Actuation of loads by using fans, and application to hydrodynamic testing
Master thesis

Date
2023Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for marin teknikk [3579]
Abstract
Denne masteroppgaven hadde som mål å designe, bygge og teste et eksperimentelt oppsett ved hjelp av en viftebasert belastningsmetode for å påføre flere laster. Målet var å se på muligheten for å påføre aerodynamiske laster på en IEA 15 MW flytende vindturbin ved hjelp av vifter for hybrid testing.
Løsningen besto av en stålbase og -bjelke, en 3D-printet kule, konfigurerbare vifte-armer, en strømforsyning, kontrollere, en lastcelle og et akselerometer. Vifteløsningen kunne påføre belastninger i ulike konfigurasjoner med hensyn til både antall vifter og deres orientering. Flere statiske tester ble utført, og resultatene viste at de forskjellige viftearmene var utskiftbare og induserte lignende belastninger, med mindre variasjoner på grunn av feilkilder i oppsettet. Resultatene var repeterbare, men de resulterende lastene var unøyaktige på grunn av bøyning av viftearmene når de påførte krefter. Videre ble det vist en interaksjonseffekt som var avhengig av avstanden mellom viftearmene og deres rps, noe som kunne medføre reduksjon i presisjonen og nøyaktigheten til resultatene.
Løsningen vil ikke være egnet for dynamisk testing. Unøyaktighetene i resultatene var for betydelige for at oppsettet kunne følge et dynamisk signal riktig, og akselerasjonen og hastigheten til viftene vil også måtte økes. Designendringer og forbedringer vil måtte gjennomføres for å kunne bruke løsningen til hybrid testing. This thesis aimed at designing, building, and testing an experimental setup using a multi-fan-based actuation method to apply several load components. The objective was to check the feasibility of applying the aerodynamic loads on an International Energy Agency (IEA) 15-megawatt (MW) floating wind turbine (FWT) with fans for cyber-physical testing.
The final solution consisted of a steel base and beam, a 3D-printed connection hub, configurable fan arms with actuators, a power supply, controllers, a load cell, and an accelerometer. The fan-based solution was able to induce loads in different configurations concerning the number of fans and their orientation. Multiple static tests were performed, and the results showed that the different fan arms were interchangeable and induced similar loads, with minor variations due to error sources in the setup. However, due to the bending of the fan arms when inducing forces, the resulting loads would be inaccurate, even if the results were repeatable. Furthermore, an interaction effect was shown, dependent on the distance between configured fan arms and the fans' revolutions per second (rps), which could decrease the results' precision and accuracy.
The solution would not be suitable for dynamic testing. The inaccuracies in the results were too significant for the setup to be able to follow a dynamic signal correctly, and the acceleration and velocity of the fans would also need to be increased. Design changes and improvements would have to be made to use the solution for cyber-physical testing.