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Type: DISSERTAÇÃO
Degree Level: Mestrado
Title: Estudo do comportamento vibratório torcional do trem de potência de um aerogerador de eixo horizontal
Title Alternative: Torsional vibratory behavior study of a powertrain in horizontal axis wind turbine
Author: Silva, Gustavo Roberto de Souza, 1989-
Advisor: Dias Junior, Milton, 1961-
Junior, Milton Dias
Abstract: Resumo: Entre os anos de 2004 e 2014 a capacidade total instalada de aerogeradores no mundo apresentou um crescimento de aproximadamente 700%. Este crescimento tão acentuado tem ocorrido devido à atual preocupação mundial com o desgaste do planeta e a consequente busca por novas fontes de energia renováveis e limpas. Evidentemente, esta situação tem atraído muitos investimentos para o estudo de geradores eólicos mas o que se observa na prática é que um número significativo de falhas prematuras ainda ocorrem nos componentes dos aerogeradores. Problemas com a caixa de engrenamento estão entre as principais causas de downtime de um aerogerador. Estudos ainda mais profundos relacionados a este assunto são necessários para o desenvolvimento de projetos de turbinas eólicas mais confiáveis. O presente trabalho se insere neste contexto analisando o comportamento vibratório torcional do trem de potência de um aerogerador de eixo horizontal de velocidade variável. Para tanto, utiliza-se um modelo de múltiplos corpos no qual são incorporados os efeitos da rigidez variável dos engrenamentos helicoidais, fazendo com que o sistema resultante seja linear e variante com o tempo. Os parâmetros modais - frequências naturais, fatores de amortecimento e modos de vibrar - do sistema linear e invariante no tempo equivalente são apresentados. Foram também realizadas simulações com o aerogerador operando nas condições de velocidades de rotação constante e variável, sempre funcionando em faixas de operação compatíveis com o gerador eólico estudado. Os resultados das simulações foram analisados utilizando ferramentas de processamento de sinais estacionários e não estacionários. Estes resultados mostram a presença de forças dinâmicas internas à caixa de engrenagens que contém componentes de frequência iguais às frequências do engrenamento e suas múltiplas. Demonstra-se que estas forças, dependendo da velocidade de operação da máquina e das características do par engrenado, podem excitar as frequências naturais do sistema, e isto, por sua vez, pode levar ao desgaste prematuro dos componentes do aerogerador. Verifica-se também a ocorrência de ressonâncias de segunda ordem, característica de sistemas variantes com o tempo

Abstract: Between 2004 and 2014, the total capacity installed of wind turbines in the world presented an increase of approximately 700%. This very sharp increase has been due to the current global concerns about the planet wear and the consequent search for new sources of renewable and clean energy. Clearly, this situation has attracted many investments for the wind turbines study, but in practice it is observed that a significant number of premature failures still occur in the wind turbine components. Problems with the gear box are one of the leading causes of the downtime of a wind turbine. Deeper studies related to this matter are necessary for the development of more trustable wind turbines projects. The main work was inserted in this context analyzing the torsional vibration behavior of the power train of a horizontal axis wind turbine with variable speed. To do so, a multibody model was used in which the variable stiffness effects of the helical gear ratio were embedded, so that the resulting system was linear time-varying. The modal parameters ¿ natural frequencies, damping factors and vibration modes- of the equivalent linear time-invariant system were presented. Simulations with a wind turbine operating in constant and variable rotation speed conditions were also made, always working on compatible operating ranges with the wind generator studied. The simulations results were analyzed using stationary and not stationary signal processing tools. These results showed the presence of dynamic forces inside the gear box containing the frequencies components equal to the gear meshing frequencies and its multiples. Depending of the operation machine speed and the gear pair characteristics, it was demonstrated that these forces may excite the natural frequencies of the system, and in turn, this can lead to premature wear of the wind turbine components. It is also verified the occurrence of second-order resonances and linear time-varying systems characteristics
Subject: Turbinas a vento
Engrenagens - Vibração
Editor: [s.n.]
Citation: SILVA, Gustavo Roberto de Souza. Estudo do comportamento vibratório torcional do trem de potência de um aerogerador de eixo horizontal. 2015. 111 p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/265772>. Acesso em: 27 ago. 2018.
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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