Dimensionering av vindkrafttorn
Av Ulrika Lagerblad och Helen Eriksson
Vindkraftverkets
tre delar
Maskinhus
Torn
Rotorblad
Om projektet
Ett vindkraftverk består generellt
sett av tre delar; torn, maskinhus
och rotorblad. Projektet avhandlar
hållfastheten hos tornet.
Tornets
tre segment
Tornet består av tre cylindriska
tunnväggiga rör, ihopmonterade
med varandra.
Projektets mål har varit att
undersöka de olika krafter
och moment som verkar på
vindkraftverket.
Projektet har utförts i sammarbete
med Liten Vindkraft AB, ett företag
som producerar, levererar och
monterar små vindkraftverk till
småföretag och privatpersoner.
Krafter och moment verkande
på vindkraftverket
De krafter som analyserats
är:
Frotor: kraft som uppkommer
av vinden som trycker
på rotorbladen
Ftorn: kraft som uppkommer
av vinden som trycker
på tornet
N: normalkraft på grund
av tornets egentyngd
De moment som
analyserats är:
Mböj: böjande moment på
grund av placeringen
av maskinhusets
och rotorbladens
gemensamma
tyngdpunkt och Frotor:s
angreppspunkt
Mz: vridande moment på
grund av maskinhusets
omriktning mot vind
25
20
Kraft [kN]
Som grafen visar är Frotor mycket större
än Ftorn vid normala vindhastigheter
(årsmedelvind i Sverige är ca 6 m/s).
Frotor visar sig vara mycket viktig vid
dimensionering av vindkraftstornet.
15
10
5
0
0
6
8
Vindhastighet [m/s]
10
12
totala kraften Frotor+Ftorn (röd kurva)
16
Grafen visar böjspänningen i tornet vid
vindkraftverkets märkvind*, 10 m/s. Som
synes är böjspänningen störst mellan
tornets översta och mellersta segment.
Böjspänningen kommer där upp i
ungefär halva resttöjningsgränsen.
14
12
Höjd [m]
4
Krafterna Frotor (grön kurva), Ftorn (blå kurva) och den
18
10
8
6
4
* Märkvind är den vindhastighet då vindkraftverket
uppnår optimal effekt
2
0
2
−100
−50
0
50
Spänningen [MPa]
100
Max/min böjspänning i de tre tornsegmenten.
18
16
14
12
Höjd [m]
Vid jämförelse mellan tryckspänningen
och böjspänningen ser man att
tryckspänningen är mycket mindre
än böjspänningen. Tryckspänningen
kommer därför spela liten roll vid
dimensioneringen av vindkrafttornet.
10
8
6
4
2
0
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
−Spänningen [MPa]
Tryckspänningen i de tre tornsegmenten.
Ett dimensioneringsexempel:
Man vill minska spänningen i tornet till hälften genom att
antingen öka tornsegmentets radie eller dess godstjocklek,
men vill även minimera materialåtgången. Halverad
spänning leder till att man antingen måste öka radien en
faktor √2, eller tjockleken en faktor 2. Det visar sig att man
sparar 30 % procent av materialet genom att öka radien och
inte tjockleken.
1.5
1.6
