đồ án thiết kế chế tạo tua bin gió 500kw

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.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TUABINE GIÓ TRỤC NGANG

Khái niệm hoạt động thực của roto

Hình 2.1Sự thay đổi áp suất và vận tốc gió qua turbine

Ta xem xét một tua-bin gió với cánh quạt của khu vực AT, đặt trong một dòng gió như thể hiện trong hình 2.1 Cho A và A’ Là khu vực của các phần 1-1, và 2-2 và V và V ' là vận tốc gió tương ứng tại các phần.VT là vận tốc tại phần tuabine.Theo định luật bảo toàn khối lượng, khối lượng của không khí chảy qua các bước này là như nhau

Thay vào biểu thức trên ta được :

Ta thấy rằng với rotor có diện tích Ad thì tương ứng với phần diện tích

A    1 a  A d của dòng không khí là trao đổi năng lượng với rotor Hệ số a được gọi là hệ số thu hẹp của dòng chảy Đây là 1 hệ số đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa dòng không khí và rotor.

Thuyết động lượng và hệ số công suất của rotor

Do mặt trước và mặt sau rotor có bước nhảy về áp suất nên suất hiện lực và lực này la nguyên nhân thay đổi động lượng của dòng khí qua rotor

Phương trình Becnuli cho dòng chảy ta có

..U 2  p .g.h  constant 2.5 Áp dụng cho dòng chảy trước đĩa

Tương tự như vậy cho dòng chảy sau đĩa

Kết hợp (3.3) và (3.4) ta có

 pd   pd   .U  2 U w 2 2.9 Thay vào phương trình (3.2) ta được

Mà Ud U  1 a  nên ta có

Uw   1 2 a  U  2.11 Điều này có nghĩa là vận tốc vào rotor và vận tốc ở xa vô cùng phía sau rotor đều giảm đi 1 lượng a.U 

Thay vào biểu thức (4.1) ta có

F  U Uw   A d U d  2..A d U  2.a.(1 a) 2.12 Công suất truyền cho rotor chính là công giãn nở của dòng khí

Hệ số công suất của rotor là tỷ số giữa công truyền cho rotor và động năng dòng khí đi qua diện tích quét của rotor trong 1 đơn vị thời gian

Thay vào trên ta có:  4a. 1 a  2 2.15

Số Betz giới hạn

Đạo hàm biểu thức 2.15 theo a ta có d  4 1 a   1 3a  0 2.16 da

Tức là hiệu suất của rotor max Đây cũng chính là nội dung định luật Betz được nhà vật lý người Đức Albert Betz tìm ra vào năm 1926 Với mọi loại tubin thì đều không thể đạt được hệ số công suất lớn nhất này Không phải sự giới hạn khi thiết kế mà là dòng chảy của không khí vào tubin bị thu hẹp đi so với dòng chảy tự do qua bề mặt rotor

Và điều này đã được chứng minh trong thực tế Các tubin gió hiện đại ngày nay đều có hiệu suất chỉ đạt 30-45%.

Lý thuyết phân tố cánh

Lực tác dụng lên phân tố cánh phụ thuộc và 2 yếu tố có thể thay đổi được là kích thước cánh và góc tấn nhờ sự xác định vận tốc tương đối với cánh Thành phần vận tốc chuyển động dọc theo bán kính của cánh rotor coi như không đáng kể

Biết được hình dáng phân tố cánh ta có thể xác định được các hệ số lực nâng và lực cản Cl ,Cd và biến thiên của chúng theo góc tấn

Xét tubin gió quay với vận tốc góc là  và vận tốc dòng khí là U 

Tubin có N cánh, bán kính R và chiều dài dây cung là c Góc đặt cánh là β là góc giữa đường khí động cánh và mặt phẳng quay của đĩa

Cả 2 yếu tố c, đều có thể biến thiên theo bán kính cánh quạt

Hình 2.2cánh tuabine gió Tại 1 phân tố cánh r, vận tốc tiếp tuyến của phân tố cánh là Ωr và vận tốc tiếp tuyến của vết là a’Ωr Do đó vận tốc tiếp tuyến tương đối của dòng khí với phân tô cánh là (1 – a’)Ωr

Tam giác vận tốc cho ta vận tốc tương đối của dòng chảy với phân tố cánh

Và góc tới ϕ được xác định bởi biểu thức:

W Góc tấn của phân tố cánh: α = ϕ – β

Khi đó lực nâng và lực cản lên phân tố cánh là:

Thuyết động lượng phân tố cánh (BEM)

Xem như hệ số dòng chảy a,a’ là không đổi trên diện tích quét của phân tố.Và không có sự tương tác giữa các dòng gần kề nhau

Thành phần lực khí động tác dụng lên N phân tố cánh theo chiều trục quay là:

L.cosD.sin .W 2 N.c  C l cos Cd sin    r 2.22

Thành phần lực tác dụng lên N phân tố cánh theo phương tiếp tuyến là:

L.sinD.cos .W 2 N.c  C l sin  Cd cos    r 2.23

Sự thay đổi động lượng theo trục của dòng khí đi qua diện tích quét là: m.v .U . 1 a 2..r.r.2.a.U 4..U  2.a. 1  a r.t 2.24

Sự mất áp suất nguyên nhân do vết quay

p    2.a'..r 2 2.25 Áp suất này tạo ra 1 lực tác dụng theo phương trục quay là:

Do đó cân bằng lực theo phương trục quay:

Do thành phần  p  s  m  v nên để tiện cho tính toán ta coi  p  s  0

Nên biểu thức trên trở thành:

Sự thay đổi động lượng góc của dòng khí truyền qua diện tích quét của phân tố:

Cân bằng với lực khí động theo phương tiếp tuyến ở biểu thức (2.11), ta có:

THIẾT KẾ CÁNH TUABINE 500W

Yêu cầu

 Tốc độ gió khởi động2,5 m/s;

 Tốc độ gió bắt đầu phát 3 m/s;

 Tốc độ gió định mức 7 m/s;

 Công suất định mức 500W;  Tốc độ quay Rotor0 – 250 vg/ph;  Loại turbine: 3 cánh, gió ngang.

Tính bán kính cánh quạt rotor

Turbine gió công suất 500W hoạt động ở vận tốc gió định mức 7 m/s.Dựa vào công thức tính hiệu suất của turbine tra ([1, trang 14 công thức 2.8] )

Hiệu suất turbine cực đại đạt được theo lý thuyết là 0.593 nhưng các turbine gió ngày nay thì chỉ đạt giá trị η = 0.3 – 0.4

 U    2 Với P= 500W (công suất định mức )

  1,225 kg/m3 (khối lượng riêng của không khí)

U = 7m/s (Vận tốc gió định mức)

Thay số vào ta được R =1.5 m

Chọn tỉ số vận tốc đầu mũi cánh λ:

Hình 3.1Số cánh và tốc độ đầu cánh Hoặc dựa vào bảng bên dưới:

Ta chọn λ = 6 Khi đó vận tốc quay của rotor là:

Profile cánh

Cố vấn Quốc gia về

(NACA) đã phát triểnnhững series 4 chữ số, 5 chữ số, và

6 chữ số, được tạo ra để sử dụng thiết kế cánh máy bay và cánh tuabine gió.Thiết kế cánh máy bay trở nên tinh vi hơn, tiếp cận cơ bản này được sửa đổi để bao gồm các biến bổ sung, nhưng hai giá trị hình học cơ bản vẫn là trung tâm của tất cả các series cánh máy bay

NACA, như minh họa dưới đây

Trong lĩnh vực turbine gió, một vài profile NACA đã được sử dụng để nghiên cứu đặc tính khí động học vì nó có rất nhiều giá trị thuận lợi của số Re,góc tấn,chiều dài dây cung,hệ số lực nâng và lực đẩy,tỉ lệ trượt,hệ số áp suất khỏe nhất và nhỏ nhất đã được quan tâm đến Vào những thập niên trước, thường sử dụng họ cánh cho turbin gió trục ngang (HAWTs) là các họ NACA 44xx,NACA 23xxx,NACA 63xxx, và NACA LS

Loại profile NACA 4412 được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới với nhiều ứng dụng cho cán máy bay, cánh tuabine gió… vì thế em chọn profile NACA 4412 để thiết kế cho cánh tuabine gió

Hình 3.2Các thông số cơ bản của profile cánh Hệ

Từ các dữ liệu hiệu suất có sẵn của NACA 4412, ta có CD/CL là 0,01 ở góctấn α 4° hệ số lực nân tương tương ứng CL=0,8.

Chiểu dài dây cung cánh

Xuất phát từ biểu thức (2.13) liên quan tới mômen quay của rotor Để tiện cho tính toán, giả sử ≈ 0, khi đó :

Với số cánh quạt của tubin gió là N=3, λ = 6 và C1 = 8 Ta xây dựng được sự biến thiên theo ( tỷ số bán kính = ) ta chia đều thành 10 phần bằng nhau theo bảng sau tại mổi khoảng 150cm

Vế phải của biểu thức trên phụ thuộc vào hệ số dòng cánh max thì , phải thỏa mãn biểu thức (3.13):

Bảng 3.2Kết quả tính toán dây cung cánh

Tỷ số bán kính Chỉ số dây cung theo bán kính

Góc đặt cánh

U(1  a) -Tốc độ gió tại cánh ; U rel - Tốc độ gió tương đối;  p - Bước góc;- Góc tấn;

 p - Góc gió tương đối  p,0 - Góc lưỡi cán

Sử dụng biểu thức hệ số lực nâng:

Có góc tấn của cánh theo bảng sau:

Bảng 3.3Kết quả tính góc tấn Stt

Tỷ số bán kính = Góc tấn của cánh α (độ)

10 1.5 4.13 Để tính góc đặt cánh β ta sẽ xác định góc tới ϕcủa dòng khí theo công thức: tag   11aa'  U.  r 3..x 12 9.2 2 x 2   3..x 2 3 2.x 3.8

Bảng 3.4kết quả tính toán

Tỷ số bán kính = Góc tấn α Góc tới ϕ Góc đặt cánh β

Tính hiệu suất tuabine

Hầu hết các nhà sản xuất Mỹ phân loại tuabine của họ bằng lượng điện mà tuabine có thể sản xuất an toàn ở một tốc độ gió cụ thể, thường khoảng giữa 10m/giây và 16m/giây.Công thức để tính công suất tuabin gió là:

Hiệu suất gió tạo ra được tính theo công thức: kC p .A.V 3

 CP = Hệ số công suất cực đại, trong khoảngtừ 0,25 – 0,45, nhỏ hơn (theo lý thuyết max = 0,59);

 ρ =Mật độ không khí, lb/ft 3 ;

 A = Diện tích quét của rotor, ft 2 hoặc πDD 2 /4 ( D=1,5 là đường kính rotor tính bằng ft, πD= 3.1416);

Xây dựng cánh tuabine bằng phần mềm Pro/Engineer 5.0

Chiều dài cánh L=1,5 m Dựa vào bảng 3.1 và 3.3

3.7.2 Dựng cánh Tuabine: Để dựng cánh Tuabine ta thực hiện theo các bước:

 Tạo các mặt phẳng vẽ phác với khoảng cách xác định

 Kết nối các Profile thành đường dẫn

3.7.3 Các bước cụ thể ta làm như sau

Dựa vào phần mềm DESIGNFOIL ta có profile NACA 4412 cánh dưới đây

Hình 3.8Profile Naca 4412 khi xuất sang phần mềm Pro/Engineer

3.7.3.2 Tạo các mặt phẳng vẽ phác

 Từ thanh công cụ chọn File-New,hộp thoại New hiện ra;

 Đặt tên file mới là “Tuabine” tại ô Name Bỏ đấu trước dòng Use default template Xong chọn Ok.(hình 4.3);

 Hộp thoại New file Option hiện ra,chọnmmns_part_solid, chọn Ok Chọn

Ok màn hình đồ họa xuất hiện (hình 4.4)

Hình 3.7 profile Naca 4412Suất chương trình phần mề profile Naca 4412 ra phần mềm Pro/Engineer

 Chọn thêm các mặt phẳng phụ bằng cách chọn biểu tượng trên thánh công cụ lúc này sẽ xuất hiện hộp thoại DATUM PLANE, sau đó chọn mặt phẳng Top làm tham chiếu bây giờ trên ô Translation sẽ sáng và ta nhập theo kính thước ở bảng 4 – 1 là 150mm là khoản cách của mặt phẳng phụ thứ nhất với mặt phẳng Top

 Sau đó lại lấy mặt phẳng TM1 là mặt phẳng chuẩn để tạo mặt phẳng phụ thứ 2 với khoảng cách ở bảng 4-1 là 150 mm Cứ như vậy ta lập 4 mặp phẳng với khoảng cách như vậy

 Lấy TM4 làm chuẩn tạo thêm TM5 với khoảng cách là 150mm , rồi ta nhập thêm 2 mặt phẳng TM6, TM7 với khoảng cách như vậy

 Tương tự ta tạo mặt phẳn TM6, TM7,TM8,TM9,TM10 cùng khoảng cách là 150mm

Hình 3.9Tạo file tuabine Hình 3.10Chọn kích thước

Hình 3.11 Tạo các mặp phẳng

 Sau khi lập xong các mặt phẳng phụ như trên ta kích chuột vào biểu tượng Sketch lúc này hộp thoại Sketch sẽ hiện ravà chọn mặt phẳng Top,lúc này hộp thoại Sketch sáng lên và ta chọn Sketch trong hộp thoại, bây giờ màn hình đồ họa sẽ hiện ra

 Sáng lên và ta chọn Sketch trong hộp thoại, bây giờ màn hình đồ họa sẽ hiện ra

 Chọn biểu tượn g g trên thanh công cụ để vẽ hình tròn bằng cách nh ấn chu ột vào vào tâm c ủa màn hình đồ họa nh ấp gi ữa chu ột để kết

 Nhấn đúp chuthúc ột vào kích thước và sửa kính thước đường kính với kích th ư ớc 150 Xong chọn

 Tiếp t ục ch ọn Sketch c h ọn m ặt ph ẳng v ẽ phác TM1 rồi nhấn Sketch trên hộp th o ại Sketch Từ Menu chọn Sketch→ Data from file→ File System

Lúc này hộp thoại Open mở ra,ta tìm file mà ta lưu các Profile đã vẽ rồi mở file đó ra (hình 4-11) Chọn profile1 Rồi nhấp chuột vào tâm màn hình đồ họa và trùng với tâm của hình tròn vẽ trước đó, lúc này Profile1 đã xuất hiện trên màn màn

 Kéo tâm của Profile1 về trùng tâm của Sketch đường tròn vừa rồi;

 Trên dòng ta nhập kích thước của Profile;

 Trên dòng ta nhập góc xoay của Profile;

 Ta nhập kích thước và góc xoay theo bảng 4-1; hình đồ họa đồng thời xuất hiện hộp thoại nhờ hộp thoại này để ta chỉnh sửa kích thước và góc nghiêng của Profile như yêu cầu

Hình 3.17 Kết quả sau khi nhập kích thước

 Làm tương tự với các Profile còn lại ta thu được kết quả như sau:

Hình 3.16Nhập kích thước Kết quả sau khi nhập kích thước và góc đặt cánh như hình 4-13

Hình 3.18Kết quả sau khi nhập hoàn thành 3.7.3.3 Tạo đường bề mặt bao phủ các Profile vừa tạo bằng lệnh Blend

Vào Menu chọn Insert→ Protrusion lúc này hộp thoại Menu Managre Blend Option hiện ra ta chấp nhận các mạc định Parallel- Regular Section- Don

Tại Menu Attributes chọn Smooth để tạo vật thể Blend với đường cong trơn và mền mạinhấn Don, chọn Top làm mặt vẽ phác chọn Ok→ Default

Hình 3.20 Chọn Smooth Chọn trên thanh công cụ,hộp thoại Type hiện ra chấp nhận tùy chọn Single.Nhấn chuột chọn đường tròn rồi giữa chuột phải chọn Toggle Section lúc này tiết diện này sẽ mờ đi

Làm tương tự với các Profile còn lại nh ưng với Profile cuối cùng ta làm như

Menu Manager trên hộp thoại

Hình 3.23Kết quả sau khi vẽ sau: nh

Ch ọn trên thanh công c ụ,hộp thoại Type hiện ra chấp nhận t ùy ch ọn

Single Nhấn chuộn chọn profile cuối cùng sau đó sau đó chọn Ok trên h ộp thoại rồi chọn Close trân hộp thoại rồi nhấn

DEPTH x u ất hiện, ta chấp nhận các mạc đinh

Blind và ch ọn Don lúc này máy yêu cầu nhập khoảng cách các Profile cũng chính l à kho ảng cách giữa các mặt phẳng

Nhập một khoảng cách xong ta ấn

Enter xong tiếp tực nhâp các khoảng cách tương tự Khi kết thúc nhập khoảng cách thì trên hộp thoại sáng lên ta nh ấn ch uột v ào đó đ ể xem cánh tuabine của m ình dùn đã đúng chưa Khi t h ấy được rồi ta chọn OK

PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA TUABINE

Hộp số

Chức năng của hộp số là đẩy mạnh tốc độ quay cánh quạt một giá trị phù hợp với máy phát điện cảm ứng tiêu chuẩn, trong đó, Tốc độ của một cánh quạt tuabine gió điển hình có thể là 30 đến 50 vòng / phút trong khi đó, tốc độ tối ưu của máy phát điện có thể là vào khoảng 1000 to 1500 vòng/phút Do đó, bộ truyền động là thiết bị được ứng dụng trong các đường dây truyền tải để thao tác với tốc độ theo yêu cầu của các máy phát điện và hộp số được lắp ráp vào các tua bin gió từ 100kw trở lên, khi đó tốc độ quay sẽ phù hợp với tốc độ của máy phát

Hình 4.1Sắp xếp thiết bị của một tuabine gió Với tuabine gió cở vài kw thì người ta đấu trực tiếp vào máy phát điện, không qua hộp số Do là với các tuabine gió có công suất nhỏ nên cánh khá nhẹ nên tốc độ quay lớn gần bằng tốc độ quay của máy phát

Hình 4.2Đường cong công suất của một tuabine gió điển hình

Tháp

Tháp hỗ trợ các cánh quạt và vỏ bọc động cơ của một tuabine gió ở độ cao mong muốn.Các loại chính của tòa tháp được sử dụng trong tua – bin hiện đại là tháp khung dàn, tháp ống và tháp dây nối đất.tháp được thể hiện trongHình 4.3

Hình 4.3Các loại tháp tuabine gió Cột tháp khung dàn và tháp hình ống được sử dụng với tuabine gió lớn, còn tháp hình treo chỉ sử dung với tuabine nhỏ

4.2.1 Cột tháp dạng khung giàn

Cột tháp dạng khung dàn được sản xuất sử dụng những mặt nghiêng mối hàn thép.Lợi thế cơ bản của cột thép dạng khung giàn là chi phí, vì một cột tháp dạng khung giàn chỉ yêu cầu bằng một nửa số nguyên liệu so với một cột tháp hình ống với độ vững chãi tương tự Tuy nhiên, vì lý do thẩm mỹ mà những cột tháp khung giàn gần như biến mất trong việc sử dụng cho các tuabine gió cỡ lớn và hiện đại ngày nay. 4.2.2 Cột thép hình ống

Hầu hết các tua bin gió cỡ lớn đều sử dụng cột thép hình ống được sản xuất trong khoảng từ 20 – 30 mét với các mặt bích tại mỗi đầu và được nối lại với nhau tại các điểm Những cột tháp là hình nón (với đường kính của chúng tăng theo hướng chân đế) để tăng độ mạnh của chúng và cũng là để tiết kiệm nguyên liệu

4.2.3 Cột tháp dạng dây nối đất

Nhiều tuabine gió nhỏ được xây dựng với cột tháp thu hẹp được hỗ trợ bởi những dây nối Lợi thế đó là tiết kiệm trọng lượng và do vậy tiết kiệm chi phí Sự bất lợi là việc phải chấp nhận những khó khăn xung quanh cột tháp, điều làm nó ít phùhợp trong khu vực nông trại Cuối cùng, loại cột tháp này là dễ bị nghiêng dẫn đến hư hỏng, do vậy ảnh hưởng đến an toàn tổng thể

Hình 4.4- l;Ảnh hưởng của chiều cao tháp vào vận tốc Tốc độ gió cũng sẽ thay đổi tùy theo khu vực xung quanh Qua nhiều năm kinh nghiệm, các nhà sản xuất tuabine và các chuyên gia đã khuyến cáo rằng một tua-bin nên được cao hơn so với bất kỳ đối tượng trong vòng bán kính 300m ít nhất 30m.Các nguyên tắc này được sử dụng để tránh những thay đổi nhanh chóng trong tốc độ và hướng gió, hoặc bất ổn.Tốc độ gió phải được tối đa và liên tục tại các cánh của tuabine hướng để tối đa hóa năng suất của tuabine gió.Giảm gió hỗn loạn cũng làm giảm mệt mỏi trên các tuabine gió

Nhiều tuabin gió nhỏ được xây dựng với cột tháp thu hẹp được hỗ trợ bởi những dây nối Lợi thế đó là tiết kiệm trọng lượng và do vậy tiết kiệm chi phí Sự bất lợi là việc phải chấp nhận những khó khăn xung quanh cột tháp, điều làm nó ít phù hợp trong khu vực nông trại Cuối cùng, loại cột tháp này là dễ bị nghiêng dẫn đến hư hỏng, do vậy ảnh hưởng đến an toàn tổng thể

Tháp nối dây có các thông số sau

 Theo các tính toán và phân tích của các nhà nghiên cứu sản suất tuabine gió lâu năm thì chiều cao tháp thường lớn hơn vật cản là 3m em chọn chiều cao tháp 25m theo địa hình ở nha trang

Hình 4.6-Cách dựng tháp nối dây

4.2.4 Gió, bản thân Trọng lượng và tải trọng cơ cấu bên trong a) Phân bố tải trọng ngang do gió:

W = Wo k c 0,80.1,2y,68 kg/m 2 4.10 b) Trong đó clà hệ số lực kéo,

- W0 là áp lực gió ở độ cao z%m W0kg/m 2

- k: là hệ số tính đến sự thay đổi của áp lực gió theo độ cao và dạng địa hình

- c: hệ số khí động xác định “theo bảng 6, TCVN 273-195” c= 1,2

Phân phối tải trọng dọc do trọng lượng tháp và các đồ đạc bên trên tháp: wv wIF  A z   4.11 Ở đây WIF là tải phân phối do đồ đạc nội bộ, A(z)là diện tích mặt cắt ngang ở độ cao z, và là khối lượng riêng của vật liệu tháp

Việc tính toán cho tháp được thể hiện trongHình 4.7.

Tính toán và lựa chọn máy phát điện

Các thốn số để tính toán thiết kế máy phát

 tốc độ quay 0-200 vòng/phút

Máy phát điện là một thành phần quan trọng không thể thiếu trong tuabine gió, vì nó có nhiệm vụ chuyển đổi cơ năng của tuabine thành điện năng.Trong một hệ thống phát điện, việc thiết kế và chọn máy phát điện phải phù hợp với loại tuabine đã được lựa chọn.Các tuabine này được thiết kế với việc ưu tiên cho các phương pháp điều khiển mong muốn và điều kiện gió tại vùng đã được quy hoạch.Các máy phát điện ở đây không chỉ được sử dụng để biến đổi năng lượng mà còn dùng để điều khiển điện áp thông qua tốc độ quay của tuabine

Tuabine được nối trực tiếp với rotor của máy phát thông qua một trục truyền động, tức là trực tiếp điều khiển máy phát.Loại máy phát này sẽ có tốc độ quay chậm hơn so với các loại máy phát thông thường Do đó nó được thiết kế với số lượng điện cực nhiều để đạt được cảm ứng từ tốt và hiệu quả cao Việc điều khiển trực tiếp giúp loại bỏ tổn thất, bảo dưỡng và các chi phí liên quan đến hộp số.Một số nghiên cứu cho thấy hộp số là nguyên nhân dẫn đến hầu hết các hư hỏng của tuabine gió.Hơn nữa, điều khiển trực tiếp làm giảm liên kết xoắn trên các trục truyền động bởi tần số dao động riêng Do đó các trục sẽ nhỏ hơn so với trường hợp sử dụng hộp số, với H-rotor điều này có nghĩa là tháp đỡ sẽ được giảm khối lượng

Chọn máy phát điện xoay chiều, kích từ bằng nam châm vỉnh cửu

Các thông số cơ bản:

 Số nam châm vỉnh cửu 24 cái

 Số vòng quay: n= 250vòng/phút;

 Kích từ bằng nam châm vỉnh cửu.

Tính toán số lượng bình acquy lưu trữ điện

Để lưu trữ điện từ tuabine gió phát ra ta dùng nhiều bình ắc quy khô nối tiếp nhau dùng để dự trử nguồn điện 1 chiều Mổi khi tuabin gió không hoạt động hay hoạt động yếu, hệ thống này sẽ cung cấp điện cho bộ phận chuyển đổi điện 1 chiều (DC) ra điện xoay chiều (AC) Bình ắc quy thường dùng loại ắc quy khô dể bảo quãn, bảo trì, an toàn hơn mặc dầu giá trị bình nhiều hơn ắc quy nước

 Tổng Công suất tiêu thụ trong hệ thống (W)

 Hiệu điện thế của mạch nạp bình ắc quy (V)

 Dung lượng của bình ắc quy (AH)

 Thời gian cần có điện của hệ thống (T)

 Hệ số năng suất của bộ kích điện (pf): thường là 0,7 hoặc 0,8 Để tính tổng dung lượng của ắc quy (AH) nếu xác định trước thời gian sử dụng hệ thống T, tổng công suất của Inverter W, điện thế của bộ nạp V, pf = 0.7 hoặc 0.8 tuỳ vào từng loại Inverter

Một gia đình khi mất điện sử dụng 1 bóng đèn compact 20W + một quạt điện 60W.Khi đó ta có tổng công suất tiêu thụ là 80W

 T=8 giờ thời gian cần có điện của hệ thống

 pf=0,7 hệ số năng suất của bộ kích điện

 Để đảm bảo công suất đầu ra ổn định đối với các bộ kích điện tiêu chuẩn thường có điện áp đầu vào phải là 24V DC đối công suất từ 800W trở lên. Điện áp 12V chỉ nên sử dụng với công suất nhỏ từ 600W trở xuống

 Với dung lượng ăc quy là 100Ah ta chọn 2 bình ăc quy loại ăc quy 12v/100Ah

Thông số kỹ thuật ắc quy khô 100Ah

 Bình ắc quy khô kín

Lựa chọn bộ điều khiển nạp sạc

Bộ điều khiển nạp sạc là một thiết bị trung gian giữa tubine và hệ các bình ắc quy lưu trữ.

Nhiệm vụ chính của nó là "điều khiển" việc sạc bình ắc quy từ nguồn điện sinh ra từ pin mặt trời.Nó làm nhiệm vụ bảo vệ ắc quy khi nạp đầy thì nó sẽ ngắt nguồn điện không cho điện áo vào

Trên thị trường có rất nhiều loại bộ nạp sạc cho ăc quy Hitech Power 12V -

100Ah nó có các đặc tính sau a Sạc cho các loại bình ắc quy: từ 10A –

100Ah b Điện áp vào: từ 90 – 265 VAC c Điện áp ra: 12VDC d Tần số : 50Hz e Sạc đầy tự ngắt f Bình ắc quy yếu tự sạc g Sạc và bảo vệ

Hình 4.8Ăc quy quy khô 100

Ah h Bảo vệ chống đấu ngược cực i Ổn định dòng sạc Hình 4.9Bộ điều khiển nạp sạc ắc quy j Ổn định điện áp sạc.

TÍNH GIÁ THÀNH CỦA SẢN PHẨM

Tổng giá thành sản phẩm

Giá thành của sản phẩm: C=V+P+H+K

 P: Tiền lương cho công nhân ( 1người=2.600.000VNĐ)

 K: Khấu hao tài sản cố định

 H: Chi phí cho quản lý

 T0: Thời gian gia công cơ bản

 Tpv: Thời gian phục vụ kỹ thuật

 Tnn: Thời gian nghỉ ngơi theo nhu cầu cần thiết của công nhân

 Giá phôi liệu: V=  200 x 25000mm x65kgx25.000đ/1kg= 1.625.000 VNĐ;

 Cáp thép :V=  15x 50m x20.000/1mét VND= 1.000.000VND

→ Giá thành của sản phẩm: C=2.625.000 VNĐ

Giá phôi liệu: V=  32 x 450mm x2.8kgx32.000đ/1kg= 89.600 VNĐ

 Thời gian gia công: T=T0+Tp+Tpv+Tng=8.1+20+10+108 (phút)

 Tiền lương cho công nhân: P= 38 x 200= 7.600 VNĐ

 Khấu hao tài sản cố định K0.000 VNĐ

→ Giá thành của sản phẩm: C=V + P + H + K2.200 VNĐ

 Giá phôi liệu:  100 x 8 x 20kgx32.000đ/1kgd0.000 VND

 Thời gian gia công: T=T0+Tp+Tpv+Tng=0.08 + 5 + 5 + 5.08 (phút)

 Tiền lương cho công nhân: P= 15.08 x 200 = 24000VND

 Khấu hao tài sản cố định K.000 VNĐ

→ Giá thành của sản phẩm: C=V + P + H + Kg6.000 VNĐ

 8 x 30 x 30con x 3.000 000VNĐ Đai ốc  8 x 30 con x 3.000 000VNĐ

5.1.7 Bình ắc quy Ắc quy 2 bình, khối lượng 32kg/bình= 2x2.000.000/cái=4.000.000VND 5.1.8 Vòng bi NSK-6205ZZ

Vòng bin  25x52x15x1cáix156.000/cái6.000VND

5.1.9 Đế đỡ máy phát điện

 Giá phôi liệu: 140 x 80x15kgx32.000đ/1kgH0.000VND

 Thời gian gia công: T=T0+Tp+Tpv+Tng` +10+20+100 (phút)

 Tiền lương cho công nhân: P= 100 x 100= 18.000 VNĐ

 Khấu hao tài sản cố định K.000 VNĐ  Chi phí quản lý: H= 10.000

→ Giá thành của sản phẩm: C=V + P + H + KX8.000 VNĐ

 Phôi nhựa: tấp 10x2435x2978x0,01kgx30 =3.000VNĐ

 Thời gian gia công: T=T0+Tp+Tpv+Tng=0.5+10+10+100.5 (phút)

 Tiền lương cho công nhân: P = 60 x 100 `00 VNĐ

 Khấu hao tài sản cố định K0.000 VNĐ  Chi phí quản lý: H= 5.000

→ Giá thành của sản phẩm: C=V + P + H + Kf.000 VNĐ

 Giá phôi liệu:  40 x 90 x 0,9kgx12.000đ/1kg.800 vnđ

 Thời gian gia công: T=T0+Tp+Tpv+Tng=1.12+10+10+101.12 (phút)

 Tiền lương cho công nhân: P= 31.12 x 100 = 3.112 VNĐ

 Khấu hao tài sản cố định K0.000 VNĐ  Chi phí quản lý: H= 5.000

→ Giá thành của sản phẩm: C=V + P + H + KI.000 VNĐ

5.1.12 Bộ điều khiển nạp sạc

→ Giá thành của sản phẩm: C E0.000 VNĐ

Lắp ráp

 Thời gian gia công: T=T0+Tp+Tpv+Tng` (phút)

 Tiền lương cho công nhân: P= 60 x 200 = 12.000 VNĐ

 Khấu hao tài sản cố định K.000 VNĐ  Chi phí quản lý: H= 5.000

→ Giá thành của sản phẩm: C=V + P + H + K'.000 VNĐ

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau 6 tháng nghiên cứu tài liệu cũng như tìm hiểu trong thực tế em đã hoàn thành những nội dung công việc cụ thể của đồ án nhưu sau:

 Tìm hiểu lịch sử phát triển nguồn năng lượng gió và các máy phát điện chạy bằng sức gió

 Phân tích khí động lực học cánh gió của tuabin gió trục ngang và xác định góc cánh điều khiển

 Thiết kế cánh tuabine với công suất yêu cầu 500W

 Tính toán các bộ phận khác của tuabine

 Hạch toán giá thành sản phẩm

Qua nghiên cứu tính toán thiết kế cánh tuabine gió em thấy tuabine gió là một năng lượng sạch và thực tế, có thể phát triển nó trong tương lai gần Do thời gian và khả năng của em có hạn nên việc tính toán thiết kế có sai sót Hơn nữa đây là lần đầu tiên em tiếp xúc nên còn gặp nhiều khó khăn và bỡ ngỡ

Trong quá trình thực hiện đề tài em thấy rằng đây là một đề tài rất hay và mang tính thực tế cao Tuy nhiên trong việc tính toán thiết kế chỉ mang tính lý thuyết vậy nên em kiến nghị với nhà trường củng như thầy cô trong trường nên áp dụng thực tế sản xuất tuabine gió Đây là một năng lượng sạch không có độc hại gì đến con người và môi trường Việc áp dụng và thiết kế nó sẽ làm giảm một phần chi phí tiêu thụ điệnTrong bối cảnh nguồn điện càng hạn hẹp và giá cả cao.