The modern wind turbines are widely used as important natural energy sources for the electric generation in western countries and some Asian nations. They are commercially matured and progressive and clear policy for the more development with higher technical purposes is maintained throughout the world. Modern wind turbines produce nearly 2000 kW output in their largest sizes and this trend increases up to more powerful power and ultimate utilization of wind energy favoured by clean natural energy. This article has the points of reviewing the states of the art of modern wind turbines with their present technical directions toward next generation version. Some descriptionsare given for easy understanding of the turbine components and related fluid mechanics concerned. The general outlines of policy taken over some countries are also introduced.
Kim, Hyoung-Gil;Kong, Jeong-Sik;Kwon, Ki-Jin;Oh, Jin-Hun;Moon, Chae-Joo
Proceedings of the KIEE Conference
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2015.07a
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pp.1068-1069
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2015
Wind turbines have an enormous potential for decentralized electricity generation. In recent years, there has been an increasing worldwide interest in small/medium wind systems. This paper presents the results of power performance testing conducted on a 50 kW turbine located in Yeonggwang test-bed. The turbine system is a pitch, active yaw, variable speed, upwind, three blade with a direct drive PMSG. This thesis covers the operation of variable speed wind turbines with pitch-yaw control. The system considered is controlled to generate maximum energy while minimizing loads. The data include power, wind speed, and direction from meteorological towers, and nacelle anemometer readings and output from turbine. The analysis concentrates on the effect of the load on the power-wind speed curve of the turbine.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.12
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pp.841-847
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2019
Time series data of 6-component loads were computed for a horizontal axis wind turbine rotor in yawed operating conditions with both rotating and non-rotating coordinate systems fixed at a center of a rotor hub. In this study, a well-known 20 kW class of the NREL Phase VI rotor was used for a model wind turbine, and this paper focuses on the yaw moments and over-turning moments for the operating wind speed range between 6 to 25 m/s. Unsteady blade element momentum theorem was adopted to get the aerodynamic loads acting on the wind turbine rotor. Computed 6-component loads using the developed UBEM code were compared with those using the NREL FAST program. From the computed results, both yaw and over-turning moments would be basic inputs to determine not only the specification of yawing mechanism but also the design condition of foundation.
In this study, the effect of wake on the energy production of a downstream wind turbine was analyzed on the base of operation practices of wind farm in the coastal complex terrain which has 2 row array of wind turbines. And changes in the variation of wind speed and turbulence intensity was analyzed. In case wind turbines are spaced 4-rotor diameter-apart in the prevailing wind direction, reduction in energy production was confirmed due to the decrease of wind speed and the increase of turbulence intensity by wake. Especially a radical change of wind direction caused wind turbine a sudden stop and energy production significantly reduced. It is considered improvement of yaw brake can prevent the sudden stop and increase energy production.
Seo-Won Jang;Se-Ho Park;Young-kuk Kim;Min-Woo Kim;Hyoung-Woo Lee
Journal of Wind Energy
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v.15
no.1
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pp.43-49
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2024
This study performed a response analysis according to the transmission error of the yaw drive. To perform the response analysis, the excitation source of the transmission error was modeled and the outer ring of the first stage bearing and the outer ring of the output shaft bearing were used as measurement positions. The response results were analyzed based on the vibration tolerance values of AGMA 6000-B96. As a result of the response of the first stage bearing outer ring, the maximum displacement of the first stage planetary gear system was 5.59 and the maximum displacement of the second to fourth stage planetary gear systems was 4.21 ㎛ , 3.13 ㎛ , and 25.6 ㎛ . In the case of the output shaft bearing outer ring, the maximum displacement of the first stage planetary gear system was 1.73 ㎛, and the maximum displacement of the second to fourth stage planetary gear system was 1.94 ㎛, 0.73 ㎛, and 2.03 ㎛. According to AGMA 6000-B96, the vibration tolerance of first stage is 17.5 ㎛, and the vibration tolerance of the second to fourth stages is 58 ㎛, 80 ㎛, and 375 ㎛, which shows that the vibration tolerance is satisfied and it is safe.
This paper presents a new analysis framework for predicting the internal buffeting forces in bridge components under skew wind. A linear regressive model between the internal buffeting force and deformation under normal wind is derived based on mathematical statistical theory. Applying this regression model under normal wind and the time history of buffeting displacement under skew wind with different yaw angles in wind tunnel tests, internal buffeting forces in bridge components can be obtained directly, without using the complex theory of buffeting analysis under skew wind. A self-anchored suspension bridge with a main span of 260 m and a steel arch bridge with a main span of 450 m are selected as case studies to illustrate the application of this linear regressive framework. The results show that the regressive model between internal buffeting force and displacement may be of high significance and can also be applied in the skew wind case with proper regressands, and the most unfavorable internal buffeting forces often occur under yaw wind.
In this paper, the weight reduction design of the yaw gearbox for wind turbine was performed through the finite element analysis method, and the stability was checked by performing the critical speed analysis. The weight reduction product can improve engine efficiency, save parts materials, and earn economic benefits. The yaw gearbox is lightweighted with the goal of achieving a safety rate of 1.3 or higher for wind turbine as indicated by IEC61400-1. In order to reduce the weight of the carrier, a topology optimization method was performed. The safety factor was verified by performing finite element analysis on the carrier. In addition, the housing and carrier were modeled using the finite element method, and the gear train was modeled using MASTA. For the yaw gearbox, the housing and carrier FE model and the gear train model were connected by the partial structural synthesis method to perform the rotational vibration analysis. Vibration excitation sources are mass unbalance and gear mesh frrequemcy, and as a result of the critical speed analysis, it was found that there was no resonance within the operating speed range.
본 연구는 수평축(horizontal axis) 풍력 터빈에 의해서 수직축 발전기를 운전하는 구조 및 그 운전 방식에 관한 것으로서 바람에 의해 수평축 터빈 로터로 입력된 회전력을 기계적으로 두 개의 수직축 회전 성분으로 변환하여 이들로부터 전기 에너지를 얻어내고 필요에 따라 터빈 날개가 바람이 부는 방향을 향하도록 yaw-axis 제어를 하는 기술에 관한 것이다.
By using a computational program of three-dimensional aerostatic and aerodynamic stability analysis of long-span bridges under skew wind, the dynamic characteristics and structural stability(including the aerostatic and aerodynamic stability) of a three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge with main span of 1 400 meters are investigated numerically under skew wind, and the skew wind and aerostatic effects on the aerostatic and aerodynamic stability of three-tower cable-stayedsuspension hybrid bridge are ascertained. The results show that the three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge is a longspan structure with greater flexibility, and it is more susceptible to the wind action. The aerostatic instability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges is characterized by the coupling of vertical bending and torsion of the girder, and the skew wind does not affect the aerostatic instability mode. The skew wind has positive or negative effects on the aerostatic stability of the bridge, the influence is between -5.38% and 4.64%, and in most cases, it reduces the aerostatic stability of the bridge. With the increase of wind yaw angle, the critical wind speed of aerostatic instability does not vary as the cosine rule as proposed by the skew wind decomposition method, the skew wind decomposition method may overestimate the aerostatic stability, and the maximum overestimation is 16.7%. The flutter critical wind speed fluctuates with the increase of wind yaw angle, and it may reach to the minimum value under the skew wind. The skew wind has limited effect on the aerodynamic stability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge, however the aerostatic effect significantly reduces the aerodynamic stability of the bridge under skew wind, the reduction is between 3.66% and 21.86%, with an overall average drop of 11.59%. The combined effect of skew and static winds further reduces the critical flutter wind speed, the decrease is between 7.91% and 19.37%, with an overall average decrease of 11.85%. Therefore, the effects of skew and static winds must be comprehensively considered in the aerostatic and aerodynamic stability analysis of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges.
Inclined and yawed circular cylinder is an essential element in the widespread range of structures. As one of the applications, cables on bridges were reported to have the possibility of suffering a kind of large amplitude vibration called dry galloping. In order to have a detailed understanding of the aerodynamics related to dry galloping, this study carried out a set of wind tunnel tests for the inclined and yawed circular cylinders. The aerodynamic coefficients of circular cylinders with three surface configurations, including smooth, dimpled pattern and helical fillet are tested using the force balance under a wide range of inclination and yaw angles in the wind tunnel. The Reynolds number ranges from $2{\times}10^5$ to $7{\times}10^5$ during the test. The influence of turbulence intensity on the drag and lift coefficients is corrected. The effects of inclination angle yaw angle and surface configurations on the aerodynamic coefficients are discussed. Adopting the existed the quasi-steady model, the nondimensional aerodynamic damping parameters for the cylinders with three kinds of surface configurations are evaluated. It is found that surface with helical fillet or dimpled pattern have the potential to suppress the dry galloping, while the latter one is more effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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