thiết kế tối ưu hộp tăng tốc dùng cho máy phát điện sức gió trục đứng công suất 10 kw

Hình 2.6 Bánh răng hành tinh Hình 2.7 Sự hình thành đường than khai Hình 2.8 Sự ăn khớp của hai biên dạng than khai Hình 2.9 Các thông số chế tạo bánh răng Hình 2.10 Các thông số của bán

BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Thanh Nga, Học viên lớp cao học khóa 11-Công nghệ chế tạo máy-Trường, hiện đang công tác tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

- Đại học Thái Nguyên

Xin cam đoan:

Đề tài:” Thiết kế tối ưu hộp tăng tốc dùng cho máy phát điện sức gió trục đứng công suất 10kW “, do thầy giáo TS Vũ Ngọc Pi hướng dẫn là công trình do

bản thân tôi thực hiện dựa trên sự hướng dẫn của thầy giáo hướng dẫn khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010

Học viên

Nguyễn Thị Thanh Nga

LỜI CẢM ƠN

Thứ nhất, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS Vũ Ngọc Pi, người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này Trong quá trình làm luận văn thầy luôn định hướng cho bài luận văn, chỉ bảo tôi cách tìm tài liệu tham khảo và cung cấp một số tài liệu tham khảo Đồng thời thầy đã hướng dẫn cho tôi về cách trình bày bài luận văn, bài báo

Tôi xin chân thành cảm ơn tới Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí – Khoa Cơ khí Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời gian học tập và làm luận văn

-Lời cảm ơn sâu sắc tới trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ tôi

về kinh phí đào tạo cũng như thời gian học tập

Tôi cũng xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp nơi tôi công tác đã động viên giúp

đỡ tôi hoàn thành tốt công việc bộ môn để tạo điều kiện cho tôi được học tập tốt

Cuối cùng tôi gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình tôi, mẹ tôi, chồng tôi và con tôi đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa học này

Thái Nguyên, ngày 10/10/2010

Nguyễn Thị Thanh Nga

1.1.1 Lịch sử của máy phát điện sức gió

1.1.2 Máy phát điện sức gió trục đứng

1.1.3 Công suất của gió

1.1.4 Cấu tạo của tuốc bin gió trục đứng

1.1.4.1 Máy phát

1.1.4.2 Hộp tăng tốc

1.2 Tổng quan về thiết kế và thiết kế tối ưu máy phát điện sức gió

1.2.1 Một số nghiên cứu về máy phát điện sức gió trục ngang

1.2.2 Một số nghiên cứu về máy phát điện sức gió trục đứng

1.2.3 Một số nghiên cứu về hộp tăng tốc của máy phát điện sức gió

Chương 3: Xây dựng bài toán tối ưu

3.1 Giới thiệu về bài toán tối ưu

3.2 Xây dựng hàm mục tiêu

3.2.1 Hàm mục tiêu khối lượng của hệ gồm hộp tăng tốc và máy phát

là nhỏ nhất

3.2.1.1 Khối lượng của hộp tăng tốc

3.2.1.2 Khối lượng của máy phát

3.2.2 Hàm mục tiêu về giá thành của hệ gồm hộp tăng tốc và máy phát

là nhỏ nhất

3.3 Bài toán tối ưu

3.3.1 Bài toán tối ưu đơn mục nhằm đạt khối lượng của hệ là nhỏ nhất 3.3.2 Bài toán tối ưu đơn mục về giá thành nhỏ nhất

Chương 4: Các phương pháp giải bài toán tối ưu

4.1 Các phương pháp giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu

4.2 Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu

Tài liệu tham khảo

Phụ lục 1: Bài báo

Phụ lục 2: Một phần chương trình giải bào toán tối ưu

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT

HAWTs Tuốc bin gió kiểu trục ngang

VAWTs Tuốc bin gió kiểu trục đứng

P0 Công suất của gió (W)

GH Khối lượng của hộp tăng tốc (kg)

GVH Khối lượng của vỏ hộp tăng tốc (Kg)

1 Khối lượng riêng của vật liệu làm vỏ hộp 1 = 7,8.10-6(Kg/mm3)

GBR Khối lượng của bánh răng (Kg)

2 Khối lượng riêng của vật liệu làm bánh răng 2 = 7,8.10-6 (Kg/mm3)

GTR Khối lượng của trục (Kg)

3 Khối lượng riêng của vật liệu làm trục 3 = 7,8.10-6 (Kg/mm3)

T Mô men xoắn (Nmm)

o Hiệu suất của ổ lăn

br Hiệu suất của bánh răng

Gmp Khối lượng của máy phát (Kg)

Gs Khối lượng của stator (Kg)

Gr Khối lượng của rotor (Kg)

Gd Khối lượng của dây quấn đồng (Kg)

Gv Khối lượng của vỏ máy phát (Kg)

4 Khối lượng riêng của vật liệu làm stator 4 = 7,8.10-3 (Kg/cm3)

5 Khối lượng riêng của vật liệu làm rotor 5 = 7,8.10-3 (Kg/cm3)

6 Khối lượng riêng của vật liệu làm dây quấn 6 = 8,9.10-3 (Kg/cm3)

7 Khối lượng riêng của vật liệu làm vỏ máy phát 7 = 7,8.10-3

(Kg/cm3)

Dn Đường kính ngoài của stator (cm)

D Đường kính trong của stator (cm)

f Tần số (Hz)

p Số đôi cực

A Tải đường (A/cm)

B Mật độ từ thông khe hở không khí (gauxơ)

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 0.1 Bản đồ tiềm năng gió của thế giới

Hình 0.2 Bản đồ tiềm năng điện gió ở Việt Nam

Hình 1.1 Mô hình cối xay gió xuất hiện sau thế kỷ 13

Hình 1.2 Máy bơm chạy bằng sức gió, phía Tây nước Mỹ những năm 1800 Hình 1.3 Máy phát điện sức gió do Charles F Brush chế tạo, 1888

Hình 1.4 Tuốc bin gió của Dane Poul La Cour ở Askov, Đan Mạch

Hình 1.5 Máy phát Gedser, Công suất 200Kw

HÌnh 1.6 Tuốc bin gió trục đứng Savonius

Hình 1.7 Tuốc bin gió trục đứng kiểu Darieus với đường kính 34m

HÌnh 1.8 VAWT kiểu H – rotor ở Anh

Hình 1.9 Quan hệ giữa hệ số Betz Cp và tỷ số vân tốc V0/V

Hình 1.10 Cỡ của tuốc bin gió

Hình 1.11 Cấu tạo của tuốc bin gió trục đứng

Hình 1.12 Hộp tăng tốc với tỷ số truyền u = 50

Hình 1.13 Hộp tăng tốc cho tuốc bin gió 1.5 MW

Hình 1.14 Hộp tăng tốc dùng cho tuốc bin ESI-80

Hình 1.15 Hộp tăng tốc bánh răng hành tinh của hãng Kisssoft

Hình 1.16 Hộp tăng tốc bánh răng hành tinh

Hình 1.17 Mô hình hộp tăng tốc của hệ thống tuốc bin 1,5 MW

Hình 1.18 Sự so sánh giá của hệ thống tuốc bin khi sử dụng và không sử dụng

hộp tăng tốc Hình 2.1 Hệ thống cơ bản về năng lượng gió

Hình 2.2 Cặp bánh răng trụ răng thẳng

Hình 2.3 (a) Bánh răng trụ răng nghiêng; (b) Bánh răng chữ V

HÌnh 2.4 Bộ truyền bánh răng côn

Hình 2.5 Bộ truyền trục vít – bánh vít

Hình 2.6 Bánh răng hành tinh

Hình 2.7 Sự hình thành đường than khai

Hình 2.8 Sự ăn khớp của hai biên dạng than khai

Hình 2.9 Các thông số chế tạo bánh răng

Hình 2.10 Các thông số của bánh răng trụ răng nghiêng

Hình 2.11 Đoạn ăn khớp thực của cặp bánh răng

Hình 2.12 Số răng của bánh răng chủ động

Hình 2.13 Tỷ số truyền cuar hộp tăng tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp Hình 2.14 Sự tạo thành đường sức khi nam châm trái cực

Hình 2.15 Sự tạo thành đường sức khi nam châm cùng cực

Hình 2.21 Các bộ phận của máy phát điện không đồng bộ

Hình 2.22 Lõi thép stator và rotor

Hình 2.23 Dây quấn stator và dây quấn rotor

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán khối lượng của hộp số

Hình 3.2 Sơ đồ tính toán khối lượng của máy phát

Hình 4.1 Véc tơ Gradien cho hàm f(x1, x2, x3) tại điểm x*

Hình 4.2 Phương pháp lát cắt vàng

HÌnh 4.3 Sơ đồ thuật giải của phương pháp tìm kiếm trực tiếp

Hình 5.2 Biểu đồ quan hệ giữa tỷ số truyền chung của hộp tăng tốc và số vòng

quay của máy phát Hình 5.2 Mối quan hệ giữa số vòng quay và khối lượng máy phát

Hình 5.3 Biểu đồ quan hệ giữa tỷ số truyền của hộp tăng tốc và khối lượng của

hộp

Hình 5.4 Mối quan hệ giữa tỷ số truyền chung của hộp và tỷ số truyền các cấp

Hình 5.5 Quan hệ giữa tỷ số truyền của hộp tăng tốc và khối lượng của cả hộp

tăng tốc và máy phát

Hình 5.6 Biểu đồ quan hệ giữa giá thành của hộp tăng tốc, máy phát và giá

thành chung

Hình 5.7 So sánh giá thành trong hai trường hợp của hệ thống tuốc bin gió: (1)

sử dụng máy phát kết hợp với hộp tăng tốc; (2) chỉ sử dụng máy phát

LỜI MỞ ĐẦU

Năng lượng là một trong những nhu cầu thiết yếu của con người và là một yếu tố không thể thiếu được của hoạt động kinh tế Khi mức sống của người dân càng cao, trình độ sản xuất của nền kinh tế ngày càng hiện đại thì nhu cầu về năng lượng cũng ngày càng lớn, và việc thỏa mãn nhu cầu này thực sự là một thách thức đối với hầu hết các quốc gia trên thế giới Ở Việt Nam, nền kinh tế từ sau Đổi Mới làm nhu cầu về điện gia tăng đột biến trong khi năng lực cung ứng chưa phát triển kịp thời Nếu tiếp tục đà này, nguy cơ thiếu điện vẫn sẽ còn là nỗi lo thường trực của ngành điện lực Việt Nam cũng như của các doanh nghiệp và người dân cả nước Trên thế giới đã có nhiều quốc gia sử dụng năng lượng gió để đáp ứng nhu cầu trong sinh hoạt và sản xuất Nước ta hiện nay, năng lượng gió đã và đang được quan tâm Tuy nhiên nó vẫn còn là một vấn đề mới mẻ trong việc khai thác và sử dụng

 Xu thế phát triển năng lƣợng gió trên thế giới

Hiện nay, trong số các nguồn năng lượng mới như: năng lượng gió, năng lượng điện hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng dòng chảy ở biển, năng lượng sóng biển thì năng lượng gió phát triển nhanh hơn cả vì nguyên liệu dồi dào, rẻ tiền, dễ

áp dụng, sạch và không làm hại môi trường

Trên hình 1.1 chỉ ra tiềm năng của năng lượng gió của thế giới Bản đồ này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc xác định vị trí để lắp đặt hệ thống tuốc bin gió của Năng lượng gió còn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió

Nguồn năng lượng gió chiếm khoảng 20 000 MW trên toàn thế giới vào năm

2007 Riêng trong năm 2006, các nhà máy điện bằng sức gió trên thế giới đã sản xuất được 74 GW, tăng 25% so với năm trước Châu Âu vẫn đứng đầu thế giới về sản lượng điện bằng sức gió với công suất lắp đặt là 40.500 MW, chiếm tới 2/3 sản lượng điện gió toàn thế giới Lượng điện tạo ra bằng sức gió đủ để đáp ứng nhu cầu của 40 triệu người dân Nhiều nước như Đan Mạch và Đức phần lớn điện năng được sản xuất ra từ năng lượng gió Ðan Mạch hiện có công suất điện chạy bằng sức gió lớn nhất thế giới, chiếm 21,7% tổng sản lượng điện trong nước [1] Ðan Mạch cũng

là nước đi đầu về lắp đặt các nhà máy phát điện gió ở ngoài khơi Hiện nay, ở Ðức

có hàng chục công ty khai thác năng lượng từ sức gió, đứng đầu là Công ty Enercon Hiệp hội Năng lượng gió của Ðức cho biết, tới năm 2010, năng lượng gió

sẽ bảo đảm cung cấp khoảng 10% nhu cầu điện của nước này Cơ quan Năng lượng Ðức đề ra mục tiêu đến năm 2015 sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo chiếm 20% tổng sản lượng điện quốc gia, trong đó 35 nghìn MW điện được sản xuất từ sức gió Thụy Điển hệ thống các tuốc bin gió sản xuất 1,4 TWh một năm, và mục đích sẽ đạt 10TWh vào năm 2015 [1] Tây Ban Nha chiếm tới 8% sản lượng điện của các nước này

Hình 0.1: Bản đồ tiềm năng gió của thế giới [2]

Hiệp hội năng lượng sức gió châu Âu (EWEA) đặt ra mục tiêu, vào khoảng năm

2020, 195 triệu người, tức một nửa số dân lục địa này, có thể sử dụng điện bằng sức gió Và điện gió sẽ thỏa mãn tới 23% nhu cầu điện của châu Âu vào năm 2030 Bắc

Mỹ là khu vực đứng thứ hai sau châu Âu về sản lượng điện bằng sức gió

Tuy nhiên, trong giai đoạn 2006-2010, năng lượng bằng sức gió sẽ phát triển mạnh ở châu Á, đặc biệt là ở các nước Trung Quốc và Ấn Ðộ

Theo Hiệp hội Năng lượng Gió Trung Quốc, đến nay nước này đã xây dựng 44 nhà máy phát điện chạy bằng sức gió, xếp thứ 10 thế giới và thứ 3 châu Á Tuy nhiên, con số này chỉ chiếm 0,2% tổng công suất điện trong nước Trung Quốc đang đặt mục tiêu tăng tổng công suất lắp đặt điện chạy bằng sức gió lên 5 triệu KW vào cuối năm 2010 Sức hấp dẫn của thị trường lớn về năng lượng tái sinh với chi phí sản xuất thấp ở Trung Quốc tạo môi trường thu hút các công ty trong nước và quốc

tế "đổ xô" vào đầu tư xây dựng các khu vực khai thác sức gió hoặc các nhà máy sản xuất thiết bị điện gió trên khắp đất nước này Ông He Dexin, chủ tịch Hiệp hội Năng lượng từ Sức gió Trung Quốc (CWEA) nói rằng tổng sản lượng điện năng được tạo ra từ sức gió của Trung Quốc sẽ đạt 5.000 MW vào cuối năm 2010

Châu Phi là châu lục phát triển chậm nhất về sản xuất năng lượng bằng sức gió Hiện nay, việc sản xuất điện bằng sức gió chủ yếu mới được tiến hành ở Ai Cập và Ma-rốc Dự kiến đến 2010, sản lượng điện bằng sức gió ở châu lục này sẽ đạt 900 MG/năm

Có nhiều loại tuốc bin gió và có thể phân thành hai loại: tuốc bin gió trục ngang (HAWTs) và tuốc bin gió trục đứng (VAWTs)

Với loại tuốc bin gió trục ngang đã có nhiều công ty nổi tiếng thế giới chế tạo như: hãng Vestas tại Đan Mạch với các sản phẩm 30kW đến 3.0MW; Ấn Độ công ty Suzlon đưa ra tuốc bin các loại 600kW, 1,25 MW, 1,5 MW và 2.1 MW; công ty GE Energy tại Mỹ có các sản phẩm 1.5-3.6MW; công ty Nordex (Đức) có các sản phẩm với công suất1300 kW, 2500 kW; Siemens của Đức đưa ra thị trường các tuốc bin lớn 1.3 MW, 2.3 MW và 3.6 MW [3]

Những năm gần đây có nhiều công ty phát triển VAWT kiểu Darrieus và kiểu H-rotor như: Ở Nga sản xuất tuốc bin với tên gọi Wind-Sail và Hà Lan là Turby với công suất nhỏ vài kW; Một công ty khác Ropatec cũng với tuốc bin trục đứng loại nhỏ công suất 20kW Một vài công ty khác sản xuất tuốc bin trục đứng loại lớn hơn như: Ở phía bắc nước Mỹ, Darrieus với công suất gần 200kW; một công ty khác cũng ở nước Mỹ đưa ra tuốc bin với công suất lên đến 4.0 MW; Và một công ty ở Trung Quốc có sản phẩm 3.0MW [1]

 Tiền năng và triển vọng phát triển năng lƣợng gió ở Việt Nam

Việt Nam đứng trước thách thức thiếu hụt điện (không nằm ngoài xu thế chung của toàn cầu), chúng ta cần cân nhắc những biện pháp ứng xử thích hợp Cho đến thời điểm này, chúng ta mới chú trọng đến phương án thứ nhất, tức là tiếp tục khai thác các nguồn năng lượng truyền thống, chủ yếu là thủy điện Về lâu dài, nước cần phát triển các nguồn năng lượng mới, đặc biệt là các nguồn năng lượng sạch và có khả năng tái tạo Với địa hìnhnằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với đường

bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió

Cho đến tận những năm 1990, nhiều người vẫn cho rằng giá thành (bao gồm giá lắp đặt và vận hành) của các trạm điện gió khá cao Nhưng ngày nay, định kiến này đang được nhìn nhận và đánh giá lại, đặc biệt khi quan niệm giá thành không chỉ bao gồm chi phí kinh tế mà còn gồm cả những chi phí ngoài (như chi phí về xã hội

do phải tái định cư, hay về môi trường do ô nhiễm) Trong khi nguồn năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí đốt đang bị coi là kém ổn định và có

xu thế tăng giá, thì cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, giá thành của các trạm điện gió càng ngày càng rẻ hơn

Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng Biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa Tiềm năng của năng lượng gió ở Việt Nam được chỉ ra trên hình 2 Không phải nơi nào đặt tuốc bin gió cũng có hiệu quả như nhau

Để có sản lượng điện cao cần tìm đến những nơi có nhiều gió Các vùng đất nhô ra biển và các thung lũng sông thường là những nơi có lượng gió lớn Một vách núi cao có thể là vật cản gió nhưng cũng có thể lại tạo ra một nguồn gió mạnh thường xuyên, rất có lợi cho việc khai thác phong điện Khi chọn địa điểm đặt trạm có thể dựa vào các số liệu thống kê của cơ quan khí tượng hoặc kinh nghiệm của nhân đân địa phương, nhưng chỉ là căn cứ sơ bộ Lượng gió mỗi nơi còn thay đổi theo từng địa hình cụ thể và từng thời gian

Trong chương trình đánh giá về Năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới

đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam Theo tính toán của nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia Trong khi Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng từ tốt đến rất tốt để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở Campuchia là 0,2%, ở Lào là 2,9%, và ở Thái-lan cũng chỉ là 0,2% Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020

Theo nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới, trên lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu tiềm năng nhất để phát triển năng lượng gió là Sơn Hải (Ninh Thuận) và vùng đồi cát ở độ cao 60-100m phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận) Gió vùng này không những có vận tốc trung bình lớn, còn có một thuận lợi là số lượng các cơn bão khu vực ít và gió có xu thế ổn định là những điều kiện rất thuận lợi để phát triển năng lượng gió Trong những tháng có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đông nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6-7 m/s tức là vận tốc có thể xây dựng các trạm điện gió công suất 3 - 3,5 MW

Tiềm năng về năng lượng gió ở Việt Nam cũng được nhiều tác giả quan tâm Khanh Q Nguyên [4] cũng thảo luận về tiềm năng điện gió ở Việt Nam và tác giả chỉ ra rằng khoảng 31.000 km2 diện tích có thể phát triển năng lượng gió, trong đó

865 km2 diện tích cho công suất 3572 MW Cũng với mục đích phát triển năng lượng gió, tác giả trong [5] cũng đưa ra tiềm năng về năng lượng gió ở các nước Philippines, Việt Nam và Cambodia Ở Việt Nam tác giả đã đưa ra ba nơi có tiềm năng điện gió đó là Phước Ninh, Đảo Lý Sơn và Tuy Phong

Mặc dù có nhiều thuận lợi như đã nêu trên, nhưng khi nói đến năng lượng gió, chúng ta cần phải lưu ý một số đặc điểm riêng để có thể phát triển nó một cách có hiệu quả nhất Nhược điểm lớn nhất của năng lượng gió là sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và chế độ gió Vì vậy khi thiết kế, cần nghiên cứu hết sức nghiêm túc

chế độ gió, địa hình cũng như loại gió không có các dòng rối vốn ảnh hưởng không tốt đến máy phát Cũng vì lý do phụ thuộc trên, năng lượng gió tuy ngày càng hữu dụng nhưng không thể là loại năng lượng chủ lực Tuy nhiên, khả năng kết hợp giữa điện gió và thủy điện tích năng lại mở ra cơ hội cho chúng ta phát triển năng lượng

ở các khu vực như Tây Nguyên vốn có lợi thế ở cả hai loại hình này

Nhà máy phát điện bằng sức gió đầu tiên của Việt Nam đặt tại đảo Bạch Long

Vĩ, Hải Phòng với công suất 800 kW Nhà máy thứ hai được đặt tại huyện đảo Lý Sơn kết hợp với máy phát điện Diesel với công suất với 7MW

Các nhà nghiên cứu năng lượng, các nhà khoa học qua khảo sát, kiểm định, đối sánh đã tìm ra được những vị trí tối ưu để đặt các nhà máy phát nguồn năng lượng gió với qui mô lớn tại Việt Nam Bình Định được coi là vị trí tương đối lý tưởng Năm 2009, nhà máy Phong điện Phương Mai 3 được khởi công xây dựng trong Khu kinh tế Nhơn Hội, thuộc địa bàn 2 xã Cát Chánh và Cát Tiến nằm trên địa bàn bán đảo Phương Mai, huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định Đây là nhà máy phong điện đầu tiên tại Bình Định do Công ty cổ phần Phong điện Miền Trung - CENWINDCO làm chủ đầu tư, theo quyết định phê duyệt qui hoạch của Chính phủ với tổng diện tích mặt bằng 140 ha và tổng vốn đầu tư 35,7 triệu USD Đây cũng là dự án sản xuất điện sạch từ năng lượng gió có công suất lớn (21 MW) đầu tiên ở Việt Nam gồm: 14 tuốc bin FL-MD77/1500 kW, 14 máy biến áp: 0,69/22 kV Với công suất này, Nhà máy Phong điện Phương Mai 3 sẽ cung cấp cho lưới điện quốc gia trên địa bàn Bình Định sản lượng điện 55 triệu kWh/năm

Hình 2: Bản đồ tiềm năng điện gió ở Việt Nam ở độ cao 65m [5]

 Mục đích nghiên cứu và nhiệm vụ của luận văn

- Mục đích: Thiết kế tối ưu hộp tăng tốc dùng cho máy phát điện sức gió trục đứng công suất 10 kW

- Đối tượng nghiên cứu: máy phát và hộp tăng tốc trong máy phát điện sức gió trục đứng

- Nhiệm vụ của luận văn

Nghiên cứu tổng quan về máy phát điện sức gió: Khái quát về máy phát điện sức gió nói chung và máy trục các hướng nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về đứng nói riêng để từ đó định hướng nội dung đề tài nghiên cứu;

Cơ sở xây dựng bài toán tối ưu: Trình bày các kiến thức cơ bản về hộp tăng tốc

và máy phát để tính toán cho bài toán tối ưu;

Xây dựng bài toán tối ưu: Trên cơ sở phân tích phương pháp nghiên cứu cần đưa

ra các bài toán tối ưu, cụ thể: Tối ưu về giá thành của sản phẩm;

Các phương pháp giải bài toán tối ưu: Khái quát về các phương pháp giải bài toán tối ưu và lựa chọn phương pháp giải thích hợp cho bài toán tối ưu của đề tài; Đánh giá khẳ năng và phạm vi ứng dụng của mô hình tính toán thiết kế tối ưu hộp giảm tốc ở Việt Nam

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ VÀ THIẾT

KẾ TỐI ƯU MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ

1.1 Tổng quan về máy phát điện sức gió

1.1.1 Lịch sử phát triển của máy phát điện sức gió

Hàng nghìn năm loài người đã chứng kiến những ứng dụng của năng lượng gió vào cuộc sống từ rất sớm Gió giúp quay các cối xay bột, gió giúp các thiết bị bơm nước hoạt động, và gió thổi vào cánh buồm giúp đưa các con thuyền đi xa Từ sau thế kỷ 13, các cối xay gió xuất hiện tại châu Âu (Tây Âu) với cấu trúc có các cánh đón gió quay theo phương ngang Thiết kế này là đã tận dụng được lực nâng khí động học tác dụng vào cánh gió do đó sẽ làm hiệu suất biến đổi năng lượng gió của cối xay gió thời kỳ này cao hơn nhiều so với mô hình thiết kế từ những năm

500 - 900 sau CN

Hình 1.1: Mô hình cối xay gió xuất hiện sau thế kỷ 13[6]

Trong suốt những năm tiếp theo, thiết kế của các thiết bị chạy bằng sức gió càng ngày được hoàn thiện và được sử dụng rộng rãi trong khá nhiều các lĩnh vực ứng dụng: chế tạo các máy bơm nước, hệ thống tưới tiêu trong nông nghiệp, các

thiết bị xay xát, xẻ gỗ, nhuộm vải… Cho đến đầu thế kỷ 19, cùng với sự xuất hiện của máy hơi nước, thiết bị chạy bằng sức gió dần dần bị thay thế Lịch sử con người

đã bước sang thời kỳ mới với những công cụ mới: máy chạy hơi nước

Hình 1.2: Chiếc máy bơm nước chạy bằng sức gió miền Trung Tây nước Mỹ

những năm 1800 [6]

Vào cuối thế kỷ 19, Charles F Brush đã chế tạo chiếc máy phát điện chạy sức gió đầu tiên, và đặt tại Cleveland, Ohio Với đặc điểm: Cánh được ghép thành xuyến tròn, đường kính vòng ngoài 17m; sử dụng hộp giảm tốc với tỉ số truyền 50:1 ghép giữa cánh turbine với trục máy phát; tốc độ định mức của máy phát là 500 vòng/phút; công suất phát định mức là 12kW

Trong những năm tiếp sau, một số mẫu thiết kế khác đã được thực hiện tuy nhiên vẫn không đem lại bước đột phát đáng kể Với mẫu thiết kế của Dane Poul La Cour năm 1891 được thử nghiệm ở Askov, Đan Mạch (hình 1.4) Tuốc bin này có bốn cánh và trục quay nhanh hơn và được sử dụng cho mạng lưới điện thắp sáng ở trường học của ông

Hình 1.3: Máy phát điện sức gió do Charles F.Brush chế tạo, 1888 [7]

Hình 1.4: Tuốc bin gió của Dane Poul La Cour ở Askov, Đan Mạch [7]

Cho đến đầu những năm 1910, đã có nhiều máy phát điện chạy bằng sức gió công suất 25kW được lắp đặt tại Đan Mạch nhưng giá thành điện năng do chúng sản xuất ra không cạnh tranh được với giá thành của các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hoá thạch Mặc dù gặp khó khăn do không có thị trường, những thế

hệ máy phát điện chạy bằng sức gió vẫn tiếp tục được thiết kế và lắp đặt Ví dụ như các máy phát công suất từ 1 đến 3 kW được lắp đặt tại vùng nông thôn của Đồng bằng lớn, Mỹ, vào những năm 1925 hay máy phát Balaclava công suất 100kW lắp đặt tại Nga năm 1931 hay máy phát Gedser công suất 200kW, lắp đặt tại đảo Gedser, đông nam Đan Mạch (hình 1.5)

Hình1.5: Máy phát Gedser, công suất 200kW [8]

Sự phát triển của máy phát điện chạy sức gió trong thời kỳ này có đặc điểm sau:

- Ít về số lượng, lắp đặt rải rác nhưng tập trung chủ yếu ở Mỹ, các nước Tây Âu như Đan Mạch, Đức, Pháp, Anh, Hà Lan;

- Công suất máy phát thấp chủ yếu nằm ở mức vài chục kW

1.1.2 Máy phát điện sức gió trục đứng (VAWTs)

Trong suốt thế kỷ 20, máy phát điện sức gió trục ngang tiếp tục phát triển với nhiều tuốc bin lớn hơn và hiện đại hơn Song song với sự phát triển của máy phát điện sức gió trục ngang thì máy phát điện sức gió trục đứng cũng được phát triển Vào năm 1922, kỹ sư người Phần Lan S.J Savonius đã phát minh ra tuốc bin gió trục đứng Savonius (hình 1.6) Một kỹ sư người Pháp George Darrieus cũng sáng chế ra tuốc bin gió trục đứng kiểu Darrieus, với hai hoặc nhiều cánh linh hoạt được gắn vào phía trên và phía dưới của trục đứng

Hình 1.6: Tuốc bin gió trục đứng Savonius [7]

Trong suốt thập kỷ 70 và 80, ở Canada và Mỹ xây dựng nhiều loại tuốc bin gió trục đứng kiểu Darrieus (hình 1.7) Nó làm việc khá hiệu quả và tin cậy Tuy nhiên, theo báo cáo từ các phòng thí nghiệm quốc tế (Mỹ) thì hệ thống VAWTs không thể cung cấp năng lượng cho các hộ nghèo, và cuối cùng VAWTs được tháo

dỡ vào 1997 Trong những năm 80, công ty FloWind của Mỹ đã được thương mại hóa tuốc bin Darrieus và xây dựng một số nông trại sử dụng tuốc bin gió Trong thời gian đó, tại California cũng vận hành hơn 500 tuốc bin gió trục đứng Năm

1986, Eole đã xây dựng tuốc bin Darrieus cao 96m và là hệ thống lớn nhất với công suất 3,8MW Ở Bắc Mỹ cũng sử dụng loại tuốc bin và điều khiển trực tiếp các máy phát với đường kính 12m Trong 5 năm đã sản xuất ra 12 GWh điện năng và đạt năng lượng tới 2.7 MW Sau đó các tuốc bin này bị sụp đổ vào năm 1993

Hình 1.7:Tuốc bin trục đứng kiểu Darrieus với đường kính 34m [1]

VAWT cánh thẳng là một phát minh có nguồn gốc từ VAWT kiểu Darrieus,

và được gọi là H-rotor (hình 1.8) Ở Anh, kiểu H-rotor được chế tạo bởi Peter Musgrove Kiểu H-rotor lớn nhất được xây dựng ở Anh là 500 kW vào năm 1989 Trong những năm 90, một công ty ở Đức Heidelberg Motor GmbH với sự phát triển của VAWT kiểu H-rotor và đã được xây dựng với công suất 300 kW Các tuốc bin này có máy phát điều khiển trực tiếp với đường kính lớn

Hinh 1.8: VAWT kiểu H-rotor ở Anh [1]

1.1.3 Công suất của gió

Công suất của gió trên một đơn vị thời gian được xác định theo công thức [7]:

0 2

0

2

1

V V

Với  : Khối lượng riêng của không khí (Kg/m3)

Thay biểu thức (1.2) vào (1.1):

0 2 0 0

2 2

1

V V V V A

P       (1.3) Biến đổi biểu thức (1.3):

2

11

2

1

2 0 0

2 0 0

Hình 1.9: Quan hệ giữa hệ số Betz C p và tỷ số vận tốc gió V /0 V [7]

Thấy rằng, công suất phụ thuộc vào lũy thừa 3 của vận tốc gió Do đó, nó chịu ảnh hưởng nhiều đến tốc độ của gió Hơn nữa, nó còn phụ thuộc vào diện tích rotor chặn gió Vì vậy, tác giả trong [7] đưa ra cỡ tuốc bin trên hình 1.10

Công suất từ 10 W – 20 W, đường kính rotor 0,3 – 3 m;

Công suất từ 20 W – 500 W, đường kính rotor 3 – 30 m;

Công suất từ 500 W – 3 W, đường kính rotor rộng đến 100 m

Hình 1.10: Cỡ của tuốc bin gió [7]

Tỷ số vận tốc V 0 /V

1.1.4 Cấu tạo của tuốc bin gió trục đứng

Cấu tạo của tuốc bin gió trục đứng [7] được chỉ ra trên hình 1.11

Hình 1.11: Các bộ phận của tuốc bin gió trục đứng [7]

1.1.4.1 Máy phát

Có nhiều loại máy phát được sử dụng cho tuốc bin gió như: máy phát điện cảm ứng, máy phát điện đồng bộ và máy phát điện không đồng bộ Trong lịch sử, máy phát điện cảm ứng được ứng dụng rất phổ biến [9] Máy phát điện đồng bộ thông thường sử dụng cho rotor có tốc độ quay không đổi, còn máy phát điện cảm ứng có thể sử dụng cho rotor có tốc độ quay thay đổi [7] Sandra Eriksson [1] sử dụng máy phát điện đồng bộ điều khiển trực tiếp cho tuốc bin gió trục đứng Các loại máy phát trên sử dụng cho lưới điện với tần số từ 50 hoặc 60Hz

Đầu trục phía trên

Đầu trục phía dưới

Dây cáp

Máy phát Hộp tăng tốc

Cánh tuốc bin

Máy phát là một phương tiện dùng để biến đổi năng lượng từ cơ năng (mô men xoắn từ rotor của tuốc bin) thành điện năng Máy phát có thể nối trực tiếp với rotor hoặc thông qua hộp tăng tốc

Số vòng quay của máy phát được xác định theo công thức [7]:

p: là số đôi cực từ của máy phát

Máy phát được sử dụng để kết nối với mạng lưới điện 3 pha xoay chiều tần

số 50 Hz, cần sử dụng hai hoặc bốn đôi cực từ với số vòng quay của rotor tuốc bin

là 1500 hoặc 3000 vòng/ phút Nếu số vòng quay của tuốc bin rotor là 30 vòng/ phút thì cần phải sử dụng đến 100 đôi cực từ [7] Thực tế tốc độ của gió rất nhỏ nên số vòng quay của rotor nhỏ Do đó thường sử dụng hộp tăng tốc nối giữa rotor với máy phát để tăng số vòng quay của trục Vì vậy, máy phát mới giảm được số đôi cực từ

và giảm được khối lượng của máy phát

Hình 1.12: Hộp tăng tốc với tỷ số truyền u = 50 [7]

Hộp tăng tốc trong tuốc bin gió không cho phép thay đổi tỷ số truyền giống như hộp số tự động Sự lựa chọn tỷ số truyền của hộp tăng tốc rất quan trọng phụ thuộc vào vận tốc của gió Trên hình 1.13, chỉ ra hộp tăng tốc của tuốc bin gió 1,5

MW

Hình 1.13: Hộp tăng tốc cho tuốc bin gió 1.5 MW [7]

Hệ thống tuốc bin gió ESI-80 với công suất 250 kW được đặt ở California Trên hình 1.14 chỉ ra hộp tăng tốc bánh răng hành tinh với tỷ số truyền u = 30 được

sử dụng cho hệ thống tuốc bin này [10]

Hình 1.14: Hộp tăng tốc dùng cho tuốc bin ESI-80 [10]

Hộp tăng tốc bánh răng hành tinh do hãng KISSsoft chế tạo được chỉ ra trên hình 1.15

Hình 1.15: Hộp tăng tốc bánh răng hành tinh của hãng Kisssoft [11]

Bánh răng

trung tâm

Bánh răng

vệ tinh

Cũng loại hộp tăng tốc bánh răng hành tinh

Hình 1.16: Hộp tăng tốc bánh răng hành tinh [12]

Hình 1.17: Mô hình hộp tăng tốc của hệ thống tuốc bin 1,5 MW:

(a) Mô hình CAD; (b) Mô hình KISSSYS [13]

1.2 Tổng quan về thiết kế và thiết kế tối ƣu máy phát điện sức gió

1.2.1 Một số nghiên cứu về máy phát điện sức gió trục ngang

Nghiên cứu của P Fuglsang, H.A Madsen [14] về phương pháp tối ưu cho roto của tuốc bin gió trục ngang Mục đích của phương pháp này là tạo ra giá thành

Trục của bánh răng trung tâm và trục của máy phát Vành răng trong

Bánh răng vệ tinh

nhỏ nhất của điện gió Ali Vardar and Bulenr Eker [15] cũng đưa ra một thiết kế roto rất quan trọng cho máy phát điện sức gió trục ngang vì nó làm tăng hiệu suất của máy phát điện

Sử dụng mô hình phân tích ngẫu nhiên thiết kế máy phát điện gió trục ngang nhằm đạt được giá thành nhỏ nhất Mô hình này thường ứng dụng cho máy phát điện gió loại nhỏ do tác giả Bernardo Fortunato and Giovanni Mummolo [16] Một nghiên cứu khác của G.R Collecutt, R.G.J Flay [17]về tối ưu các thông

số thiết kế của tuốc bin trục ngang Kết quả cho thấy là giá thành của điện năng nhỏ hơn đến 10% so với thiết kế thông thường với cùng tốc độ gió như nhau

Ở Việt Nam, nghiên cứu có của nhóm nghiên cứu do PGS-TSKH Nguyễn Phùng Quang [18] về thiết kế và chế tạo máy phát điện sức gió công suất 20 kW Nghiên cứu tập trung chủ yếu vào việc xây dựng các bộ điều khiển: bộ điều khiển nạp bank accu, bộ điều khiển công suất phát, bộ nghịch lưu và tích hợp với hệ thống turbine gió và máy phát nhập ngoại Đây là hệ thống turbine kiểu trục ngang, có các thông số kỹ thuật như sau: Dải tốc độ gió hoạt động: 3-14 m/s; tốc độ gió giới hạn:

16 m/s; tốc độ tối đa của cánh tua bin: 160 vòng/phút; đường kính mặt quét cánh tua bin: 10,4 m; công suất phát điện định mức: 20 kW; điện áp điều chế: 380 VAC/220 VAC, tần số 50 Hz; điện áp một chiều trung gian: 120-240 VDC; sử dụng loại tua bin 3 cánh; khối lượng trạm phát điện sức gió: 750 kg; khối lượng hệ thống cột đỡ: 3.500 kg; chiều cao cột đỡ: 30 m; điều khiển hiện trường: DSP loại TMS320F2812 của TI và điều khiển hệ thống: PLC S7-200 của Siemens

1.5.2 Một số nghiên cứu về máy phát điện sức gió trục đứng

B.G Newman and T.M Ngabo [19] thiết kế cánh tuốc bin kiểu cánh buồn của máy phát điện sức gió trục đứng Cũng nghiên cứu về tính toán thiết kế hệ thống cánh tuốc bin gió kiểu trục đứng trong máy phong điện công suất 10KW của tác giả Chu Đức Quyết [3]

Một nghiên cứu của Sandra Eriksson [1] về điều khiển trực tiếp máy phát của tuốc bin gió trục đứng Phương pháp này là thiết kế cấu trúc của máy phát, với mục

đích là tăng khả năng làm việc cho máy phát Với thiết kế này đã được thử nghiệm với máy phát điện sức gió trục đứng công suất 12 kW

Nghiên cứu của Jianhui Zhang [20] về mô hình số của tuốc bin gió trục đứng Mục đích của nghiên cứu này là xây dựng hàm phân bố áp lực trên cánh của tuốc bin dựa trên cơ sở mô hình khí động lực học trong dòng hai chiều Lực của cánh được tính toán bởi sự phân bố áp lực dọc theo đường của cánh

1.5.3 Một số nghiên cứu về hộp tăng tốc của máy phát điện sức gió

Một nghiên cứu của Andrew Firth và Hui Long [21] về sự phát triển của công cụ phần mềm thiết kế cho hộp tăng tốc của hệ thống tuốc bin Phần mềm này rất dễ dàng khi tính toán hộp tăng tốc hành tinh Nó đã được tính toán thử nghiệm cho hộp tăng tốc của hệ thống tuốc bin với công suất 2 MW và máy phát không đồng bộ ba pha với số vòng quay là 1600 vòng/phút

Sự đánh giá về thiết kế hộp tăng tốc cho hệ thống tuốc bin gió được nghiên cứu bởi James F Manwell [10] Sự đánh giá này dựa trên cơ sở đó là sự phân tích hộp tăng tốc sử dụng cho tuốc bin gió ESI-80 với công suất 250 kW Hộp tăng tốc được sử dụng cho hệ thống tuốc bin này là hộp hành tinh đã chỉ ra trên hình 1.14 Kết quả của nghiên cứu này cho thấy: Xác định lực và các đặc điểm của hộp tăng tốc; cung cấp phương pháp để xác định mô men

Nghiên cứu của Ray Hicks MBE [22] về thiết kế tối ưu hộp tăng tốc bánh răng hành tinh của hệ thống tuốc bin gió với khối lượng là nhỏ nhất, độ tin cậy cao

và được kết hợp với giá thành thấp của máy phát Trong nghiên cứu này đã thành công và áp dụng cho hệ thống tuốc bin LS1 3 MW ở Orkney năm 1982 và những năm gần đây đã thử nghiệm vận hành cho hệ thống tuốc bin 3,4 MW ở phía bắc Châu Âu

Cấu trúc của hộp tăng tốc bánh răng hành tinh - loại của bánh răng được sử dụng, số răng, tỷ số truyền, số bánh răng hành tinh, sự phối hợp tỷ số truyền ảnh hưởng đến cỡ của tuốc bin Tác giả trong [23] đã áp dụng việc thay đổi cấu trúc của hộp tăng tốc cho hệ thống tuốc bin 2,0 MW và so sánh trọng lượng của từng phần bánh răng, cỡ của hộp tăng tốc, cỡ và trọng lượng của máy phát

Một nghiên cứu khác về sự so sánh của hệ thống tuốc bin gió khi sử dụng hộp tăng tốc và không sử dụng hộp tăng tốc Các tác giả [24] đã chỉ ra rằng hệ thống tuốc bin gió khi không có hộp giảm tốc sẽ có đường kính rotor của cánh tuốc bin lớn hơn và giá của cả hệ thống tuốc bin thì cao hơn khi sử dụng hộp tăng tốc

Một nghiên cứu của E Spooner [25] đã chỉ ra giá thành của hệ thống tuốc bin trong trường hợp sử dụng hộp tăng tốc và không sử dụng hộp tăng tốc và kết quả cho thấy khi không sử dụng hộp tăng tốc thì giá thành của máy phát tăng rất nhiều lần được chỉ ra trên hình 1.14

(1) công suất hệ thống 660 kW khi sử dụng hộp tăng tốc;

(2)công suất hệ thống 750 kW khi sử dụng và hộp tăng tốc;

(3) công suất hệ thống 1,5 MW khi sử dụng hộp tăng tốc;

(4) công suất hệ thống 600 kW khi không sử dụng hộp tăng tốc;

(5) công suất hệ thống 1,5 MW khi không sử dụng hộp tăng tốc

Như vậy, với nhiều nghiên cứu trước chỉ ra rằng việc sử dụng hộp tăng tốc cho hệ thống tuốc bin gió làm giảm giá thành của máy phát Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào đề cặp đến giá thành của hệ thống bao gồm cả hộp tăng tốc và máy phát

1.3 Kết luận

Máy phát điện sức gió đã ra đời và phát triển từ khá lâu Đến nay, máy phát điện sức gió đã và đang sử dụng ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam Việc sử dụng máy phát điện sức gió càng ngày càng được quan tâm vì đây là nguồn năng lượng dồi dào, rẻ tiền và không gây hại cho môi trường

Cho đến nay có khá nhiều công trình nghiên cứu về thiết kế và thiết kế tối ưu máy phát điện sức gió nói chung và máy phát điện sức gió nói riêng Việc tính toán thiết kế và thiết kế tối ưu hộp tăng tốc của máy phát điện sức gió cũng đã được chú

ý Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào về thiết kế tối ưu hộp tăng tốc cho máy phát điện sức gió nhằm mục tiêu giá thành của hệ thống là nhỏ nhất Chính vì thế cần thiết phải thiết kế tối ưu hộp tăng tốc cho máy phát điện sức gió kiểu trục đứng 10kW

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

2.1 Lựa chọn loại hộp tăng tốc

Tuốc bin gió là một loại máy dùng để biến đổi năng lượng cơ năng của gió thành năng lượng điện năng Các tuốc bin gió thường sử dụng hộp tăng tốc để tăng tốc số vòng quay từ trục đầu vào (quay chậm) nối với trục của cánh tuốc bin tới trục đầu ra (quay nhanh) được nối với máy phát Thông thường hộp tăng tốc được sử dụng cùng với máy phát để chuyển đổi năng lượng cơ học sang điện năng Hơn nữa,

sử dụng hộp tăng tốc thì làm giảm được khối lượng của của máy phát Vì vậy giảm được giá thành của cả hệ thống tuốc bin

Hình 2.1: Hệ thống cơ bản về năng lượng điện gió nói chung [26]

2.1.1 Bộ truyền cơ khí

Với nhiều loại bộ truyền cơ khí và hộp tăng tốc được sử dụng trong tuốc bin gió Các bộ truyền cơ khí hay dùng như: bộ truyền bánh răng truyền chuyển động giữa hai trục song song, bộ truyền bánh răng truyền chuyển động giữa hai trục không song song …v.v

 Bộ truyêng bánh răng truyền chuyển động giữa hai trục song song

Cơ cấu bánh răng là một cơ cấu dùng khớp cao để truyền chuyển động giữa hai trục với tỷ số truyền xác định

Bánh răng trụ răng thẳng (spur gear – hình 2.2): là loại bánh răng có đường sinh của răng song song với đường trục của răng Khi cặp bánh răng ăn khớp, nó tiếp xúc trên toàn bộ chiều rộng của bánh răng b Đây là loại bánh răng đơn giản nhất, do đó việc thiết kế và sản xuất dễ dàng hơn cả

Hình 2.2: Cặp bánh răng trụ răng thẳng [7]

Bánh răng trụ răng nghiêng (helical gear – hình 2.3a): đường sinh của răng nghiêng

so với đường trục của răng một góc  Chiều nghiêng của răng có thể là xoắn phải hoặc xoắn trái Quá trình ăn khớp êm, chiều dài tiếp xúc lớn hơn bánh răng thẳng

Do đó, nó có khả năng chịu tải trọng cao hơn bánh răng thẳng Tuy nhiên, bánh răng nghiêng gây ra lực dọc trục làm cho kết cấu của ổ lớn hơn Để khắc phục được điều này, người ta thiết kế bánh răng chữ V (double helical gear – hình 2.3b)

Hình 2.3: (a) Bánh răng trụ răng nghiêng; (b) Bánh răng chữ V [7]

 Bộ truyêng bánh răng truyền chuyển động giữa hai trục không song song

Bộ truyền bánh răng côn (bevel gear – hình 2.4): thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục giao nhau, góc giữa hai trục thường bằng 900

Hình 2.4: Bộ truyền bánh răng côn [27]

Bộ truyền trục vít bánh vít (worm gear – hình 2.5): để truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau, thường góc giữa hai trục bằng 900 Truyền động trục vít bánh vít với tỷ số truyền rất lớn và có khả năng tự hãm Tuy nhiên, việc chế tạo phức tạp hơn bánh răng nên chỉ sử dụng khi yêu cầu tỷ số truyền lớn và truyền động giữa hai trục chéo nhau

Hình 2.5: Bộ truyền trục vít - bánh vít [28]

2.1.2 Hộp tăng tốc

Có loại hộp tăng tốc sử dụng cho hệ thống tuốc bin gió như: hộp bánh răng hành tinh, hộp bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp khai triển, hộp đồng trục hai cấp, hộp bánh răng 3 cấp răng nghiêng, hộp trục vít – bánh vít v.v

 Hộp bánh răng hành tinh (hình 2.6) Truyền động bánh răng hành tinh phù hợp khi tỷ số truyền lớn, truyền động êm, kích thước nhỏ gọn Tuy nhiên, việc chế tạo và lắp ráp bánh răng hành tinh khó khăn hơn nhiều