Nghiên cứu tính toán và thiết kế cơ cấu dẫn động điều khiển góc cánh Turbine gió kiểu trục đứng cho máy phát điện công suất 10KW

I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP - I HC THI NGUYấN TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP - GIANG NGC THANH LUN VN THC S K THUT CHUYấN NGNH: CễNG NGH CH TO MY NGHIấN CU, TNH TON V THIT K C CU DN NG IU KHIN GểC CNH TURBINE GIể KIU TRC NG CHO MY PHT IN CễNG SUT 10KW GIANG NGC THANH NGHIấN CU, TNH TON V THIT K C CU DN NG IU KHIN GểC CNH TURBINE GIể KIU TRC NG CHO MY PHT IN CễNG SUT 10KW CHUYấN NGNH: CễNG NGH CH TO MY LUN VN THC S K THUT HNG DN KHOA HC HC VIấN PGS.TS Nguyn ng Hũe Giang Ngc Thanh KHOA O TO SH BGH TRNG HKTCN PGS.TS Nguyn ng Hũe Thỏi Nguyờn, 2010 THI NGUYấN, 2010 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn LI CAM OAN Tụi l Giang Ngc Thanh - Hc viờn cao hc lp K11- Cụng ngh ch to mỏy LI CM N (khúa hc 2008 - 2010) ti trng i hc K thut Cụng nghip - i hc Thỏi Sau mt thi gian hc tp, rốn luyn v nghiờn cu ti trng i hc K thut Nguyờn Sau hai nm hc tp, rốn luyn v nghiờn cu ti trng tụi la chn thc hin ti tt nghip Nghiờn cu, tớnh toỏn v thit k c cu dn ng iu khin gúc cỏnh turbine giú kiu trc ng cho mỏy phỏt in cụng sut 10KW c s hng dn v giỳp tn tỡnh ca PGS TS Nguyn ng Hoố v s Cụng nghip Thỏi Nguyờn, tỏc gi xin c by t lũng cm n sõu sc nht ti thy giỏo hng dn khoa hc PGS TS Nguyn ng Hoố - Phú hiu trng trng i hc k thut cụng nghiờp - i hc Thỏi Nguyờn ó tn tỡnh ch bo, giỳp v to iu kin tụi thc hin hon chnh lun tt nghip Cm n cỏc thy giỏo, cụ giỏo trng i hc K thut Cụng nghip, hc n lc ca bn thõn, ti ó c hon thnh nm 2010 Tụi cam oan cỏc s liu v kt qu nờu lun ny l t bn thõn tụi thc hin, khụng chộp ca ngi khỏc v cha tng c cụng b bt k mt cụng trỡnh no khỏc Tr cỏc phn tham kho ó c nờu rừ Lun S phm - i hc Thỏi Nguyờn v trng i hc Bỏch khoa H Ni ó tn tỡnh ging dy hai nm hc va qua Cm n Lónh o UBND tnh Thỏi Nguyờn, Ban lónh o S Cụng Thng Thỏi Nguyờn v cỏc phũng ban chc nng ca S Cụng Thng Thỏi Nguyờn (s - Nu sai tụi xin hon ton chu trỏch nhim ng Cỏch mng thỏng tỏm - thnh ph Thỏi Nguyờn - tnh Thỏi Nguyờn) ó to mi Thỏi Nguyờn, ngy 03 thỏng 11 nm 2010 Tỏc gi iu kin tụi thc hin v hon thnh khúa hc ny Cm n gia ỡnh, bn bố v ng nghip ó ng viờn, giỳp tụi thi gian qua lun c hon thnh ỳng tin Do nng lc bn thõn cũn nhiu hn ch nờn Lun khụng trỏnh sai sút, tỏc gi rt mong nhn c s úng gúp ý kin ca cỏc Thy, Cụ giỏo, cỏc nh khoa Giang Ngc Thanh hc v cỏc bn ng nghip Thỏi Nguyờn, ngy 03 thỏng 11 nm 2010 Tỏc gi Giang Ngc Thanh S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.1 Phõn tớch nguyờn lý iu khin-dn ng cỏnh turbinee 43 4.2 Phõn tớch ng hc c cu 45 4.3.1 Tớnh s bc t 46 4.3.2 Tớnh t s truyn vi cỏc cỏnh na bờn cú rng ca bỏnh rng 46 4.3 Thit k c cu iu khin - dn ng cỏnh h thng VAWT 10KW 47 MC LC 4.3.1 Thụng s thit k cỏc chi tit c cu iu khin 05 cỏnh turbine 48 4.4 Mụ phng nguyờn lý hot ng ca h thng VAWT mi 59 DANH MC CC K HIU V CC CH VIT TT 4.5 Kt lun chng 61 DANH MC CC HèNH V KT LUN 62 Chng GII THIU TI LIU THAM KHO 64 1.1 t 1.2 Gii thiu v vic s dng nng lng giú - turbine giú 1.3 Tớnh cp thit ca ti 10 1.4 Mc tiờu v ý ngha nghiờn cu 11 1.5 i tng v phm vi nghiờn cu 11 1.6 Cỏc kt qu chớnh 12 1.7 Cu trỳc lun 12 Chng 2.CC VN C S 14 2.1 C s tớnh toỏn lc khớ ng 14 2.1.1 Lý thuyt Albert Betz 14 2.1.2 Mụ hỡnh toỏn lc khớ ng trờn cỏnh turbine 16 2.2 Mt s dng kt cu VAWTs in hỡnh 19 2.2.1 Kiu VAWT cỏnh c nh 19 2.3 Phõn tớch kt cu Novel VAWT cú kh nng iu chnh gúc hng giú 26 2.3.1 Cu to v nguyờn lý hot ng ca kt cu 26 2.4 xut kt cu VAWT mi kh iu chnh gúc hng giú ca cỏnh 29 CHNG C TNH KH NG HC Mễ HèNH VAWT MI 32 3.1 Nguyờn lý hot ng ca turbine 32 3.2 Phõn tớch lc khớ ng 32 3.3 Kt lun chng 41 Chng TNH TON, THIT K C CU DN NG IU KHIN GểC CNH TURBINE 43 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -1- -2- DANH MC CC K HIU V CC CH VIT TT HAWTs h turbine giú kiu trc ngang VAWTs h turbine giú kiu trc ng U DANH MC CC HèNH V Vn tc thc ca giú (m) Hỡnh 1.1 Cu to b dn ng c khớ ca turbine giú trc ngang Trng lng riờng ca khụng khớ (kg/m ) Hỡnh 1.2 Hỡnh nh chuyn cỏnh turbine giú trc ngang nc Anh b Chiu rng cỏnh turbine (m) Hỡnh 1.3 H thng turbine giú trc ng cú biờn dng cỏnh phc h Chiu cao cỏnh turbine (m) Hỡnh 2.1 Khớ ng hc cỏnh Rotor r Bỏn kớnh Rotor (m) Hỡnh 2.2 Lc khớ ng hc cỏnh turbine P Cụng sut (W) Hỡnh 2.3 Turbine kiu dng chộn M Mụmen (Nm) Hỡnh 2.4 Turbine kiu Darrieus v cỏc dng ci tin ca nú C H s nõng Hỡnh 2.5 Lc khớ ng hc trờn phn t cỏnh Turbine Darrieus/H.rotor Cd H s cn (drag coefficient) Hỡnh 2.6 Turbine kiu Savonius Hỡnh 2.7 Rotor dng tm phng bỏn hnh trỡnh Din tớch quột ca cỏnh turbine (m ) Hỡnh 2.8 H thng cyclogyro Gúc xoay cỏnh turbine () Hỡnh 2.9 H thng Lagarde F p lc (N) Hỡnh 2.10 H thng kiu a i Gúc ti () Hỡnh 2.11 H thng Novel Vertical Axis Wind Turbine Gúc nõng () Hỡnh 2.12 Cu to ca Novel VAWT g Gia tc trng trng (9.81m/s2) Hỡnh 2.13 S nguyờn lý hot ng W Vn tc tng i (m) Hỡnh 2.14 V trớ cỏnh chu k sinh cụng ca turbine Vn tc gúc (rad/s) Hỡnh 2.15 V trớ cỏnh chu k khụng sinh cụng ca turbine Cp H s cụng sut Hỡnh 3.1 Cm H s mụmen Hỡnh 3.2 V trớ cỏnh chu k sinh cụng (trỏi) v chu k sinh cụng (phi) Giú tỏc ng lờn cỏnh S vũng quay (vũng/giõy) Hỡnh 3.3 Cỏc thnh phn lc Fl v Fd tỏc dng lờn cỏnh Hỡnh 3.4 Cỏc thnh phn lc tip tuyn v phỏp tuyn na bờn phi S A n Din tớch cỏnh (m ) S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -3- -4- Hỡnh 3.5 Lc tỏc dng lờn rotor ti v trớ Hỡnh 3.6 Lc tỏc dng lờn rotor ti v trớ Hỡnh 3.7 Lc tỏc dng lờn rotor ti v trớ Hỡnh 3.8 Lc tỏc dng lờn rotor ti v trớ Hỡnh 3.9 Quan hờ gia Cm, Cl, v gúc ti ca cỏnh NACA 0010-65 Hỡnh 4.1 V trớ cỏnh chu k sinh cụng ca turbine Hỡnh 4.2 V trớ cỏnh chu k khụng sinh cụng ca turbine Hỡnh 4.3 S c cu iu khin/ dn ng gúc xoay cỏnh turbine Hỡnh 4.4 S nguyờn lý c cu iu khin/ dn ng Hỡnh 4.5 Phõn tớch chiu chuyn ng ca cỏc bỏnh rng Hỡnh 4.6 Kớch thc tng th c cu iu khingúc xoay cỏnh phỏt trin nhanh nht trờn th gii vỡ nguyờn liu di do, r tin, d ỏp dng, Hỡnh 4.7 ln sch v khụng lm hi mụi trng Cỏc mỏy phỏt in li dng sc giú (trm Hỡnh 4.8 Bỏnh rng Z9 phong in) ó c s dng nhiu cỏc nc chõu u, M v cỏc nc cụng Hỡnh 4.9 Bỏnh rng Z10 nghip phỏt trin khỏc c ang dn u th gii v cụng ngh phong in Hỡnh 4.10 Bỏnh rng Z1 Hin ti, cỏc trm phong in trc ngang (gm mt mỏy phỏt in cú trc Hỡnh 4.11 Bỏnh rng Z2 quay nm ngang vi turbine cỏnh ún giú) ang c sn xuỏt v s dng ph Hỡnh 4.12 Bỏnh rng Z16 bin hn nhiu so vi cỏc trm phong in trc ng (gm mt mỏy phỏt in Hỡnh 4.13 Bỏnh rng Z17 cú trc quay thng ng vi cỏc cỏnh ún giú t thng ng) Hin cú cỏc loi Hỡnh 4.14 Chi tit trc mỏy phỏt phong in vi cụng sut rt khỏc nhau, t vi trm W ti hng MW Hỡnh 4.15 Giỏ ln s 5, Cỏc trm phong in cú th hot ng c lp hoc cng cú th ni vi mng Hỡnh 4.16 Giỏ ln s 11, 15 in quc gia Cỏc trm phong in cú th phỏt in tc giú t m/s (11 Hỡnh 4.17 Chi tit s km/h), v t ngng phỏt in tc giú vt quỏ 25 m/s (90 km/h) Tc Hỡnh 4.18 Chi tit s 18 giú hiu qu t 10 m/s ti 17 m/s, tựy theo tng thit b phong in Hỡnh 4.19 Cm chi tit s 19 Hỡnh 4.20 Cỏc chi tit thuc cm chi tit s 19 ca cỏc cụng ty ln cng nh ca nhiu nh khoa hc trờn th gii, vi nhng Hỡnh 4.21 Hỡnh nh mụ phng c cu iu khin cỏnh turbine thnh cụng vt bc v cụng ngh, th hin qua sn phm mang tớnh thng mi Chng GII THIU 1.1 t Hin nay, s cỏc ngun nng lng mi, nng lng bng sc giú i vi h turbine giú kiu trc ngang (HWAT) õy l hng i ch yu húa ca mt s hóng ch to ni ting th gii nh Vestas (Denmark) vi cỏc S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -5- -6- sn phm V52-850 kW, V80-1.8 MW, V80-2.0 MW, V82-1.65 MW, V90- Turbine giú ngang cú mt trc rụto chớnh v mỏy phỏt in phớa trờn thỏp, hot 1.8&2.0 MW, V90-3.0 MW; Suzlon (India) vi cỏc turbine 950 kW to MW; ng theo chiu giú vi b mt cỏnh qut hng v chiu giú ang thi nh mt GE Energy (USA) cú cỏc sn phm 1.500 - 3.600 kW; van giú, chỳng rt lý tng cho nhng ni hng giú thay i thng xuyờn Siemens(germany) a th trng cỏc turbine ln 1.3 MW, 2.3 MW v 3.6 Khụng ging nh turbine dc, turbine giú dng trc ngang hot ng ỳng MW; v v Tuy nhiờn cỏc h thng ny hin c xem l ro cn ln v mt hng giú, v cỏnh turbine dao luụn luụn di chuyn vuụng gúc vi giú, nng cụng ngh ch to ti Vit Nam, ú cỏc d ỏn phỏt trin phong in lng nhn c thụng qua ton b luõn chuyn Do kh nng a chiu, turbine nc hin ang i theo hng nhp khu thit b hon chnh xõy dng cỏc giú trc ngang cú th chuyn i thnh nng lng giú nhiu hn cho hiu qu nh mỏy in giú ti mt s khu vc tim nng cao hn v sn lng in tt hn turbine giú trc dc Hn na, cỏc c s thỏp cụng ty 1.2 Gii thiu v vic s dng nng lng giú - turbine giú Cỏc trang tri giú ngoi u tiờn l Cape Cod, Massachusetts Trang tri giú ln nht th gii l Horse Hollow Trung tõm Nng lng giú, ti cao cho phộp giú vo mnh hn, lung giú n nh hn l gn mt t Khi tng sn lng v hiu qu l nhng cõn nhc quan trng nht, trc ngang turbine giú thng c s dng Texas, vi 421 turbine giú cú kh nng cung cp in cho 220.000 h gia ỡnh / nm Ngy nay, nng lng giú l mt ngun nng lng hp dn, thay th cho nhiờn liu húa thch, vỡ nú rt phong phỳ, cú th tỏi to, phõn phi rng rói, sch s v sn xut khụng thi khớ nh kớnh Tớnh n nm 2009, t l phn trm in m cú ngun gc t nng lng giú l 19% an Mch, 13% Tõy Ba Nha v B o Nha, 7% c v Ireland Hin nay, nng lng giú ch yu l chuyn i thnh in nng bng cỏch trin khai turbine giú Cú nhiu turbine giú vi nhng cụng sut khỏc t khong 1kW n hng MW Chỳng cú th phỏt in tc giú t 2,8m/s v t ngng phỏt in tc giú vt quỏ 25m/s, v hot ng hiu qu tc giú t 10m/s n 17m/s Turbine giú c chia thnh hai loi: mt loi trc ng ging nh mỏy bay trc thng (vertical axis wind turbines VAWTs) v mt loi trc ngang (horizontal axis wind turbines - HAWTs) Hỡnh 1.1 Cu to b dn ng c khớ ca turbine giú trc ngang Bờn cnh ú, HAWTs cú mt s nhc im nh l: Turbine giú trc ngang l loi ph bin hn, thng cú hay cỏnh qut Ngy turbine giú trc ngang cỏnh qut c s dng rng rói S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -7- -8- Cn phi xõy dng mt thỏp ln lp t h thng turbine cú trng gim thiu s mi nhiu lon khụng khớ, turbine giú thng c lng ln, hp s v mỏy phỏt in, HAWTs cao rt khú lp t, cn cu rt nh v cỏch mt khong bng ln ng kớnh rụto, nhng khong cỏch cao v t tin v cn cú k nng hnh ph thuc vo nh sn xut v mụ hỡnh ng c turbine Cỏc tũa thỏp cao v cỏnh turbine lờn n 45 một, di rt khú chuyn Giao thụng ti cú th s tin n 20% chi phớ thit b (Hỡnh 1.2) Mc dự ớt ph bin hn nhng turbine giú dng trc dc luụn c quan tõm v cú liờn tc cú nhng thit k, mụ hỡnh mi Cỏc thit k cho turbine giú trc ng hin cú ngun gc ch yu t cỏc nh phỏt minh mang tớnh cỏ nhõn VAWTs cú rụto trc chớnh c b trớ theo chiu dc, li th chớnh ca s sp xp ny l turbine khụng phi xoay c h thng theo phng giú u im ca VAWTs l mỏy phỏt in v hp s ca nú cú th c t gn mt t, lm cho vic bo trỡ c d dng hn v gim chi phớ xõy dng ban u VAWTs nm gn mt t cú th tn dng li th nhng nh nỳi bng phng, ngn i, qua kờnh giú v tc giú tng lờn Hn na, VAWTs cú th c xõy dng ti a im m cỏc cu trỳc cao u b cm VAWTs cú tc giú ng thp hn HAWTs Thụng thng, chỳng bt u to in tc giú mph (2,8m/s) Hỡnh 1.2 Hỡnh nh chuyn cỏnh turbine giú trc ngang nc Anh Chiu cao ca HAWTs lm nh hng n tm nhỡn rng, phỏ v cnh quan v ụi to s phn i ca a phng HAWTs cn phi cú thờm b phn lỏi cỏc cỏnh turbine v v ng c v hng giú Cỏc cỏnh quay vuụng gúc vi hng giú gõy nờn s mi ca c cu Hỡnh 1.3 H thng turbine giú trc ng cú biờn dng cỏnh phc Trỏi ngc vi HAWTs, VAWTs cú nhng nhc im sau õy: S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn -9- - 10 - Tc giú l chm cao thp hn, nng lng giú vỡ vy ớt cú sn nõng cao hiu qu mt hng giú v gim thiu nh hng ca mt cn giú cho cho mt turbine kớch thc nht nh V lung khụng khớ gn mt t cú cỏc c cỏnh turbine c bit, nhng cụng b mi theo hng nghiờn cu cỏnh turbine s h tng, cõy ci,to dũng chy hn lon Tuy nhiờn, mt ng c c iu khin ch ng nhm t hiu qu ti a hnh trỡnh hng giú v cn turbine c t trờn mt núc nh cú th tng gp ụi tc turbine Nu chiu ti thiu hnh trỡnh cn giú cũn rt hn ch cao ca thỏp c t trờn tng thng ca turbine l khong 50% chiu cao xõy Cỏc nghiờn cu nc v h thng turbine giú núi riờng v phong dng, iu ny l gn ti u cho nng lng giú ti a v nhiu lon giú ti in núi chung cũn c bit ớt Nhúm nghiờn cu ca GS-TSKH Nguyn Phựng thiu Quang [4] ó trung vo xõy dng cỏc b iu khin: b iu khin Trong mt chu k, cỏc turbine giú trc thng ng luụn cú nhng b mt cỏnh chng li giú, iu ny ó dn n hiu qu thp np bank accu, b iu khin cụng sut phỏt, b nghch lu v tớch hp vi h thng turbine giú v mỏy phỏt nhp ngoi; Mt s nghiờn cu trung theo VAWTs mi ph bin dng cụng sut nh, cỏc cụng ty sn xut turbine hng iu khin mỏy phỏt in (phn phỏt) chy bng sc giú; Lun Thc ang hng ti phỏt trin cỏc trm phỏt in cụng sut va v nh phự hp vi s ca Chu c Quyt [2], ti ny ó tớnh toỏn thit k cỏc v trớ, s cỏnh, cỏc trang tri, h gia ỡnh, nhng ni b cụ lp vi ngun in Nghiờn cu ang kớch thc h thng cỏnh phng cho mỏy phong in kiu trc ng c thc hin trờn cỏc VAWTs mt n lc tng sn lng nng lng nng lng ca chỳng v gim thiu ting n Cỏc k s hy vng s ci thin VAWTs nú cui cựng cú th c s dng rng rói cỏc ụ th, ni khụng gian cho vic ci t trang tri giú b hn ch Cú th thy rng, i vi h turbine giú kiu trc ng phm vi cng nh quy mụ s dng cũn rt khiờm tn so vi cỏc h thng HWAT, ch yu cỏc h thng VWAT c sn xut v a th trng hin l loi cỏnh turbine c nh, cú th hot ng bỡnh ng vi mi hng giú nờn cú cu to n gin, cỏc b phn u cú kớch thc khụng quỏ ln nờn chuyn v lp rỏp d dng, bn cao, tu bo dng n gin Vi c im nh vy, nờn th trng m cỏc cụng ty R&D (nghiờn cu ch to v thng mi húa) h thng ny (ch yu ca Trung Quc) hin ang hng ti l cỏc trm phỏt in c lp, cụng sut va v nh, phự hp vi cỏc trang tri, h gia ỡnh hay nhng ni c lp xa trung tõm Cỏc nghiờn cu v h thng ny cng cũn tng i hn ch, ch yu trung theo hng nghiờn cu ng lc hc cỏnh turbine nhm S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.3 Tớnh cp thit ca ti Vit Nam cú din tớch b bin di vi ngun giú phong phỳ v n nh, tt cho cỏc mỏy phong in hot ng v phỏt trin Nhng a im cú tim nng phỏt trin phong in bao gm vựng ven bin, hi o, vựng nỳi cao biờn gii c bit l a bn cỏc tnh Qung tr, Bỡnh nh, vv iu ny rt phự hp cho vic gii quyt bi toỏn cung cp in sinh hot cho h gia ỡnh cỏc vựng sõu, vựng xa, vựng biờn gii hi o thay th cỏc trm phỏt in diezen ang hot ng nhng khu vc ny hin So sỏnh gia hai h thng phong in kiu trc ngang v trc ng cho thy: V lý thuyt, h thng trc ng cú nhng u im ni tri so vi h thng trc ngang: Cú th hot ng tc giú thp, ú cao ca thỏp thp hn, an ton bóo cao hn; hiu sut chuyn i cụng sut giú/c hc cao hn (ti 50%), ú chi phớ sn xut, tiờu hao vt t v chi phớ u t thp hn; kh nng cụng ngh tt hn Tuy nhiờn, phỏt huy c nhng u im trờn, c S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 11 - - 12 - bit l vic nõng cao hiu sut chuyn i cụng sut giú/c hc cỏc h thng i tng ti nghiờn cu l c cu dn ng iu khin gúc cỏnh cú cụng sut ln, ũi hi cỏc cỏnh turbine phi cú kh nng iu chnh chng turbine giú kiu trc ng cho mỏy phỏt in bng sc giú cụng sut 10kW cn giú hnh trỡnh khụng sinh cụng Vn ny hin cha cú c mt b Phm vi nghiờn cu nguyờn lý cng nh cụng ngh phự hp Vỡ vy, h thng trc ng mi ch ph C cu iu khin/dn ng cỏnh turbine mụ hỡnh VAWT cú kh bin dng cụng sut nh, khụng cú c cu iu khin gúc hng giú ca cỏc nng iu chnh gúc hng giú, ỏp dng cho cỏc VAWT cụng sut nh n cỏnh 10KW T cỏc lý trờn, vic thc hin ti Nghiờn cu, tinh toỏn, thiờt kờ c cu dn ng iu khin gúc cỏnh Turbine gio kiờu truc ng cho mỏy phỏt in cụng sut 10KW l ni dung rt cn thit, gúp phn quan trng nghiờn cu v h thng turbine giú kiu trc ng iu khin gúc hng giú ch ng 1.6 Cỏc kt qu chớnh - Lun ó xut c mụ hỡnh VAWT mi cú kh nng iu chnh gúc hng giú cỏc cỏnh turbine Mụ hỡnh ny cú kt cu h thng iu khin/dn ng cỏnh hon ton bng cỏc c cu c khớ n gin, t hiu sut chuyn i nng lng giú/cụng sut c cao 1.4 Mc tiờu v ý ngha nghiờn cu - ó thit k chi tit h thng c cu iu khin/dn ng cỏnh turbine cho mụ hỡnh VAWT ó xut a Mc tiờu xut c cu dn ng/iu khin gúc cỏnh turbine giú kiu trc ng vi cỏnh, phng hng giú bin thiờn m bo tớnh hiu qu v mt kt cu, nõng cao hiu sut chuyn i nng lng giú/c hc ca h thng VAWT b í ngha Kt qu nghiờn cu ca ti l ngun ti liu b sung phc v cho vic hc tp, nghiờn cu v ngoi nc Kt qu ca ti s úng gúp vo vic thit k ch to h thng turbine giú iu khin gúc hng giú ch ng, phự hp vi iu kin Vit Nam L c s ban u cho phỏt trin ngnh cụng nghip ch to cỏc trm phong in c trung bỡnh, gúp phn cung cp ngun nng lng in dõn dng, an ninh quc phũng - Mụ phng nguyờn lý hot ng ca c cu núi riờng v mụ hỡnh VAWT mi núi chung 1.7 Cu trỳc lun Lun c trỡnh by chng vi cỏc ni dung chớnh nh sau: Chng Trỡnh by tng quan v tỡnh hỡnh nghiờn cu v ngoi nc liờn quan n ni dung ca ti Trờn c s ú xỏc nh nhim v nghiờn cu, mc tiờu nghiờn cu ca lun Chng Phõn tớch mt s kt cu VAWT cú kh nng iu chnh gúc hng giú ó c nghiờn cu trờn th gii, t ú xut phng ỏn thit k ca lun da trờn mt s ci tin phự hp ng thi cng trỡnh by nhng c s lý thuyt v lc khớ ng phc v cho vic tớnh toỏn, thit k v kim nghim c tớnh khớ ng hc cho h thng VAWT xut 1.5 i tng v phm vi nghiờn cu a i tng nghiờn cu S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 13 - - 14 - Chng Tớnh toỏn c tớnh k thut lc khớ ng cho thit k VAWT 10KW Chng nhm ỏnh giỏ tớnh hiu qu v hiu sut chuyn i nng lng giú/cụng sut CC VN C S c hc ca mụ hỡnh VAWT ó xut Chng Thit k chi tit h thng iu khin gúc hng giú cỏnh turbine ca 2.1 C s tớnh toỏn lc khớ ng mụ hỡnh VAWT xut 2.1.1 Lý thuyt Albert Betz Kt lun v kin ngh õy l lý thuyt c bn tớnh toỏn khớ ng hc cỏnh turbine giú Lý thuyt cp n phng phỏp v cụng thc tớnh lc giú tỏc dng, tớnh cụng sut rotor Cỏc lý thuyt chung u tiờn v turbine giú c xõy dng bi A Betz ca Vin nghiờn cu Gottingen Betz cho rng rotor giú l lý tng, nú khụng cú may v cú s cỏnh vụ tn v khụng to lc cn ti s di chuyn ca giú i qua nú Vy, õy l mt mỏy bin i nng lng sch Ngoi ra, cỏc iu kin trờn tng din tớch quột bi rotor gi thit l khụng i v tc ca giú i qua rotor u lm cho trc quay Rotor giú lý tng ta cn chỳ ý n mt s yờu t, nh: trc, cỏnh turbine, b phn ct ,cỏc c cu khỏc, b trớ a im mụi trng lu ng Xột khớ ng hc tỏc ng lờn cỏnh rotor nh hỡnh v sau: C V1 S1 V S V2 S2 D Hỡnh 2.1 Khớ ng hc cỏnh Rotor S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 37 - - 38 - Cỏnh A v trớ cú gúc =180 Giú tỏc ng lờn rotor nh hỡnh (3.6): Hỡnh 3.7.Lc tỏc dng lờn rotor ti v trớ Hỡnh 3.6.Lc tỏc dng lờn rotor ti v trớ Mụ men ca rotor ti v trớ l: M2 = M2A + M2B + M2C + M2D + M2E (lbf.ft) M 102, 64 266,13 Mụ men ca rotor ti v trớ l: M3= M3A+ M3B+ M3C+ M3D+ M3E (lbf.ft) M 1, 73E 14 279,83 6, 22 E 44 1,9 E 44 67, 27 439, 63 718, 24 17981, 72 17808,98 67, 27 135,85 718, 24 11113,32 4324,14 67, 27 355, 67 718, 24 16, 08 6, 08 67, 27 355, 67 718, 24 Ti v trớ 2, 07 E 12 10351,19 67, 27 2, 69 E 14 718, 24 949,19 305, 45 10526, 69 5481, 04 67, 27 418,12 718, 24 67, 27 258, 41 718, 24 10526, 69 5481, 04 949,19 305, 45 67, 27 258, 41 718, 24 67, 27 418,12 718, 24 12, 4, 05 67, 27 418,12 718, 24 Cỏnh A v trớ cú gúc = 90 nh hỡnh (3.7) 3,89 2, 03 67, 27 258, 41 718, 24 Ti v trớ Cỏnh A v trớ cú gúc = 00 nh hỡnh (3.8) S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 39 - - 40 4,14 E 12 20702,38 1898,38 610,9 M tb 1,73E 14 272,98 67, 27 2,69 E 14 718, 24 67, 27 418,12 718, 24 2053,38 10962,08 2053,38 10962,08 1898,38 610,9 67, 27 258, 41 718, 24 67, 27 258, 41 718, 24 67, 27 418,12 718, 24 6, 22 E 44 1,9 E 44 17981,72 17808,98 11113,32 4324,14 67, 27 439,63 718, 24 67, 27 135,85 718, 24 67, 27 355,67 718, 24 17981,72 17808,98 11113,32 4324,14 67, 27 135,85 718, 24 67, 27 355,67 718, 24 25, 8,1 67, 27 418,12 718, 24 7,78 4,06 67, 27 258, 41 718, 24 16,08 6,08 67, 27 355,67 718, 24 2,04 2,02 67, 27 135,85 718, 24 Mụmen M lm roto quay to nờn cụng sut M tb Vỡ hiu sut 0, nờn cú c cụng sut 10kW, ta cn: Hỡnh 3.8 Lc tỏc dng lờn rotor ti v trớ Mụ men ca rotor ti v trớ l: M4= M4A + M4B + M4C + M4D + M4E (lbf.ft) M 102, 64 266,13 17981, 72 17808,98 67, 27 135,85 718, 24 1,356.M tb 25000 W T h trờn, ta tỡm c rad/s Suy 11113,32 4324,14 16,56 5, 07 67, 27 439, 63 718, 24 67, 27 355, 67 718, 24 R 2,5.4 0,83 V 12 Ta chn biờn dng cỏnh NACA 0010 65, vi u im l h s lc nõng ln, h s lc cn rt nh v rt phự hp vi tc cao Cỏc thụng s ca biờn dng cỏnh NACA 0010 65 l: 2, 04 2, 02 67, 27 135,85 718, 24 T giỏ tr mụ men ti cỏc v trớ ó xột trờn, ta cú giỏ tr mụ men trung bỡnh theo cụng thc sau: M tb M1 M M3 M (lbf ft ) S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 41 Thickness: Camber: Trailing edge angle: Lower flatness: Leading edge radius: Max CL: Max CL angle: 10.0% 0.0% 23.7o 65.3% 2.8% 0.839 15.0 Max L/D: 20.343 Max L/D angle: Max L/D CL: Stall angle: Zero-lift angle: 3.0 0.347 3.0 0.0 - 42 khỏc Trong chng ny, lun cng ó tin hnh tớnh toỏn, thit k VAWT cú cụng sut 10KW theo nguyờn lý ca mụ hỡnh VAWT mi ó xut Trờn c s ú kim nghim li v mt hiu sut ca mụ hỡnh VAWT ny Trong chng tip theo, lun s trỡnh by phn thit k c cu iu khin/dn ng cỏnh turbine cho mụ hỡnh VAWT xut trờn õy, ng thi thit k h thng ny cho VAWT 10KW ó c tớnh toỏn chng ny Hỡnh 3.9 Quan hờ gia Cm, Cl, v gúc ti ca cỏnh NACA 0010-65 3.3 Kt lun chng Mụ hỡnh VAWT mi, hot ng da trờn nguyờn lý: iu khin cỏnh xoay lien tc ẵ vũng hnh trỡnh sinh cụng, ng thi c nh gúc cỏnh theo phng tip tuyn vi rotor hnh trỡnh cn cho hiu sut chuyn i nng lng giú/c hc khỏ cao so (0,4) vi hu ht cỏc mụ hỡnh VAWT cỏnh c nh S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 43 - - 44 Hỡnh 4.1.V trớ cỏnh chu k sinh cụng ca turbine Chng TNH TON, THIT K C CU DN NG IU KHIN Hỡnh 4.2, cỏc cỏnh turbine chu k khụng sinh cụng c c nh, vi mt phng ún giú ca cỏc cỏnh turbine tip tuyn vi qu o quay GểC CNH TURBINE Trong phn ny, lun trung tớnh toỏn thit k c cu iu khin gúc xoay cỏnh, thit b ny c thit k iu khin cỏc cỏnh turbine dng phng hoc cong theo nguyờn lý ca mụ hỡnh VAWT mi ó xut chng 4.1 Phõn tớch nguyờn lý iu khin-dn ng cỏnh turbinee 10 10 H-ớng gió Tr li vi mụ hỡnh VAWT ó c xut trờn õy Hỡnh 4.1, ti v trớ A mt phng cỏnh tip tuyn vi qu o quay, turbine quay c gúc 100 cỏnh n v trớ B lỳc ny cỏnh xoay c gúc 90 Ti v trớ B lỳc ny mt phng cỏnh vuụng gúc vi hng giú, cụng sinh ca cỏnh t giỏ tr ln nht Trc turbine tip tc quay gúc 1000, cỏnh turbine n v trớ C, cỏnh quay c gúc 900 (lỳc ny mt phng cỏnh cú phng tip tuyn vi qu o quay) B Hỡnh 4.2 V trớ cỏnh chu k khụng sinh cụng ca turbine thc hin c yờu cu nh trờn, lun xut c cu ỏp dng cho mụ hỡnh VAWT mi gm cỏnh bng mt h thng cỏc bỏnh rng S c cu iu khin/dn ng gúc xoay cỏnh Turbine nh sau (mụ t cho mt cỏnh): 10 A S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn 10 H-ớng gió C http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 45 - - 46 4.3.1 Tinh s bc t W = 3.11 2.11 10 = (4.1) 4.3.2 Tinh t s truyn vi cỏc cỏnh na bờn cú rng ca bỏnh rng Ký hiu: z1 , z2 , z16 , z17 l s rng tng ng ca cỏc bỏnh rng nún 1, 2, 16, 17, Hỡnh 4.3 S c cu iu khin/dn ng gúc xoay cỏnh turbine Trong ú 1, v 16,17 Cp bỏnh rng cụn Trong ú l bỏnh rng cụn gm na cú rng v na khụng rng (c nh trờn trc thỏp) z9 , z10 l s rng tng ng ca cỏc bỏnh rng tr Trong ú z1 l s rng ca bỏnh rng c nh nu nú cú rng y I l tc gúc ca giỏ I tớnh t s truyn vi cỏc cỏnh na bờn cú rng ca bỏnh rng 1, ta v li s nguyờn lý ca c cu nh Hỡnh 4.4 ( õy khụng xột n c cu cam) 4, 7, 12, 14 Cỏc ln 5, 8, 11, 15 Giỏ ln 6, 13 Trc 9, 10 Cp bỏnh rng tr rng thng 18, 19 c cu hóm (s dng c cu cam) I - Giỏ turbinee (quay quanh trc thỏp) Nguyờn lý hot ng ca c cu l: Hỡnh 4.4 S nguyờn lý c cu iu khin/dn ng Khi cỏnh bờn na cú rng ca bỏnh rng (na bờn phi), c cu cam Hóy hỡnh dung cho ton b h quay vi tc gúc I quay trc thỏp nh v nh s n khp gia cỏc bỏnh rng s quay ca cỏnh turbine di tỏc Khi ú, giỏ turbine ng yờn v c cu vi sai tr thnh c cu bỏnh rng thng dng ca giú s lm quay giỏ I Tỏc gi s tớnh toỏn mi quan h gia s rng Ta cú, t s truyn (du ca t s truyn xỏc nh bng mi tờn trờn hỡnh 4.5): ca cỏc bỏnh rng c t s truyn mong mun Khi cỏnh bờn na khụng cú rng ca bỏnh rng (na bờn phi) nh c i1I17 cu cam bỏnh rng s c ộp vo bỏnh 1, ú nú chuyn ng cựng giỏ I 1I I z2 z10 z17 17I 17 I z1.z9 z16 (4.2) cỏc cỏnh na bờn cú rng ca bỏnh rng cú v trớ nh hỡnh (4.1) quay trc thỏp cn quy lut chuyn ng l turbinee quay mt vũng (vi na bờn trc c nh 4.2 Phõn tớch ng hc c cu cú rng) thỡ cỏnh turbinee quay mt vũng quanh trc ca nú (ngc vi chiu quay ca giỏ I) Vy cn: S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 47 - - 48 4, 7, 12, 14 Cỏc ln z2 z10 z17 z1.z9 z16 (4.3) 5, 8, 11, 15 Giỏ ln 6, 13 Trc 9, 10 Cp bỏnh rng tr rng thng 18, 19 c cu hóm (s dng c cu cam) 4.3.1 Thụng s thit k cỏc chi tit c cu iu khin 05 cỏnh turbine a ln (4, 7, 12, 14): S lng: 20 chic Ta chn ln theo tiờu chun Gost 831-75 Hỡnh 4.5 Phõn ti ch chiờu chuyờn ụng cua cac banh rng La chn bi chn cú thụng s: 4.3 Thit k c cu iu khin - dn ng cỏnh h thng VAWT 10KW T ng kớnh rotor ó c tớnh toỏn cho h thng VAWT 10KW trỡnh Ký hiu by chng 3, v s nguyờn lý c xut trờn õy, phn ny lun 36203 trung trỡnh by cỏc kt qu tớnh toỏn, thit k cho chi tit c cu iu d D b r r1 (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 17 40 11 1,0 0,5 khin/dn ng cỏnh turbine ỏp dng cho thit k VAWT 10KW ny Kớch thc tng th ca c cu nh Hỡnh 4.6 di õy b r r r1 II 1000 1000 I r r d D r1 Trục xoay cánh Turbine Trục hệ thống Turbine Hỡnh 4.7 ln Hỡnh 4.6 Kớch thc tng th c cu iu khin gúc xoay cỏnh b Bỏnh rng: Trong ú: Ta la chn cỏc bỏnh rng cho t s truyn u = 10/9 = 1,11 1, v 16,17 Cp bỏnh rng cụn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 49 - - 50 - ng kớnh vũng trũn chia ca cỏc bỏnh rng tr rng thng l: d9, d10 16 ng kớnh trung bỡnh ca cỏc bỏnh rng cụn rng thng ln lt l: d m1, d m2, d dm17 m16, ỉ1 ỉ80 Ta cú t s truyn l: Z Z Z d d d u = 10 17 = m2 10 m17 = 1,11 Z1 Z9 Z16 d m1 d9 d m16 d m2 d10 d m17 45 80 120 u= = = 1,11 d m1 d9 d m16 270 40 36 Chn: d m1 = 270 mm; d m2 = 45 mm; d9 = 40 mm; Hỡnh 4.9 Bỏnh rng Z10 d10 = 80 mm; d m16 = 36 mm; d m17 = 120 mm * Vi cp bỏnh rng cụn rng thng Z1, Z2: * Vi cp bỏnh rng tr rng thng Z9, Z10 : S lng bỏnh rng z1 : bỏnh rng S lng bỏnh rng z9 : 05 bỏnh rng S lng bỏnh rng z2 : 05 bỏnh rng S lng bỏnh rng z10 : 05 bỏnh rng 40 - n kớnh vũng trũn chia: d9 = 40 mm; d10 = 80 mm - Khong cỏch trc l: aw = (d3 + d4)/2 = (40 + 80) = 60 mm Ta chn modun bỏnh rng theo tiờu chun, chn m = mm 10 - S rng: Z9 = d9/m = 40/2 = 20 (rng) Không có Z10 = d10/m = 80/2 = 40 (rng) Có 12 - Chiu rng bỏnh rng: b9 = 20 mm; b10 = 16 mm 10 ỉ 20 ỉ40 10 ỉ1 Hỡnh 4.10 Bỏnh rng Z1 Hỡnh 4.8 Bỏnh rng Z9 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 52 20 40 - 51 - 2 15 15 ỉ ỉ Hỡnh 4.11 Bỏnh rng Z2 - ng kớnh chia ngoi: d e1 = 270 mm; d e2 = 45 mm - Chn tiờu chun modun vũng ngoi ca bỏnh rng l: mte = mm Ta cú: Hỡnh 4.12 Bỏnh rng Z16 - ng kớnh chia ngoi: d e16 = 36 mm; d e17 = 120 mm - Chn tiờu chun modun vũng ngoi ca bỏnh rng l: mte = mm mte = de1/Z1 = de2/Z2 Ta cú: => Z1 = de1/mte = 270/3 = 90 (rng) mte = de16/Z16 = de17/Z17 Z2 = de2/mte = 45/3 = 15 (rng) õy bỏnh rng cụng Z1 c ch to gm phn : phn cú rng v phn khụng cú rng (Hnh 4.8) => Z16 = de16/mte = 36/3 = 12 (rng) Z17 = de17/mte = 120/3 = 40 (rng) * Vi cp bỏnh rng cụn rng thng Z16, Z17: S lng bỏnh rng z16: 05 bỏnh rng S lng bỏnh rng z17: 05 bỏnh rng S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 53 - - 54 - 20 ỉ50 ỉ2 80 ỉ40 170 10 ỉ5 ỉ5 20 ỉ 20 11 20 ỉ6 ỉ6 Hỡnh 4.13 Bỏnh rng Z17 Hỡnh 4.15 Giỏ ln s 5, c Chi tit trc: e Giỏ ln s 11 v 15 S lng : 10 trc S lng: 10 cỏi A-A ỉ15 ỉ17 ỉ15 ỉ20 A ỉ17 A A A 55 60 738 50 60 Hỡnh 4.14 Chi tit trc d Giỏ ln s v 8: S lng : 10 cỏi S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 55 - - 56 g Chi tit s 18: ỉ50 S lng : 01 ỉ2 R3 R2 90 20 ỉ40 10 12 R80 20 ỉ6 R6 11 0 ỉ1 20 10 ỉ6 Hỡnh 4.16 Giỏ ln s 11, 15 Hỡnh 4.18 Chi tit s 18 f Chi tit s 3: h C cu s 19: S lng : 05 chi tit S lng : 05 Lò xo ỉ36 ỉ50 19b 19c ỉ15 ỉ8 10 Lỗ 19a Hỡnh 4.17 Chi tit s S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn Hỡnh 4.19 Cm chi tit s 19 http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 57 - - 58 - * Chi tit s 19a: ỉ6 24 40 50 ỉ5 25 20 10 10 45 ỉ4 13 38 R2 10 3,5 3,5 20 ỉ7 ỉ10 3 15 25 ỉ5 30 ỉ5 20 50 60 Hỡnh 4.20 Cỏc chi tit thuc cm chi tit s 19 10 * Chi tit s 19b: 50 50 ỉ10 ỉ7 20 ỉ4 * Chi tit s 19c: S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 59 - - 60 - 4.4 Mụ phng nguyờn lý hot ng ca h thng VAWT mi õy lun s dng phng phỏp mụ phng th nghim bng phn mm Solidworks v thc nghim kim tra kh nng hot ng ca c cu Hỡnh nh mụ phng z10 quay dn n cp bỏnh rng cụn z16, z17 quay lm cho cỏnh turbine (trc II) xoay H thng c thit k cú t s truyn i = 10/9, nờn giỏ turbine quay c gúc 1000 xung quanh trc chớnh thỡ trc II (trc cỏnh) xoay c gúc 900 - Trong chu k khụng sinh cụng: bỏnh rng z2 chuyn ng ti phn khụng cú rng ca z1 thỡ z2 v z1 khụng cũn n khp vi ú h thng cỏc cp bỏnh rng dng quay, trc II (trc cỏnh) s dng quay Lỳc ny cht 19b tỏc ng vo phn li ca bỏnh Cam s 18 lm c cu hóm úng, bỏnh rng z2 c gi c nh khụng quay xung quanh trc ca nú ( trỏnh nh hng ca giú lm trc II quay => lm bỏnh rng z2 quay) Khi z2 chuyn ng ht phn khụng cú rng ca z1 thỡ z2 vo n khp vi z1 ng thi c cu hóm li m, bt u chu k sinh cụng Nh vy c cu iu khin gúc xoay cỏnh hot ng liờn tc m bo cho gúc xoay cỏnh hp lý chu k sinh cụng v chu k khụng sinh cụng ca h thng turbine Tng quan gia gúc cỏnh v v trớ ca nú Hỡnh 4.20 Hỡnh nh mụ phng c cu iu khin cỏnh turbine Khi giú tỏc ng vo cỏnh turbine lm h thng giỏ turbine quay (trờn giỏ turbine cú lp h thng bỏnh rng ), ú: - Trong chu k sinh cụng: C cu hóm 18, 19 m (cht 19b nm phn cam lừm ca bỏnh Cam 18), cp bỏnh rng z1 v z2 n khp vi (z1 c nh), z2 gn vi giỏ nờn giỏ quay thỡ z2 quay quanh z1 ng thi quay xung quanh trc ca nú (nh s n khp vi z1) z1 quay lm b truyn bỏnh rng z9, S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 61 - - 62 - Hỡnh 4.21 Tng quan gia gúc cỏnh v v trớ cỏnh ti mt s v trớ KT LUN Vi mc tiờu, xut c cu dn ng/iu khin gúc cỏnh turbine giú kiu 4.5 Kt lun chng C cu iu khin/dn ng cỏnh turbine c thit k m bo kh nng iu khin gúc xoay cỏnh turbine ẵ vũng lien tc hnh trỡnh sinh cụng, cho phộp din tớch hng giú luụn m bo, ng thi xớch truyn ng cỏnh turbine c ngt hnh trỡnh cn, vy cỏnh turbine c c nh v trớ vuụng gúc vi giỏ giỳp gim thiu cụng cn hnh trỡnh ny Ton b v trớ tng quan ny ó c mụ phng kim chng Bờn cỏnh ú, kt cu iu khin/dn ng cỏnh turbine s dng cỏc c cu bỏnh rng nờn ch to v lp t d dng trc ng vi cỏnh, phng hng giú bin thiờn m bo tớnh hiu qu v mt kt cu, nõng cao hiu sut chuyn i nng lng giú/c hc ca h thng VAWT Lun ó tin hnh nghiờn cu, phõn tớch mt s kt cu VAWT cú kh nng iu chnh gúc hng giú ó c nghiờn cu trờn th gii, t ú xut phng ỏn thit k ca lun da trờn mt s ci tin phự hp ng thi cng trỡnh by nhng c s lý thuyt v lc khớ ng phc v cho vic tớnh toỏn, thit k v kim nghim c tớnh khớ ng hc cho h thng VAWT xut - ó tin hnh tớnh toỏn c tớnh k thut lc khớ ng cho thit k VAWT 10KW nhm ỏnh giỏ tớnh hiu qu v hiu sut chuyn i nng lng giú/cụng sut c hc ca mụ hỡnh VAWT - ó thit k chi tit h thng c cu iu khin/dn ng cỏnh turbine cho mụ hỡnh VAWT ó xut, cú kh nng iu chnh gúc hng giú cỏc cỏnh turbine Mụ hỡnh ny cú kt cu h thng iu khin/dn ng cỏnh hon ton bng cỏc c cu c khớ n gin, t hiu sut chuyn i nng lng giú/cụng sut c cao - Mụ phng nguyờn lý hot ng ca c cu núi riờng v mụ hỡnh VAWT mi núi chung Cú th thy rng phm vi cng nh quy mụ s dng cỏc trm phong in trc ng cũn rt khiờm tn so vi cỏc h thng HWATs, ch yu cỏc h thng VAWTs c sn xut v a th trng hin l loi cỏnh turbine c nh, cú th hot ng bỡnh ng vi mi hng giú nờn cú cu to n gin, cỏc b phn u cú kớch thc khụng quỏ ln nờn chuyn v lp rỏp d dng, bn cao, tu bo dng n gin Cỏc nghiờn cu v h thng ny S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 63 - - 64 - cng cũn tng i hn ch, ch yu trung theo hng nghiờn cu ng lc hc cỏnh turbine nhm nõng cao hiu qu mt hng giú v gim thiu nh hng ca mt cn giú cho cỏnh turbine Nhng cụng b mi theo hng nghiờn cu c cu iu khin gúc cỏnh turbine nhm t hiu qu ti a hnh trỡnh hng giú v cn ti thiu hnh trỡnh cn giú Cỏc cụng b ny ch yu mi dng sỏng to v mt nguyờn lý Tớnh toỏn thit k c cu dn ng iu khin gúc cỏnh Turbine cho kt qu tng i tt vi cỏc loi cỏnh cú biờn dng khụng phc tp, vic la chn s dng c cu ny hon ton cú th chp nhn c Song i vi h thng turbine cú biờn dng v gúc xoay cỏnh phc tp, khụng theo quy lut nht nh thỡ cũn gp nhiu khú khn, õy cng l mt nhng nhc im s dng c cu Vi mt ti nghiờn cu lun thc s, thi gian v kin thc cũn hn ch lnh vc nghiờn cu cũn mi ny, kt qu ca ti cú th ng dng cỏc h thng VAWTs cú cụng sut nh v nú s l c s m mt hng nghiờn cu tớnh toỏn thit k c cu iu khin gúc xoay cỏnh turbine cho hiu qu cao hn TI LIU THAM KHO Ting Vit [1] inh Bỏ Tr, Hong Vn Li, Hng dn s dng ANSYS, H Ni, 2003 [2] ThS Chu c Quyt, Mụ hỡnh húa, tớnh toỏn thit k h thng cỏnh turbine giú kiu trc ng mỏy phong in cụng sut 10KW lun thc s, 2009 [3] Dng Vn ụng , Nghiờn cu , tớnh toỏn v thit k biờn dng cỏnh turbine giú trc ng cho mỏy phỏt in cụng sut 3KW luõn thac sy , 2010 [4] PGS TS Nguyn Vn Vng, Sc bn vt liu, NXB Khoa hc k thut, H Ni 2000 [5] K yu, Hi tho ton quc v ging dy Nguyờn lý-Chi tit mỏy, i hc K thut Cụng nghip Thỏi nguyờn, 11&12/5/2008 [6] Nguyn Phựng Quang Nghiờn cu thit k v ch to b phỏt in bng sc giú cú cụng sut 10 30kw phự hp vi iu kin Vit Nam - ti cp nh nc mó s KC.06.20CN, 2007 Ting Anh [7] Y Nakasone, S Yoshimoto,T A Stolarski, Engineering analysis with ANSYS software, 2006 [8] Erich Hau, Windturbines Fundamentals, Technologies, Application and Economics Springer 2005 [9] Martin O L Hansen Aerodynamics of Wind Turbines Second Edition, by Earthscan in the UK and USA in 2008 [10] D Le Gourieres, Wind power plants theory and design , 1982 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - 65 [11] J F Mandell, D D Samborsky, and D S Cairns, Fatigue of Composite Materials and Substructures for Wind Turbine Blades, Contractor Report SAND2002-0771, Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM, 2002 [12] R P L Nijssen, OptiDAT - Fatigue of Wind Turbine Blade Materials Database, 2006 [13] Using of composite material in wind turbine blades Journal of Applied Sciences (14), 2006 [14] J.F Manwell, J.G McGowan and A.L Rogers, Wind energy explained theory, design and application 2002 by Wiley and Sons Ltd [15] http://www.intechco.com [16] http://en.wikipedia.org/wiki/Drag_coefficient [17] http://en.wikipedia.org/wiki/Tip_speed_ratio [18] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cyclogyro-Mechanics.gif [19] http://www.youtube.com/watch?v=sCSnq8tksgs&playnext=1&list=PL587 B4950D6645B27&index=32 [20] Paul Cooper and Oliver Kennedy Development and Analysis of a Novel Vertical Axis Wind Turbine S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn