Wind load characteristics is investigated for vibration analysis of wind turbine gearbox. A normal wind model assumed, of which the wind velocity is increased according to the height from ground. A blast wind model is assumed, of which the maximum velocity is located at the center and the velocity profile is normally distributed. The periodical torque and bending moments transmitted to the main shaft of wind turbine are investigated. The average values and the harmonic terms of the transmitted moments are studied on the wind direction of range $-45^{\circ}{\sim}45^{\circ}$ and the bending moment characteristics are examined, which is regarded as the main source of the misalignment of gear train.
Modern wind turbines have been mainly erected in region where earthquake are rare or normally weak, especially Korea was thought as safety zone from earthquake. But recently, the earthquake occurs more and more frequently. So, the wind turbine design is required the structural and functional stability under the earthquake. The earthquake can influence normal operation, even if a weak earthquake. There are two ways to review the design under earthquake using Computer Applied Engineering (CAE). One is the Response Spectrum Analysis (RSA) the other is Time History Analysis (THA). In this research, dynamic response on time is obtained under the earthquake by taking into account ground accelerogram consistent with the relevant standards applied to the turbine foundation.
In this study, computer applied engineering (CAE) techniques are fully used to conduct structural and dynamic analyses of a whole huge wind turbine system including composite blades, tower and nacelle. For this study, computational fluid dynamics (CFD) is used to predict aerodynamic loads of the rotating wind-turbine blade model. Multi-body dynamic structural analyses are conducted based on the non-linear finite element method (FEM) by using super-element method for composite laminates blade. Three-dimensional finite element model of a wind turbine system is constructed including power train(main shaft, gear box, coupling, generator), bedplate and tower. The results for multi-body dynamic simulations on the wind turbine's critical operating conditions are presented in detail.
Eigenvalue analysis of a wind turbine system was investigated analytically. It is derived that the equations of motion of a tower and a blade are coupled by shear forces inter-connected by boundary conditions. The eigenvalues of the coupled system was calculated using Galerkin method and it is found that the system becomes unstable when the tower and blade modes are coalesced. Further, parameter studies for the eigenvalues were performed with respect to the rotating speed of a blade, nacelle mass, blade and tower densities.
NREL(National Renewable Energy Laboratory) Baseline controller conduct using method proposed RISO National Laboratory in Region 3. which designed the blade-pitch control system using a single degree-of-freedom model of the wind turbine. Idealized PID-Controlled rotor-speed error will respond as a second-order system with the natural frequency and damping ratio. RISO proposed specific natural frequency(=0.6 rad/s) and damping ratio(=0.7). If specific Eigen value apply to NREL 5 MW wind turbine, differ with pitch respond for simulation results of RISO report. Variation of specific eigen value investigate performance of NREL 5 MW wind turbine.
In this paper, modal analysis of wind-power generator rotor system was performed by using finite element method. Experimental modal analysis of generator rotor system was performed and the result were compared with analytical ones. Sensitivity method and localized modification method were used to update finite element model. As a result of updating finite element model, errors of natural freguency were reduced within 0.5% and MAC value was improved near by l. Stability characteristics of wind-power generator rotor-bearing system through harmonic analysis about several external force will be analyzed using finite element model.
Wind turbine noise become main environmental problem as wind energy have been installed all around. Noise from large wind turbine give annoyance to listener, moreover it increase loading to whole system by restricting blade tip speed. However accurate noise mechanism of wind turbine is not yet examined. This paper reviewed noise source and analysis theory. Broadband noise if main component of wind turbine noise and airfoil self noise is main noise source. These make acoustic analogy hard to apply for analysis. For this reason, experimental equation is method for wind turbine noise prediction up to now. Spectrum analysis shows that vortex shedding noise exists around $1k{\sim}2k$ Hz. This region is most sensitive frequency range to human. Thus it is necessary to reduce this noise source.
최근 국제적으로 풍력, 태양광, 파도, 연료전지 등의 친환경 신재생에너지 개발이 활발하다. 특히, 해상에서의 풍력발전단지 개발은 대형화를 통한 단가 절감, 고품질의 풍력자원 활용, 발전기로 인한 소음 피해 최소화를 위해 해안에서 멀리 떨어진 위치에 대규모 부유식으로 건설되는 추세이다. 풍력발전단지의 개발은 해사안전법에 의한 해상교통안전진단제도에 따른 평가가 필요하다. 풍력발전단지의 평가는 해당 수역의 체계적인 개발, 관리, 활용을 위해 선과 면적 개념을 모두 적용하여 수행되어야 하며, 이를 위한 평가 방법과 기준이 개발되어야 한다. 이 연구에서는 해상풍력발전단지처럼 해양 공간을 평가할 수 있는 해상교통조사방법과 평가에 대한 적절한 기준을 수립하고, 이를 시스템적으로 처리할 수 있는 방안에 대해서 연구하였다. 먼저 해상교통조사를 위해 AIS와 레이더를 이용한 이동식 해상교통데이터 수집장치를 설계하였다. 그리고 선과 면적의 개념을 모두 적용한 해상교통 항적도, 밀집도, 경로 분석을 제안하였다. 해상교통밀집도는 Grid-cell의 크기를 조절하여 단위 cell에 대한 공간적, 시간적 점유율을 구분하고 해상교통 경로 분석은 해상을 통항로 또는 작업 공간으로 사용할 때를 구분하여 선박의 이동 패턴을 평가할 수 있도록 제안하였다. 최종적으로 시스템적인 해상교통데이터의 수집과 평가가 가능한 해상교통안전평가솔루션의 개념설계를 수행하였다. 이는 자동적인 해상교통데이터의 수집 저장 분류를 통해, 데이터 누락이나 오표기와 같은 인적 오류를 최소화하고 해상 공간의 용도에 따라 선과 면적 개념을 반영하여 분석함으로써 신뢰성 있는 해상 공간의 평가가 가능하게 한다.
항공기 엔진, 풍력발전기, 모터 등 회전기기에서 발생하는 많은 문제들은 진동이나 소음과 같은 신호 데이터를 측정하여 이상감지를 할 수 있으며, 주파수 분석 등 여러 가지 신호처리가 데이터 전처리 단계에서 필요하다. 본 논문에서는 진동 데이터를 분석하여 설비 이상상태를 감지하는 기법을 소개한다. 정상상태 데이터를 기반으로 마할라노비스 거리를 측정하여 이상상태 유무를 모니터링 하는 방식을 사용한다. 특히 신호 데이터의 전처리 기법들을 도입하여 이상상태 감지의 성능을 개선할 수 있음을 보여준다. 전처리 단계에서 신호 데이터 수집 과정에서 발생한 누설오차(leakage)를 없애기 위해 해밍 윈도우(Hamming window)를 적용하고, 신호 데이터의 원신호인 포먼트(formant)를 분리하기 위하여 켑스트럼(cepstrum) 분석을 실시한다. IMS 베어링 진동 공개데이터를 대상으로 시간 구간별로 6가지 통계지표를 추출한 후 마할라노비스 거리 분류기를 적용하여 성능을 검증하였다. 제시된 신호처리 전처리 기법을 적용함으로써 성능이 획기적으로 향상되는 것을 실험에서 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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