Tuulivoimalan staattoripakan puristusrakenteen kehittäminen
Kuosmanen, Sami (2011)
Tiivistelmä
Diplomityössä tutkittiin voidaanko tuulivoimalan generaattorin staattoripakan puristamisessa hyödyntää komposiittista rakenneratkaisua. Tyypillisesti generaattorissa staattorin teräslevyt puristetaan erilaisilla teräsrakenteilla toisiaan vasten. Tavoitteena oli selvittää, voidaanko puristavan komposiittirakenteen osana hyödyntää liimaliitosta tai laminoitua liitosta. Tarkoitus oli etsiä rakenteeseen soveltuva liima ja liimaliitoksen arvot tai laminoitu rakenne ja sille soveltuvat materiaalit ja suoritustapa.
Työssä on perehdytty erilaisiin tuulivoimalatyyppeihin, sekä niissä käytettäviin kesto- ja vierasmagnetoituihin generaattorityyppeihin. Tämän lisäksi on tarkasteltu niissä käytettävien staattorien valmistusvaihtoehtoja ja syitä miksi niissä olevat teräslevyt on puristettava toisiaan vasten. Samalla on luotu katsaus nykyisin käytössä oleviin rakenteisiin, joilla puristus voidaan toteuttaa.
Liimauksesta on käsitelty perusteoriaa, sekä seikkoja jotka vaikuttavat liimaliitoksen kestoon. Työssä tutkittavaan liitokseen soveltuvien liimojen ominaisuuksia on käsitelty. Myös laminoituun liitokseen jo aiemmin kovettuneeseen komposiittiin on perehdytty. Tutkittavaan rakenteeseen soveltuvia hartsi- ja lasikuitutyyppejä on esitelty. Komposiittien mekaaniseen liittämiseen on lyhyesti perehdytty.
Työssä suoritettiin useita vetokokeita, joilla selvitettiin puristusrakenteen tutkimista varten valmistettujen koekappaleiden suurin vetokuormankesto. Vetokokeiden perusteella voitiin valita soveltuvin rakenne staattorin puristamiseksi. Typically an external metal structure is used to compress lamination stacks in generators. The compression is needed for electrical and mechanical performance. It was researched if it is possible to use a composite structure to compress the stator stack of the wind generator. Composite structure could provide less massive and more cost effective solution. The goal was to find out if the structure could utilize a bonded joint or a laminated structure. This work examines both methods in order to select a suitable adhesive and gap dimensions for bonded joint and appropriate materials and application method for the laminated joint.
Various windmill structures are presented and different generator designs are presented, including permanent magnet and electrically excited ones. There are explanations about manufacturing methods and common compression methods for stator structures.
The basic theories of adhesive bonding are studied, including the main things that affect the performance of the adhesively bonded joints. The suitable structural adhesive types for researched joint are presented. There is discussion about laminated bond to a previously cured composite. Finally, the suitable resins and glass fibers for the researched structure are presented. Mechanical joining methods are briefly discussed.
Several pulling tests were made to evaluate the failure forces of the sample test specimens. The most suitable method for manufacturing the compression structure was selected based on the test results.
Työssä on perehdytty erilaisiin tuulivoimalatyyppeihin, sekä niissä käytettäviin kesto- ja vierasmagnetoituihin generaattorityyppeihin. Tämän lisäksi on tarkasteltu niissä käytettävien staattorien valmistusvaihtoehtoja ja syitä miksi niissä olevat teräslevyt on puristettava toisiaan vasten. Samalla on luotu katsaus nykyisin käytössä oleviin rakenteisiin, joilla puristus voidaan toteuttaa.
Liimauksesta on käsitelty perusteoriaa, sekä seikkoja jotka vaikuttavat liimaliitoksen kestoon. Työssä tutkittavaan liitokseen soveltuvien liimojen ominaisuuksia on käsitelty. Myös laminoituun liitokseen jo aiemmin kovettuneeseen komposiittiin on perehdytty. Tutkittavaan rakenteeseen soveltuvia hartsi- ja lasikuitutyyppejä on esitelty. Komposiittien mekaaniseen liittämiseen on lyhyesti perehdytty.
Työssä suoritettiin useita vetokokeita, joilla selvitettiin puristusrakenteen tutkimista varten valmistettujen koekappaleiden suurin vetokuormankesto. Vetokokeiden perusteella voitiin valita soveltuvin rakenne staattorin puristamiseksi.
Various windmill structures are presented and different generator designs are presented, including permanent magnet and electrically excited ones. There are explanations about manufacturing methods and common compression methods for stator structures.
The basic theories of adhesive bonding are studied, including the main things that affect the performance of the adhesively bonded joints. The suitable structural adhesive types for researched joint are presented. There is discussion about laminated bond to a previously cured composite. Finally, the suitable resins and glass fibers for the researched structure are presented. Mechanical joining methods are briefly discussed.
Several pulling tests were made to evaluate the failure forces of the sample test specimens. The most suitable method for manufacturing the compression structure was selected based on the test results.