Đang tải... (xem toàn văn)
Vào cuối những năm 1970, cuộc khủng hoảng về dầu mỏ đã buộc con người phải tìm các nguồn năng lượng mới thay thế, một trong số đó là năng lượng gió. Những năm về sau, rất nhiều các chương trình nghiên cứu và phát triển năng lượng gió được thực hiện với nguồn tài trợ từ các Chính phủ, bên cạnh các dự án nghiên cứu do các cá nhân, tổ chức tự đứng ra thực hiện. Lịch sử phát triển của thế giới loài người đã chứng kiến những ứng dụng của năng lượng gió vào cuộc sống từ rất sớm.Gió giúp quay các cối xay bột, gió giúp các thiết bị bơm nước hoạt động, và gió thổi vào cánh buồm giúp đưa các con thuyền đi xa.Theo những tài liệu cổ còn giữ lại được thì bản thiết kế đầu tiên của chiếc cối xay hoạt động nhờ vào sức gió là vào khoảng thời gian những năm 500 900 sau CN tại Ba Tư (Irac ngày nay). Đặc điểm nổi bật của thiết bị này đó là các cánh đón gió được bố trí xung quanh một trục đứng, minh hoạ một mô hình cánh gió đựợc lắp tại Trung Mỹ vào cuối thế kỷ 19, mô hình này cũng có cấu tạo cánh đón gió quay theo trục đứng.
i MỤC LỤC PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP i PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii LỜI CẢM ƠN ix CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 3 1.1 Tổng quan 3 1.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển của tuabine gió 3 1.1.2 Giới thiệu về tuabine gió 5 1.1.3 Đặc điểm chung của máy phát điện chạy bằng sức gió 7 1.1.4 Những lợi ích khi sử dụng gió để sản xuất điện (điện gió) 8 1.1.5 Gió và năng lượng gió 10 1.2 Đối tượng, phạm vi và mục tiêu nghiên cứu của đề tài 12 1.2.1 Đối tượng nghiên cứu: Tuabine sử dụng năng lượng gió 12 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu thiết kế tuabine gió trục sử dụng để phát điện 12 1.2.3 Mục tiêu nghiên cứu: 13 1.2.4 Phương hướng tiếp cận: .13 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TUABINE GIÓ TRỤC NGANG 14 2.1 Khái niệm hoạt động thực của roto 14 2.2 Thuyết động lượng và hệ số công suất của rotor 15 2.3 Số Betz giới hạn .16 2.4 Lý thuyết phân tố cánh 16 2.5 Thuyết động lượng phân tố cánh (BEM) .18 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CÁNH TUABINE 500W .20 3.1 Yêu cầu: 20 i i 3.2 Tính bán kính cánh quạt rotor 20 3.3 Profile cánh 21 3.4 Chiểu dài dây cung cánh 23 3.5 Góc đặt cánh 25 3.6 Tính hiệu suất tuabine 27 3.7 Xây dựng cánh tuabine bằng phần mềm Pro/Engineer 5.0 28 3.7.1 Kích thước của cánh: 28 3.7.2 Dựng cánh Tuabine: 28 3.7.3 Các bước cụ thể ta làm như sau 28 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA TUABINE 39 4.1 Hộp số 39 4.2 Tháp .40 4.2.1 Cột tháp dạng khung giàn 40 4.2.2 Cột thép hình ống .41 4.2.3 Cột tháp dạng dây nối đất 41 4.2.4 Gió, bản thân Trọng lượng và tải trọng cơ cấu bên trong 43 4.3 Tính toán và lựa chọn máy phát điện .44 4.4 Tính toán số lượng bình acquy lưu trữ điện 46 4.5 Lựa chọn bộ điều khiển nạp sạc .47 CHƯƠNG 5 TÍNH GIÁ THÀNH CỦA SẢN PHẨM 48 5.1 Tổng giá thành sản phẩm .48 5.1.1 Tháp tuabine .48 5.1.2 Trục chính 48 5.1.3 Máy phát điện .48 5.1.4 Roto tubine 49 5.1.5 Long đền đai ốc: 49 5.1.6 Bulông các loại: 49 5.1.7 Bình ắc quy 49 i i i 5.1.8 Vòng bi NSK-6205ZZ .49 5.1.9 Đế đỡ máy phát điện 49 5.1.10 Đuôi tuabine .49 5.1.11 Khớp nối: 50 5.1.12 Bộ điều khiển nạp sạc 50 5.2 Lắp ráp: 50 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 i v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Hệ số λ 21 Bảng 3.2 Kết quả tính toán dây cung cánh 24 Bảng 3.3 Kết quả tính góc tấn 26 Bảng 3.4 kết quả tính toán 27 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô hình cánh gió tại Trung Mỹ, cuối TK 19 3 Hình 1.2 Mô hình cối xay gió xuất hiện sau TK 13 4 Hình 1.3 Chiếc máy bơm nước chạy bằng sức gió, phía Tây nước Mỹ những năm 1800 4 Hình 1.4 Máy phát điện sức gió do Charles F.Brush chế tạo 5 Hình 1.5 cấu tạo tuabine gió trục ngang 6 Hình 1.6 tuabine gió trục ngang 6 Hình 1.7 Turbine gió trục đứng 7 Hình 1.8 Đường cong biểu diễn quan hệ giữa Cp và 11 Hình 1.9 Đương cong công suất của tuabine gió 50kW 12 Hình 2.1 Sự thay đổi áp suất và vận tốc gió qua turbine 14 Hình 2.2 cánh tuabine gió 17 Hình 3.1 Số cánh và tốc độ đầu cánh 21 Hình 3.2 Các thông số cơ bản của profile cánh 22 Hình 3.3 Cánh tuabine gió 24 Hình 3.4 Profile cánh 24 Hình 3.5 Góc đặt cánh 25 Hình 3.6 Kết quả hình 3D 27 Hình 3.7 profile Naca 4412 29 Hình 3.8 Profile Naca 4412 khi xuất sang phần mềm Pro/Engineer 29 Hình 3.9 Tạo file tuabine 30 Hình 3.10 Chọn kích thước 30 v i Hình 3.11 Tạo các mặp phẳng 31 Hình 3.12 31 Hình 3.13 Chọn mặt phẳng 32 Hình 3.14 Chọn file naca 32 Hình 3.15 Chọn naca 33 Hình 3.16 Nhập kích thước 34 Hình 3.17 Kết quả sau khi nhập kích thước 34 Hình 3.18 Kết quả sau khi nhập hoàn thành 35 Hình 3.19 Tạo đương dẩn 36 Hình 3.20 Chọn Smooth 36 Hình 3.21 Tạo đường dẩn 37 Hình 3.22 Chọn ok 38 Hình 3.23 Kết quả sau khi vẽ 38 Hình 4.1 Sắp xếp thiết bị của một tuabine gió 39 Hình 4.2 Đường cong công suất của một tuabine gió điển hình 40 Hình 4.3 Các loại tháp tuabine gió 40 Hình 4.4 Ảnh hưởng của chiều cao tháp vào vận tốc 42 Hình 4.5 bảng phân chia tốc độ gió ở việt nam Error! Bookmark not defined Hình 4.6 Tháp nối dây 43 Hình 4.7 Cách dựng tháp nối dây 43 Hình 4.8 Tính toán tải của tháp 44 Hình 4.9 Ăc quy quy khô 100 Ah 47 Hình 4.10 Bộ điều khiển nạp sạc ắc quy 47 v i i DANH MỤC CHỮ VIẾT TĂT A-d: Diện tích roto a: Hệ số thu hẹp dòng chảy P: Công suất roto : hệ số công suất Ω: Vận tốc góc : Vận tốc dòng Cl: Lực nâng Cd: Lực đẩy N: Số cánh C: Chiều dài dây cung : Góc đặt cánh V: Tiền vật liệu P: Tiền lương cho công nhân K: Khấu hao tài sản cố định H: Chi phí cho quản lý T: Thời gian gia công T0: Thời gian gia công cơ bản Tp: Thời gian phụ Tpv: Thời gian phục vụ kỹ thuật Tnn: Thời gian nghỉ ngơi theo nhu cầu cần thiết của công nhân v i i i LỜI CẢM ƠN Sau sáu tháng 4 nghiên cứu, làm việc khẩn trương, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáohướng dẫnTS.Đặng Xuân Phương, với đề tài “Thiết kế kỹ thuật tuabine gió trục ngang công suất 500 W” đã hoàn thành Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn TS.Đặng Xuân Phươngđã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Các thày giáo cô giáo thuộc bộ môn chế tạo máy– Khoa cơ khí - Trường ĐạiHọc Nha Trangđã giúp đỡem trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện đồ án Toàn thể các bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, độngviên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn 1 LỜI NÓI ĐẦU Nguồn năng lượng đang là một vấn đề toàn cầu.Cũng với sự phát triển của các ngành công nghiệp,năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt.Nhu cầu tìm ra loại năng lượng mới,sạch,có thể tái tạo được,…thây thế nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống là bào toán đặt ra từ lâu đối với các quốc gia phát triển như Anh,Mỹ,Pháp,… Cùng với việc mở cửa hội nhập của nền kinh tế,Việt Nam cũng gặp phải những khó khăn và trở ngại chung khi thiếu hụt về năng lượng,trong khi các nguồn năng lượng truyền thống dần không đủ đáp ứng.Mặt khác,Việt Nam còn có lợi thế là hơn 3000km bờ biển nên nguồn năng lượng gió là rất dồi dào.Với ưu thế về vị trí địa lý này,Việt Nam hoàn toàn có thể sử dụng nguồn năng lượng gió.Và những năm gần đây,khai thác năng lượng gió đang được nhà nước quan tâm Đề tài “Thiết kế turbin gió trục ngang loại 500W”, đây cũng là một đề tài mới vì vậy trong quá trinh làm đồ án em không tránh khỏi những sai sót và hạn chế về kiến thức Em rất mong nhận được sự góp ý và đánh giá của các thầy cô giáo trong bộ môn Đề tài “Nghiên cứu thiết kế tuabine gió trục ngang công suất 500w” Nội dung đề tài của em gồm có 5 chương: - Chương 1: Mở đầu - Chương 2: Tính toán khí động học tuabine gió trục ngang - Chương 3: Thiết kế kế cánh tuabine gió công suất 500W và xây dựng cánh tuabine bằng phần mềm Pro/Engineer 5.0 - Chương 4: Tính toán các bộ phận khác của tuabine - Chương 5: Hạch toán giá thành sản phẩm Làm đề tài TN đã giúp em củng cố thêm kiến thức đã được học và học hỏi được nhiều kiến thức mới Với sự hướng dẫn tận tình của T.S.Đặng Xuân Phương nay em đã hoàn thành đề tài của mình Em xin chân thành cảm ơn T.S Đặng Xuân Phương, các quý Thầy trong bộ môn chế tạo máy và các bạn đã giúp em hoàn thành đề tài này 2 Nha Trang, tháng 06 năm 2013 Sinh viên thực hiện