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초록
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본 논문은 정상풍속과 돌발풍속을 수학적으로 모델링하고 풍향에 따라 전달되는 메인축에서의 전달모멘트를 조사하여 기어박스에 전달되는 풍하중의 특성을 파악하였다. 정상풍속은 지상에서 고도가 높아짐에 따라 속도가 증가하게 설정을 하였다. 풍하중에 의해서 메인축으로 전달되는 모멘트의 평균값과 하모닉값을 풍향 입사각을 $-45^{\circ}{\sim}45^{\circ}$로 변화를 주며 특성을 파악하였다. 또한 기어 트레인의 미스 얼라인먼트를 유발시키는 굽힘 모멘트의 특성을 파악하였다. 정상풍속모델에서는 블레이드의 3배수 주파수(3X)로 하는 토크의 가진이 생기며, 바람의 방향이 $+22.5^{\circ}$일 때 수평방향의 굽힘 모멘트가 주축으로 들어가는 토크의 50%수준으로 발생하는데 이는 수평방향으로의 탄성 축 휘임을 유발하여 치가 모서리에서 물림이 발생하게 하는 원인을 제공함을 알 수 있었다. 돌발풍속의 경우, 3X, 6X, 9X를 가진 주파수로 하는 토크의 가진이 바람의 방향이 +방향으로 커질수록 하모닉항의 상대 비율이 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, normal wind load and blast wind load are modeled mathematical. And the periodical torque and bending moments transmitted to the main shaft of wind turbine are investigated. A normal wind model assumed, of which the wind velocity is increased according to the height from ground. The av...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 정상풍속과 돌발풍속을 수학적으로 모델링하고 풍향에 따라 전달되는 메인축에서의 전달모멘트를 조사하여 기어박스에 전달되는 풍하중의 특성을 파악하는데 목적이 있다. 풍속 모델은 고도에 따라 속도분포가 변하는 정상풍속모델과 바람중심에서 정규분포로 속도가 변화되는 돌발풍속모델 둘로 나누었다.
  • 블레이드의 형상 및 양력/항력계수는 [6]에서 제시된 일반적인 경우를 채택하였다. 풍향에 따른 메인축에 전달되는 풍하중을 토크와 굽힘모멘트에 대하여 계산하여 주파수 스펙트럼을 통하여 그 특성을 살피고 블레이드에서 발생하는 굽힘 및 토크 모멘트와 기어박스의 진동 가진원을 파악하여 풍력 발전기 설계에 필요한 기초자료로 삼고자 한다.

가설 설정

  • 돌발풍속은 바람 중심으로부터 속도분포가 정규분포로 변한다고 가정하였다. 바람의 중심은 블레이드 중심을 기준으로 설정된다(Figure 2 참조).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
신뢰성있는 풍력발전기 설계를 위해서 필요한 것은 무엇인가? 풍력발전기는 회전자를 통해 바람의 운동에너지를 흡수하여, 동력전달장치 및 발전기를 통해 최종적으로 전기에너지로 변환하는 장치이다. 따라서 신뢰성 있는 풍력발전기 설계를 위해서는 정상풍속과 돌발풍속에 따라 전달되는 메인축에서의 전달모멘트를 조사하여 기어박스에 전달되는 풍하중의 특성을 파악하는 것이 필요하다.
풍력발전기는 어떤 장치인가? 풍력발전기는 회전자를 통해 바람의 운동에너지를 흡수하여, 동력전달장치 및 발전기를 통해 최종적으로 전기에너지로 변환하는 장치이다. 따라서 신뢰성 있는 풍력발전기 설계를 위해서는 정상풍속과 돌발풍속에 따라 전달되는 메인축에서의 전달모멘트를 조사하여 기어박스에 전달되는 풍하중의 특성을 파악하는 것이 필요하다.
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참고문헌 (7)

  1. 녹색성장위원회, 신재생에너지 발전전략, 2010. 10.13. 

  2. 박지상, 정성훈, 황병선, "풍력터빈 블레이드의 설계/해석 및 시험 평가 시술", 기계와 재료, 제19권, 제2호, pp. 28-47, 2007. 

  3. 김동현, 황미현, 김요한, 김동만, 김수현, "공탄성 변형 효과를 고려한 5MW급 풍력 발전기 블레이드의 성능해석", (사)풍력에너지 학회 2010 춘계학술대회, pp. 657-662, 2010. 

  4. Berthold Schlecht, Dipl-Ing. Sascha Gutt, "Multibody-System-simulation of Drive Trains of Wind Turbines", WCCMV, pp. 1-326, 2002. 

  5. 유동옥, 권오준, "RANS 및 VTM 기법을 이용한 풍력 터빈 블레이드의 비정상 공력 특성 예측", (사)풍력에너지 학회 2010 춘계학술대회, pp. 667-672, 2010. 

  6. Siegfried Heier, Grid of Wind energy Conversion System, John Wiley & Sons, Inc, New York, 2006. 

  7. 김경택, 박종포, 이충원, "굽힘 및 비틀림 연성 효과를 고려한 대형 풍력터빈 블레이드의 강제 진동 및 하중 해석", 한국소음진동공학회 2008년 추계학술대회논문집, pp. 256-263, 2008. 

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