طراحی و بهینه سازی هاب توربین مگاواتی با استفاده از روش بهینه سازی توپولوژی در نرم افزار ansys

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.