W pracy przedstawiono koncepcję łagodzenia skutków działania ekstremalnych podmuchów wiatru na łopaty turbin wiatrowych. Zaproponowane zostało uzupełnienie istniejących, aktywnych mechanizmów nastawiania kąta łopaty o dodatkowy system, który umożliwia redukcję naprężeń w nasadzie łopaty w trakcie narastania ekstremalnych podmuchów wiatru. Zaprezentowane rozwiązanie półaktywne nie wymaga wprowadzania dodatkowych źródeł ani akumulatorów energii, gdyż wykorzystuje ono energię obecną w strumieniu powietrza do tego, aby szybko obrócić łopatę w kierunku położenia "w chorągiewkę" i w ten sposób złagodzić narastające w trakcie podmuchu obciążenia aerodynamiczne. Opracowany został własny model numeryczny w oparciu o metodę modalną oraz teorię pasową strumienia śmigłowego. Wykonano szereg symulacji pięciomegawatowej turbiny wiatrowej, w tym obliczenia obejmujące pracę w stanie ustalonym, odpowiedź na ekstremalny podmuch wiatru, a także proces hamowania awaryjnego. Wykazano, iż możliwe jest szybkie zredukowanie obciążeń aerodynamicznych działających na łopaty turbiny wiatrowej przez wysprzęglenie skrętnego połączenia łopaty z piastą, i następnie kontrolę procesu obrotu łopaty wokół swojej osi w trakcie narastania podmuchu wiatru. Średnia prędkość obrotu łopaty może być znacząco wyższa niż maksymalne prędkości uzyskiwane przez istniejące mechanizmy nastawiania kąta łopaty. Celem drugiej części pracy było wykazanie, na drodze prostego doświadczenia w tunelu aerodynamicznym, że łopaty wirnika wyposażone w odpowiedni mechanizm wraz z układem sterowania, mogą obrócić się w kierunku ustawienia "w chorągiewkę" oraz, że obrotowi takiemu towarzyszy spadek obciążeń aerodynamicznych w nasadzie łopaty. W oparciu o hamulec magnetoreologiczny zaprojektowane zostało połączenie łopaty i piasty o regulowanej sztywności skrętnej. Testy przeprowadzono na modelowej turbinie wiatrowej o średnicy dwóch metrów. Ponadto wykonano szereg symulacji numerycznych w celu porównania wyników testów z odpowiedzią modelu numerycznego i uzyskano zadowalającą zgodność wyników.SPIS TREŚCI1. Wstęp1.1 Wprowadzenie i cel pracy1.2 Przegląd literatury związanej z tematem pracy1.3 Motywacja podjęcia tematu1.4 Zagadnienia omawiane w poszczególnych rozdziałach2. Podmuchy wiatru jako obciążenie dynamiczne turbin wiatrowych2.1 Charakterystyka rzeczywistych podmuchów2.2 Ujęcie normatywne3. Koncepcja adaptacyjnego połączenia łopaty i piasty3.1 Połączenie łopaty z piastą w turbinach wiatrowychz nastawianym kątem łopaty3.2 Opis koncepcji4. Model turbiny wiatrowej4.1 Wprowadzenie4.2 Model ze sztywnymi łopatami4.2.1 Założenia4.2.2 Sformułowanie równań ruchu4.3 Obciążenia aerodynamiczne4.3.1 Teoria strumieniowa elementu łopaty4.3.2 Uogólnione siły aerodynamiczne4.4 Metoda modalna4.4.1 Drgania własne4.4.2 Ortogonalność wektorów własnych4.4.3 Transformacja współrzędnych4.4.4 Sformułowanie równań ruchu we współrzędnych modalnych4.4.5 Uwzględnienie tłumienia4.4.6 Transformacja do układu równań pierwszego rzędu4.4.7 Wektor sił uogólnionych w metodzie modalnej4.4.8 Przystosowanie łopaty do reakcji na podmuch w metodzie modalnej5. Wyniki symulacji numerycznych5.1 Dane liczbowe5.1.1 Turbina referencyjna projektu UpWind5.1.2 Własności strukturalne łopaty5.1.3 Własności aerodynamiczne łopaty5.1.4 Sterowanie turbiną wiatrową5.2 Drgania własne5.3 Stan ustalony5.4 Odpowiedź na podmuch5.4.1 Uwzględnienie tłumienia konstrukcyjnego5.4.2 Symulacje odpowiedzi na podmuch wiatru5.5 Odpowiedź na podmuch przy reakcji łopat5.5.1 Przystosowanie łopaty do reakcji na podmuch5.5.2 Podmuch normatywny5.5.3 Powiększony podmuch normatywny5.6 Awaryjne łagodzenie obciążeń6. Weryfikacja eksperymentalna6.1 Wstęp6.2 Sprzęgło adaptacyjne w skali laboratoryjnej6.2.1 Założenia do projektu6.2.2 Dodatkowy mimośród6.2.3 Budowa sprzęgła adaptacyjnego6.3 Opis stanowiska eksperymentalnego6.3.1 Tunel aerodynamiczny6.3.2 Modelowa turbina wiatrowa6.3.3 Łopaty6.4 Układ pomiarowo-kontrolny6.4.1 Układ tensometrów6.4.2 Układ regulacji sztywności sprzęgła6.5 Wyniki testów6.5.1 Wstęp6.5.2 Obrót łopaty na skutek wysprzęglenia6.5.3 Obciążenia zmierzone w nasadzie łopaty6.5.4 Porównanie z wynikami symulacji numerycznych6.6 Podsumowanie i wnioski7. ZakończenieA. Teoria pasowaB. Teoria strumienia śmigłowegoC. Teoria strumieniowa elementu łopatySummaryBibliografia