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The generalized Maxwell-slip friction model applied to starting of small wind turbines
Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering ( IF 1.8 ) Pub Date : 2021-07-09 , DOI: 10.1007/s40430-021-03088-0
Ruan de S. Ribeiro 1 , Déborah A. T. D. do Rio Vaz 1 , Jerson R. P. Vaz 1
Affiliation  

Starting of small turbines is significantly affected by friction resistance of drivetrains. When the effect of drivetrain is not considered in small turbine design, the rotor starting may be overestimated, becoming resistance assessment of small turbines relevant in the literature. The present work develops a novel modeling to estimate starting of small wind turbines using an extension of the generalized Maxwell-slip (GMS) friction model. The friction torque of a small wind turbine is analyzed and compared with experimental data available in the literature. Static and dynamic torques are evaluated through the use of the extended GMS, in which a procedure to estimate the aerodynamic starting torque of the turbine is performed. The results show that the proposed approach is a generalization of Stribeck model applicable to both regimes unsteady and steady-state, demonstrating good agreement with measurements from the literature. For a constant wind velocity, the aerodynamic torque for a stationary blade always decreases along the time, and only lift force and chord distribution can generate aerodynamic torque at starting. However, it is interesting whether the wind velocity is variant, starting from zero to a constant value, this variation increases the aerodynamic torque a little soon after starting. The estimated powertrain axial load and torque are close to the measurements with maximum errors of 9.4 and 6.7%, respectively, demonstrating the good behavior of GMS for starting of small turbines.



中文翻译:

广义Maxwell-slip摩擦模型在小型风力发电机组启动中的应用

小型涡轮机的启动受传动系统摩擦阻力的显着影响。当在小型涡轮机设计中不考虑动力传动系统的影响时,转子启动可能被高估,成为文献中相关的小型涡轮机阻力评估。目前的工作开发了一种新颖的模型,以使用广义麦克斯韦滑移 (GMS) 摩擦模型的扩展来估计小型风力涡轮机的启动。分析了小型风力涡轮机的摩擦扭矩,并与文献中可用的实验数据进行了比较。静态和动态扭矩通过使用扩展 GMS 进行评估,其中执行估计涡轮机气动启动扭矩的程序。结果表明,所提出的方法是 Stribeck 模型的推广,适用于非稳态和稳态两种状态,与文献中的测量结果非常吻合。在风速不变的情况下,静叶片的气动扭矩总是随时间减小,只有升力和弦分布才能在启动时产生气动扭矩。然而,有趣的是风速是否是变化的,从零开始到一个恒定值,这种变化会在启动后不久增加空气动力扭矩。估计的动力系统轴向载荷和扭矩接近测量值,最大误差分别为 9.4% 和 6.7%,证明了 GMS 在启动小型涡轮机方面的良好行为。证明与文献中的测量结果非常吻合。在风速不变的情况下,静叶片的气动扭矩总是随时间减小,只有升力和弦分布才能在启动时产生气动扭矩。然而,有趣的是风速是否是变化的,从零开始到一个恒定值,这种变化会在启动后不久增加空气动力扭矩。估计的动力系统轴向载荷和扭矩接近测量值,最大误差分别为 9.4% 和 6.7%,证明了 GMS 在启动小型涡轮机方面的良好行为。证明与文献中的测量结果非常吻合。在风速不变的情况下,静叶片的气动扭矩总是随时间减小,只有升力和弦分布才能在启动时产生气动扭矩。然而,有趣的是风速是否是变化的,从零开始到一个恒定值,这种变化会在启动后不久增加空气动力扭矩。估计的动力系统轴向载荷和扭矩接近测量值,最大误差分别为 9.4% 和 6.7%,证明了 GMS 在启动小型涡轮机方面的良好行为。有趣的是风速是否是变化的,从零开始到一个恒定值,这种变化会在启动后不久增加空气动力扭矩。估计的动力系统轴向载荷和扭矩接近测量值,最大误差分别为 9.4% 和 6.7%,证明了 GMS 在启动小型涡轮机方面的良好行为。有趣的是风速是否是变化的,从零开始到一个恒定值,这种变化会在启动后不久增加空气动力扭矩。估计的动力系统轴向载荷和扭矩接近测量值,最大误差分别为 9.4% 和 6.7%,证明了 GMS 在启动小型涡轮机方面的良好行为。

更新日期:2021-07-09
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