석사학위 논문  (2012년 8월   숭실대학교 대학원 기계공학과  조 래 준, 지도교수 김 진 오)

 

풍력발전기 타워의 진동 해석

Vibration Analysis on the Towers of Wind-Turbine Generators

 

[국문초록]

   본 논문은 풍력발전기 타워의 구조진동과  타워 후면의 와류방출을 해석하여 고유진동수와 와류진동수를 비교함으로써 공진 가능성을 이론적으로 제시한다. 해석 모델은 1 kW 급과 750 kW 급 타워를 대상으로 이론적 해석과 유한요소해석을 하였다.

   구조진동의 경우, 타워를 외팔보로 모델링하여 굽힘진동을 해석하였다. 이론적 해석에서는 Euler-Bernoulli beam 이론을 적용하는 엄밀해를 구하였다. 1 kW 급의 타워의 형상은 균일하지만, 750 kW 급 타워는 상단에서 하단으로 갈수록 굵어지기 때문에 균일한 타워로 단순화 하여 해석한 후 유한요소법을 통해 수치해석을 하여 이론해석을 보완하였다. 또한 타워의 상단에 설치된 너셀과 블레이드 무게를 고려하여 집중질량이 있는 외팔보로도 해석하였다.

   와류방출의 경우, 바람의 속도에 따른 와류방출 진동수를 이론적으로 계산하고, 유한요소법으로 보완하였다. 이론해석은 공기의 Reynolds 수를 계산하요, 그에 따른 Strouhal 수를 찾아 진동수를 해석하였다. 유한요소해석 방법으로는 타워의 단면을 원형으로 간주하여 모델링 하고, 후면의 상단과 하단 45도 위치에서 와류를 관찰하여 이론적 계산 결과를 보완하였다. 와류기인 진동해석은 타워의 고유진동수와 와류진동수를 비교하여 공진영역 확인을 하였다.

 

[목 차]

1. 서 론

2. 구조진동 해석

    2.1 이론해석

    2.2 수치해석

3. 와류방출 해석

    3.1 이론해석

    3.2 수치해석

4. 유동기인 진동 해석

5. 결 론