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,…thay thế nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống là bài toán đặt ra từ lâu đối với các quốc gia phát triển trên thế giới. Việt Nam với 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, Việt Nam đã và đang phát triển được nền công nghiệp tuabin gió của chính mình. Thiết kế tuabin gió là bài toán không mới trong nghiên cứu những năm gần đây. Tuy nhiên khi ứng dụng trong công nghiệp, một tuabin gió muốn đưa ra sản xuất hàng loạt và đưa vào sử dụng phải đảm bảo được các chuẩn thiết kế quốc tế hoặc quốc gia. Nhiệm vụ của kỹ sư là sau khi đưa ra thiết kế, phải kiểm tra thiết kế đó theo các tiêu chuẩn. Đối với tuabin gió, chuẩn thiết kế được Mỹ sử dụng là NREL và châu âu là IEC 61400 -1:2014. Trong đồ án tốt nghiệp này em đã tìm hiểu các bài tính trong thiết kế tuabin gió theo chuẩn NREL áp dụng trong công nghiệp, để từ đó đưa ra quy trình tính toán thiết kế đối với mỗi đơn hàng thiết kế tuabin gió (theo vùng gió và theo công suất). Trong đó đồ án sẽ thực hiện các bài tính trên một mẫu tuabin gió có sẵn của NREL để áp dụng cho vùng Tuy Phong – Bình Thuận và em sẽ mô phỏng bài toán trên bằng phần mềm ANSYS.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ────────***──────── ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế tuabin gió theo chuẩn NREL Sinh viên thực : ĐINH QUANG NGỌC Lớp : KSCLC-CKHK-K59 Giảng viên hướng dẫn : TS LÊ THỊ TUYẾT NHUNG TS VŨ ĐÌNH QUÝ HÀ NỘI 06-2019 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Đinh Quang Ngọc MSSV: 20143196 Điện thoại liên lạc: 0332583486 Email: dinhquangngoc.bk59@gmail.com Lớp: KSCLC - Cơ khí hàng khơng K59 Hệ đào tạo: Chính quy Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Kỹ thuật Hàng Không Vũ Trụ Thời gian làm ĐATN: Ngày giao nhiệm vụ : 14/02/2019 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 10/06/2019 Mục đích nội dung ĐATN - Thiết kế tuabin gió theo chuẩn NREL - Ứng dụng thiết kế tuabin gió cho điều kiện gió Tuy Phong Bình Định Các nhiệm vụ cụ thể ĐATN - Tổng quan tuabin gió chuẩn thiết kế NREL - Tính tốn khí động cho cánh NREL phase II – S809 - Kiểm bền cho cánh tuabin gió thiết kế điều kiện gió Tuy Phong Bình Định Lời cam đoan sinh viên: Tôi – Đinh Quang Ngọc - cam kết ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS.Lê Thị Tuyết Nhung TS Vũ Đình Qúy Các kết nêu ĐATN trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Sinh viên Đinh Quang Ngọc Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ: …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Nhận xét đánh giá giáo viên phản biện: …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Giáo viên phản biện MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .2 Danh mục hình ảnh .7 Danh mục bảng .9 Danh mục biểu đồ Danh sách từ viết tắt 10 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 11 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TUABIN GIÓ VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ TUABIN GIÓ NREL 12 1.1 Tổng quan tuabin gió 12 1.1.1 Lịch sử phát triển tuabin gió 12 1.1.2 Cấu tạo tuabin gió 16 1.1.3 Phân loại 17 1.2 Tiêu chuẩn thiết kế tuabin gió NREL .19 1.2.1 Phân cấp tuabin gió 19 1.2.2 Điều kiện gió 20 1.2.2.1 Điều kiện gió thơng thường 20 1.2.2.1.1 Phân bố tốc độ gió 20 1.2.2.1.2 Mô hình biên dạng gió thơng thường(NWP) 21 1.2.3 Các trường hợp thiết kế trường hợp tải 23 1.3 Thông số thiết kế tuabin gió theo chuẩn NREL Phase II 26 1.3.1 Thơng số thiết kế cho tuabin gió 26 CHƯƠNG II: CÁC BƯỚC TÍNH TỐN MỘT BÀI TÍNH FSI THEO CHUẨN NREL 28 2.1 Đặt vấn đề .28 2.2 Mơ khí động 28 2.2.1 Lựa chọn mơ hình rối 29 2.2.2 Xây dựng mô hình .29 2.2.3 Chia lưới .31 2.2.4 Thiết lập điều kiện biên .32 2.2.5 Phân tích kết mơ khí động 35 2.3 Mô kết cấu 39 2.3.1 Kiểm bền tới hạn 43 2.3.2 Kiểm bền mỏi 47 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ KIỂM BỀN VỚI CÁC TRƯỜNG HỢP THIẾT KẾ TUABIN GIÓ NREL PHASE II CHO TUY PHONG BÌNH ĐỊNH 51 3.1 Kết kiểm bền tới hạn với trường hợp thiết kế 51 3.2 Kết kiểm bền mỏi với trường hợp thiết kế 59 3.3 Tổng hợp trường hợp kiểm bền 63 KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG .64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Danh mục hình ảnh Hình 1: Tuabin gió 12 Hình 2: Cấu tạo tuabin gió 16 Hình 3: Tuabine gió trục ngang 18 Hình 4: Tuabine gió trục đứng 18 Hình 5: Độ lệch chuẩn xốy mơ hình luồng xốy thơng thường (NTM) 21 Hình 6: Cường độ xốy mơ hình xốy thơng thường (NTM) 22 Hình 7: Mơ hình cánh quay 30 Hình 8: Mơ hình hình học tốn khí động 30 Hình 9: Mơ hình lưới profil cánh 31 Hình 10: Mơ hình lưới tổng quan .32 Hình 11: Tên thành phần biên 32 Hình 12: Thiết lập vùng Roto quay .33 Hình 13: Thiết lập interface 34 Hình 14: Thiết lập phương pháp giải 34 Hình 15: Sơ đồ vận tốc .35 Hình 16: Đường dòng vận tốc 80% sải cánh 36 Hình 17: Đường dịng vận tốc 30% sải cánh 36 Hình 18: Trường áp suất tĩnh vị trí 0.3 sải cánh .37 Hình 19: Trường áp suất tĩnh vị trí 0.8 sải cánh .37 Hình 20: Trường phân bố áp suất bề mặt cánh 38 Hình 21: So sánh hệ số áp suất 80% sải cánh Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định Hình 22: So sánh hệ số áp suất 30% sải cánh 39 Hình 23: Mơ hình kết cấu cánh 40 Hình 24: Kết cấu dầm 40 Hình 24: Vật liệu Cylindrical sections & D spar 42 Hình 25: Vật liệu cho Tailing edge .43 Hình 26: Thiết lập điều kiện cố định 44 Hình 27: Điều kiện cánh quay 44 Hình 28: Phân bố áp suất cánh tốc độ gió 8m/s 45 Hình 29: Ứng suất phân bố cánh 45 Hình 30: Chuyển vị cánh 46 Hình 31: Kết kiểm bền kết cấu .46 Hình 37: Dữ liệu mỏi vật liệu .50 Hình 41: Tuổi thọ mỏi 60 Hình 42: Hư hại mỏi cánh 61 Hình 43: Phổ ứng suất lớn gốc dầm trường hợp 61 Hình 44: Tuổi mỏi 62 Hình 45: Hư hại 62 Danh mục bảng Bảng 1: Tham số cấp tuabin gió 20 Bảng 2: Các trường hợp tải thiết kế 26 Bảng 3: Thông số kĩ thuật tuabin gió theo chuẩn NREL Phase II 27 Bảng 4: Thông số chất lượng lưới 31 Bảng 5: Thiết lập điều kiện biên 33 Bảng 6: Thông số lưới 41 Bảng 7: Thông số vật liệu 41 Bảng 8: Kết cấu lớp vỏ cánh tuabin gió 42 Bảng 9: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió xốy thơng thường 51 Bảng 10: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió đổi hướng 54 Bảng 11: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió nghỉ 54 Bảng 12: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió khởi động với mơ hình gió đổi hướng 55 Bảng 13: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió dừng với mơ hình xốy thơng thường 57 Bảng 14: Kết kiểm bền trường hợp tải tuabin gió……………………… 61 Danh mục biểu đồ Biểu đồ 1: Chuyển vị lớn trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió xốy thơng thường 52 Biểu đồ 2: Ứng suất lớn trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió xốy thơng thường 52 Biểu đồ 3: Chuyển vị lớn trường hợp tuabin gió khởi động với mơ hình gió đổi hướng 56 Biểu đồ 4: Ứng suất lớn trường hợp tuabin gió khởi động với mơ hình gió đổi hướng 56 Biểu đồ 5: Chuyển vị lớn trường hợp tuabin gió dừng với mơ hình xốy thơng thường 58 Biểu đồ 6: Ứng suất lớn trường hợp tuabin gió dừng với mơ hình xốy thơng thường 58 Danh sách từ viết tắt HAWTs Tuabin gió trục đứng VAWTs Tuabin gió trục ngang DLC Trường hợp tải thiết kế EDC Gió có đổi hướng EOG Gió giật hoạt động cực trị EWM Mơ hình tốc độ gió cực trị EWS Gió cắt cực trị NTM Mơ hình xốy bình thường ETM Mơ hình xốy cực trị NWP Mơ hình biên dạng gió bình thường F Độ mỏi U Độ bền giới hạn N Bình thường A Bất thường T Vận chuyển lắp đặt * An toàn độ mỏi phần 10 Từ bước tính tốn cho tốn FSI đưa từ chương trước chương em tiến tổng kết kết em làm trường hợp tải tiêu biểu áp dụng cho Tuy Phong Bnh Định, 13 trường hợp tải lại làm tương tự Các trường hợp tính tốn: a) Phát điện – xốy bình thường NTM b) Phát điện - gió đổi hướng EDC c) Phát điện – xốy bình thường NTM- kiểm bền mỏi d) Khởi động - gió đổi hướng EDC e) Dừng khẩn cấp - xốy bình thường NTM f) Nghỉ- tần xuất xuất 50 năm g) Nghỉ- tần xuất xuất năm h) Nghỉ có cố- tần xuất xuất năm i) Nghỉ – xốy bình thường NTM- kiểm bền mỏi 3.1 Kết kiểm bền tới hạn với các trường hợp thiết kế Trường hợp 1: Phát điện Mơ hình gió xoáy thơng thường với tốc độ gió tâm quay Vin < Vhub < Vout Các giá trị ứng suất chuyển vị tính tốn cánh giá trị vận tốc gió khác nằm khoảng từ Vin =6m/s đến Vout =25m/s thể bảng Vận tốc gió 6m/s 8m/s 10m/s 12m/s Ứng suất (MPa) 19.7 36.84 55.48 76.14 14m/s 15m/s 17m/s 20m/s 25m/s 92.93 103.05 116.52 129.62 152.41 Chuyển vị (mm) 10.36 34 61.23 81.48 103.65 112.39 125.54 148.31 174.6 Bảng 9: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió xốy thơng thường Dựa số liệu từ bảng ta đưa đồ thị mô tả thay đổi giá trị ứng suất chuyển vị lớn cánh tuabin gió Ta thấy vận tốc gió tăng giá trị ứng suất chuyển vị cánh tăng đạt giá trị lớn vận tốc gió Vout =25m/s với giá trị ứng suất lớn 152.41 MPa giá trị chuyển vị lớn 174.6 mm 51 Biểu đồ chuyển vị lớn 200 174.6 148 Chuyển vị(mm) 150 125.54 112.39 103.65 81.48 61.23 100 34 50 10 10 15 20 25 30 Vận tốc gió(m/s) Biểu đồ 1: Chuyển vị lớn trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió xốy thơng thường Biểu đồ ứng suất lớn Ứng suất(MPa) 200 152.41 150 116.5 103.05 92.94 100 76.14 55.48 36.84 50 19.7 10 15 130.62 20 25 30 Vận tốc gió(m/s) Biểu đồ 2: Ứng suất lớn trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió xốy thơng thường Theo tiêu chuẩn kiểm bền ứng suất lớn ta thấy ứng suất tính tốn nằm khoảng cho phép vật liệu - (-920 MPa)< Ứng suất < (2530MPa) => Kết cấu bền trường hợp 52 Hình 38: Kiểm bền kết cấu Trường hợp 2: Phát điện Mơ hình gió đổi hướng Các giá trị ứng suất chuyển vị tính tốn cánh vận tốc gió xét là: - Vhub = Vr - m/s= 10m/s - Vr= 12m/s - Vr + 2m/s=14m/s thể bảng 10: Vận tốc gió Góc gió (độ) 10m/s 12m/s 32 30.67 14m/s 10m/s 12m/s 14m/s 29 -32 -30.67 -29 Ứng suất (MPa) 23.37 48.35 69.18 32.69 52.92 74.02 Chuyển vị (mm) 10.9 42.4 70.14 23.3 49.46 75.2 Bảng 10: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió phát điện với mơ hình gió đổi hướng Từ bảng ta thấy giá trị ứng suất chuyển vị cánh đạt giá trị lớn vận tốc gió Vr + 2m/s=14m/s với giá trị ứng suất lớn 74.02 MPa giá trị chuyển vị lớn 75.2mm 53 Theo tiêu chuẩn kiểm bền ứng suất lớn ta thấy ứng suất tính tốn nằm khoảng cho phép vật liệu - (-920 MPa)< Ứng suất < (2530MPa) => Kết cấu bền trường hợp Trường hợp 3+4: Nghỉ Mơ hình gió cực đại với tần śt x́t 50 năm vận tốc gió 37.5m/s năm vận tốc gió 30m/s Trường hợp 5: Nghỉ có cố Mơ hình gió cực đại với tần suất xuất năm vận tốc gió 30m/s với độ lệch tuabin gió 20 độ Các giá trị ứng suất chuyển vị tính tốn cánh trường hợp thể bảng 11: Vận tốc gió 37.5m/s Tần suất xuất 50 năm 30m/s Tần suất xuất năm 30m/s Tần suất xuất năm cố Ứng suất (MPa) 163.13 109.27 120.15 Chuyển vị (mm) 189.19 136.31 149.79 Bảng 11: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió nghỉ Từ bảng ta thấy giá trị ứng suất chuyển vị cánh đạt giá trị lớn vận tốc gió 37.5m/s với tần suất xuất 50 năm với giá trị ứng suất lớn 163.13MPa giá trị chuyển vị lớn 189.19mm Theo tiêu chuẩn kiểm bền ứng suất lớn ta thấy ứng suất tính tốn nằm khoảng cho phép vật liệu - (-920 MPa)< Ứng suất < (2530MPa) => Kết cấu bền trường hợp Trường hợp 6: Khởi động 54 Mơ hình gió đổi hướng Các giá trị ứng suất chuyển vị tính tốn cánh trường hợp thể bảng với tốc độ vịng quay tuabin gió tăng dần từ 0rpm đến 72rpm giá trị vận tốc gió xét là: - Vhub = Vr - m/s= 10m/s - Vr + 2m/s=14m/s - Vout= 25m/s Vận tốc gió 10m/s 14m/s 25m/s Góc gió(độ) -32 -29 -24.5 0rpm Ứng suất (MPa) 12.36 25.25 71.29 Chuyển vị (mm) 5.23 39.77 70.92 18rpm Ứng suất (MPa) 13.77 27.21 74.6 Chuyển vị (mm) 6.06 41.63 74.85 36rpm Ứng suất (MPa) 18.06 38.01 87.62 Chuyển vị (mm) 7.42 52.92 100.25 54rpm Ứng suất (MPa) 24.56 52.29 108.92 Chuyển vị (mm) 11.81 68.19 123.64 72rpm Ứng suất (MPa) 32.69 76.42 132.58 Chuyển vị (mm) 19.76 81.64 154.47 Bảng 12: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió khởi động với mơ hình gió đổi hướng Dựa số liệu từ bảng 12 ta đưa đồ thị mô tả thay đổi giá trị ứng suất chuyển vị lớn cánh tuabin gió Ta thấy giá trị ứng suất chuyển vị cánh lớn vận tốc gió Vout =25m/s với giá trị ứng suất lớn 154.47 MPa giá trị chuyển vị lớn 132.58 mm 55 Chuyển vị(mm) Biểu đồ chuyển vị lớn 180 160 140 120 100 70.92 80 60 39.77 40 205.23 0 10m/ s 154 14m/ s 123.64 100.25 74 85 52.92 1.63 20 30 19.76 11.81 7.4 6.06 10 81.64 68.19 40 50 60 70 80 Tốc độ quay Biểu đồ 3: Chuyển vị lớn trường hợp tuabin gió khởi động với mơ hình gió đổi hướng Biểu đồ ứng suất lớn 140 Ứng suất(MPa) 120 100 132.58 10m/ s 108.92 14m/ s 87.62 76.42 74.6 71.29 80 52.29 60 40 25.25 27.21 12.36 20 13.77 0 10 20 38.01 18.06 30 40 32.69 24.56 50 60 70 80 Tốc độ quay Biểu đồ 4: Ứng suất lớn trường hợp tuabin gió khởi động với mơ hình gió đổi hướng 56 Theo tiêu chuẩn kiểm bền ứng suất lớn ta thấy ứng suất tính tốn nằm khoảng cho phép vật liệu - (-920 MPa)< Ứng suất < (2530MPa) => Kết cấu bền trường hợp Trường hợp 7: Dừng Mơ hình gió xoáy thơng thường Các giá trị ứng suất chuyển vị tính tốn cánh trường hợp thể bảng với tốc độ vịng quay tuabin gió giảm dần từ 72rpm xuống 0rpm giá trị vận tốc gió xét là: - Vhub = Vr - m/s= 10m/s - Vr + 2m/s=14m/s - Vout= 25m/s Vận tốc gió 10m/s 14m/s 25m/s 72 rpm Ứng suất (MPa) 55.48 92.93 152.41 Chuyển vị (mm) 61.23 103.65 174.6 54 rpm Ứng suất (MPa) 43.56 64.404 117.64 Chuyển vị (mm) 53.68 77.448 1337.4 36 rpm Ứng suất (MPa) 27.658 41.928 92.427 Chuyển vị (mm) 25.514 49.019 11.29 18 rpm Ứng suất (MPa) 16.775 27.577 78.597 Chuyển vị (mm 21.88 34.614 97.656 rpm Ứng suất (MPa) 15.593 23.113 75.57 Chuyển vị (mm) 19.664 29.781 94.98 Bảng 13: Kết kiểm bền cho trường hợp tuabin gió dừng với mơ hình xốy thơng thường Dựa số liệu từ bảng ta đưa đồ thị mô tả thay đổi giá trị ứng suất chuyển vị lớn cánh tuabin gió Ta thấy giá trị ứng suất chuyển vị cánh tăng dần theo tốc độ vịng quay tuabin gió vận tốc gió đạt lớn vận tốc gió Vout =25m/s với giá trị ứng suất lớn 152.41MPa giá trị chuyển vị lớn 174.46mm 57 Chuyển vị(mm) Biểu đồ chuyển vị lớn 200 180 160 140 120 94.98 100 80 60 29.78 40 20 19.66 0 10m/ s 174 14m/ s 133.74 111.29 97.66 103.65 77.4 9.02 34 61 61.23 3.65 25.51 21.88 10 20 30 40 50 60 70 80 Tốc độ quay(rpm) Biểu đồ 5: Chuyển vị lớn trường hợp tuabin gió dừng với mơ hình xốy thơng thường Ứng suất(MPa) Biểu đồ ứng suất lớn 180 160 140 120 100 75.57 80 60 40 23.11 20 15.59 0 10m/ s 152.4 14m/ s 117.64 92.94 92.4 78.6 64 4 1.93 27.58 10 16.78 20 55.4 3.56 27.66 30 40 50 60 70 80 Tốc độ quay Biểu đồ 6: Ứng suất lớn trường hợp tuabin gió dừng với mơ hình xốy thơng thường 58 Theo tiêu chuẩn kiểm bền ứng suất lớn ta thấy ứng suất tính tốn nằm khoảng cho phép vật liệu - (-920 MPa)< Ứng suất < (2530MPa) => Kết cấu bền trường hợp 3.2 Kết kiểm bền mỏi với các trường hợp thiết kế Kết kiểm bền mỏi với các trường hợp thiết kế Trường hợp 1: Phát điện Mô hình gió xoáy thơng thường với tốc độ gió tâm quay Vin < Vhub < Vout Từ tải gió thay đổi theo thời gian hình 39 ta xác định phổ ứng xuất lớn gốc dầm dọc hình 40 Hình 39: Vận tốc gió thay đổi theo thời gian 59 140 Ứng suất lớn (MPa) 120 100 80 60 40 20 0 50 100 150 200 Thời gian (h) Hình 40: Phổ ứng suất lớn gốc dầm trường hợp tuabin gió hoạt động bình thường Đưa liệu phổ ứng suất vào tốn tính tốn tuổi thọ cánh tua bin gió, ta xác định tuổi thọ hư hại tích lũy cánh tua bin gió Tuổi thọ mỏi Nhìn hình ta thấy cánh bị phá hủy sau 1980 chu kì (34.7 năm) bị phá hủy hoàn toàn mỏi sau 5.26E+7 chu kì Hình 31: Tuổi thọ mỏi 60 Hư hại Hư hại tính = Tuổi thọ thiết kế /Tuổi thọ mỏi Ở phần thiết lập thông số, ta đặt tuổi thọ thiết kế 1500 chu kỳ (27 năm) để xem xét vùng bị phá hủy rõ ràng Theo lý thuyết, giá trị hư hại lớn vật liệu bị phá hủy trước đạt tới tuổi thọ thiết kế Như hình cánh tuabin chưa bị phá hủy sau 1500 chu kì (27 năm) Hình 32: Hư hại mỏi cánh Trường hợp 2: nghỉ Từ liệu gió theo thời gian ta xác đinh phổ ứng suất lớn tác dụng lên kết cấu cánh Hình 33: Phổ ứng suất lớn gốc dầm trường hợp 61 tuabin gió nghỉ Từ kết thu tuabin gió khơng bị phá hủy sau 25 năm chưa có hư hại xảy kết cấu cánh tuabin Hình 34: Tuổi mỏi Hình 35: Hư hại 62 3.3 Tổng hợp các trường hợp kiểm bền 1.1 NTM Vin < Vhub < Vout Loại phân tích U 1.2 NTM Vin < Vhub < Vout F 1.4 EDC 3) Khởi động 3.3 EDC 5) Dừng khẩn cấp 5.1 NTM 6.1 EWM 6.3 EWM 6.4 NTM 6) Nghỉ có 7.1 cố EWM Tình DLC Điều kiện gió thiết kế 1) Phát điện 6) Nghỉ (đứng yên) Vhub = Vr - m/s, U Vr, Vr + 2m/s Vhub = Vin, Vr ± U m/s Vout Vhub = Vr ± m/s U Vout Tần suất xuất U 50 năm Tần suất xuất U năm Vhub < 0,7 Vref F Tần suất xuất U năm Kết kiểm bền Bền Tuổi mỏi 34.7 năm Bền sau 25 năm Bền Bền Bền Bền Bền Bền sau 25 năm Bền Bảng 14: Kết kiểm bền trường hợp tải tuabin gió KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG 63 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu hướng dẫn nhiệt tình giảng viên hướng dẫn TS Lê Thị Tuyết Nhung TS Vũ Đình Qúy, em hồn thành đồ án tốt nghiệp thu số kết sau: - Tìm hiểu chuẩn thiết kế tuabin gió NREL tìm hiểu để thiết kế chế tạo tuabin gió đạt chuẩn quốc tế thiết kế phải thỏa mãn trường hợp tải sử dụng với 22 tính FSI theo bảng - Áp dụng tìm hiểu bước tính cho tính có kiểm chứng phần tính tốn CFD với nghiên cứu trước - Áp dụng tính tốn kiểm bền cho trường hợp với thiết kế tuabin gió NREL phase II cho vùng gió Tuy Phong Bình Định Định hướng Báo cáo có nhiều hướng để tiếp tục phát triển, hồn thiện, đó: - Tìm hiểu tính tốn tương tác FSI chiều TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Tony burton,David Handbook,2001-England sharpe,Nick Jenkins,Ervin 64 Bossanyi,Wind Enegry [2] C Thumthae and T.Chitsomboon, ‘Optimal Angle of Attack for Untwisted Blade Wind Turbine’, Renewable Energy, Vol 34, N°5, pp 1279 – 1284, 2009 [3] C.E Carcangiu, ‘CFD-RANS Study of Horizontal Axis Wind Turbine’, PhD Thesis, Gagliari, Italia, 2008 [4] F Malatesta, ‘CFD Study of Wind Turbine Rotor’, School of Engineering and Materials Science Third Year Project DEN 318, 2012 [5]ANSYS Documentation, ANSYS, Inc.,2014 [6]National Renewable Enegry Labora tory.https://www.nrel.gov/ [7]Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10687-1:2015 (IEC 61400-1:2014) Tuabin gió [8]IEC 61400-1:2014:Wind turbines — Part 1: Design requirements [9]https://vcgate.vnu.edu.vn/articles/nghien-cuu-mot-so-dieu-kien-phat-trien-dien-giotai-viet-nam-tren-co-so-du-an-nha-may-phong-dien-i-binh-thuan [10]Hand, M M.; Simms, D A.; Fingersh, L J.; Jager, D W.; Cotrell, J R.; Schreck, S J.; Larwood, S M (2001): Unsteady aerodynamics experiment phase II-VI: wind tunnel test configurations and available data campaigns Tech Rep NREL/TP-50029955, NREL [11]W Liu, X Y Su, Y R An, and K F Huang: Local Buckling Prediction for Large Wind Turbine Blades CMC, vol.25, no.2, pp.177-193, 2011 [12] http://www.vusta.vn/vi/news/Thong-tin-Su-kien-Thanh-tuu-KH-CN/Bien-doinang-luong-gio-va-su-phat-trien-cua-tuabin-gio-45339.html 65 ... 1 .2 Tiêu chuẩn thiết kế tuabin gió NREL .19 1 .2. 1 Phân cấp tuabin gió 19 1 .2. 2 Điều kiện gió 20 1 .2. 2.1 Điều kiện gió thơng thường 20 1 .2. 2.1.1 Phân bố tốc độ gió. .. 20 1 .2. 2.1 .2 Mơ hình biên dạng gió thơng thường(NWP) 21 1 .2. 3 Các trường hợp thiết kế trường hợp tải 23 1.3 Thông số thiết kế tuabin gió theo chuẩn NREL Phase II 26 1.3.1 Thơng số thiết. .. TỔNG QUAN VỀ TUABIN GIÓ VÀ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ TUABIN GIÓ NREL 12 1.1 Tổng quan tuabin gió 12 1.1.1 Lịch sử phát triển tuabin gió 12 1.1 .2 Cấu tạo tuabin gió