TÜRBİN KANATLARINDA EĞİLME-BURULMA ETKİLEŞİMİ KULLANARAK RÜZGAR TÜRBİNLERİNDE YÜK AZALIMI SAĞLANMASI

Transkript

1 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 111 TÜRBİN KANATLARINDA EĞİLME-BURULMA ETKİLEŞİMİ KULLANARAK RÜZGAR TÜRBİNLERİNDE YÜK AZALIMI SAĞLANMASI Özgün Şener 1, Tourj Frsdi 2, ve Altn Kyrn 3 1,2,3 Rüzgr Enerjisi Teknolojileri Arştırm ve Uygulm Merkezi (RÜZGEM), ODTÜ Hvcılık ve Uzy Mühendisliği Bölümü, 06800, Çnky Ankr/Türkiye 1 osener@metu.edu.tr, 2 tourj.frsdi@metu.edu.tr, 3 kyrn@metu.edu.tr ÖZET Bu çlışm kpsmınd, 5MW lık bir rüzgr türbini için türbin knt kirişlerinin rsındki flnş bölgelerinde kullnıln krbon ve cm-elyf kompozit ktmnlrın tek yönlü ve knt eksenine göre çılı yerleştirilmeleri ile yrtılmış oln eğilme-burulm etkileşiminin, rüzgr türbin sisteminde yüklerin zlmsın yönelik etkileri incelenmiştir. Bütün bir rüzgr türbin sisteminin esnek çoklu kütleli modelinin zmn bğlı eroelstik nlizleri, rüzgr türbin tsrım stndrtlrınd yer ln çlışm senryolrı ve rüzgr koşullrı yrtılrk frklı knt konfigürsyonlrı için gerçekleştirilmiştir. Frklı mlzemeler ve frklı elyf çılrın ship kompozit ktmnlrın yerleştirilmesiyle oluşturuln kntlr, SWT ve PHATAS progrmlrınd kuruln çoklu-kütleli türbin modellerine entegre edilmiş ve rüzgr türbin modellerinin IEC türbin tsrım stndrdın göre tnımlnmış gerçek rüzgr koşullrınd zmn bğlı eroelstik nlizleri gerçekleştirilmiştir. Zmn bğlı eroelstik nliz sonuçlrı işlenerek yorulm hsrın eşdeğer yükler türbin sisteminde seçilecek oln izleme noktlrınd hesplnmıştır. Eğilme-burulm etkileşimli kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde eğilme-burulm etkileşiminin bütün bir türbin sistemi üzerindeki iç yüklerin zlmsın oln etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlr göre, kntlrd eğilme-burulm etkileşimi uygulmnın herhngi bir dezvntjı gözlemlenmemiştir. 1. GİRİŞ Rüzgr enerjisi teknolojileri, bir çok disiplinle ilişkisinin olmsı itibrı ile lt sistemler bzınd rştırm geliştirmeye çık birçok konuyu içermektedir. Rüzgr türbin kntlrı, türbin sisteminin en önemli lt ypı elemnlrındn biridir. Türbin knt ypılrı, güç üretimini sğldıklrı ve üzerlerinde oluşn yükler bütün türbin sistemine iletildiği için, erodinmik ve ypısl çısındn eniyileştirilmeleri elzem oln ypılrdır. Rüzgr türbin sistemlerinden dh fzl güç elde edebilmek için dh yüksek kule ve dh uzun kntlr gerekmektedir. Rüzgr türbin kntlrınd uzunluklr 100 m sınırın yklşmıştır. Bu nedenle, kntlrın mümkün olduğunc hfif üretilmeleri ve kntlrın esnemesi nedeni ile meydn gelen yüklerin zltılmsı gerekmektedir. Aktif olrk kntlrın htve çısının değiştirilmesi ile yük kontrolü sğlnbileceği gibi, psif olrk d kntlrd kullnıln kompozit mlzemenin nizotropik dvrnışındn fydlnılrk, kntlr üzerinde oluşn erodinmik kuvvetlerin yrttığı knt esnekliğinden kynklnn yükler zltılbilir. Kntlrın erodinmik kuvvetler nedeni ile burulmsı, knt kirişlerinin rsındki flnş bölgelerinde kullnıln kompozit mlzemenin nizotropik dvrnışındn fydlnılrk, eğilme nedeni ile yrtılck oln oln ters burulm ile giderilebilir. Bu etki eğilme-burulm etkileşimi olrk bilinmektedir. Böylece kntlrın üzerinde eroelstik etkiler nedeni ile meydn gelen burulmy bğlı ilve yüklerin, kompozit mlzemenin eğilme-burulm etkileşim kpsitesinden fydlnılrk zltılmsı mümkündür. Knt üzerinde yüklerin zltılmsı ile bütün türbin sisteminin üzerindeki yüklerin zltılmsı söz konusu olduğundn, dinmik yükler ltınd çlışn rüzgr türbin sisteminin yorulm ömrü rttırılbilir ve dolyısı ile önemli bir ekonomik değer elde edilebilir. Özellikle uzun kntlr

2 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 112 ship, yüksek güç üreten rüzgr türbin sistemlerinde psif yük kontrolü çok önem rz etmektedir. Rüzgr türbin kntlrınd psif yük kontrolüne yönelik ilk öneri Krolis trfındn ypılmıştır [1]. ECN in kıllı rotor projesi kpsmınd hzırlnmış oln rpord, eğilme-burulm etkileşiminden rüzgr türbin sistemlerinde nsıl fydlnılbileceğine dir değerlendirmeler ypılmıştır [3]. Sndi rştırm lbortuvrının bir rştırm çlışmsınd, TPI Composites firmsı trfındn geliştirilen 9.2 m lik kntlr sonlu elemnlr yöntemi ile nliz edilmiş ve knt kirişlerinde knt eksenine göre çılı krbon fiber kompozit mlzemenin kullnılmsı yolu ile eğilme-burulm etkileşimi sğlnmış oln kntlr ile bz cm-elyf kntlr eğilme, burkulm yükleri ve gerinim dğılımı çısındn kıyslnmıştır. Bu çlışm, knt kirişlerinde krbon fiber kullnılmsı ile bz cm-elyf kntlr ile benzer ypısl dvrnış sğlnbileceği, nck kntlrın dh hfif tsrlnbileceğini göstermiştir [4]. Luczk ve çlışm rkdşlrı eğilme burulm etkileşimini deneysel olrk incelemişlerdir [5]. Bu çlışmd, Vests firmsı trfındn verilmiş oln bir türbin kndı değişikliğe uğrtılmış, eğilme-burulm etkileşimi yrtck şekilde kndın belli bir bölgesinde üst ve lt kbuklrd tek yönlü kompozit ktlr knt eksenine göre çılı yerleştirilmişlerdir. Çlışmnın n mcı, kndın sttik ve dinmik özelliklerinde eğilme-burulm etkileşiminden kynklnn değişmelerin sonlu elemnlr yöntemi ile hesplnmsı ve deneysel olrk doğrulnmsıdır. Fedorov trfındn Syısl Görüntü Bğıntı (SGB) sistemi ile de incelenmiş ve değişikliğe uğrtılmış oln kndın çeşitli yükler ltınd SGB sistemi ölçülen ile eğilme-burulm etkileşimi, sonlu elemnlr yöntemi sonuçlrı ile krşılştırılmış ve ykın sonuçlr elde edilmiştir [6]. Cpellro, çlışmsınd knt kirişlerinde krbon kompozit mlzemenin knt eksenine göre çılı kullnılmsı ile yrtıln eğilme-burulm etkileşimi syesinde, knt kökündeki burulm ve her iki eksendeki eğilme momentleri için hesplnn yorulm hsrın eşdeğer yüklerde zlm olduğunu tespit etmiştir [7]. Bu çlışmd, litertürdeki çlışmlrdn frklı olrk, bütün bir türbin sisteminin esnek çok kütleli dinmik modeli yrtılmış ve rüzgr türbin knt kirişlerinin rsındki flnş bölgelerinde kullnıln kompozit ktmnlrın tek yönlü ve knt eksenine göre çılı yerleştirilmeleri ile yrtılck oln eğilme-burulm etkileşiminin, bütün türbin sistemi üzerindeki yüklere oln etkileri gerçek rüzgr türbin çlışm senryolrı yrtılrk incelenmiştir. Kntlrd yrtıln oln eğilme-burulm etkileşiminden fydlnrk, bütün bir rüzgr türbin sisteminin kritik izleme noktlrındki (knt kökü ve ktrm orgnlrı) iç yüklerde belli ornlrd zlm sğlnmsıdır. Yorulm hsrın eşdeğer yükler, rüzgr türbin sistemindeki lt ypı elemnlrının dinmik döngüsel yükler ltınd mruz klcğı mlzeme yorulmsı kynklı hsrının bir göstergesi olup, hsr eşdeğer yüklerde zlm sğlnmsı ypısl elemnlrın yorulm ömrünün rtmsı nlmın gelmektedir. Rüzgr türbin tsrım stndrtlrınd yer ln gerçek çlışm senryolrı ve rüzgr koşullrı ltınd, frklı mlzeme ve elyf çı konfigürsyonlrı kullnrk kntlrd yrtıln eğilme-burulm etkileşiminden fydlnrk sdece türbin kntlrınd değil, bütün rüzgr türbin sistemi üzerindeki izleme noktlrınd oluşn yüklerde zlm sğlnmsı hedeflenmiştir. Tsrım yük durumlrı ise, IEC de [8] belirtilmiş oln rüzgr türbin sisteminin çlışmy bşlmsı, güç üretimi, norml durdurulmsı yük durumlrı olrk lınmıştır. Bu çlışm için Ulusl Yenilenebilir Enerji Lbrtuvrı (NREL) trfındn geliştirilen 5MW lık rüzgr türbin kndı [9] modellenmiştir. Smcef Wind Turbine (SWT) [10] ve PHATAS [11] esnek çok-kütleli simülsyon kodlrı kullnılmıştır. Rüzgr türbinlerinin 600 sniyelik esnek çoklu kütleli modelinin zmn bğlı eroelstik nlizleri, 15 m/s ortlm hız ship 6 frklı türbülnslı rüzgr profiline göre gerçekleştirilip, bu nlizlerden elde edilen ortlm değerler ile, monitör noktlrındki yüz zltımlrı, güç üretimi ve kntlrdki enson gerilim değerleri incelenmiştir.

3 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir REFERANS RÜZGAR TÜRBİNİNİN MODELLENMESİ Kntlrd kullnıln fiber çısının etkisi, 5 MW lık rüzgr türbininin SWT ve PHATAS kodlrı ile çok-kütle modellenmesi ile incelenmiştir. SWT ve PHATAS kodlrınd, türbinleri birebir ynı şekilde modellemek mümkün değildir, fkt benzer modeller üretebilmek için gerekli prmetreler yrlnmıştır. SWT ile yrtıln türbinde bsit kule modeli, mkine temeli (bedplte), kvrm mili (coupling shft), jenertör, 5 MW kontrolcü ve eğimli süperelemn kntlr bulunmktdır. Şekil 1 de rüzgr türbinin SWT de yrtıln modeli ve uçt 4 metre eğimli knt ile 5 lik eğim çısı görülebilir. Superelemn Kntlr Aktrm Orgnı Kule () (b) Şekil 1. () Rüzgr türbini SWT modeli ve (b) rotor eğim çısı ile ön eğimli knt Şekil 2, SWT de modellenen rüzgr türbini ktrm orgnlrının n prçlrını göstermektedir. Şekil 2 de eksenel ve ynl yükleri tşıyn iki det mil ytğı, dişli kutusu ve dişli kutusu ile jenertör rsınd bğlntı vzifesi göre kvrm mili görülebilir. Rotor Şft Dişli Kutusu Kvrm Mili Jenertör Şekil 2. SWT de yrtıln türbin modelinin ktr orgn elemnlrı Şekil 3 te ise PHATAS progrmınd oluşturuln ktrm orgnlrı modeli görülebilir. Aktrm orgnı prmetrelerinden değiştirilebilir olnlrı klın krkterlerle belirtilmiştir.

4 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 114 Şekil 3. PHATAS ktr orgnı modeli SWT ve PHATAS t yrtıln rüzgr türbin simülsyon modellerinde bir tkım frklılıklr bulunmktdır. SWT modelinde, üç boyutlu sonlu elemnlr modeli kullnılrk süperelemn knt modelleri uygulnmıştır. Rotor hızı, PI kontrolcüsüyle sğlnmıştır. Rüzgr türbinine etkiyen türbülnslı rüzgr TurbSim [12] kodu ile yrtılmıştır. PHATAS t ise htve çısı PD kontrolcüsüyle kontrol edilmiştir. Geometrik lineer olmyn knt modelinin kesit özellikleleri Vritionl Asymptotic Bem Section (VABS) [13] kodu ile elde edilmiştir. PHATAS modelinde, dişli kutusu ylnızc dişli thvil ornıyl tnımlnbilmektedir. PHATAS progrmınd, türbülnslı rüzgr SWIFT [14] kodu ile yrtılmktdır. Bütün simülsyonlrd tlep edilen tork değeri Nm olrk belirlenmiştir. Eğilme-burulm etkileşimi kullnılrk oluşturuln türbin kntlrı kullnılrk yrtıln bütün rüzgr türbin modellerinde, etki eden rüzgr profilinde 5MW lık enerji üretilebilmektedir. Çizelge 1 de referns rüzgr türbin modelinin öne çıkn özellikleri görülebilmektedir. Çizelge 1. Referns türbin modelinin n özellikleri Türbinin n gücü 5 MW Knt syısı 3 SWT ve PHATAS t kullnıln knt elemn syıısı 17 Kndın ucund verilen ön eğilme 4m Nominl rotor dönme hızı 12 RPM Tlep edilen jenertör torku Nm Wind speed t hub height 15 m/s SWT de türbülnslı rüzgr yrtn kod TURBSIM [12] PHATAS t türbülnslı rüzgr yrtn kod SWIFT [14] Dişli ornı 105 Rotor/Rotor göbek çpı 126 m/4 m Rotor göbek uzunluğu 4 m Knt uzunluğu 61.5 m Rotor konikliği 0 Rotor eğim çısı 5 Kule yüksekliği 98.2 m Rotor göbek yüksekliği 100 m Rotor göbek kütlesi kg Rotor göbek tleti kgm 2 Kontrolcü (SWT) PI yunuslm pozisyon kontrolü Kontrolcü (PHATAS) PD yunuslm hız kontrolü

5 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir RÜZGAR TÜRBİN MODELLERİNİN SWT ve PHATAS SİMÜLASYONLARI Rüzgr türbin simülsyonlrı, Kiml türbülns modeli ve güç üretimi durumlrın göre gerçekleştirilmiştir. IEC stndrtlrın uygun şekilde, her rüzgr türbin konfigürsyonu için 6 frklı türbülnslı rüzgr tnımı ltınd nlizler gerçekleştirilmiştir. TurbSim ve SWIFT kodlrıyl seçkisiz şekilde yrtıln rüzgr profilleri, rüzgr türbinlerinin SWT ve PHATAS nlizlerinde kullnılmıştır. Anlizler, 15 m/s ortlm rüzgr hızı ve 0.2 rüzgr kesme fktörüne göre ypılmıştır. Altı frklı türbülnslı rüzgr tnımı ltınd gerçekleştirilen esnek çoklu kütleli türbin modelinin zmn bğlı eroelstik nlizleri sonuçlrının ortlmsı lınmıştır. Fiber çılı flnş ktmnlrı (30 metre) Fiber çısı Şekil 4. Kirişler rsı flnş bölgesinde uygulnn knt eksenine göre fiber çılı flnş ktmnlrı Rüzgr türbin kntlrındki kirişlerin rsınd kln flnş bölgeleri krbon ve cm-elyf kompozit mlzemeleri kullnmk suretiyle modifiye edilerek 5 det frklı knt dizyn edilmiştir. Referns türbin kndının flnş bölgelerinde 0 fiber çılı cm-elyf kompozit mlzeme kullnılmıştır. Eğilme-burulm etkileşimini sğlmk mcıyl, krbon ve cm-elyf kompozit mlzemeler kirişler rsınd kln flnş bölgelerinde, knt eksenine göre 5 il 15 rsınd değişen çılrd yerleştirilmiştir. Bütün knt konfigürsyonlrınd, kntlrın kökten itibren 31.5 metrelik kısmınd 0 fiber çılı cm-elyf kompozit mlzeme uygulnmıştır. Kntlrın son 30 metrelik kısımlrınd 5 il 15 rsınd değişen fiber çı konfigürsyonlrınd uygulnn krbon ve cm-elyf mlzemeleri ile eğilme-burulm etkileşimleri sğlnmıştır. Modifiksyon uğryn knt kısımlrı Şekil 4 te görülebilir. Rüzgr türbin knt kirişlerinin rsındki flnş bölgelerinde kullnıln kompozit (krbon ve cm-elyf fiber tkviyeli epoksi) ktmnlrın tek yönlü ve knt eksenine göre çılı yerleştirilmeleri ile yrtılmış oln değişik mlzeme konfigürsyonun ship kntlr, rüzgr türbin sisteminin çoklu kütleli modeline ktrılmış ve her değişik knt mlzeme konfigürsyonu için frklı bir türbin modeli yrtılmıştır. Dh sonr, türbin modellerinin IEC rüzgr türbin tsrım stndrdınd tnımlnmış oln gerçek çlışm senryolrı ve rüzgr koşullrınd zmn bğlı eroelstik nlizleri gerçekleştirilmiştir. Zmn bğlı eroelstik nliz sonuçlrı işlenerek her tsrım yük durumu için yorulm hsrın eşdeğer iç yükler türbin sisteminde seçilecek oln izleme noktlrınd hesplnmıştır. Yorulm hsrın eşdeğer iç yükler kıyslnmış ve rüzgr türbin kntlrınd yrtılmış oln eğilme-burulm etkileşiminin bütün bir türbin sistemi üzerindeki yorulm hsrın eşdeğer iç yüklerin zlmsın oln etkileri incelenmiştir. Yorulm hsrın eşdeğer yük, Denklem 1 de gösterildiği gibi hesplnmktdır. Hesplmd, yorulmy ess iç yüklerin çevrim syısı N ile, F m N=sbit ilişkisi içinde değiştiği vrsyılmkt ve Miner kurlınd hsr terimi D=1 lınrk 1 numrlı denklemdeki ilişki çıkrılmktdır. Denklem 1 de m yorulm üssü, n i ise; F i iç yükündeki Rinflow nlizi sonucund hesplnn çevrim syısını göstermektedir. N ref ise referns bir çevrim syısı olup, Denklem 1, iki frklı yük durumu için hesplnıp orntılndığınd, yorulm hsrın eşdeğer yükler rsındki orn referns çevrim syısındn bğımsız hle gelmektedir.

6 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 116 n m Fref = ( Fi ni ) / Nref (1) i= 1 Erişilmek istenen sonuç, kntlrd yrtılck oln eğilme-burulm etkileşiminden fydlnrk, bütün bir rüzgr türbin sisteminin kritik izleme noktlrındki yorulm hsrın eşdeğer iç yükler belli ornlrd zlm sğlnmsıdır. Yorulm hsrın eşdeğer yükler, rüzgr türbin sistemindeki lt ypı elemnlrının dinmik çevrimsel yükler ltınd mruz klcğı mlzeme yorulmsı kynklı bozulmsının bir göstergesi olup, yorulm hsrın eşdeğer yüklerde zlm sğlnmsı ypısl elemnlrın yorulm ömrünün rtmsı nlmın gelmektedir. Ypısl elemnlrın yorulm ömrünün rtışı ekonomik bir fyd sğlnmsı nlmınd gelmektedir. SWT rüzgr türbin sisteminin modelinde kullnıln süper elemn kntlr Smcef Field [15] progrmınd yrtılmışlrdır. SWT rüzgr türbin sistemindeki dinmik süper elemn kntlr kndın üç boyutlu sonlu elemnlr modelinden Crig-Bmpton bileşen mod metodunu kullnrk yrtılmıştır. Önce kndın üç boyutlu sonlu elemnlr modeli Smcef Field sonlu elemnlr progrmınd yrtılmış ve ynı progrmd kndın dinmik süper elemn modeli oluşturulmuştur. Dinmik süper elemn doğrusl olmyn süper elemndır. Doğrusl olmyn dvrnış süper elemn kndın uzyd büyük deplsmn ve dönme hreketi ypmsındn kynklnmkt, nck knd bğlı sbit bir koordint sistemine göre knt geometrik olrk doğrusl dvrnış göstermektedir. Smcef Field progrmınd yrtıln süper elemn dh sonr rüzgr türbin sisteminin çoklu kütleli dinmik kodu oln SWT progrmın ktrılıp rüzgr türbin sisteminin nlizleri gerçekleştirilmektedir. Süper elemn knt modeli kullnmnın en önemli vntjı süper elemn kndın detylı sonlu elemnlr modeli ile direkt bğlntısının olmsının ynınd çok z syıd serbestlik derecesine ship olmsıdır. Az syıd serbestlik derecesi rüzgr türbin sisteminin zmn bğlı nlizlerinin dh kıs sürede tmmlnmsını sğlmktdır. Ayrıc, süper elemn knt, kndın üç boyutlu sonlu elemnlr modelinden yrtıldığı için, üç boyutlu kndın ship olduğu bütün deformsyon etkileşimlerini hesb ktmktdır. Rüzgr türbinlerinin PHATAS modellemesinde ise kesit özellikleri Vritionl Asymptotic Bem Section (VABS) kodund hesplnmış doğrusl olmyn kiriş modelleri kullnılmktdır. Tsrlnn knt modelleri Çizelge 2 de sunulmuştur. Çizelge 2. Eğilme-burulm etkileşiminin rüzgr türbin sistemindeki yorulm hsrın eşdeğer yükler üzerinde etkisinin incelenme çlışmsı için tsrlnn türbin kntlrı Knt İsmi GFRP_1 GFRP_2 HGCFRP_2 1/ m Tnım Kndın son 30 metresinde n knt kirişleri rsındki flnş bölgesindeki kompozit ktmnlrdki elyflr knt ekseni boyunc (0 o ) yerleştirilmiştir. Kndın son 30 metresinde n knt kirişleri rsındki flnş bölgesindeki kompozit ktmnlrdki elyflr knt eksenine çılı (θ derece) yerleştirilmiştir. Not: Cm elyf epoksi referns kndın (GFRP_1) 0 o ktmnlrı θ derece ypılmıştır. krbon epoksi ktmnlr kullnılmış ve krbon elyflr knt ekseni ile çılı (θ o ) yerleştirilmiştir. Not: Referns hibrit cm-krbon elyf epoksi kndın (HGCFRP_1) 0 o ktmnlrı θ derece ypılmıştır. Kndın son 30 metresinde n knt kirişleri rsındki flnş bölgesinde sdece krbon epoksi ktmnlr kullnılmış ve krbon elyflr knt ekseni ile çılı (θ o ) yerleştirilmiştir. HGCFRP_3 HGCFRP_5 Not: Kndın son 30 metresinde knt kirişleri rsındki flnş bölgesindeki kompozit ktmn syılrı yrlnrk, bu kesitlerin kelebekleme eğilme ktılıklrının cm elyf epoksi eğilmeburulm etkileşimli kndın (GFRP_2) ynı kesitlerinin kelebekleme eğilme ktılıklrı ile çok ykın olmsı sğlnmıştır. Kndın son 30 metresinde n knt kirişleri rsındki flnş bölgesinde cm elyf epoksi ve krbon epoksi ktmnlr kullnılmış ve ktmnlr knt ekseni ile çılı (θ o ) yerleştirilmiştir. Not: Cm elyf epoksi referns kndın (GFRP_1) 0 o ktmnlrının 2/3 ünün elyf çılrı θ derece ypılmıştır. Cm elyf epoksi referns kndın (GFRP_1) 0 o ktmnlrının 1/3 ü ise krbon epoksi ktmnlr ile değiştirilmiş ve ktmnlrın elyf çılrı θ derece ypılmıştır.

7 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir EĞİLME-BURULMA ETKİLEŞİMİNİN YORULMA HASARINA EŞDEĞER YÜKLER ÜZERİNDEKİ ETKİSİ SWT ve PHATAS progrmlrınd 5, 10, 15, ve 20 elyf çısı durumlrı için 6 frklı türbülnslı rüzgr profili ltınd rüzgr türbin sisteminin zmn bğlı eroelstik nlizleri gerçekleştirilmiştir. Her bir rüzgr profili için rüzgr türbin sisteminin kritik noktlrınd yorulm hsr eşdeğer yük ornlrı (Denklem 1) hesplnmış ve sonr 6 frklı türbülnslı rüzgr profili için hesplnmış oln yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrının ortlmsı lınmıştır. SWT progrmınd kuruln rüzgr türbin sisteminde yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrı (YHEYO) knt kökünde ve ktrm orgnlrı içindeki n rulmnd hesplnmıştır. PHATAS progrmınd ise yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrı knt kökü ve rotor şft monitör noktlrınd hesplnmıştır SWT ANALİZLERİ İLE ELDE EDİLEN SONUÇLAR Eğilme-Burulm Etkileşimli Kntlr Ship Rüzgr Türbin Sistemlerinde Knt Kökündeki Yorulm Hsrın Eşdeğer Yükler Çizelge 3-6, cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükleri sırsıyl 5 o, 10 o, 15 o, 20 o elyf çısı durumlrı için vermektedir. Çizelge 3-6 dki sonuçlr, ltı frklı türbülnslı rüzgr profili ltınd gerçekleştirilen rüzgr türbin nlizleri sonucund elde edilen yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrının ortlmlrıdır. Çizelge 3-6 d görüldüğü gibi eğilme burulm etkileşimli kntlrdki elyf çısı rttıkç knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer kelebekleme eğilme momenti ve kesme kuvvet ornlrının zlm eğiliminde olduklrı görülmektedir. Knt kirişleri rsındki flnş bölgesinde knt eksenine göre çılı elyf kullnılmsı n olrk kelebekleme eğilme ve burulm etkileşimine neden olmktdır. Kelebekleme eğilme ve burulm etkileşimi ise knt profilini gördüğü etkili hücum çısının zlmsın neden olmkt ve kbinde knt kesitinde kldırm kuvveti zlmktdır. Bu nedenle, knt kirişleri rsındki flnş bölgesinde knt eksenine göre çılı elyf kullnılmsı, kelebekleme eğilme momenti ve kesme kuvvetinde önemli boyutt zlmlrın meydn gelmesine neden olmktdır. Çizelge 3. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 5 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 YHEYO Kelebekleme eğilme momenti Kılıçlm eğilme momenti (Denklem 1) Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 4. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 10 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 YHEYO Kelebekleme eğilme momenti Kılıçlm eğilme momenti (Denklem 1) Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000

8 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 118 Çizelge 5. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 15 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 YHEYO Kelebekleme eğilme momenti Kılıçlm eğilme momenti (Denklem 1) Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 6. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 20 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 YHEYO Kelebekleme eğilme momenti Kılıçlm eğilme momenti (Denklem 1) Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı= Eğilme-Burulm Etkileşimli Kntlr Ship Rüzgr Türbin Sistemlerinde An Rulmn 1 deki Yorulm Hsrın Eşdeğer Yükler Şekil 2 de gösterilmiş oln SWT rüzgr türbin modelinde eksenel kuvvetin n tşıyıcısı oln n rulmn 1 de yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrı 5,10,15,20 elyf çısı durumlrı için 6 frklı türbülnslı rüzgr profili için hesplnmış ve yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrının ortlmlrı Çizelge 7-10 d verilmiştir. Çizelge 7-10 incelendiğinde, eğilme-burulm etkileşimli kntlrd elyf çısı rttıkç yorulm hsrın eşdeğer n rulmn 1 eksenel kuvvet ve kesme kuvvetlerinde zlm meydn geldiği görülmektedir. Rüzgr türbini üzerine etki eden eksenel kuvvet kldırm ve sürükleme kuvvetlerinin bileşkesidir. Bu nedenle, knt kirişleri rsındki flnş bölgesinde knt eksenine göre çılı elyf kullnılmsı, rüzgr türbin sistemi üzerine etki eden eksenel kuvvetin zlmsın neden olmktdır. SWT progrmınd eksenel kuvvet n rulmn 1 (Şekil 2) trfındn krşılnmktdır. Yorulm hsrın eşdeğer eksenel kuvvetin zlmsı rüzgr türbin sisteminin ktrm orgnının önemli bileşenlerinden oln n rulmndki yorulm hsrlrının önlenmesi vey gecikmesi çısındn son derece önemlidir. Çizelge 7. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde n rulmn 1 de yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 5 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Eksenel kuvvet Fx YHEYO Kesme kuvveti Fy Kesme kuvveti Fz Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000

9 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 119 Çizelge 8. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde n rulmn 1 de yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 10 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Eksenel kuvvet Fx YHEYO Kesme kuvveti Fy Kesme kuvveti Fz Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 9. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde n rulmn 1 de yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / nelyf çısı (θ)= 15 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Eksenel kuvvet Fx YHEYO Kesme kuvveti Fy Kesme kuvveti Fz Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 10. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde n rulmn 1 de yorulm hsrın eşdeğer yükler / SWT Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 20 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Eksenel kuvvet Fx YHEYO Kesme kuvveti Fy Kesme kuvveti Fz Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı= PHATAS ANALİZLERİ İLE ELDE EDİLEN SONUÇLAR Eğilme-Burulm Etkileşimli Kntlr Ship Rüzgr Türbin Sistemlerinde Knt Kökündeki Yorulm Hsrın Eşdeğer Yükler Çizelge cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükleri sırsıyl 5 o,10 o,15 o,20 o elyf çısı durumlrı için vermektedir. Çizelge te görüldüğü gibi eğilme burulm etkileşimli kntlrdki elyf çısı rttıkç knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer kelebekleme eğilme momenti ve kesme kuvvet ornlrının zlm eğiliminde olduklrı görülmektedir. Eğilmeburulm etkileşimli kntlrd elyf çısı rttıkç yorulm hsrın eşdeğer kelebekleme eğilme moment ornınd genel olrk zlm meydn gelmektedir. PHATAS ve SWT progrmlrı ile elde edilmiş oln yorulm hsrın eşdeğer kelebekleme moment ornının elyf çısı ile oln değişimlerinin benzerlik rz etmesidir. Bu benzerlik iki frklı rüzgr türbin nliz progrmı ile gerçekleştirilen nlizlerin güvenilir olduğunun göstergesidir.

10 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 120 Çizelge 11. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 5 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Kelebekleme eğilme momenti YHEYO Kılıçlm eğilme momenti Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 12. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 10 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Kelebekleme eğilme momenti YHEYO Kılıçlm eğilme momenti Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 13. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 15 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Kelebekleme eğilme momenti YHEYO Kılıçlm eğilme momenti Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 14. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde knt kökündeki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 20 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Kelebekleme eğilme momenti YHEYO Kılıçlm eğilme momenti Kelebekleme kesme kuvveti Kılıçlm kesme kuvveti Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000

11 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir Eğilme-Burulm Etkileşimli Kntlr Ship Rüzgr Türbin Sistemlerinde Aktrm Orgnlrı ve Rotor Şfttki Yorulm Hsrın Eşdeğer Yükler PHATAS progrmınd kurulmuş oln rüzgr türbininde ktrm orgnlrı ve rotor şfttki yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrı 5 o,10 o,15 o,20 o elyf çısı durumlrı için 6 frklı türbülnslı rüzgr profili için hesplnmış ve yorulm hsrın eşdeğer yük ornlrının ortlmlrı Çizelge de verilmiştir. Çizelge 15. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde ktrm orgnlrı ve rotor şfttki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 5 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Rotor şft Tork Rotor şft Spm Momenti Rotor Devirme Momenti Rotor şft Bileşke Eğilme Momenti YHEYO Aktrm orgnı Devirme Momenti Aktrm orgnı Spm Momenti Rotor Eksenel erodinmik kuvvet Rotor şft eksenel bskı kuvveti Aktrm orgnı Ynl kuvvet Aktrm orgnı Dikey kuvvet Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 16. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde ktrm orgnlrı ve rotor şfttki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)= 10 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Rotor şft Tork Rotor şft Spm Momenti Rotor Devirme Momenti Rotor şft Bileşke Eğilme Momenti YHEYO Aktrm orgnı Devirme Momenti Aktrm orgnı Spm Momenti Rotor Eksenel erodinmik kuvvet Rotor şft eksenel bskı kuvveti Aktrm orgnı Ynl kuvvet Aktrm orgnı Dikey kuvvet Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000

12 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 122 Çizelge 17. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde ktrm orgnlrı ve rotor şfttki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)=15 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Rotor şft Tork Rotor şft Spm Momenti Rotor Devirme Momenti Rotor şft Bileşke Eğilme Momenti YHEYO Aktrm orgnı Devirme Momenti Aktrm orgnı Spm Momenti Rotor Eksenel erodinmik kuvvet Rotor şft eksenel bskı kuvveti Aktrm orgnı Ynl kuvvet Aktrm orgnı Dikey kuvvet Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 18. Cm elyf epoksi ve hibrit cm/krbon elyf epoksi kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde ktrm orgnlrı ve rotor şfttki yorulm hsrın eşdeğer yükler / PHATAS Anlizleri / Elyf çısı (θ)=20 o Rüzgr türbin sistemi GFRP_2 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_5 Rotor şft Tork Rotor şft Spm Momenti Rotor Devirme Momenti Rotor şft Bileşke Eğilme Momenti YHEYO Aktrm orgnı Devirme Momenti Aktrm orgnı Spm Momenti Rotor Eksenel erodinmik kuvvet Rotor şft eksenel bskı kuvveti Aktrm orgnı Ynl kuvvet Aktrm orgnı Dikey kuvvet Ortlm rüzgr hızı: 15 m/s, Yorulm hsrın eşdeğer yükün hesplndığı zmn rlığı: sniye, Yorulm üssü=4, Yükün bölündüğü rlık syısı=1000 Çizelge 3-6 ve Çizelge birlikte incelendiğinde, PHATAS progrmınd kuruln rüzgr türbin modelinde hesplnn rotor şft eksenel bskı kuvvetinin, SWT progrmınd kuruln rüzgr türbin modelinde n rulmn 1 in tşıdığı eksenel kuvvet ile benzer olduğu değerlendirilmiştir. Bu ykınlık iki frklı rüzgr türbin nliz progrmı ile gerçekleştirilen nlizlerin güvenilir olduğunun bir göstergesidir. 5. EĞİLME-BURULMA ETKİLEŞİMİNİN JENERATÖR GÜCÜ ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Şekil 5 te SWT ve PHATAS proıgrmlrınd 15 m/s ortlm hızd ltı frklı 10 dkiklık türbülnslı rüzgr profili için gerçekleştirilen zmn bğlı eroelstik nlizler sonund elde edilen ortlm jenertör güçleri sunulmktdır. Şekil 5 te verilmiş oln ortlm jenertör güçleri hesplnırken her bir rüzgr profili için jenertör güçlerinin 10 dkiklık ortlmsı lınmış ve dh sonr ltı frklı rüzgr türbin nlizi sonund elde edilmiş oln 10 dkiklık ortlmlrın ortlmsı lınmıştır. Eğilme-burulm etkileşimli kntlrın eğilme-burulm etkileşimli bölgelerindeki elyf çısı rttıkç ortlm güçte zlm meydn gelmektedir.

13 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 123 Anck 15 m/s ortlm hız durumundki türbülnslı rüzgr yükleri ltınd bütün eğilmeburulm etkileşimli kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde üretilen ortlm jenertör güçleri ile referns kntlı rüzgr sisteminin ürettiği ortlm jenertör gücü rsındki frklr %1 den dh düşüktür. Knt kiriş flnşlrının eğilme-burulm etkileşimli bölgelerinde bütünü ile GFRP (GFRP_2) vey hibrit GFRP ve CFRP (HGCFRP_5) kullnıln kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinin ürettiği ortlm jenertör güçleri referns kntlı rüzgr türbin sisteminin ürettiği ortlm güce çok ykındır. Özellikle derece elyf çısı durumlrı için güç frklrı çok zdır. Ek olrk, 20 fiber çı konfigürsyonun ship HGCFRP_2 ve HGCFRP_3 kntlı rüzgr türbinlerinin ürettiği güç, referns rüzgr türbinine kıysl sırsıyl ylnızc %1.7 ve %.0.6 dh zdır. Şekil 6, 20 derece elyf çısı durumu için eğilme-burulm etkileşimli kntlı rüzgr türbini GFRP_2 ve HGCFRP_2 için jenertör gücünün zmnl değişimlerini vermektedir. Hibrit GFRP ve CFRP mlzemesinden ypılmış oln eğilme-burulm etkileşimli knd ship rüzgr türbin sistemi HGCFRP_2 nin ürettiği jenertör gücünde meydn gelen ni düşüşler, bütünü GFRP mlzemesinden ypılmış oln eğilme-burulm etkileşimli knd ship rüzgr türbin sistemi GFRP_2 de meydn gelen ni güç düşüşlerine göre birz dh büyüktür. Meydn gelen bu ni düşüşler, ortlm jenertör güç üretiminde çok z bir frk yol çmktdır. 5,00E+06 5,00E+06 Jenertör Gücü (W) 4,95E+06 4,90E+06 4,95E+06 4,90E+06 4,85E+06 GFRP_2 GFRP_2 HGCFRP_2 4,85E+06 HGCFRP_2 HGCFRP_3 HGCFRP_3 4,80E+06 HGCFRP_5 4,80E+06 HGCFRP_ Fiber Açısı (derece) Fiber Açısı (derece) () SWT (b) PHATAS Şekil 5. Eğilme-burulm etkileşimli kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde üretilen ortlm jenertör gücünün elyf çısı ile değişimi Jernertör Gücü (W) Jenertör Gücü (W) 5,40E+06 5,30E+06 GFRP_2 HGCFRP_2 5,20E+06 5,10E+06 5,00E+06 4,90E+06 4,80E+06 4,70E Zmn (s) Şekil 6. Eğilme-burulm etkileşimli GFRP_2 ve HGCFRP_2 kntlı rüzgr türbinlerinin jenertör güç üretiminin zmn göre değişimi

14 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir EĞİLME-BURULMA ETKİLEŞİMİNİN TÜRBİN SİSTEMLERİ KANATLARINDAKİ GERİLMELER ÜZERİNDEKİ ETKİSİ Eğilme-burulm etkileşimi nedeniyle rüzgr türbin sisteminde yorulm hsrın eşdeğer yüklerde önemli ornd zlmlr meydn gelmiştir. Yüklerde meydn gelen zlmlr prlel olrk bu kısımd referns knt GFRP_1 ve eğilme-burulm etkileşimli knt GFRP_2 nin kritik bölgesindeki gerilmeler kıyslnmıştır. GFRP_1 ve GFRP_2 ynı ğırlıkt olduğu ve ynı mlzemeden üretildikleri için eğilme-burulm etkileşiminin gerilmeler üzerindeki gerçek etkisi incelenebilmektedir. Her iki knt içinde kritik knt kesiti knt kökünden yklşık oln 8.2 m uzklıkt knt geçiş kesiti ile DU40_A17 knt profilinin kesiştiği kesittir. SWT progrmınd zmn bğlı rüzgr türbin çözümü son erdikten sonr ktmnlrdki gerilmeler LMS Smcef progrmınd yrtılmış oln üç boyutlu knt sonlu elemnlr modelinde her zmn dımı için hesplnmktdır. Bu hesplm yöntemine Superelement Restitution denilmektedir. LMS Smcef progrmındki çözüm SWT progrmınd knt modeli olrk bulunn süperelemn kndın düğüm noktlrı ile ilişkilidir. On dkiklık zmn bğlı rüzgr türbin nliz süresi içinde örnek bir gerilme hesplmsı referns knt GFRP_1 için Şekil 6 d kelebekleme eğilme momenti-zmn grfiğinde işretlenmiş oln zmnd gerçekleştirilmiştir. Gerilme hesbı yklşık olrk sniyede ypılmıştır. 8,00E+06 Kelebekleme Eğilme Momenti (Nm) 7,00E+06 6,00E+06 5,00E+06 4,00E+06 3,00E+06 Gerilmelerin hesplndığı zmn 2,00E Zmn (s) Şekil 6. SWT progrmınd gerilmelerin hesplndığı zmn / Referns knt GFRP_1 / Knt kökündeki kelebekleme eğilme momenti () Referns knt GFRP_1 (b) Eğilme-burulm etkileşimli knt GFRP_2 Şekil 7. Birinci ktmnın üst yüzeyindeki elyf yönündeki gerilme dğılımı (P) / GFRP_1 ve GFRP_2 (Elyf çısı=15 )

15 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 125 Referns knt GFRP_1 ve 15 elyf çılı eğilme-burulm etkileşimli knt GFRP_2 için Şekil 7 de elyf yönündeki gerilmeler kıyslnmıştır. Her iki knt içinde kritik knt kesiti knt kökünden yklşık oln 8.2 m uzklıkt knt geçiş kesiti ile DU40_A17 knt profilinin kesiştiği kesit olduğu Şekil 7 de verilmiş oln gerilme dğılımlrınd görülmektedir. Şekil 7 de görüldüğü gibi eğilme-burulm etkileşimli knt GFRP_2 nin kritik kesitinde elyf yönündeki zmi gerilmelerde referns knt GFRP_1 e göre zlmlr meydn gelmiştir. GFRP mlzemesi için emniyet ktsyısı hesb ktılmdn elyf yönündeki dynım 866 MP, elyf dik yöndeki dynım 54 MP ve düzlem içi kesme dynımı 75 MP dır. Eğilme-burulm etkileşimi syesinde rüzgr türbin knt kesitlerinde kldırm kuvvetinde meydn gelen zlm nedeniyle rüzgr türbin sisteminde yüklerde meydn gelen zlmy prlel olrk kndın kritik kesitinde gerilmelerde de zlmnın sğlnmış olmsı eğilme-burulm etkileşiminin knt mukvemeti üzerinde olumsuz bir etkisi olmdığının göstergesidir. Eğilmeburulm etkileşimli knt GFRP_2 nin kritik kesitinde gerilmelerde referns knd %5 civrınd zlm meydn gelmiştir. 7. SONUÇ Bu çlışmd eğilme-burulm etkileşiminin bütün rüzgr türbin sistemi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kntlrd uygulnn eğilme-burulm etkileşiminin, rüzgr türbini ktrm orgnlrınd ve kntlrd yük zltımı sğlmsı ile berber kntlrdki elyf yönündeki gerilimde düşüşe yol çmsı öngörülmüştür. Bununl birlikte, eğilme-burulm etkileşimli kntlr ship türbinlerde üretilen elektrik gücünde kyd değer bir zlm öngörülmemiştir. Eğilme-burulm etkileşimli kntlrın rüzgr türbin sisteminde yorulm hsrın eşdeğer yüklerde sğldığı zlm çısındn en uygun kntlrın bütünü cm-elyf epoksi oln GFRP_2 ve hibrit cm-krbon elyf epoksi knt HGCFRP_2 olduğu belirlenmiştir. Hibrit cm-krbon elyf epoksi knt HGCFRP_5 in bütünü cm-elyf epoksi oln GFRP_2 den yorulm hsrın eşdeğer yüklerde sğldığı zlm çısındn bir vntjı gözükmemektedir. Eğilme-burulm etkileşimli kntlrd elyf çısı rttıkç yorulm hsrın eşdeğer yüklerde sğlnn zlm rtmktdır. Eğilme-burulm etkileşimli kntlrın dhil edildiği rüzgr türbin sistemlerinde, bzı yorulm yorulm hsrın eşdeğer yüklerde %20 yi şn ornlrd zlmlr meydn gelmiştir. Gerçekleştirilen on dkiklık zmn bğlı rüzgr türbin nlizlerinde eğilmeburulm etkileşimli kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinde zmi yüklerin referns kntlı rüzgr türbin sistemindeki zmi yüklerden dh düşük olduğud görülmüştür. Türbülnslı rüzgr yükü ltınd gerçekleştirilen zmn bğlı rüzgr türbin nlizlerinde yükün zmnlr değişimi çok ni olmktdır. Bu nedenle, zmi yükler nlık olrk meydn geldiği için rüzgr türbin sisteminin ypısl sğlığının değerlendirilmesi için bu çlışm kpsmınd n olrk yorulm hsrın eşdeğer yükler üzerinde durulmuştur. Rüzgr türbin sisteminin kritik noktlrınd hesplnn yorulm hsrın eşdeğer yükler, ltı frklı nliz sonucund elde edilen yorulm hsrın eşdeğer yüklerin ortlmsı lınrk hesplnmıştır. IEC stndrlrın göre en z ltı frklı rüzgr türbin nlizinin ypılmsı önerilmektedir. Çlışm kpsmınd iki frklı rüzgr türbin nliz progrmı ve ltı frklı rüzgr profili ltınd gerçekleştirilen rüzgr türbin sisteminin nlizleri sonucund hesplnmış oln yorulm hsrın eşdeğer yüklerin güvenilir olduğu değerlendirilmiştir. Eğilme-burulm etkileşimli kntlr ship rüzgr türbin sistemlerinin ürettikleri güç değerlendirildiğinde GFRP_2 ve HGCFRP_5 kntlrın ship rüzgr türbin sistemlerinde meydn gelen güç zlmsı HGCFRP_2 ve HGCFRP_3 kntlrın ship rüzgr türbin sistemlerine göre dh zdır. Güç üretimi çısındn 15 o ve dh düşük elyf çılrınd GFRP_2, HGCFRP_3 ve HGCFRP_5 kntlrın ship oln rüzgr türbin sistemlerinde meydn gelen güç zlmsı hem SWT nlizlerine hemde PHATAS nlizlerinde referns kntlı rüzgr türbin sisteminin ürettiği güce göre çok düşüktür. 15 o elyf çısındn itibren güç üretimindeki düşüş rtmktdır. GFRP_2 ve HGCFRP_5 kntlrın ship rüzgr türbin sistemlerinde 20 derece elyf çısınd bile güç üretimdeki zlm ihml edilecek büyüklüktedir. Anck, elyf

16 4. İzmir Rüzgâr Sempozyumu // Eylül 2017 // İzmir 126 çısının rtmsı ile birlikte güç üretiminin zldığı göz önüne lındığınd, eğilme-burulm etkileşimli kntlrd 15 derece elyf çısının üst sınır olrk lınbileceği değerlendirilmiştir. Referns knt GFRP_1 ve eğilme-burulm etkileşimli cm-elyf epoksi knt GFRP_2 için ypıln gerilme hesplmlrı sonund kndın en kritik bölgesinde meydn gelen gerilmelerde meydn gelen zlmlrın rttığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlr göre, eğilme-burulm etkileşimi syesinde türbin knt ve ktrm orgnlrındki yüklerde zlm ve kntlrd elyf çısı yönündeki gerilmelerde düşüş sğlnmsı ile birlikte jenertör güç üretiminde çok z zlm meydn gelmiştir. Bu çlışmdn çıkrtılbilecek sonuç eğilmeburulm etkileşimi uygulmsının önemli bir dezvntjı gözlemlenmemiştir. KAYNAKLAR [1] Krolis, N.M., et l., Active nd Pssive Aerodynmic Power Control Using Asymmetric Fibre Reinforced Lmintes for Wind Turbine Bldes, Wind Energy Conversion, Proc. of 10th British Wind Energy Assn Conf., s [2] Lobitz, D., Veers, P., Lod Mitigtion with Bending/Twist-Coupled Bldes on Rotors Using Modern Control Strtegies, Wind Energy, Elsevier, 6, s [3] Kooijmn, H.J.T., Bending-Torsion Coupling of Wind Turbine Rotor Blde, ECN-I Rporu [4] Locke, J., Vlenci, U., Design Studies for Twist-Coupled Wind Turbine Bldes, Sndi Ntionl Lbortories, Report No. SAND [5] Luczk, M., Mnzto,S., Peeters, B., Brnner, K., Berring, P., Khsin, M., Dynmic Investigtion of Twist-Bend Coupling in Wind Turbine Blde, Journl of Theoreticl nd Applied Mechnics, 49(3), s [6] Federov V., Determintion of Bend-Twist Coupling in Wind Turbine Bldes, Deformtion Mesurement in Mteril Component Testing nd 3D Motion Anlysis, Opticl Metrology GOM Conference, Brunschweig, Almny [7] Cpellro, M., Design Limits of Bend Twist Coupled Wind Turbine Bldes, 53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structurl Dynmics nd Mterils Conference, AIAA , Honolulu, Hwii [8] Interntionl Stndrd, IEC , Wind Turbines Prt 1: Design Requirements, Third edition , Interntionl Electrotechnicl Commission, Cenevre, İsviçre [9] Jonkmn, J., Butterfield, S., Musil, W., Scott, G., Definition of 5-MW Reference Wind Turbine Offshore System Development, Ntionl Renewble Energy Lbortory, NREL/TP [10] Smcef Wind Turbines (SWT) User Help, V.3.3, Siemens Inc., P.87, P. 154, s [11] Lindenburg,C., PHATAS Relese JAN-2012 User s Mnul, Progrm for Horizontl Axis wind Turbine Anlysis nd Simultion, ECN-I r10. [12] Jonkmn, B.J., nd Kilcher, L., TurbSim User's Guide: Version , Ntionl Renewble Energy Lbortory (NREL). [13] Yu,W., VABS Mnul for Users, [14] Winkelr, D., SWIFT Progrm for Three-Dimensionl Wind Simultion Prt 1: Model Description nd Progrm Verifiction, ECN-R [15] Smcef Field,