینه سازی مدل هاب با شکل بهینه شده کره توخالی را نشان داد. در بررسی های بعدی پروژه برای بهینه کردن شکل و حجم هاب تحلیل ها را با حذف المان های دارای دانسیته نزدیک به صفر (این المان ها قابل حذف می باشند که شکل بهینه را منجر می شود)، را حذف کرده و با این کار دقت مدل اولیه هاب را بالا برده و تحلیل بهینه سازی بر روی مدل جدید انجام می شود. برای این منظور مدل ها از مدل منشور مثلثی توپر به شکل های منشور مثلثی توخالی، منشور شش ضلعی توخالی و در نهایت مدل کروی توخالی تبدیل گردید. در نتیجه چند مرحله بهینه سازی توپولوژی، بهینه ترین شکل هاب به فرم کره توخالی با حجم 7805/0 متر مکعب (قطر داخلی 3 و قطر خارجی1/3 متر) طراحی شد. برای اطمینان از شکل بهینه شده هاب، بر روی آن آنالیز تنش صورت گرفت. نتایج این ارزیابی، این طرح را طرحی مطمئن برای مدل بهینه شده نشان می دهد.

در این پایان نامه روش های آنالیز خستگی برای تخمین عمر ضربه گیر ارابه فرود بالگرد mi-171 مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. تمرکز این تحقیق، تعیین قابلیت و توانایی نگرش های تخمین عمر خستگی فعلی در تخمین عمر اجزای بالگرد مخصوصاً ضربه-گیر ارابه فرود بالگرد mi-171 می باشد. نرم افزارهای تجاری موجود، ansys و workbench به عنوان حل کننده اجزای محدود و تخمین عمر خستگی مورد بهره برداری قرار گرفته اند. با انجام این تحقیق روشن شد که تخمین عمر خستگی ضربه گیر ارابه فرود بالگرد mi-171از طریق بهره گیری از نرم افزارهای تجاری موجود با بازدهی و دقت منطقی، قابل انجام شدن است. روش های به کار رفته جهت تخمین عمر خستگی در این پایان نامه شامل نگرش تنش- عمر، کرنش- عمر و مکانیک شکست می باشد. این روش ها ابتدا با بررسی کردن عمر خستگی تخمین زده شده چند مثال واضح، تشریح شد. با مقایسه بین عمری که از طریق نرم افزارهای تخمین عمر خستگی برای این مثال ها با استفاده از الگوریتم های مذکور بدست می آید با عمر بدست آمده از داده های آزمایشگاهی منتشر شده یا روابط تئوری موجود، این نگرش ها مورد تأیید قرار گرفت. بعد از اطمینان از صحت جواب های بدست آمده برای تخمین عمر خستگی با نرم افزار اجزای محدود ansys، ضـــربه گیر ارابه فرود بالگرد mi-171 با هدف تخمین عمر آن، مورد تحلیل خستگی واقع شده و عمر خستگی آن برای روش های تنش- عمر، کرنش- عمر و مکانیک شکست این بالگرد مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. عمر خستگی به دست آمده از این روش برای ضربه گیر ارابه فرود، در جداول تعمیر و نگهداری مورد استفاده قرار می گیرد. این تحقیق نشان داد که متدولوژی عمر خستگی جهت تخمین عمر سرویس دهی اجزای بالگرد در یک روش کاربردی می تواند مورد استفاده قرار گیرد و جهت تعیین مناسب بودن یا نبودن ادامه سرویس دهی اجزای کارکرده به کار رود.

امروزه با توجه به محدود بودن انرژی های تجدید ناپذیر، استفاده از انرژی های نو از جمله انرژی باد و خورشید و ... گسترش یافته است. دربعضی از کشورها تا % 30 انرژی برق توسط توربین های بادی تولید می شود و روز به روز تولید توربین بادی به علت دسترس بودن باد و سازگار بودن با محیط زیست افزایش می یابد. یکی از اجزای مهم توربین بادی،گیربکس آن می باشد که طراحی آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. از آن جایی که این گیربکس در ارتفاع نسبتا زیادی نسبت به زمین نصب می شود لذا دسترسی به آن مشکل بوده و باید طوری طراحی شود که برای عمر حداقل 170000 ساعت کار کند. که در این پروژه به طراحی گیربکس توربین بادی 2 مگا واتی پرداخته شده است. طراحی گیربکس توربین بادی 2 مگا واتی هم به صورت دستی (استاندارد agma6006) و هم با نرم افزار (kisssoft) صورت گرفته است. ابتدا طراحی کلیه ی قطعات (چرخ دنده ها، شفت ها، یاتاقان ها، خار ها) توسط نرم افزار kisssoft انجام شده و سپس برای تأیید نتایج حل دستی با استانداردagma6006 انجام شده است. بعد از طراحی گیربکس به مدلسازی پوسته توسط نرم افزار solidwork پرداخته شده و برای تحلیل استحکام آن و تغییر شکل در نشیمنگاه یاتاقان ها از نرم افزار ansysworkbench استفاده شده است و در آخر مدلسازی دینامیکی به صورت تحلیلی و با نرم افزار(simdriveline) برای به دست آوردن فرکانس طبیعی صورت گرفته است. گیربکس توربین بادی 2 مگا واتی طراحی شده دارای وزن کل 21 تن، طول 2800 میلیمتر و ارتفاع 3000 میلی متر بوده و از نظر وزن و ابعاد تقریبا مشابه با سازندگان معروف گیربکس توربین بادی می باشد.

امروزه در فرآیند طراحی و ساخت سازه ها و قطعات مکانیکی، بهینه سازی هندسه، وزن و مشخصات مکانیکی، به منظور بهبود کارآیی و افزایش بازده اقتصادی اهمیت زیادی دارد و به عنوان یک مرحله مهم در فرآیند طراحی مطرح می باشد. هاب توربین بادی یکی از بحرانی ترین و مهم ترین قطعات توربین بادی محسوب می شود؛ چراکه تمامی بارهای وارد به پره ها با تمام تنوع و پیچیدگی آن ها از طریق هاب به محور اصلی و گیربکس منتقل می شود. از طرف دیگر هر چه توان توربین ها بیشتر باشد، ابعاد و وزن هاب بالاتر می رود. وزن زیاد هاب علاوه بر افزایش هزینه، نیروها و گشتاورهای خمشی نامطلوب را روی سیستم انتقال قدرت اعمال می کند. همچنین ممان اینرسی جرمی زیاد، که با ابعاد و جرم هاب مرتبط است، اثرات نامطلوب افزایش گشتاورلازم راه اندازی، افزایش اثرات ژیروسکوپی و پاسخ کند سیستم به ورودی های دینامیک را به دنبال خواهد داشت. بنابراین بهینه بودن این دو مشخصه برای هاب بسیار ضروری است. در این پروژه این ضرورت با استفاده از یکی از روش های بهینه سازی فرا ابتکاری در ترکیب با روش اجزا محدود برای هاب انجام شده است. روند بهینه سازی هاب توربین بادی 2 مگاواتی بر اساس وزن و ممان اینرسی جرمی با استفاده از الگوریتم ژنتیک و در سطحی کاربردی تشریح شده است. ایده ی این کار ترکیب الگوریتم ژنتیک با روش تحلیل اجزا محدود با هدف معرفی یک روش مفید در بهینه سازی مکانیکی و نیز توسعه ی اتوماسیون فرآیند بهینه سازی می باشد. این روش بهینه سازی با در نظر داشتن ساده سازی و اتوماسیون، از ارتباط و تعامل نرم افزارهای تحلیل اجزا محدود ansys و برنامه نویسی و محاسباتی matlab، بهره برده است. در طی فرآیند بهینه سازی، نرم افزار matlab به عنوان مدیر ارتباط و بستر کدنویسی الگوریتم ژنتیک، و نرم افزار ansys به منظور ارائه ی نتایج مدل ها در قالب ارزیابی تابع هدف و قید، مورد استفاده قرار گرفته اند. به بیانی دیگر الگوریتم ژنتیک به واسطه ی نرم افزار matlab، تغییرات در هندسه ی هاب و بعد از آن تحلیل در نرم افزار ansys را در اختیار خود گرفته و به سمت مدل بهینه هدایت می کند. در این مساله هاب در شرایط بارگذاری استاتیکی برای بحرانی ترین بار با استفاده از معیار فون میزز تحلیل شده است. نتیجه ی بهینه سازی هاب با کاهش 6/21 درصدی برای جرم (وزن) و کاهش 19 درصدی برای ممان اینرسی جرمی همراه بوده است. این در حالی است که افزایش تنش فون میزز در مدل بهینه نهایی نسبت به مدل ورودی به فرآیند بهینه سازی تنها mpa 3 بوده است (افزایش 3 درصدی در مقدار تنش بیشینه). ضریب اطمینان طراحی برای مدل بهینه نهایی هاب در شرایط بارگذاری استاتیکی و با استفاده از معیار فون میزز 8/2 می باشد. واژه های کلیدی: بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، روش اجزا محدود، هاب توربین بادی، وزن، ممان اینرسی

پره های توربین بادی یکی ازمهمترین واصلی ترین بخش های توربین بادی به شمارمی رود، که با توجه به شرایط بسیار متغیر بهره برداری و اعمال بارهای شدید بر آن انتخاب جنس و طراحی سازه ای آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هدف از این پروژها انتخاب جنس کامپوزیتی مناسب و بهینه سازی لایه چینی آن برای پره توربین بادی5 کیلوواتی می باشد. برای این کار ابتدا بایستی پره ازلحاظ شکل آیرودینامیکی و همچنین نیروهای وارده کاملا شناخته شده باشد. اطلاعات مورد نیاز این پروژه (شکل و نیروهای وارده) نتیجه کار گروه دیگریست،که شکل پره را به کمک محاسبات نرم افزارهای سیالاتی مربوطه بهینه سازی نموده اند. مدل پره به صورت مجموعه ای از نقاط که مولفه های نیرو به تک تک نقاط آن وارد شده، تشکیل شده است. در این پایان نامه ابتدا سعی شده است که ضمن آشنایی با اصول و مبانی موادکامپوزیت و بهره گیری از تجارب موجود، مواداولیه مناسب جهت تولید این پره ها انتخاب شود. در ادامه به عنوان بخش اصلی کار، روشی جهت بهینه سازی لایه چینی از نظر تعداد، جنس و زاویه لایه ها به کمک الگوریتم ژنتیک ارائه شده است، که در آن پره با کمترین وزن وممان اینرسی و با قید استحکام لازم جهت تحمل بار طراحی شده است. نتیجه نهایی کار، طریقه لایه چینی صفحات کامپوزیتی در بخش های مختلف پره و مشخصات آن شامل وزن و ممان اینرسی را مشخص می کند. برای انجام این کار از کوپل کردن یک نرم افزار محاسباتی (ansys) و الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. به وسیله این کوپل کردن، مدل واقعی پره مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفته است. در واقع به کمک نرم افزار ansys پارامترهای مورد نظر برای بهینه سازی پره، محاسبه می شود. کد الگوریتم ژنتیک در نرم افزار matlab نوشته شده است.

در این پژوهش، مکانیزم های ترمزگیری در توربین باد و سیستم های تحریک ترمز مورد بررسی قرار گرفته و با توجه به استانداردهای مربوط به توربین باد، مدار هیدرولیک ترمز مکانیکی غیرفعال (ایمن از خرابی) برای یک توربین بادی 2 مگاواتی طراحی و شبیه سازی شده است. طراحی انجام شده شامل پیشنهاد یک مدار هیدرولیک جدید جهت ترمزگیری دو وضعیتی، محاسبات مربوط به دبی و فشار روغن و انتخاب اجزاء مدار می باشد. منظور از مدار هیدرولیک دو وضعیتی مداری است که می تواند گشتاور ترمزی را در دو سطح مختلف برای توقف های عادی و اضطراری اعمال نماید. علاوه برآن یک مدار هیدرولیک ترمز مکانیکی فعال برای توربین مذکور طراحی و اجزاء آن انتخاب شده است. مزیت اصلی مدار پیشنهاد شده در اینست که فشار در محرکهای ترمزی می تواند کنترل شود. با توجه به اینکه هدف از کنترل فشار در محرکهای ترمز رسیدن به گشتاور ترمزگیری مطلوب می باشد، و از آنجائیکه گشتاور تابع ضریب اصطکاک (دما) و فشار است؛ در سیستم کنترلی ارائه شده از یک حلقه کنترلی با پسخورد دما و فشار استفاده شده است. با اندازه گیری دمای لنت (برای تعیین ضریب اصطکاک) و فشار محرکهای ترمز، گشتاور ترمزی موجود محاسبه شده و با مقدار مطلوب مقایسه می گردد. خطای گشتاور توسط یک کنترلر pid تقویت شده و به یک شیر کنترل فشار تناسبی ارسال می شود. فشار محرکهای ترمز توسط این شیر به نحوی کنترل می شود تا گشتاور ترمزی در وضعیت ترمزگیری مربوطه (ترمزگیری عادی و یا اضطراری) در مقدار ثابتی باقی بماند. به منظور اعتبارسنجی محاسبات انجام شده، مدارهای پیشنهادی در نرم افزار اتومیشن استودیو شبیه سازی و نتایج آن با محاسبات طراحی مقایسه شده است. مقایسه انجام شده توافق خوبی بین پارامترهای طراحی و نتایج شبیه سازی نشان می دهد. در بخش دیگری از این پژوهش، شبیه سازی و کنترل زاویه پیچ پره در یک توربین بادی 2 مگاواتی در نرم افزار اتومیشن استودیو انجام شده است. با توجه به اینکه هدف از کنترل زاویه پیچ رسیدن به توان مطلوب توربین می باشد، در سیستم کنترلی ارائه شده از دو حلقه کنترلی تو در تو استفاده شده که در آن حلقه خارجی بر اساس خطای توان، مقدار مطلوب زاویه پیچ را تعیین و حلقه داخلی زاویه پیچ را کنترل می کند. کنترل زاویه پیچ در حلقه داخلی از طریق فرمان دادن به یک سیستم سروهیدرولیک انجام می گیرد که در آن جابجایی یک عملگر هیدرولیکی رفت و برگشتی به جابجایی زاویه ای پره تبدیل می شود. کنترل کننده مورد استفاده در هر دو حلقه، کنترل کننده pi می باشد. سیستم کنترل کامل، شامل سیستم سروهیدرولیک، کنترلرها و حلقه های فیدبک در نرم افزار اتومیشن استودیو شبیه سازی شده و ضرایب کنترل کننده ها تنظیم گردیده اند. در شرایط یکسان از نظر سرعت باد، نتایج این شبیه سازی با نتایج یک مقاله معتبر مقایسه شده و عملکرد مطلوب سیستم نشان داده شده است.

هدر سوپرهیتر در بویلرها به دلیل بهره برداری در فشار و دمای بالا یکی از قطعات حساس نیروگاهی است و احتمال وجود ترک در محل اتصال لوله ها و خروجی یا ورودی اصلی بخار (نازل) به هدر زیاد است. در این پژوهش یک ترک ربع دایره ای در گوشه محل اتصال نازل به هدر و مراحل پیشرفت آن در اثر برهم-کنش همزمان خزش و خستگی بررسی شده است. بارگذاری هدر در هر سیکل شامل مراحل گذرا (افزایش و کاهش دما و فشار) در ابتدا و انتهای چرخه و مرحله ی پایدار میانی (فشار و دما ثابت) در طول زمان بهره برداری است. برای محاسبات مربوط به ضریب شدت تنش و به دنبال آن محاسبه رشد ترک، مطابق روش پیشنهاد شده در استاندارد asme، توزیع تنش در قطعه بدون ترک توسط نرم افزار abaqus محاسبه شده است. سپس رشد ترک خستگی-خزشی با استفاده از قوانین مربوط به رشد ترک، ارزیابی شده و عمر باقیمانده هدر تا رسیدن ترک به حد بحرانی بدست آمده است. نتیجه این پژوهش نشان می دهد که بیشترین سهم رشد ترک در هدر به پدیده خزش مربوط می شود و می توان از اثر رشد ترک ناشی از خستگی در صورت بهر برداری متعارف و به ویژه راه اندازی و خروج از مدار طبق دستورالعمل، صرف نظر کرد و تنها رشد ترک ناشی از خزش را برای تخمین عمر باقیمانده در نظر گرفت. تاثیر فیلت در گوشه نازل نیز بررسی گردید و مشاهده شد که سرعت رشد در مدل فیلت دار به مراتب کمتر از مدل بدون فیلت است و موجب افزایش عمر قطعه می گردد. همچنین نشان داده شده است که در صورت پیدایش ترک در گوشه نازل، انواع راه اندازی ها (گرم، سرد و داغ) تاثیر یکسانی در رشد ترک خستگی دارند و تمامی آنها به یک میزان خطرناک هستند. البته مشروط بر آن که راه اندازی و خروج از مدار بر اساس دستورالعمل باشد.

توربین بادی انرژی باد را با چرخش پره هایش به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. به دلیل غیریکنواخت بودن انرژی باد و وجود بارهای با دامنه متغیر، مسئله ی ایمنی در این توربین ها بسیار حائز اهمیت است. مواقعی ایجاب می کند که توربین از حرکت بازایستد. این وظیفه بر عهده ترمزهای توربین است. دو نوع سیستم مستقل ترمز در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرد؛ ترمز آیرودینامیکی و ترمز مکانیکی. ترمز مکانیکی به کاررفته در توربین از نوع دیسکی است. استراتژی ترمز شامل ترمزگیری عادی و ترمزگیری اضطراری می شود. در ترمزگیری عادی ابتدا ترمز آیرودینامیکی وارد عمل می شود و پس از کاهش سرعت دوران تا حد معین، ترمز مکانیکی وارد عمل شده و توربین را متوقف می کند. در حالت ترمزگیری اضطراری از همان سرعت بیشینه، ترمز مکانیکی به همراه ترمز آیرودینامیکی وارد عمل می شود. در این پژوهش توزیع حرارت و تنش دیسک ترمز توربین بادی مگاواتی در دو حالت ترمز گرفتن عادی و دو حالت اضطراری به صورت گذرا مورد تحلیل قرارگرفته است. برای تحلیل تنش از نرم افزار ansys14.5 استفاده شده است. مدل المان محدود دیسک به صورت سه بعدی در نرم افزار شبیه سازی شده و اثرات پارامترهای فشار لنت، گشتاور ترمزی، نیروی اصطکاک، سرعت دوران دیسک، زمان توقف و جنس دیسک در نظر گرفته شده است. کل انرژی تلف شده به صورت شار حرارتی روی سطح دیسک ترمز وارد می شود و سطوح دیگر در تماس با هوا هستند. در این پژوهش ابتدا توزیع دما محاسبه شده سپس به تحلیل تنش های حرارتی پرداخته شده است. همچنین به دلیل سرعت دورانی زیاد دیسک اثر تنش های گریز از مرکز نیز در نظر گرفته شده است. اثرات تنش های مستقیم اعمال شده روی دیسک بر اثر فشار لنت به دلیل ناچیز بودن در مقابل تنش های حرارتی صرف نظر شده اند. در ترمزگیری عادی در کمتر از چند ثانیه دمای بیشینه به حدود °c240 و در ترمزگیری اضطراری دمای بیشینه به °c696 می رسد که منجر به اعمال تنش های حرارتی بزرگی روی دیسک می شود. در تحلیل ترمز عادی وضعیت خوب است و میزان تنش ها در تمامی حالات کمتر از تنش تسلیم ماده است. اما در ترمزگیری اضطراری میزان تنش کششی از حد تسلیم ماده می گذرد اما به مقدار تنش گسیختگی نمی رسد بنابراین ماده در مرکز در لحظاتی کوتاه و موضعی وارد منطقه پلاستیک می شود.

از آنجایی که بخار دارای مصارف گوناگونی چون گرم کردن، انجام برخی فرایندها، به حرکت درآوردن توربین بخار و غیره می باشد، فرایند تولید بخار در صنایع فرایندی اعم از شیمیایی، پالایشگاهی و نیروگاهی از اهمیت بالا و ویژه ای برخوردار است. یکی از کاربردهای مهم بخار در صنایع نیروگاهی به حرکت درآوردن توربین به منظور تولید توان الکتریکی می باشد. بنابراین می توان از بویلرها به عنوان یکی از حیاتی ترین تجهیزات صنایع نیروگاهی یادکرد. یکی از مهم-ترین تجهیزات اصلی بویلر، لوله های سوپرهیتر است که بخار اشباع تولیدشده بعد از ورود به این لوله ها خشک و فوق گرم می شوند. سوپرهیترها متشکل از تعداد قابل توجهی لوله های خم شده u شکل هستند که به هدرهای عمودی و افقی جوش داده شده اند. لوله های سوپرهیتر مورد بررسی در این تحقیق، شامل فولادهای کم آلیاژ کروم- مولیبدن (astm a213, grades t11 & t22) و فولاد زنگ نزن آستنیتی پایدار شده با تیتانیم (aisi 321h) می باشد. با توجه به ضخامت دیواره و شعاع خم کاری این لوله ها، فرایند خم کاری گرم مورد توجه قرار گرفته است. بسیار محتمل است که لوله های خم شده u شکل، حین فرایندهای خم کاری دچار عیوب مکانیکی و ساختاری شده باشند و این محل های خم شده مکان هایی مستعد برای جوانه زنی و رشد ترک به حساب می آیند، که اکثر شکست های ناگهانی گزارش شده در این مکان ها رخ داده است. بنابراین برای افزایش کارایی لوله های سوپرهیتر و جلوگیری از شکست های ناگهانی آن ها که منجر به توقف های ناخواسته بویلر می شود، لازم است دستورالعملی تهیه گردد که معیارهای پذیرش قبل و بعد از فرایند خم کاری و شرایط عملیات حرارتی بعد از خم کاری این لوله ها را در بر داشته باشد. همچنین سطح شکست لوله زنگ نزن آستنیتی 321h که از محل خم دچار شکست شده است، بررسی گردید. بعد از بررسی های ظاهری سطح شکست، ناحیه ای که به عنوان محل جوانه زنی ترک تخمین زده شد مورد بررسی ریز ساختاری قرار گرفت.

هدف اصلی تست پره توربین بادی، نشان دادن سطح قابل قبولی از اطمینان در مورد این موضوع است که وقتی پره ای بر اساس مشخصات معین تولید میشود، استحکام و طول عمر در نظر گرفته شده در طراحی پره را دارا میباشد. باید نشان داده شود که پره می تواند در برابر هم بارهای نهایی (تست استاتیکی) و هم بارهای خستگی (تست دینامیکی) که در طی طول عمر طراحی خود، انتظار می رود با آن مواجه شود، مقاومت کند. یکی از الزامات اجرای تست استاتیکی پره توربین بادی، تعیین بار معادل با بار گسترده بحرانی در نظر گرفته شده در طراحی پره توربین بادی میباشد. به دلیل محدودیت های آزمایشگاهی، توزیع گسترده بار باید به صورت چند بار متمرکز بر پره اعمال شود. از این رو یکی از اهداف این پروژه، محاسبه توزیع بار تست استاتیکی برای پره توربین بادی 5 مگاواتی nrel با استفاده از بهینه سازی توسط الگوریتم ژنتیک و با فرض در اختیار داشتن توزیع بار گسترده بحرانی میباشد. این مهم با استفاده از کدنویسی در متلب انجام میگیرد. از اهداف دیگر این پروژه طراحی آداپتور رابط بین پره و test stand است. پره در شرایط واقعی به هاب متصل میشود ولی در آزمایشگاه پره به test stand متصل شده و تست های استاتیکی و دینامیکی مورد نظر روی آن اجرا میشود. اما با توجه به تغییر ابعاد پره و همچنین طراحی های مختلف سازندگان پره، محل اتصال پره به test stand که همان ریشه پره باشد، تغییر میکند (از نظر قطر و تعداد و اندازه پیچ های آن)، و بنابراین نیاز به استفاده از یک آداپتور رابط بین پره و test stand میباشد. در این تحقیق به دلیل در اختیار داشتن اطلاعات توزیع بار پره 5 مگاواتی، آداپتور مورد نظر برای این پره طراحی و تحلیل میشود. بدین منظور از نرم افزار المان محدود ansys استفاده میگردد. علاوه بر تحلیل آداپتور، پیچهای اتصال آن به test stand نیز به عنوان یکی از الزامات تحلیل آداپتور، با استفاده از استاندارد vdi 2230، طراحی میشود.در این تحقیق به دلیل در اختیار داشتن اطلاعات توزیع بار پره 5 مگاواتی، آداپتور مورد نظر برای این پره طراحی و تحلیل میشود. بدین منظور از نرم افزار المان محدود ansys استفاده میگردد. علاوه بر تحلیل آداپتور، پیچهای اتصال آن به test stand نیز به عنوان یکی از الزامات تحلیل آداپتور، با استفاده از استاندارد vdi 2230، طراحی میشود