Thiết kế cánh Turbine máy phát điện sức gió kiểu trục đứng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ========== BÙI THANH HIỀN THIẾT KẾ CÁNH TURBINE MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ KIỂU TRỤC ĐỨNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Thái Nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ========== BÙI THANH HIỀN THIẾT KẾ CÁNH TURBINE MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ KIỂU TRỤC ĐỨNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY Thái Nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tên là: Bùi Thanh Hiền, Học viên lớp cao học khóa 11-Công nghệ chế tạo máy-Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, công tác Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Xin cam đoan: Đề tài:” Thiết kế cánh turbine máy phát điện sức gió kiểu trục đứng “, thầy giáo TS Vũ Ngọc Pi hướng dẫn công trình thân thực dựa hướng dẫn thầy giáo hướng dẫn khoa học tài liệu tham khảo trích dẫn Thái Nguyên, ngày 25 tháng năm 2010 Học viên Bùi Thanh Hiền Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Nội dung Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời mở đầu Phần 1: Tổng quan máy phát điện sức gió máy phát điện sức gió kiểu trục đứng 1.1 Tổng quan máy phát điện sức gió 11 11 1.2 Tình hình nghiên cứu nước máy phát điện sức gió kiểu trục đứng 14 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 14 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 19 1.3 Các kiểu kết cấu cánh có vấn đề lựa chọn số cánh tối ưu 20 1.3.1 Các kiểu kết cấu cánh thiết kế 20 1.3.2 Vấn đề lựa chọn số cánh tối ưu 23 Phần 2: Cơ sở tính toán khí động học cánh turbine 25 2.1 Năng lượng gió 25 2.1.1 Vật lý học lượng gió 25 2.1.2 Tài nguyên gió Việt Nam 26 2.2 Các định luật khái niệm khí động học cánh turbine máy phát điện sức gió Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2.1 Học thuyết Betz 28 2.2.2 Lý thuyết cánh kết cấu cánh turbine 29 2.2.2.1 Kiểu cánh khái niệm 30 2.2.2.2 Khí động học tác dụng lên cánh turbine 31 2.2.2.3 Năng suất vận hành phần tử cánh (thuyết 33 2.2.2.4 Biểu thức tổng quát cảu áp lực, mômen công 34 suất 2.3 Lực phân bố lực bề mặt cánh turbine 35 2.3.1 Nguyên lý phân bố lực bề mặt cánh turbine 2.3.2 Các hệ số khí động học tương đối dây cung pháp tuyến với dây cung Phần 3: Thiết kế cánh turbine máy phát điện sức gió kiểu trục đứng 10KW 35 36 38 3.1 Đặt vấn đề 38 3.2 Kiểu dáng hình học cánh turbine thiết kế 39 3.3 Kích thước hình học cánh turbine 40 3.4 Lựa chọn số cánh tối ưu 51 3.5 Xác định kích thước cánh turbine 60 3.6 Vật liệu cánh turbine 65 3.7 Kết luận 67 Phần 4: Kết luận kiến nghị 69 4.1 Kết luận 69 4.2 Kiến nghị 70 Tài liệu tham khảo 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT HAWTs hệ turbine gió kiểu trục ngang VAWTs hệ turbine gió kiểu trục đứng U Vận tốc thực gió (m)  Trọng lượng riêng không khí  =1,25(kg/m3) b Chiều rộng cánh turbine (m) h Chiều cao cánh turbine (m) r Bán kính Rotor (m) P Công suất (W) M Mômen (Nm) C Hệ số nâng Cd Hệ số cản (drag coefficient) S Diện tích cánh (m2) A Diện tích quét cánh turbine (m2)  Góc xoay cánh turbine (độ) F Áp lực (N) i Góc tới (độ)  Góc nâng (độ) W Vận tốc tương đối (m)  Vận tốc góc (rad/s) n Số vòng quay (vòng/giây) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Thống kê công suất định mức lắp đặt giới Bảng 3.1 Bảng giá trị tỷ số tốc độ lớn ứng với turbine có số cánh xét Bảng 3.2 Bảng giá trị công suất hệ thống cho turbine cánh Bảng 3.3 Bảng giá trị công suất hệ thống cho turbine cánh Bảng 3.4 Bảng giá trị công suất hệ thống cho turbine cánh Bảng 3.5 So sánh công suất hệ thống turbine có số cánh cánh, cánh, cánh Bảng 3.6 Bảng giá trị ,  hành trình sinh công có ích Bảng 3.7 Bảng quan hệ  r Bảng 3.8 Vật liệu dự kiến chọn làm cánh turbine Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Máy phát điện sức gió Charles F.Brush chế tạo Hình 1.2 Máy phát điện Gedser công suất 200kW Hình 1.3 Cánh đồng phong điện tỉnh Cam Túc, Trung Quốc Hình 1.4 Nhà nghiên cứu lượng gió Nguyễn Phú Uynh mô hình chế tạo turbine gió ông Hình 1.5 Kiểu dạng chén Hình 1.6 Rotor dạng chén Hình 1.7 Turbine kiểu Savonius Hình 1.8 Turbine kiểu plates Hình 1.9 Turbine kiểu Darrieus - Rotor H - Rotor Hình 2.1 Biểu đồ gió khu vực Trung du miền núi phía Bắc Hình 2.2 Biên dạng cánh loại NACA-04 Hình 2.3 Biểu đồ lực nâng lực cản loại NACA 00X Hình 2.4 Khí động học phận cánh turbine Hình 2.5 Thành phần lực tác dụng lên cánh turbine Hình 2.6 Biểu diễn thành phần vận tốc tác dụng mặt cắt ngang cánh Hình 2.7 Thành phần lực vận tốc cánh turbine Hình 3.1 Hình dáng cánh turbine dự kiến thiết kế Hình 3.2 Véc tơ vận tốc tác dụng lên turbine cánh Hình 3.3 Véc tơ vận tốc tác dụng lên cánh số Hình 3.4 Véc tơ vận tốc tác dụng lên cánh số Hình 3.5 Véc tơ vận tốc tác dụng lên cánh số Hình 3.6 Véc tơ vận tốc tác dụng lên turbine cánh Hình 3.7 Véc tơ vận tốc tác dụng lên cánh số Hình 3.8 Véc tơ vận tốc tác dụng lên cánh số Hình 3.9 Véc tơ vận tốc tác dụng lên turbine cánh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.10 Véc tơ vận tốc tác dụng lên cánh số Hình 3.11 Véc tơ vận tốc tác dụng lên cánh số Hình 3.12 Vị trí thứ cánh Hình 3.13 Vị trí thứ hai cánh Hình 3.14 Vị trí thứ cánh Hình 3.15 Vị trí thứ hai cánh Hình 3.16 Vị trí thứ cánh Hình 3.17 Vị trí thứ hai cánh Hình 3.18 Phương véc tơ vận tốc W hành trình sinh công có ích Hình 3.19 Vị trí tính toán kích thước tối ưu cánh Hình 3.20 Kích thước cánh turbine thiết kế Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI MỞ ĐẦU Kinh tế Việt Nam đà phát triển theo hướng công nghiệp hoá, đại hoá Thực tế cho thấy ngày nhiều máy móc sử dụng để phục vụ sản xuất sinh hoạt, cần nhiều lượng điện cho hoạt động Tuy nhiên nay, nguồn lượng phục vụ cho sản xuất sinh hoạt thiếu trầm trọng Mặc dù phủ có nhiều phương án đối phó với thực trạng như: xây thêm nhà máy phát điện, tăng lượng điện nhập từ nước ngoài, mặt khác kêu gọi toàn dân tiết kiệm điện Nhưng tương lai tình trạng thiếu điện cho sản xuất sinh hoạt vấn đề cấp bách Máy phát điện sức gió sử dụng rộng rãi châu Âu, châu Mỹ nhiều nơi khác, chưa phát triển Việt nam Nước ta chủ yếu khai thác nguồn lượng truyền thống, chủ yếu thủy điện nhiệt điện Gần đây, Chính phủ đưa mặt trái việc xây dựng ạt đập thuỷ điện gây biến đổi tình hình khí hậu nước, hạn hán vào mùa khô lũ lụt vào mùa mưa Trong nguồn lượng tái tạo để tạo thành điện lượng gió có nhiều ưu điểm dễ sử dụng, rẻ tiền, có trữ lượng vô tận thân thiện với môi trường Vì khai thác lượng gió nước ta hướng Máy phát điện sức gió trục đứng kết cấu nhỏ gọn phù hợp với địa hình lắp đặt nước ta Việc thiết kế cánh quạt gió công đoạn quan trọng công đoạn thiết kế máy phát điện sức gió, định trực tiếp đến hiệu suất đạt Cho đến có nhiều công trình khoa học nghiên cứu thiết kế cánh turbine gió Tuy nhiên việc thiết kế biên dạng cánh lựa chọn số cánh hợp lý nhằm nâng cao hiệu suất hạ giá thành máy phát điện sức gió kiểu trục đứng, phù hợp với điều kiện kinh tế sử dụng nước chưa có công trình công bố Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... Phần 1: Tổng quan máy phát điện sức gió máy phát điện sức gió kiểu trục đứng 1.1 Tổng quan máy phát điện sức gió 11 11 1.2 Tình hình nghiên cứu nước máy phát điện sức gió kiểu trục đứng 14 1.2.1... Việc thiết kế cánh quạt gió công đoạn quan trọng công đoạn thiết kế máy phát điện sức gió, định trực tiếp đến hiệu suất đạt Cho đến có nhiều công trình khoa học nghiên cứu thiết kế cánh turbine gió. .. HAWTs hệ turbine gió kiểu trục ngang VAWTs hệ turbine gió kiểu trục đứng U Vận tốc thực gió (m)  Trọng lượng riêng không khí  =1,25(kg/m3) b Chiều rộng cánh turbine (m) h Chiều cao cánh turbine