کاهش ارتعاشات صفحه ای پره توربین باد مقیاس کوچک با در نظر گرفتن کوپلینگ ارتعاشات

در این مقاله، کاهش ارتعاشات صفحه‌ای یک نمونه پره توربین باد محور افقی مقیاس کوچک ) 5 کیلو وات( با استفاده از میراگر جرمی تنظیم شده بهینه و با در نظر گرفتن کوپلینگ میان ارتعاشات داخل و خارج از صفحه پره مورد بررسی قرار می‌گیرد. به این منظور، ابتدا معادلات دیفرانسیل حاکم بر دینامیک پره به همراه میراگر جرمی با استفاده از روش لاگرانژ استخراج می‌گردند. برای اجتناب از خطا در تحلیل، از خطی سازی معادلات سیستم خودداری شده و پره به صورت عضو انعطاف پذیر در نظر گرفته می‌شود. در استخراج معادلات حاکم، اثر کوپلینگ میان ارتعاشات صفحه‌ای و ارتعاشات خارج از صفحه پره و همچنین تاثیر نیروهای گریز از مرکز و جاذبه در نظر گرفته می‌شود. در ادامه، به منظور کاهش ارتعاشات صفحه‌ای پره، از میراگر جرمی استفاده می‌شود و پارامترهای آن با استفاده از یکی از روش‌های الگوریتم ژنتیک برای یک نمونه پره واقعی بهینه‌سازی می‌گردد. در نهایت، با اعمال نیروی باد به صورت سینوسی با فرکانس متغیر، تاثیر میراگر در کاهش ارتعاشات پره در چهار سرعت باد مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصل ارائه می‌گردند. نتایج به دست آمده نشان دهنده کاهش مطلوب دامنه ارتعاشات پره توربین باد با استفاده از میراگر جرمی بهینه است.

Edgewise Vibration Reduction of a Small-Scale Wind Turbine Blade with Considering Vibration Coupling

Edgewise vibration in wind turbine blades is one of the important factors that results in reducing the performance of wind turbines. In this paper, an optimally tuned mass damper is proposed to reduce edgewise vibration of a smallscale horizontal axis wind turbine blade (5 kW) with considering the coupling between edgewise and flapwise vibrations. For this purpose, partial differential equations governing dynamics of the system are derived using the Lagrange method. These equations are completely nonlinear and linearization is not performed to avoid possible errors in the analysis and also, the blade is considered as a flexible member. In deriving governing equations, coupling effect between inplane and outofplane vibrations of the blade, and effect of centrifugal forces and gravity are considered. In order to reduce vibration of the blade, a tuned mass damper is used and its parameters are optimized using one of the genetic algorithm methods for a real blade sample. Finally, with applying wind force as a sweep sine excitation, effectiveness of the optimized tuned mass damper in vibration reduction of the blade is investigated and the related results are presented. Results show that the wind turbine blade vibration reduction is achieved properly using the optimally tuned mass damper.