Hacıefendioglu, Kemal;Basaga, Hasan Basri;Ayas, Selen;Karimi, Mohammad Tordi
Wind and Structures
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제34권6호
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pp.511-523
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2022
Detecting the icing on wind turbine blades built-in cold regions with conventional methods is always a very laborious, expensive and very difficult task. Regarding this issue, the use of smart systems has recently come to the agenda. It is quite possible to eliminate this issue by using the deep learning method, which is one of these methods. In this study, an application has been implemented that can detect icing on wind turbine blades images with visualization techniques based on deep learning using images. Pre-trained models of Resnet-50, VGG-16, VGG-19 and Inception-V3, which are well-known deep learning approaches, are used to classify objects automatically. Grad-CAM, Grad-CAM++, and Score-CAM visualization techniques were considered depending on the deep learning methods used to predict the location of icing regions on the wind turbine blades accurately. It was clearly shown that the best visualization technique for localization is Score-CAM. Finally, visualization performance analyses in various cases which are close-up and remote photos of a wind turbine, density of icing and light were carried out using Score-CAM for Resnet-50. As a result, it is understood that these methods can detect icing occurring on the wind turbine with acceptable high accuracy.
본 논문에서는 상온 및 방사선 경화 복합재 풍력 블레이드의 구조성능을 비교하기 위하여 단면 강성, 정적응력 및 동적 고유 진동수를 해석하였다. 먼저 상온 및 방사선 경화공정에 의한 복합재료 시편의 탄성계수 등 물성 값을 적용하였다. 블레이드의 단면 강성 값은 고형 복합재료 보 이론을 적용하여 유한요소 적분법으로 계산하였다. 허브 체결부위를 포함한 소형 풍력 블레이드를 상용 유한요소 프로그램으로 모델링하여 최대 변위와 응력분포 등을 확인하였다. 또한, 풍력 블레이드의 회전속도에 따른 원심력 효과를 고려하여 고유 진동수 해석을 병행하였다. 이와 같은 일련의 해석결과를 상호 비교함으로써, 상온 및 방사선 경화 복합재료의 물성 값 차이에서 기인하는 풍력 블레이드의 구조성능 변화를 정량적으로 분석하였다.
The main purpose of this study is to identify the vibrational characteristics for the LP blades of Korean standard fossil power plants. Modal tests for the 6 stage blade with boundary condition in which the root of blades are constrained with the disk were conducted, and FE analysis was also did with the same boundary condition. The steady-stress and modal analyses for the coupled bladed-disk system of LP turbine stages were completed. The dynamic analysis and fatigue analysis were followed to diagnose the integrity of LP turbine blades.
In general, turbine blades are usually machined on 5-axis NC machine. The 5-axis machining of sculptured surface offers many advantages over 3-axis machining including the faster material-removal rates and an improved surface finish. But it is difficult and time-consuming to generated interference-free 5-axis tool path. This paper describes research on the algorithm for generation of an interference-free 5-axis NC data for machining turbine blades. The approach, using the section profile derived from the intersection of cutting planes with a triangulated-surface approximation, includes (1) CL-data generation by detecting an interference-free heel angle (2) the calculation method for finding a adaptive feed-rate value, and (3) the inverse kinematics depending on the structure of 5-axis machine.
Wind turbine blades are adjusted in real-time according to the wind conditions and blade deformations to improve power generation efficiency. It is necessary to predict and reduce the aeroelastic deformations of wind turbine blades. In this paper, the equivalent model of the blade is established by the finite element method (FEM), and the aerodynamic load of the blade is evaluated based on the blade element momentum (BEM) theory. The aeroelastic coupling model is established, in which the bending-torsion coupling effect of the blade is taken into account. The steady and dynamic aeroelastic deformations are calculated. The influences of the blade section's shear centre position and the blade's sweepback design on the deformations are analyzed. The novel approaches of reducing the twist angle of the blade by changing the shear centre position and sweepback of the blade are presented and proven to be feasible.
In this study, a new shape of wind turbine with horizontal axis has been proposed. The proposed wind turbine has two pairs of 3 tiltable blades which minimizes air resistance during the reverse rotational direction. Under a given wind speed, 3D numerical simulations on tiltable blades were performed for various TSRs(tip-speed-ratios). Four cases of rotational position was considered to analyze the torque and wind power generated on the blade surfaces. The results show that the maximum wind power occurs at the TSR of 0.2. Due to the blade tilting, the wind passes through the blade without air resistance at the reverse rotational direction. The torque is mainly caused by pressure differences between the front and rear surface of the blade, and it becomes maximum when the blade is located at the azimuth angle of 330°.
The assumed modes method is developed to derive a set of linear differential equations describing the motion of a flexible wind turbine blade and to propose an approach to investigate the forced responses result from various wind excitations. In this work, we have adopted Euler beam theory and considered that the root of the blade is clamped at the rigid hub. And the aerodynamic parameters and forces are determined based on Blade Element Momentum (BEM) theory and quasi-steady airfoil aerodynamics. Numerical calculations show that this method gives good results and it can be used fur modeling and the forced vibration analysis including the coupling effect of wind-turbine blades, as well as turbo-machinery blades, aircraft propellers or helicopter rotor blades which may be considered as straight non-uniform beams with built-in pre-twist.
This paper presents a study on Vane Tidal Turbine (VTT) focusing on analysis of two types of blade arrangement originated from the previous studies where the original design was examined and performance-tested for different numbers of blades (six, eight and twelve). Compared to conventional tidal turbines, VTT has several special features and potential advantages which have been being thoroughly developed. The purpose of this study is to analyze VTT's capability of extracting and converting the hydrokinetic energy of tidal currents into electricity at given arrangement of blades (single and double rows, six and twelve blades) using CFD. From the calculation results, the six-blade single row turbine shows the best performance, in which the highest power and torque coefficients reach up to about 34 % and 36 %, respectively, at TSR=0.94. However, despite of lower power coefficient, by adding more blades, the torque's extraction of twelve-blade turbine, especially the double row type, is less fluctuate than that of the six-blade setups.
For a given axial turbine blade, reverse design method is developed to improve blade efficiency, optimize blade profile, or repair parts etc. In this process, design parameters for designing axial turbine blade are induced. The induced design parameters are as follows; ellipse at leading edge, radios of trailing edge, axial chord, tangential chord, wedge angle at the inlet, and unguided turning angle. Suction and pressure surfaces of turbine blade are described by cubic polynomials. Two sample blades we chosen and their blade profiles are measured at the mean radius. Values of design parameters for sample blades are obtained by the reverse design method. Re-designed blade profiles using calculated design parameters are compared with the measured data, and they show good agreement. So, the developed design method could be applied to design general turbine blades. Various blade shapes are designed, and they show that designed blade profiles can be adjusted by controlling design parameters.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제9권1호
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pp.47-55
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2016
The portable hydraulic turbine we previously developed for open channels comprises an axial flow runner with an appended collection device and a diffuser section. The output power of this hydraulic turbine was improved by catching and accelerating an open-channel water flow using the kinetic energy of the water. This study aimed to further improve the performance of the hydraulic turbine. Using numerical analysis, we examined the performances and flow fields of a single runner and a composite body consisting of the runner and collection device by varying the airfoil and number of blades. Consequently, the maximum values of input power coefficient of the Runner D composite body with two blades (which adopts the MEL031 airfoil and alters the blade angle) are equivalent to those of the composite body with two blades (MEL021 airfoil). We found that the Runner D composite body has the highest turbine efficiency and thus the largest power coefficient. Furthermore, the performance of the Runner D composite body calculated from the numerical analysis was verified experimentally in an open-channel water flow test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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