5. Ý nghĩa
1.4. Phân tích kết cấu cánh, điều kiện làm việc, quy mô sản xuất và vật liệu cánh
liệu cánh turbine gió công suất 5kW.
Theo [5], cánh turbine gió trục đứng công suất 5kW cần chế tạo có biên dạng cánh NACA 0015 nhƣ hình vẽ (tọa độ các điểm của biên dạng NACA0015 cho trong phụ lục). Sau khi khảo sát bảng thông số cánh turbine gió của các công ty, với cánh turbine cần chế tạo, với đề tài này chọn số cánh 5, chiều dày 5mm, số lớp 10.
Hình 1.14. Cánh turbine gió NACA 0015
Cánh NACA 0015 có biên dạng đối xứng, rỗng. Cánh có tỷ lệ chiều dày/ chiều dài rất nhỏ: t/l =5/4000 = 0.00125. Nhƣ vậy, cánh turbine gió có kết cấu dạng vỏ mỏng, kín, chịu áp lực gió trên bề mặt ngoài nên độ cứng vững, độ ổn định về hình dáng biên dạng cánh theo vuông góc với bề mặt cánh là yếu tố đặc biệt cần quan tâm. Nếu dùng vật liệu thép chế tạo cánh thì cánh sẽ có khối lƣợng rất lớn. Nhôm nhẹ nhƣng với chiều dày cánh nhỏ rất dễ bị biến dạng và đắt tiền.Nhựa tổng hợp rẻ nhƣng độ bền kém. Vật liệu composite lớp dễ chế tạo, có độ bền cao, nhẹ và kinh tế. Vật liệu composite lớp sẽ là sự chọn lựa hàng đầu để chế tạo cánh turbine. Ở Việt Nam, các turbine gió phù hợp đặt ở bờ biển, hải đảo, vùng núi cao. Với điều kiện thời tiết khắc nghiệt bốn mùa, độ ẩm lớn, nắng gió ngoài biển khơi... Cánh
turbine gió đòi hỏi phải nhẹ, có độ bền cao, chịu đƣợc nhiệt, ẩm và không bị oxy hóa. Vật liệu composite lớp nền nhựa cốt sợi đáp ứng đƣợc yêu cầu ở Việt Nam. Tuy nhiên, trên thị trƣờng hiện nay có rất nhiều loại nhựa và sợi.
Nhựa có 2 loại nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo. Nhựa nhiệt dẻo dùng để gia công trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy. Nhựa nhiệt rắn có nhựa PP, PU đƣợc gia công dƣới áp suất và nhiệt độ cao. Nhựa Epoxy và polyester không no có thể tến hành ở nhiệt độ thƣờng và gia công bằng tay.
Ở Việt Nam nói chung, quy mô sản xuất turbine gió rất nhỏ. Các công ty chủ yếu chế tạo cánh turbine gió theo đơn đặt hàng. Số lƣợng mặt hàng cũng rất hạn chế. Trong phạm vi đề tài nói riêng chỉ chế tạo bộ cánh turbine gió công suất 5kW. Nhƣ vậy, trong các phƣơng pháp gia công đã nêu ở trên, phƣơng pháp chế tạo thủ công phù hợp với điều kiện, quy mô sản xuất ở Việt Nam cũng nhƣ trong phạm vi đề tài.
Với phƣơng pháp chế tạo thủ công, có thể dùng nhựa epoxy hoặc polyester không no. Nhựa epoxy có độ bền cao, kháng nƣớc, kháng hóa chất tốt. Giá thành nhựa epoxy trên thị trƣờng Việt Nam khoảng 120 – 150.000 VNĐ/kg. Nhựa polyester có độ bền kém hơn nhựa epoxy. Tuy nhiên, polyester vẫn đƣợc dùng rộng rãi trong công nghệ composite do giá thành rẻ. Giá thành trên thị trƣờng Việt Nam khoảng 45 – 60.000 VNĐ/kg. Các nhƣợc điểm trên của nhựa polyester có thể đƣợc khắc phục bằng cách tăng chiều dày và số lớp vật liệu. Với cánh turbine gió công suất 5kW, ta có thể chọn nhựa polyester làm nền.
Thành phần cốt đóng vai trò là chất chịu lực chủ yếu. Thành phần cốt có hai dạng: dạng hạt và dạng sợi. Sợi có tính năng cơ lý hóa cao hơn hạt. Sợi có nhiều loại nhƣ sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi amide... Sợi carbon và sợi amine có độ bền rất cao nhƣng giá thành cũng rất đắt, vì vậy chỉ dùng để chế tạo chi tiết có độ bền cao nhƣ thân, vỏ tên lửa, động cơ nhiên liệu... Sợi thủy tinh đƣợc dùng phổ biến trong ngành công nghiệp. Sợi thủy tinh dạng thô, sợi bện đã cắt đoạn, dạng vải dệt từ các sợi thô giá thành khoảng 40 – 70.000VNĐ/kg; dạng vải dệt sợi tinh giá thành khoảng 90 -120.000VNĐ/kg. Với đề tài này, sợi thủy tinh đáp ứng yêu cầu về kỹ thuật cũng nhƣ kinh tế để làm thành phần cốt chế tạo cánh turbine.
Kết luận chƣơng I
Các sản phẩm composite đƣợc chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau và theo nhiều phƣơng pháp khác nhau. Sau khi nghiên cứu đặc điểm cấu tạo của vật liệu composite, với đề tài này em lựa chọn thành phần nền là nhựa polyester với cốt là sợi thuỷ tinh; chất đóng rắn butanox và chất tách khuôn Wax 8. Với các thành phần vật liệu này đảm bảo cho cánh turbine có khả năng chịu đƣợc các điều kiện khắc nghiệt trong môi trƣờng nắng gió ngoài biển khơi. Với các trang thiết bị, kinh phí hiện có và đảm bảo yêu cầu công nghệ chế tạo cánh turbine gió hiện nay, phƣơng pháp thủ công là sự lựa chọn phù hợp do đáp ứng tốt về giá thành, chất lƣợng trong chế tạo các sản phẩm đơn chiếc, loạt sản phẩm nhỏ, kích thƣớc vừa và nhỏ. Công nghệ này ít có tác động xấu tới môi trƣờng. Do đó, cần có đầu tƣ nghiên cứu để có thể ứng dụng vào ngành công nghiệp chế tạo turbine gió ở Việt Nam hiện nay và trong tƣơng lai. Trong phạm vi đề tài, tác giả lựa chọn biên dạng cánh đối xứng NACA 0015 (bộ NACA 4 số) để chế tạo cánh turbine. Cánh turbine NACA 0015 có cần chế tạo có chiều dài 4m, số cánh 5, chiều dày 5mm, số lớp 10.
CHƢƠNG II: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU COPOSITE LỚP
Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng tới độ bền của sản phẩm là thành phần vật liệu, phƣơng pháp gia công và độ dày của sản phẩm. Vì vậy, trƣớc khi tiến hành chế tạo cánh turbine cần chế tạo mẫu để xác định đƣợc tỷ lệ các vật liệu thành phần, độ dày mẫu và cơ tính của nó; thông qua đó làm căn cứ để chế tạo cánh. Ở chƣơng II sẽ trình bày rõ hơn về vấn đề này.