4. Phương phỏp nghiờn cứu
2.1.3.2. Cỏc kiểu Tuabin giú trục đứng
Savonius, kiểu dựng lực đẩy
Loại dựng lực đẩy làm việc theo nguyờn tắc chõn vịt tàu. Nếu giữa cỏnh chõn vịt và nước khụng cú sự chảy qua thỡ vận tốc cực đại đạt được bằng với vận tốc tiếp uyến của cỏnh quạt. Tương tự tua bin giú trục đứng kiểu đẩy vận tốc tại đầu cỏnh quạt đụi khi cú thể vượt quỏ vận tốc giú.
Cỏc kiểu VAWT dựng nguyờn tắc lực đẩy trước đõy đó từng được sử dụng bằng cỏch dựng cỏc tấm dẹp bằng kim loại hay gỗ, cỏc vật hỡnh cốc hay thựng phuy... để
làm vật đẩy. Rotor Savonius là rotor cú mặt cắt ngang hỡnh chữ S, chủ yếu dựa vào lực đẩy nhưng cũng sử dụng một phần nhất định lực nõng khớ động học. Được tạo ra tại Phần Lan, loại VAWT dựng lực đẩy cú mụmen khởi động lớn nhưng vận tốc quay nhỏ, trong khi loại lực nõng thỡ ngược lại. Hơn nữa cụng suất ngừ ra so với tỷ số trọng lượng thỡ nhỏ. Bởi vỡ ở vận tốc thấp nờn được đỏnh giỏ là khụng phự hợp để phỏt điện mặc dự cũng cú thể làm được nếu dựng bộ nhụng truyền động để tăng tốc lờn. Cỏc cối xay giú dựa vào lực đẩy thỡ cú nhiều ứng dụng hữu ớch như xay ngũ cốc hay bơm nước... Một thuận lợi chớnh của tua bin giú trục đứng dựng lực đẩy là nú cú thể tự khởi động được, trong khi loại VAWT dựng lực nõng thỡ khụng. [22]
Hỡnh 2.7:Rotor Savonius cú mặt cắt ngang hỡnh chữ S
Darrieus, VAWT dựng lực nõng
Hỡnh 2.8:Nguyờn lý khớ động học của cỏnh mỏy bay
Kiểu lực nõng làm việc theo lý thuyết khớ động học của cỏnh mỏy bay. Cỏc cỏnh rotor cú mặt cắt ngang được thiết kế theo kiểu cỏnh mỏy bay sao cho quóng
đường mà giú lướt qua mặt cỏnh ở mặt này thỡ dài hơn quóng đường ở mặt kia như hỡnh 2.8, do đú vận tốc giú ở hai mặt cỏnh khỏc nhau. Áp dụng đẳng thức Bernoulli, ta cú thể thấy vận tốc khỏc nhau tạo ra cỏc lực khỏc nhau lực này làm đẩy cỏnh rotor xoay khi giú thổi qua.
VAWT kiểu Darrieus đầu tiờn được thiết kế dựa trờn lực nõng. Chiếc mỏy cú đặc điểm là rotor cú dạng hỡnh chữ C như hỡnh 2.9, loại này giống một cỏi mỏy đỏnh trứng. Dạng này thường được thiết kế với rotor cú hai hay ba cỏnh. Cú mụmen khởi động thấp nhưng khi quay rồi thỡ cú vận tốc quay lớn, do đú nú thớch hợp khi nối với mỏy phỏt đồng bộ.
Với cựng kớch thước, trọng lượng và giỏ thành thỡ cụng suất ngừ ra sẽ lớn hơn loại tua bin giú trục đứng kiểu đẩy. Khi hũa vào lưới điện trở ngại này cú thể được khắc phục bằng cỏch. Ban đầu mỏy phỏt được coi như một động cơ nhận dũng từ lưới điện khi động cơ đạt đến vận tốc phỏt điện, vận tốc tại đỉnh cỏnh quạt bằng vận tốc giú thỡ nú đổi vai trũ thành mỏy phỏt để phỏt điện lờn lưới. Đối với trường hợp hoạt động độc lập thỡ rotor Darrieus cú thể kết hợp với một rotor Savonius cú cựng kớch thước để tạo mụmen khởi động.
Hỡnh 2.9:VAWT kiểu Darrieus, rotor cú dạng hỡnh chữ C
Nếu xột ở gúc độ cỏnh quạt thỡ sự chuyển động trũn của cỏnh quạt sẽ hướng cỏnh quạt về phớa đầu giú nếu gúc tới của giú và cỏnh quạt lớn hơn 0, thỡ thành phần
đẩy của lực nõng sẽ làm quay tua bin. Gúc tới thay đổi theo hướng quay từ - 200 đến 200 và khụng được vượt quỏ 200 khi gúc lớn hơn 200 thỡ luồng khớ thổi dọc theo cỏnh quạt khụng cũn tạo thành lớp khớ để tạo một lực nõng cỏnh quạt lờn (điều kiện tiờn quyết của tua bin loại này) gõy xỏo trộn và làmtua bin ngưng hoạt động.
Nếu gúc tới từ 00 đến 200thỡ cỏnh quạt dễ dàng đạt tốc độ cao tuy nhiờn khụng thể tự khởi động được đõy là đặc điểm của tua bin Darrieus. Do đú phải quay đến một tốc độ đủ lớn để nú tự hoạt động. Tua bin Darrieus nguyờn thủy cú một số bất lợi như: Độ dao động lớn làm hư cỏnh quạt gõy ồn, hiệu suất thấp chớnh vỡ vậy đó làm hạn chế sự thành cụng. Cỏc loại tua bin giú trục đứng là loại phổ biến cú 2 hay 3 cỏnh quạt. Tua bin giú 3 cỏnh quạt hoạt động theo chiều giú với bờ mặt cỏnh quạt hướng vào chiều giú đang thổi. Ngày nay tua bin giú 3 cỏnh quạt được sử dụng rộng rói.