Influência de mancais hidrodinâmicos sobre um sistema multi-eixos do trem de potência de uma turbina eólica de eixo horizontal

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Pontes, João Henrique dos Santos de, 1998-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Análise dinâmica
Mancais
Engrenagens
Turbinas a vento
Dynamic analysis
Bearings
Gearbox coupling
Wind turbines
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/25190
Resumo: Orientadores: Gregory Bregion Daniel, Tiago Henrique Machado
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Trabalhos focados na caixa de engrenagens do sistema geralmente tem como objetivo a melhora na vida útil dos seus componentes. Uma possibilidade para aumentar a vida útil da caixa de engrenagens é o uso de mancais hidrodinâmicos, substituindo mancais de rolamento mais comumente usados, algo que ainda não foi amplamente explorado com base na literatura. Neste trabalho é investigada a influência dos mancais hidrodinâmicos em trens de potência de turbinas eólicas de eixo horizontal. Para obter os resultados, um modelo de sistema multi-eixos conectado por engrenamento foi desenvolvido utilizando o método dos elementos finitos para simular a resposta dinâmica de um trem de potência de um gerador eólico de eixo horizontal. Os eixos são modelados usando o elemento de viga de Timoshenko com 5 graus de liberdade por nó, e conectados por engrenagens helicoidais que introduzem uma rigidez de contato variante no tempo. O sistema rotativo é analisado tanto no domínio da frequência quanto no domínio do tempo. A análise modal é realizada para determinar as frequências naturais do sistema e obter seu diagrama de Campbell. A Função Resposta ao Desbalanceamento - FRD também é realizada para determinar as amplitudes de vibração em diferentes condições de funcionamento. Finalmente, as respostas temporais são obtidas usando o método de integração de Newmark, e uma Transformada Rápida de Fourier - FFT é usada para decompor os sinais temporais, revelando as frequências internas e suas harmônicas, associadas ao engrenamento dos dentes. Os resultados obtidos neste trabalho fornecem importantes contribuições relacionadas aos efeitos dos mancais sobre a resposta dinâmica de um sistema multi-eixos engrenados, permitindo assim investigar possíveis melhorias relacionadas às caixas de transmissão, que são componentes críticos para o desempenho de turbinas eólicasAbstract: The growing need for clean energy production is encouraging several studies related to wind power generation in recent years. Wind turbine horizontal drivetrains consist of several components, including a low-speed shaft connected to the rotor blades, a gearbox, and a high-speed shaft connected to the electric generator. Works focusing on the gearbox section of the system aim to improve the lifetime of their components. One possibility to increase gearbox lifetime is the use of journal bearings replacing typical roller bearings which has not been widely explored so far. In this work, a evaluation on the influence of hydrodynamic bearings on horizontal axis wind turbine is investigated. To obtain the results, a model of multi-shaft geared system is developed using the finite element method to simulate the dynamic response of a horizontal-axis wind turbine drivetrain. The shafts are modeled using the Timoshenko beam element with 5 degrees of freedom per node, and connected by helical gears that introduce a time-varying contact stiffness. To evaluate the influence of bearing effects on the dynamic response of the rotating system, different types of bearings are considered in the numerical simulations. The effects of hydrodynamic journal bearings are discussed in comparison with the rolling bearing model. The rotating system is analyzed in both the frequency domain and the time domain. Modal analysis is performed to determine the natural frequencies of the system and obtain its Campbell diagram. The Unbalance Response Function, presented in the form of a Bode diagram, is also performed to determine the vibration amplitudes under different operating conditions. Finally, the time responses are obtained using the Newmark integration method, and a Fast Fourier Transform is used to decompose the time vibration signals, revealing the internal gear boxes frequencies and their harmonics, associated to tooth meshing. The results obtained in this work provide important contributions related to the effects of bearings on the dynamic response of a multi-shaft geared system, thus allowing for the investigation of possible improvements related to gearboxes, which are critical components for the performance of wind turbinesAbertoMestradoMecânica de Sólidos e Projeto MecânicoMestre em Engenharia Mecânica[s.n.]Daniel, Gregory Bregion, 1984-Machado, Tiago Henrique, 1986-Visnadi, Laís BittencourtMiyasato, Hugo HeidyUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPontes, João Henrique dos Santos de, 1998-20242024-08-23T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (140 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/25190PONTES, João Henrique dos Santos de. Influência de mancais hidrodinâmicos sobre um sistema multi-eixos do trem de potência de uma turbina eólica de eixo horizontal. 2024. 1 recurso online (140 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/25190. 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