Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 2007. / Härtill 6 uppsatser.

Detta examensarbete omfattar ett maskintekniskt konstruktionsarbete som har bedrivits i samarbete med TEROC AB, i strävan att tillverka blad till små vindkraftverket med 1,2 m rotordiameter framförallt grundad på Piggotts konstruktion. Metoden som används i projektet baseras på Freddy Olssons böcker; Princip- & Primärkonstruktion, Piggotts konstruktion, Michael F. Ashby process samt International Electrotechnical Commission.    Gruppen fick av TEROC AB i uppdrag att utreda alternativ tillverkning med tydliga kravspecifikationer, i hand togs olika förslag fram. Det första handlar om att bladen tillverkas i trämaterial, andra av plastkomposit och tredje förslag av aluminium. Förslag ett ansågs vara mest lämpligt alternativet att gå vidare med och utveckla ytterligare. Gruppen utförde simulering i Catia V5 och design av prototypblad.    Gruppen utförde hållfasthetsberäkningar på bladet, med insamlade fakta kunde gruppen säkerställa vindkraftbladets hållfasthet.    Resultatet har blivit en CAD-modell ritsad i Cativa V5, Cad modellen har även använts till en FEM-analys av Hållfastheten, samt utvalt material med hjälp av Michael F. Ashby process. / This thesis includes a mechanical engineering work that has been conducted in collaboration with TEROC AB, in the endeavour to manufacture blades for small wind turbines with 1.2 m rotor diameter primarily based on Piggott's construction. The method used in the project is based on Freddy Olsson's books; Principal & Primary construction, Piggott's design, Michael F. Ashby process and International Electrotechnical Commission. The group was commissioned by TEROC AB to review alternative manufacture with clear requirements specifications, various proposals were put forward. The first is that the blades are made of wood material, others of plastic composite and third proposal of aluminum. Proposals were the most suitable option for continuing with and developing further. The group performed simulation in Catia V5 and design of prototype sheets. The group performed strength calculations on the blade, with the collected facts the group could ensure the wind power blade's strength. The result has become a CAD model drawn in the Catia V5, the Cad model has also been used for a FEM analysis of strength theory, and selected material using the Michael F. Ashby process

Sontech International AB är ett företag som är specialiserade på ljudabsorbenter i metall och skum. De har tagit fram en ljudabsorbent i kartong med slitsar som går längs arket med ett avstånd på max 5 mm mellan dem. Denna produceras idag med en CNC-maskin och det tar 17 minuter per kvadratmeter att producera absorbenten med 5 mm mellan slitsarna. För att produkten ska vara lönsam behöver produktionstiden ned på en minut per kvadratmeter. Det är ett relativt litet företag med stora kunder och har därför inte tid eller resurser att lägga på att utveckla produktionen av den. Därför har författarna fått i ansvar att som examensarbete inom maskinteknik försöka utveckla och till sist presentera en färdig modell på en maskin för lösningen. Efter skisser, prototyper och val mellan tre färdiga modeller på föll valet på maskinen vid namn Krattan. Krattan drivs med två pneumatiska cylindrar som lyfter upp arket och drar vad som kallas krattan som består av 199 knivar tvärs över det. Produktionstiden uppskattas ha sjunkit till ca 20 sekunder per kvadratmeter kartongark. / Sontech International AB is a company that specializes in sound absorbents made of metal and foam. They have a new product that is a sound absorbent made of cardboard with cuts along the sheet of cardboard with a maximum distance between the cuts of 5 mm. This product is made with a CNC-machine and it takes 17 minutes per square meter to produce a sheet with 5 mm between each cut. To make the product viable the production time needs to come down to a minute per square meter. Sontech is are latively small company which is why they have not been able to spare the resources to develop a solution for manufacturing this product. The writers have based their thesis paper in mechanical engineering on developing and presenting a complete model of a machine as a method of production. After many sketches, prototypes and a selection between three different solutions they picked a machine that they refer to as ‘‘The rake’’. ‘’The rake’’ is powered by two pneumatic cylinders. One cylinder lifts the sheet of cardboard and either pushes or pulls ‘’the rake’’ part of the machine that is made of 199 blades. The production time is estimated to be about twenty seconds per square meter of cardboard.

Projektets syfte har varit att för Swedish Ninja ta fram en spjälsäng vars funktioner bygger på mål-gruppens och användarnas behov samt har en stark Swedish Ninja identitet. Det ska vara en säker pro-dukt med enkla form- och konstruktionsklösningar för att förmedla enkelheten i att använda den. En del av projektets syfte var även att kartlägga spjälsängsmarknaden i Sverige som den såg ut våren 2010. Detta gjordes genom marknadsanalyser vilka klargjorde i vilket segment som spjälsängen för Swedish Ninja ska befinna sig, funktions och prismässigt. Med dessa marknadsundersökningar klar-gjordes även vilka befintliga och pålitliga konstruktionslösningar som kom att användas i projektet. Genom användaranalyser har föräldrar redogjort vilka behov de och deras barn har och vad som be-hövs för att tillgodose dessa. Funktioner som efterfrågades var olika steg i sängbotten, en höjbar hu-vudände och mobilitet för lättare transport av spjälsängen inom hemmet. Det är dessa funktioner som kom att skapa produktens karaktär och identitet. Utöver detta undersöktes även alla de säkerhetsanvis-ningar som existerar och vari skillnaden ligger då man designar till ett barn eller en vuxen. Skisspro-cessen är den del av designprocessen där information, krav och idéer arbetas samman till faktiska lös-ningar och som leder fram till slutresultatet, som blev en spjälsäng för en ninja. Denna spjälsäng som med sina lättanvända funktioner och starka identitet skapar det där lilla extra som kommer att få den att överleva generationer.

In the rapidly growing wind energy market, regions with cold climates are currently in the spotlight owing to their abundance of wind resources. However, the operation of wind turbines in cold climate conditions is challenged by serious icing problems. Ice accretion on the rotor blades of a wind turbine results in a decline in power production, an increase in fatigue loads, and raises health and safety concerns. To mitigate these adverse effects, ice protection systems (IPS) are now widely being employed. These systems mainly rely on costly blade heating techniques, yet their efficiency is limited and they cannot effectively prevent or remove ice build-up under all ambient conditions. In this study, the performance of five identical wind turbines, each equipped with an electrothermal heating IPS, is analyzed over several icing events. All data are collected from an undisclosed wind park located in northern Sweden. Historical wind turbine data is studied to explore the extent of icing-induced losses and IPS activities, as well as the dependence of blade icing and IPS efficiency on meteorological conditions. Based on the results from the analysis, suggestions will be provided on how the control settings of the IPS can be modified to increase the de-icing effectiveness and reduce ice-related production losses. For the purposes of better understanding the performance of the wind turbines and their IPS in icing conditions, an analytic dashboard has been internally developed. To derive quantitative information about the IPS efficiency, a set of standardized metrics is utilized. An internal algorithm has been developed that classifies various forms of ice losses and different status codes of wind turbines. These ice losses and turbine status codes are monitored and analyzed using the analytic dashboard. Statistical analysis indicates that the most substantial source of ice losses is the stoppages caused by blade icing, whereas losses during de-icing operations are relatively insignificant. Results from the IPS performance analysis show that the icing-induced losses are further influenced by the inconsistency in the IPS behavior. The systems have shown to be inefficient even when operating under conditions of wind speed and ambient temperature that fall within their specified operational limits, indicating their dependence on external conditions. In the majority of icing events, a delay in IPS activation was observed, particularly when these events coincided with periods of high wind speeds. Moreover, the heating of the blades is not sufficient, as multiple attempts to melt the accreted ice are often required, yet success is not always achieved. The difficulty in validating whether the blades are free of ice stems from the fact that the heat is emitted only from the blade’s leading edge. The author suggests specific immediate measures to improve the control of the IPS, including changing the threshold values for IPS triggering and adjusting the duration and frequency of ice removal cycles. These measures are confined by constraints tied to Intellectual Property Rights, limiting the extent to which elements in the IPS control settings can be modified by the wind operator. Nevertheless, if these constraints are relaxed, there exists significant untapped potential for further optimizing the control of IPS. / På den snabbt växande vindkraftsmarknaden är regioner med kallt klimat för närvarande i fokus på grund av deras rikliga vindresurser. Driften av vindkraftverk i kalla klimatförhållanden utmanas dock av allvarliga problem med isbildning. Isbildning på vindkraftverkens rotorblad leder till minskad kraftproduktion, ökade utmattningsbelastningar och ger upphov till hälso- och säkerhetsproblem. För att mildra dessa negativa effekter används nu isskyddssystem (IPS) i stor utsträckning. Dessa system är huvudsakligen beroende av kostsamma tekniker för uppvärmning av bladen, men deras effektivitet är begränsad och de kan inte effektivt förhindra eller avlägsna isbildning under alla omgivningsförhållanden. I denna studie analyseras prestandan hos fem identiska vindkraftverk, vart och ett utrustat med en IPS för elektrotermisk uppvärmning, under flera nedisningshändelser. Alla data har samlats in från en icke namngiven vindkraftspark i norra Sverige. Historiska vindturbindata studeras för att undersöka omfattningen av nedisningsinducerade förluster och IPS-aktiviteter, samt beroendet av bladnedisning och IPS-effektivitet på meteorologiska förhållanden. Baserat på resultaten från analysen kommer förslag att ges på hur kontrollinställningarna för IPS kan modifieras för att öka avisningseffektiviteten och minska isrelaterade produktionsförluster. För att bättre förstå hur IPS-utrustade vindkraftverk presterar under isförhållanden har en analysverktyg utvecklats internt. För att få kvantitativ information om IPS-effektiviteten används en uppsättning standardiserade mätvärden. En intern algoritm har utvecklats som klassificerar olika former av isförluster och olika statuskoder för vindturbiner. Dessa isförluster och turbinstatuskoder övervakas och analyseras med hjälp av analysverktyget. Statistisk analys visar att den mest betydande källan till isförluster är de stopp som orsakas av isbildning på bladen, medan förluster under avisning är relativt obetydliga. Resultaten från IPS-prestandaanalysen visar att de isinducerade förlusterna påverkas ytterligare av inkonsekvensen i IPS-beteendet. Systemen har visat sig vara ineffektiva även när de arbetar under förhållanden med vindhastighet och omgivningstemperatur som faller inom deras angivna operativa gränser, vilket visar att de är beroende av yttre förhållanden. Vid de flesta isbildningstillfällen observerades en fördröjning av IPS-aktiveringen, särskilt när dessa händelser sammanföll med perioder med höga vindhastigheter. Vidare är uppvärmningen av bladen inte tillräcklig, eftersom det ofta krävs flera försök att smälta den ackumulerade isen, men man lyckas inte alltid. Svårigheten att avgöra om bladen är fria från is beror på att värmen endast avges från bladets framkant. Studien föreslår specifika omedelbara åtgärder för att förbättra kontrollen av IPS, inklusive ändring av tröskelvärdena för IPS-aktivering och justering av varaktigheten och frekvensen för isborttagningscykler. Dessa åtgärder begränsas av immateriella rättigheter, som begränsar i vilken utsträckning operatören kan ändra IPS-kontrollinställningarna. Om dessa begränsningar lättas finns det dock en betydande outnyttjad potential för ytterligare optimering av kontrollen av IPS.

Due to the increase of rotor size in horizontal axis wind turbine (HAWT) during the past 25 years in order to achieve higher power output, all wind turbine components and blades in particular, have to withstand higher structural loads. This upscalingproblem could be solved by applying technologies capable of reducing aerodynamic loads the rotor has to withstand, either with passive or active control solutions. These control devices and techniques can reduce the fatigue load upon the blades up to 40% and therefore less maintenance is needed, resulting in an important money savings for the wind farm manager. This project consists in a study of load control techniques for offshore wind turbines from an aerodynamic and aeroelastic point ofview, with the aim to assess a cost effective, robust and reliable solution which could operate maintenance free in quite hostile environments. The first part of this study involves 2D and 3D aerodynamic and aeroelastic simulations to validate the computational model with experimental data and to analyze the interaction between the fluid and the structure. The second part of this study is an assessment of the unsteady aerodynamic loads produced by a wind gust over the blades and to verify how a trailing edge flap would influence the aerodynamic control parameters for the selected wind turbine blade. / På grund av ökningen av rotorstorleken hos horisontella vindturbiner (HAWT) under de senaste 25 åren, en design som har uppstod för att uppnå högre effekt, måste alla vindkraftkomponenter och blad stå emot högre strukturella belastningar. Detta uppskalningsproblem kan lösas genom att använda metoder som kan minska aerodynamiska belastningar som rotorn måste tåla, antingen med passiva eller aktiva styrlösningar. Dessa kontrollanordningar och tekniker kan minska utmattningsbelastningen på bladen med upp till 40 % och därför behövs mindre underhåll, vilket resulterar i viktiga besparingar för vindkraftsägaren. Detta projekt består av en studie av lastkontrolltekniker för havsbaserade vindkraftverk ur en aerodynamisk och aeroelastisk synvinkel, i syfte att bedöma en kostnadseffektiv, robust och pålitlig lösning som kan fungera underhållsfri i tuffa miljöer. Den första delen av denna studie involverar 2D- och 3D-aerodynamiska och aeroelastiska simuleringar för att validera beräkningsmodellen med experimentella data och för att analysera interaktionen mellan fluiden och strukturen. Den andra delen av denna studie är en bedömning av de ojämna aerodynamiska belastningarna som produceras av ett vindkast över bladen och för att verifiera hur en bakkantklaff skulle påverka de aerodynamiska styrparametrarna för det valda vindturbinbladet.

För vindkraftverk i mindre skala används i huvudsak två sätt att avlasta vid höga vindhastigheter, stallreglering och girning ur vind. En tredje metod är att pitcha rotorbladet till en mindre attackvinkel. Då minskar belastningen på rotorbladet samtidigt som effektgenerering kan bibehållas. Arbetet redovisar en konstruktion för en fjädrande passiv mekanisk pitch som avgränsats till att enbart dimensionera en vridfjäder och tre lager. Konstruktionen riktas mot horisontalaxlade vindkraftverk med tre rotorblad med en rotordiameter upp till 20m. Ett idealt rotorblad modelleras matematiskt för att ta fram dimensionerande krafter och moment. Utifrån detta kan sedan vridfjäder och lager dimensioneras. Konstruktionen tillsammans med dimensioneringen visar att belastning av rotorbladet kan reduceras samt att krafter som är kopplad till effekten kan hållas mer eller mindre konstant för vindhastigheter 16 till 24 m/s. Resultat av dimensionering visar att både vridfjäder och lager kan relativt enkelt anpassas till olika axeldiametrar. Slutsatserna blir att om dimensionering görs enligt arbetet är det, åtminstone i teorin, möjligt att uppnå det önskade beteendet för pitchen. För vidare arbete och verifiering rekommenderas bland annat att göra reella tester för vridfjädern för att bestämma dess precision på grund av fjäderns små vinkelutslag. / For small-scale wind turbines, there are mainly two ways of reducing loads at high wind speeds, stall regulation and yaw the rotor out of wind. A third method is to pitch the rotor blade to a smaller angle of attack. This reduces the load on the rotor blade while maintaining power generation. The following work presents a design for a spring based passive mechanical pitch that is limited to only dimensioning a torsion spring and three bearings. The design is aimed at horizontal axis wind turbines with three rotor blades with a rotor diameter up to 20m. An ideal rotor blade is mathematically modeled to produce the forces and torques needed in order to properly dimension the torsion spring and bearings. The design shows that the load of the rotor blade can be reduced and that forces connected to the power can be kept more or less constant for wind speeds 16 to 24 m / s. The results of sizing show that both the torsion spring and bearings can be adapted to different shaft diameters relatively easy. The conclusions are that if dimensioning is done according to the presented results, it is possible, at least in theory, to achieve the desired behaviour. For further development and verification it is recommended to do real tests for the torsion spring to determine its precision due to small angle displacement in the spring.