Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.34
no.6
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pp.806-815
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2010
Gear trains are combined with the planetary gear units and helical gear units. It is known that the combination type is decisive to the system performances of the transmissions. In this paper, within the commonly used range of the design requirements for medium and large scaled (1~8 MW) wind turbines, the transmission characteristics of the typical layouts of the gear train are investigated. According to the international standard by ANSI/AGMA/AWEA 6006-A03, the gear boxes are basically designed and compared with respect to the system lifes of 99% reliability, total weight, the power densities, overall diameter/length and the maximum stresses of the gear teeth. With these comparison works, the characteristics of the layouts of gear trains are discussed.
Yang Wang;Mingxing Zhu;Guoliang Dai;Jiang Xu;Jinbiao Wu
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.2
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pp.167-178
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2024
The natural frequency shift under cyclic environmental loads is a key issue in the design of monopile-based offshore wind power turbines because of their dynamic sensitivity. Existing evidence reveals that the natural frequency shift of the turbine system in sand is related to the varying foundation stiffness, which is caused by soil deformation around the monopile under cyclic loads. Therefore, it is an urgent need to investigate the effect of soil deformation on the system frequency. In the present paper, three generalized geometric models that can describe soil deformation under two-way cyclic loads are proposed. On this basis, the cycling-induced changes in soil parameters around the monopile are quantified. A theoretical approach considering three-spring foundation stiffness is employed to calculate the natural frequency during cycling. Further, a parametric study is conducted to describe and evaluate the frequency shift characteristics of the system under different conditions of sand relative density, pile slenderness ratio and pile-soil relative stiffness. The results indicate that the frequency shift trends are mainly affected by the pile-soil relative stiffness. Following the relevant conclusions, a design optimization is proposed to avoid resonance of the monopile-based wind turbines during their service life.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.8
s.113
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pp.864-871
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2006
In the development of electricity generating wind turbines for wind farm application, only two types have survived as the methods of power regulation; stall regulation and full span pitch control. The main purpose of this paper is to experimentally identify the characteristics of noise emission of wind turbines according to the power regulation types. The sound measurement procedures of IEC 61400-11 are applied to field test and evaluation of noise emission from each of 1.5 MW and 660 kW wind turbines (WT) utilizing the stall regulation and the pitch control for the power regulation, respectively. Apparent sound power level, wind speed dependence, third-octave band levels and tonality are evaluated for both of WTs. It is observed that equivalent continuous sound pressure levels (ECSPL) of the stall control type of WT continue to increase with increasing wind speed whereas those of the pitch control type of WT show less correlation with wind speed. These observed characteristics are believed to be due to the different airflow patterns around the blade between the stall regulation and the pitch control types of WT; the airflow on the suction side of blade in the stall types of WT are separated at the high wind speed. It is also found that the 1.5 MW WT using the stall control emits lower sound power than 660 kW one using the pitch control at wind speeds below 8m/s, whereas sound power of the former becomes higher than that of the latter in the wind speed over 8m/s. This wind-speed dependence of sound power leads to the very different noise omission characteristics of WTs depending on the seasons because the average wind speed in summer is lower than 8m/s whereas that in summer is higher. Based on these experimental observations, it is proposed that, in view of environmental noise regulation, the developer of wind farm should give enough considerations to the choice of power regulation of their WTG based on the weather conditions of potential wind farm locations.
As wind power farm (WPF) installations continue to grow, monitoring and controlling large-scale WPFs presents new challenges. In this paper, a hierarchical network architecture is proposed in order to provide remote monitoring and control of large-scale WPFs. The network architecture consists of three levels, including the WPF comprised of wind turbines and meteorological towers, local control center (LCC) responsible for remote monitoring and control of wind turbines, and a central control center (CCC) that offers data collection and aggregation of many WPFs. Different scenarios are considered in order to evaluate the performance of the WPF communications network with its hierarchical architecture. The communications network within the WPF is regarded as the local area network (LAN) while the communication among the LCCs and the CCC happens through a wide area network (WAN). We develop a communications network model based on an OPNET modeler, and the network performance is evaluated with respect to the link bandwidth and the end-to-end delay measured for various applications. As a result, this work contributes to the design of communications networks for large-scale WPFs.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.1
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pp.25-33
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2013
The floating offshore wind turbines are usually exposed to the wave and wind excitations which are irregular and undirected. In this paper, the sloshing characteristics of annular cylindrical tank were experimentally investigated to reduce the structural dynamic motion of floating offshore wind turbine which is robust to the irregular change of excitation direction of wind and wave. The formula for the natural sloshing frequencies of this annular cylindrical tank was derived theoretically. In order to validate this formula, the shaking equipment was established and frequency response functions were measured. Two types of tank were considered. The first and second natural sloshing frequencies were investigated according to the depth of the water. It has been observed that between theoretical and experimental results shows a good agreement.
Noise generated from wind turbines has been predicted by numerical methods. Sound pressure level(SPL) on the turbines is predicted after aerodynamic analysis is carried out by Wind Turbine Flow, Aeroacoustics and Structure analysis (WINFAS) code. The level of each panel of acoustic sphere is determined by the sum of tonal, turbulence ingestion and airfoil self noise. With the noise source database, the acoustic sphere, SPL on the ground is calculated using the model based on acoustic ray theory. The model has been designed to consider the effects on the condition of terrain and atmosphere. The variations of SPL on the ground occur not only because of the different source level but also because of the nonuniform distributions of the sound speed along the height. Hence, the profile of an effective sound speed which is the sum of the contribution of sound speed to a temperature gradient and a wind speed variation is used by the theory based on atmospheric stability. With the integrated numerical method, the prediction of sound propagation on the wind farm is carried out with the states of the atmospheric stability.
A successful blade design must satisfy some criterions which might be in conflict with maximizing annual energy yield for a specified wind speed distribution. These criterions include maximizing power output, more resistance to fatigue loads, reduction of tip deflection, avoid resonance and minimize weight and cost. These criterions can be satisfied by modifying the geometrical parameters of the blade. This study is dedicated to the aerodynamic assessment of a 20 kW horizontal axis wind turbine operating with two possible airfoils; that is $G{\ddot{o}}ttingen$ 413 and NACA 2415 airfoils (the Gottingen airfoil never been used in wind turbines). For this study parameters such as chord (constant, tapered and elliptic), twist angle (constant and linear) are varied and applied to the two airfoils independently in order to determine the most adequate blade configuration that produce the highest annual energy output. A home built numerical code based on the Blade Element Momentum (BEM) method with both Prandtl tip loss correction and Glauert correction, X-Foil and Weibull distribution is developed in Matlab and validated against available numerical and experimental data. The results of the assessment showed that the NACA 2415 airfoil section with elliptic chord and constant twist angle distributions produced the highest annual energy production.
In this paper, a semi-supervised machine learning technique applied to actual field vibration data acquired from Jeju-do wind turbines for predictive diagnosis of abnormal conditions of offshore wind turbines is introduced. Semi-supervised machine learning, which combines un-supervised learning with supervised learning, can be used to perform anomaly detection in situations where sufficient fault data cannot be obtained. The signal processing results using the spectrogram of the original signal were shown, and external data were used to overcome the problem that disturbance reactions easily occurred due to the imbalance between the number of normal and abnormal data. Out of distribution (OOD), which uses external data, is a technology that is regarded as abnormal data that is unlikely to occur in reality, but we were able to use it by expanding it. By rearranging the distribution of data in this way, classification can be performed more robustly. Specifically, by observing the trends of the abnormal score and the change in the feature of the representation layer, continuous learning was performed through a mixture of existing and new data.
In this paper, the aspects on modeling and control of an existing wind turbine are discussed. When designing control for variable-speed wind turbine, one deals with highly resonant, nonlinear dynamic systems subject to random excitation, i.e. wind turbulence. This requires good knowledge of the dynamics to be controlled. This paper describes an mathematical modeling of wind turbines with emphasis on control design for an existing wind turbine.
Permanent-magnet generators have been used for wind turbines for many years. This paper deals with the AFPM(Axial - Flux Permanent Magnet) Generator with a high power-to-weight ratio, dedicated for small wind turbines. The designed and constructed generator as a prototype in this study is a slotless type AFPM Generator with Neodymium-Iron-Boron magnet rotor. Based on that construction, a magnetic circuit analysis of the generator is carried out. Some important equations covering its characteristics and construction are derived and its magnetic and electrical characteristics are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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