طراحی و ساخت توربین بادی مارپیچی شهری

هدف از انجام این پایان نامه، طراحی و ساخت یک نمونه توربین بادی شهری مارپیچی با توان اسمی 5/7 کیلووات می باشد. بررسی انرژی باد و تخمین پتانسیل آن در ایستگاه های موجود در استان اصفهان، نشان داد که بهره وری از انرژی باد با استفاده از این نوع توربین شهری می تواند جایگاه ویژه ای در کشور داشته باشد. توربین مورد نظر از دسته توربین های محور عمودی می باشد، به طوری که عملکرد آن مستقل از جهت جریان سیال است و در مقایسه با توربین های محور افقی، در حین کار ارتعاش کمتری به محل نصب وارد می کند، به همین دلیل می تواند گزینه ی مناسبی برای نصب بر روی ساختمان ها، خیابان ها و مزارع باشند. برای طراحی وساخت توربین بادی مارپیچی شهری، ایرفویل مقطع پره توربین از نوع نامتقارن اصلاح شده از ایرفویل های خانواده متقارن naca تعیین و بهینه سازی گردید. ابعاد بهینه ی روتور توربین با توجه به ضریب صلبیت و ضریب منظر، به ارتفاع روتور توربین 5 متر، قطر روتور 3 متر و طول کورد ایرفویل مقطع پره 20 سانتی متر بدست آمد. توربین بادی با ابعاد بدست آمده در مراحل بهینه سازی ابعادی، در نرم افزارهای fluentو ansys cfx شبیه سازی شده و به منظور بدست آوردن دور، توان و گشتاور بهینه توربین،بعد از انجام شبکه بندی با تعداد مش های مختلفدر سه سرعت گوناگونمورد تحلیل قرار گرفت. نتایج بدست آمده از تحلیل توربین در نرم افزارهای مذکور با نتایج بدست آمده از کدنویسی توربین بادی مارپیچی شهری با مدلابتکاری سه بعدی تک لوله جریان در نرم افزار matlab و نتایج تست های انجام شده بر روی نمونه خارجی مقایسه شد،که انطباق قابل قبولی بین نتایج تئوری و تجربی مشاهده گردید. با توجه به نیروهای بدست آمده از تحلیل های نرم افزاری توربین و سپس طراحی اولیه آن، قطعات اساسی توربین مانند پره ها، شافت توربین، ستون توربین و دیگر تجهیزات توسط نرم افزارهای ansys و catia تحلیل گردید. پس از تکمیل روند طراحی قطعات، با توجه به تکنولوژی موجود در صنعت، تهیه نقشه های ساخت و انتخاب مواد اولیه مورد نیاز، روش ساخت مناسب برای هر قطعه ارائه شده است. ساخت پوسته های نگهدارنده و کنترلی، به وسیله ریخته گری فلز چدن بامدل یونولیتی انجام شده و بعداز ریخته گری، عملیات ترشکاری و فرزکاری بر روی قطعه صورت گرفته است. ساخت قالب یک متری پره توربین به روش ریخته گری آلومینیوم و فرزکاری cnc وساخت قالب اصلی پره 6 متری با مواد کامپوزیتی انجام شده است. همچنین برای قالب صفحات نگهدارنده پره توربین از مواد تفلون استفاده شده که با عملیات فرزکاری cnc ساخته شده اند. یکی از عوامل موثر در عملکرد توربین، وزن توربین است که برای کاهش وزن پره ها و صفحات نگهدارنده پره توربین از مواد کامپوزیت الیاف کربن، الیاف گلس و فوم پی وی سی که دارای استحکام بالا می باشند، استفاده شده است. به دلیل تاثیر کمتر وزن صفحات نگهدارنده پره توربین نسبت به پره ها در عملکرد توربین، در ساخت صفحات نگهدارنده پره توربین از الیاف گلس استفاده شده است.