Ở đây luận văn sử dụng phương pháp mô phỏng thử nghiệm bằng phần mềm Solidworks và thực nghiệm để kiểm tra khả năng hoạt động của cơ cấu. Hình ảnh mô phỏng
Hình 4.20. Hình ảnh mô phỏng cơ cấu điều khiển 5 cánh turbine.
Khi gió tác động vào cánh turbine làm hệ thống giá turbine quay (trên giá turbine có lắp hệ thống bánh răng ), khi đó:
- Trong chu kỳ sinh công: Cơ cấu hãm 18, 19 mở (chốt 19b nằm ở phần cam lõm của bánh Cam 18), cặp bánh răng z1 và z2 ăn khớp với nhau (z1 cố định), z2 gắn với giá nên khi giá quay thì z2 quay quanh z1 đồng thời quay xung quanh trục của nó (nhờ sự ăn khớp với z1). z1 quay làm bộ truyền bánh răng z9,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
z10 quay dẫn đến cặp bánh răng côn z16, z17 quay làm cho cánh turbine (trục II) xoay. Hệ thống được thiết kế có tỷ số truyền i = 10/9, nên khi giá turbine quay được 1 góc 1000
xung quanh trục chính thì trục II (trục cánh) xoay được 1 góc 900 .
- Trong chu kỳ không sinh công: khi bánh răng z2 chuyển động tới phần không có răng của z1 thì z2 và z1 không còn ăn khớp với nhau khi đó hệ thống các cặp bánh răng dừng quay, trục II (trục cánh) sẽ dừng quay. Lúc này chốt 19b tác động vào phần lồi của bánh Cam số 18 làm cơ cấu hãm đóng, bánh răng z2 được giữ cố định không quay xung quanh trục của nó (để tránh ảnh hưởng của gió làm trục II quay => làm bánh răng z2 quay). Khi z2 chuyển động hết phần không có răng của z1 thì z2 vào ăn khớp với z1 đồng thời cơ cấu hãm lại mở, bắt đầu chu kỳ sinh công.
Như vậy cơ cấu điều khiển góc xoay cánh hoạt động liên tục đảm bảo cho góc xoay cánh hợp lý trong chu kỳ sinh công và chu kỳ không sinh công của hệ thống turbine.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 4.21. Tương quan giữa góc cánh và vị trí cánh tại một số vị trí
4.5. Kết luận chƣơng 4.
Cơ cấu điều khiển/dẫn động cánh turbine được thiết kế đảm bảo khả năng điều khiển góc xoay cánh turbine ½ vòng lien tục trong hành trình sinh công, cho phép diện tích hứng gió luôn đảm bảo, đồng thời xích truyền động cánh turbine được ngắt trong hành trình cản, do vậy cánh turbine được cố định ở vị trí vuông góc với giá đỡ giúp giảm thiểu công cản trong hành trình này. Toàn bộ vị trí tương quan này đã được mô phỏng kiểm chứng. Bên cánh đó, kết cấu điều khiển/dẫn động cánh turbine sử dụng các cơ cấu bánh răng nên chế tạo và lắp đặt dễ dàng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN
Với mục tiêu, đề xuất cơ cấu dẫn động/điều khiển góc cánh turbine gió kiểu trục đứng với 5 cánh, phương hứng gió biến thiên. Đảm bảo tính hiệu quả về mặt kết cấu, nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió/cơ học của hệ thống VAWT. Luận văn đã tiến hành nghiên cứu, phân tích một số kết cấu VAWT có khả năng điều chỉnh góc hứng gió đã được nghiên cứu trên thế giới, từ đó đề xuất phương án thiết kế của luận văn dựa trên một số cải tiến phù hợp. Đồng thời cũng trình bày những cơ sở lý thuyết về lực khí động phục vụ cho việc tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm đặc tính khí động học cho hệ thống VAWT đề xuất.
- Đã tiến hành tính toán đặc tính kỹ thuật lực khí động cho thiết kế VAWT 10KW nhằm đánh giá tính hiệu quả về hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió/công suất cơ học của mô hình VAWT.
- Đã thiết kế chi tiết hệ thống cơ cấu điều khiển/dẫn động cánh turbine cho mô hình VAWT đã đề xuất, có khả năng điều chỉnh góc hứng gió các cánh turbine. Mô hình này có kết cấu hệ thống điều khiển/dẫn động cánh hoàn toàn bằng các cơ cấu cơ khí đơn giản, đạt hiệu suất chuyển đổi năng lượng gió/công suất cơ cao.
- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của cơ cấu nói riêng và mô hình VAWT mới nói chung.
Có thể thấy rằng phạm vi cũng như quy mô sử dụng các trạm phong điện trục đứng còn rất khiêm tốn so với các hệ thống HWATs, chủ yếu các hệ thống VAWTs được sản xuất và đưa ra thị trường hiện nay là loại cánh turbine cố định, có thể hoạt động bình đẳng với mọi hướng gió nên có cấu tạo đơn giản, các bộ phận đều có kích thước không quá lớn nên vận chuyển và lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, duy tu bảo dưỡng đơn giản. Các nghiên cứu về hệ thống này
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
cũng còn tương đối hạn chế, chủ yếu tập trung theo hướng nghiên cứu động lực học cánh turbine nhằm nâng cao hiệu quả mặt hứng gió và giảm thiểu ảnh hưởng của mặt cản gió cho cánh turbine. Những công bố mới theo hướng nghiên cứu cơ cấu điều khiển góc cánh turbine nhằm đạt hiệu quả tối đa ở hành trình hứng gió và cản tối thiểu ở hành trình cản gió. Các công bố này chủ yếu mới dừng ở sáng tạo về mặt nguyên lý.
Tính toán thiết kế cơ cấu dẫn động điều khiển góc cánh Turbine cho kết quả tương đối tốt với các loại cánh có biên dạng không phức tạp, việc lựa chọn sử dụng cơ cấu này hoàn toàn có thể chấp nhận được. Song đối với hệ thống turbine có biên dạng và góc xoay cánh phức tạp, không theo quy luật nhất định thì còn gặp nhiều khó khăn, đây cũng là một trong những nhược điểm khi sử dụng cơ cấu. Với một đề tài nghiên cứu luận văn thạc sỹ, thời gian và kiến thức còn hạn chế trong lĩnh vực nghiên cứu còn mới này, kết quả của đề tài có thể ứng dụng trong các hệ thống VAWTs có công suất nhỏ và nó sẽ là cơ sở mở ra một hướng nghiên cứu tính toán thiết kế cơ cấu điều khiển góc xoay cánh turbine cho hiệu quả cao hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1]. Đinh Bá Trụ, Hoàng Văn Lợi, Hướng dẫn sử dụng ANSYS, Hà Nội, 2003.
[2]. ThS. Chu Đức Quyết, “ Mô hình hóa, tính toán thiết kế hệ thống cánh turbine gió kiểu trục đứng trong máy phong điện công suất 10KW” luận văn thạc sỹ, 2009.
[3]. Dương Văn Đồng , “Nghiên cứu , tính toán và thiết kế biên dạng cánh turbine gió trục đứng cho máy phát điện công suất 3KW” luận văn thạc sỹ , 2010.
[4]. PGS. TS Nguyễn Văn Vượng, Sức bền vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2000.
[5]. Kỷ yếu, Hội thảo toàn quốc về giảng dạy Nguyên lý-Chi tiết máy, Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái nguyên, 11&12/5/2008.
[6]. Nguyễn Phùng Quang. “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức gió có công suất 10 – 30kw phù hợp với điều kiện Việt Nam” - đề tài cấp nhà nước mã số KC.06.20CN, 2007 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tiếng 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.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
[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 6 (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