به‌كارگيري روش ميرايي شانت به منظور كاهش ارتعاشات صفحه‌اي پره توربين باد مقياس كوچك با درنظرگرفتن اثر كوپلينگ ارتعاشات

Employing of shunt damping method to reduce edgewise vibration of small size wind turbine blade with considering the effect of vibration coupling

اين مقاله، به بررسي تاثير روش ميرايي شانت در كاهش ارتعاشات صفحه‌اي پره توربين باد محور افقي مقياس كوچك، با درنظرگرفتن كوپلينگ ميان ارتعاشات داخل و خارج از صفحه پره مي‌پردازد. ابتدا با استفاده از روش لاگرانژ، معادلات ديفرانسيل غيرخطي حاكم بر ديناميك پره به همراه ميراگر شانت استخراج مي‌گردند. سپس، مدل ديناميكي مذكور با مقايسه فركانس طبيعي حاصل از حل عددي معادلات با مقدار متناظر به‌دست‌آمده از يك نرم‌افزار المان محدود، اعتبارسنجي مي‌گردد. در ادامه، با انجام آناليز حساسيت و انتخاب تابع هدف و قيود مناسب، پارامترهاي ميراگر شانت با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك براي يك پره واقعي بهينه‌سازي مي‌گردند. لازم به ذكر است كه در اين پژوهش، نيروي باد اعمالي به پره به صورت سينوسي و با فركانس متغير، در چهار سرعت مختلف در نظر گرفته مي‌شود. پس از حل معادلات ديناميكي حاكم، به منظور ارزيابي موثربودن روش مذكور در كاهش ارتعاشات، نتايج حاصل از اين پژوهش با نتايج حاصل از به‌كارگيري ميراگر جرمي تنظيم‌شده بهينه براي كاهش ارتعاشات صفحه‌اي پره، مقايسه مي‌گردد. نتايج مقايسه نشان مي‌دهد كه هر دو روش تاثير مطلوبي در كاهش ارتعاشات دارند. همچنين در سرعت‌هاي باد پايين ميرايي شانت تاثير بيش‌تري در كاهش ارتعاشات دارد.

In this paper, the vibration reduction of a small-scale horizontal axis wind turbine blade is investigated using the shunt damping method by considering the coupling between edgewise and flapwise vibrations. First, the nonlinear differential equations governing the blade dynamics with shunt damper are derived using the Lagrange method. Then, by performing the sensitivity analysis and selecting the appropriate cost function and constraints, the shunt damper parameters are optimized using the genetic algorithm method for a real blade. It should be noted that in this study, the wind force applied to the blade is considered sinusoidal with variable frequency at four different speeds. After solving the governing dynamic equations, to evaluate the effectiveness of the mentioned method in reducing vibrations, the obtained results in this study are compared with the corresponding results of employing the optimized tuned mass damper for suppression of edgewise vibrations of the blade. Results show that the tuned mass damper and shunt damping method have good effects on reducing vibrations. Despite that, the tuned mass damper effect on vibration reduction at high wind speeds is greater than the shunt damping method, at low wind speeds, the shunt damping has a greater effect on reducing vibrations.