Rüzgar türbini pervanesi dizaynı

Abstract

ÖZET Yüksek Lisans Tezi RÜZGAR TÜRBİNİ PERVANESİ DİZAYNI Cem Onat İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı 102 + xii sayfa 2001 Danışman: Doç. Dr. Suat CANBAZOGLU Rotorun veriminde en önemli faktör kanat dizaynıdır. Rüzgar türbinlerinin rotor dizaynlarıyla, hava taşıtlarının airfoil ve pervane ile helikopterlerin rotor dizaynları arasında yakın benzerlik vardır. Rüzgar türbinlerinde enerji dönüşüm zincirinin ilk halkası rotor pervanesidir. Rüzgar türbini pervanesi dizaynı yapılırken rüzgarda var olan kinetik enerjinin olabildiğince kayıpsız olarak pervane miline aktarılması amaçlanır. Rüzgar türbini pervanesi Betz'e veya Glauert-Schmitz'e göre dizayn edilebilmektedir. Betz rüzgarın pervane düzlemi öncesi ve sonrasında doğrultusunu değiştirmediğini varsaymıştır. Glauert-Schmitz ise rüzgarın pervane düzlemi öncesi ve sonrasındaki doğrultu değişimini ve bundan kaynaklanan girdap kayıplarını dikkate almıştır. Bu çalışmada, rüzgar karakteristiklerinin rüzgar türbini pervanesi tasarımına etkileri incelenip, Betz teorisine göre daha gerçekçi sonuçlar veren Glauert-Schmitz teorisine göre Malatya ili şartları için 192 değişik dizayn seçeneğinde optimum bir yatay eksenli rüzgar türbini pervanesi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tasarım gerçekleştirilirken Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğünden alman Malatya ili için saatlik rüzgar hızı verileri kullanılarak tasarımını yaptığımız türbinin bir yılda elde edebileceği enerji miktarı saptanmıştır. Ayrıca bu değişik dizayn parametrelerinin, tasarladığımız türbinden elde edebileceğimiz yıllık enerji miktarına etkisi grafikler halinde irdelenmiş olup yılda en fazla enerji üretimini sağlayan dizayn seçenekleri belirlenmiştir. Rüzgar türbinlerinde önemli bir noktada türbin milinin devir sayısının sabit tutulmasıdır. Bu konu ile ilgili olarak yaptığımız teorik inceleme sonucunda, her bir kanadın kendi ekseni etrafında dönebilecek şekilde dizayn edilip, sisteme stabilizasyon mekanizması eklendiğinde, değişken rüzgar hızlarıyla kanatların eşgüdümlü olarak dönmesi ile rüzgar türbini milinin sabit devir sayısında dönmesi sağlanabilmektedir. ANAHTAR KELİMELER: Rüzgar, rüzgar türbini, rüzgar enerjisi, rotor

ABSTRACT M. Sc. Thesis DESIGN OF WIND TURBINE BLADES Cem Onat İnönü University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Engineering 102 + xii pages 2001 Supervisor: Assoc. Prof Dr. Suat CANBAZOGLU Blade design is the most important factor in rotor's efficiency. There are similarities between rotor designs of wind turbines and airfoil of air vehicle, and rotor design of helicopters. Rotor propeller is the first node in energy circulation chain of wind turbines. Transfer of wind's kinetic energy to propeller's axis with probable minimum loss is aimed when wind turbine's propeller is designed. Wind turbine's propeller is designed according to Betz or Glauert-Schmitz. Betz made assumption that wind doesn't change it's direction before and after the propeller plane. However, Glauert-Schmitz took into consideration of wind's direction change before and after propeller plane, and whirlpool losses caused by this. In this study, effects of wind characteristics to wind turbine propeller's design is examined. Further more, a design of horizontal-axis wind turbine's propeller is optimally done for Malatya city's conditions by considering 192 different design types. Glauert-Schmitz theory, which gives more realistic results than Betz theory, is used in this design. Malatya city's hourly wind speed data is taken from meteorology when this design is done and this data is used to calculate annual energy amount of our design. In addition to this, the effects of different turbine design parameters to annual energy amount of our turbine design is examined by constructing graphs. The design models producing annually maximum energy are determined. In wind turbines, another important point is fixing the rotation velocity of turbine's axis. After our theoritical research for this subject, following result is found. Wind turbine's axis is rotated at constant rotation velocity, when each blade designed rotating around its axis, stabilization mechanizm is added to system, and blades rotate in parallel with variable wind speeds. KEYWORDS: Wind, wind turbine, wind energy, rotor