تحلیل حرارت و تنش دیسک ترمز توربین بادی مگاواتی

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.