Wind energy is considered as the most competitive energy source in terms of power generation cost and efficiency. The power train of the pitch drive for a wind turbine uses a 3-stage complex planetary gear system in being developed locally. A gear train of the pitch drive consists of an electric or hydraulic motor and a planetary decelerator, which optimizes the pitch angle of the blade for wind generators in response to the change in wind speed. However, it is prone to many problems, such as excessive repair costs in case of failure. Complex planetary gears are very important parts of a pitch drive system because of strength problem. When gears are designed for the power train of a pitch drive, it is necessary to analyze the fatigue strength of gears. While calculating the specifications of the complex planetary gears along with the bending and compressive stresses of the gears, it is necessary to analyze the fatigue strength of gears to obtain an optimal design of the complex planetary gears in terms of cost and reliability. In this study, the specifications of planetary gears are calculated using a self-developed gear design program. The actual gear bending and compressive stresses of the planetary gear system were analyzed using the Lewes and Hertz equation. Additionally, the calculated specifications of the complex planetary gears were verified by evaluating the results from the Stress - No. of cycles curves of gears.
A numerical analysis method for predicting aerodynamic noise at inter-coach space of high-speed trains, validated by wind-tunnel experiments for limited speed range, is proposed. The wind-tunnel testing measurements of the train aerodynamic sound pressure level for the new generation Korean high-speed train have suggested that the inter-coach space aerodynamic noise varies approximately to the 7.7th power of the train speed. The observed high sensitivity serves as a motivation for the present investigation on elucidating the characteristics of noise emission at inter-coach space. As train speed increases, the effect of turbulent flows and vortex shedding is amplified, with concomitant increase in the aerodynamic noise. The turbulent flow field analysis demonstrates that vortex formation indeed causes generation of aerodynamic sound. For validation, numerical simulation and wind tunnel measurements are performed under identical conditions. The results show close correlation between the numerically derived and measured values, and with some adjustment, the results are found to be in good agreement. Thus validated, the numerical analysis procedure is applied to predict the aerodynamic noise level at inter-coach space. As the train gains speed, numerical simulation predicts increase in the overall aerodynamic sound emission level accompanied by an upward shift in the main frequency components of the sound. A contour mapping of the aerodynamic sound for the region enclosing the inter-coach space is presented.
The gearbox for wind turbine have been increased the size by the wind turbine is needed to produce bigger power. The optimal sizing for gearbox is demanded because of limited space on the nacelle. The volume and weight for the gearbox are influenced especially for size of it. Therefore, the purpose of this study investigates the design characteristics considering types of gear train structure for optimizing the volume and weight of the gearbox.
The funnel-shaped vortex structure of tornadoes results in a spatiotemporally varying wind velocity (speed and direction) field. However, very limited full-scale tornado data along the height and radius positions are available to identify and reliably establish a description of complex vortex structure together with the resulting aerodynamic effects on the high-speed train (HST). In this study, the improved delayed detached eddy simulation (IDDES) for flow structures and aerodynamic pressures around an HST under tornado-like winds are conducted to provide high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) results. To demonstrate the accuracy of the numerical method adopted in this study, both field observations and wind-tunnel data are utilized to respectively validate the simulated tornado flow fields and HST aerodynamics. Then, the flow structures and aerodynamic pressures (as well as aerodynamic forces and moments) around the HST at various locations within the tornado-like vortex are comprehensively compared to highlight the importance of considering the complex spatiotemporal wind features in the HST-tornado interactions.
Variable loads along the drive-train are attributed to frequent failures of gears, bearings, and other components. Wind parameters cannot be controlled and therefore any turbine load-reducing remedies must be established based on proper insights into the wind-turbine interactions. A novel control concept to performance optimization of wind turbines is presented. This proposed concept is based on analysis of the turbine status reflected in the SCADA data. Modern computational techniques are used to optimize performance of a wind turbine from tree basic perspectives: drive-train, power output, and power quality. The proposed approach demonstrates that gains in the metrics representing the three perspectives and the corresponding control goals can be significantly improved for any wind turbine. The solution is applicable different turbine types operating in different wind regimes, e.g., winds of different speeds and variability. Simple and transparent parameters allow an operator to determine a balance between the operations and maintenance, technical, business objectives. The proposed modeling framework was embedded in software. The software tool has been tested on the data collected from 1.5 MW wind turbines.
Zachry, Brian C.;Letchford, Chris W.;Zuo, Delong;Kennedy, Andrew B.
Wind and Structures
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v.16
no.2
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pp.193-211
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2013
This paper presents results from a wind tunnel study that examined the drag coefficient and wind flow over an asymmetric wave train immersed in turbulent boundary layer flow. The modeled wavy surface consisted of eight replicas of a statistically-valid hurricane-generated wave, located near the coast in the shoaling wave region. For an aerodynamically rough model surface, the air flow remained attached and a pronounced speed-up region was evident over the wave crest. A wavelength-averaged drag coefficient was determined using the wind profile method, common to both field and laboratory settings. It was found that the drag coefficient was approximately 50% higher than values obtained in deep water hurricane conditions. This study suggests that nearshore wave drag is markedly higher than over deep water waves of similar size, and provides the groundwork for assessing the impact of nearshore wave conditions on storm surge modeling and coastal wind engineering.
Jiqiang, Niu;Yingchao, Zhang;Zhengwei, Chen;Rui, Li;Huadong, Yao
Wind and Structures
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v.35
no.6
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pp.405-418
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2022
The aerodynamic behaviour of a CRH high-speed train under three infrastructure scenarios (flat ground, embankment, and viaduct) in the presence of a crosswind was simulated using a 1/8th scaled train model with three cars and the IDDES framework. The time-averaged and instantaneous flow field around the model were examined. The employed numerical algorithm was verified through a wind tunnel test, and the grid and timestep resolution analyses were conducted to ensure the reliability of the data. It was noted that the flow around the rail line was different under different infrastructure scenarios, especially in the case of the embankment, which degraded the aerodynamic performance of the train under the crosswind. The flow around the train on the flat ground and viaduct was different, although the aerodynamic performance of the train was similar in both cases. Moreover, the viaduct accidents were noted to have the most critical consequences, thereby requiring the most attention. The aerodynamic performance of the train on the windward track of the embankment under the crosswind was worse than that of the train on the leeward track. But for the other two infrastructure scenarios, the aerodynamic performance of the train on the windward track is relatively dangerous, which is mainly caused by the head car. These observations suggest that the aerodynamic behaviour of the train on an embankment under a crosswind must be carefully considered and that certain wind protection measures must be adopted around rail lines in windy areas.
Considering the wind barriers induced aerodynamic characteristic variations of both bridge deck and trains, this paper studies the effects of wind barriers on the safety and stability of trains as they run through an urban rail transit cable-stayed bridge which tends to be more vulnerable to wind due to its relatively low stiffness and lightweight. For the bridge equipped with wind barriers of different characteristics, the aerodynamic coefficients of trains and bridge decks are obtained from wind tunnel test firstly. And then, the space vibration equations of the wind-train-bridge system are established using the experimentally obtained aerodynamic coefficients. Through solving the dynamic equations, one can calculate the dynamic responses both the trains and bridge. The results indicate that setting wind barriers can effectively reduce the dynamic responses of both the trains and bridge, even though more wind forces acting on the bridge are caused by wind barriers. In addition, for urban rail transit cable-stayed bridges located in strong wind environment, the wind barriers are recommended to be set with 20% porosity and 2.5 m height according to the calculation results of cases with wind barriers porosity and height varying in two wide ranges, i.e., 10% - 40% and 2.0 m to 4.0 m, respectively.
Cho Bong-Hyun;Lee Chang-Su;Choi Sung-Ok;Ryu Ki-Wahn
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.25-32
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2005
The aerodynamic loads at the blade hub and the drive shaft for 1MW horizontal axis wind turbine are calculated numerically. The geometric shape of the blade such as chord length and twist angle can be obtained fran the aerodynamic optimization procedure. Various airfoil data, that is thick airfoils at hub side and thin airfoils at tip side, are distributed along the spanwise direction of the rotor blade. Under the wind data fulfilling design load cases based on the IEC61400-1, all of the shear forces, bending moments at the hub and the low speed shaft of the drive train are obtained by using the FAST code. It shows that shear forces and bending moments have a periodic. trend. These oscillating aerodynamic loads will lead to the fatigue problem at both of the hub and drive train From the load analysis the maximum shear forces and bending moments are generated when wind turbine generator system operates in the case of the extreme speed wind condition.
Wind tunnel tests are performed so as to investigate the aerodynamic drag characteristics of HEMU-400x, next generation Korean high speed train. The experiments of 1/20 scaled 5-car train model are done at 30, 40, 50, 60m/s with a normal bogie, a bogie cover, and a streamlined shape. The flat plate with knife edge are installed to minimize the effect of boundary layer of wind tunnel for the train model. The aerodynamic drag reduction was more by a streamlined shape than by a bogie cover from a normal bogie. Based on the experimental results, the aerodynamic drag of HEMU-400x test train(6-car) was predicted. It is prediceted that More bogie cover could reduce more aerodynamic drag of the test train in replacement of normal bogies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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