NGHIÊN cứu KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ổ KHÍ TĨNH CHO máy PHÁT điện GIÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Do vậy, khí ứng dụng trong các thiết bị, máy móc yêu cầu độ chính xác cao đ ợc xem là một công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi tr ng.. Các lo i khí có một vai trò lớn trong việc nân

v

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii C m t iii

Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các từ viết tắt ix Danh sách các b ng x Danh sách các hình xi Chư ng 1 M Đầu 1.1 Khái quát chung 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 2

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

1.5 Đối t ợng và ph m vi nghiên cứu 3

1.6 Ph ơng pháp nghiên cứu 3

1.7 Bố cục của đề tài 4

Chư ng 2: T ng Quan Về Tr c 2.1 cơ 5

2.1.1 lăn 5

2.1.1.1 Kết cấu lăn 6

2.1.1.2 Phân lo i lăn 7

vi

2.1.1.3 u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của lăn 8

2.1.2 tr ợt 9

2.1.2.1 Kết cấu tr ợt 9

2.1.2.2 Phân lo i tr ợt 10

2.1.2.3 u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của tr ợt 10

2.2 từ 11

2.2.1 Kết cấu từ 12

2.2.2 Nguyên lý ho t động 13

2.2.3 u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của từ 13

2.3 thủy 13

2.3.1 thủy tĩnh 14

2.3.2 thủy động 15

2.4 khí 16

2.4.1 khí tĩnh 18

2.4.2 khí động 14

2.5 Các nghiên cứu trong và ngoài n ớc 20

2.5.1 Các nghiên cứu ngoài n ớc 20

2.5.2 Các nghiên cứu trong n ớc 23

2.6 Định h ớng nghiên cứu 23

C hư ng 3: C S LÝ THUY T 24

3.1 Tua-bin gió 24

3.1.1 Các kiểu tua-bin gió 24

vii

3.1.1.1 Tua-bin gió trục ngang 24

3.1.1.2 Tua-bin gió trục đứng 30

3.1.2 kết luận 34

3.1.3 Định luật bezt ứng dụng trong thiết kế cánh qu t 34

3.1.3.1 Hệ số công suất cp 35

3.1.3.2 Tỉ số tốc độ gió đầu cánh 38

3.1.3.3 Số cánh qu t 39

3.1.4 lực tác dụng lên rotor 39

3.2 Cơ sở lý thuyết về dòng ch y chất khí 42

3.2.1 Dòng ch y qua các tấm phẳng song song 42

3.2.2 Dòng ch y trong chặn khí tĩnh 45

3.2.3 Dòng ch y của chất khí xuyên qua các lỗ nhỏ 48

3.3 Cơ sở tính toán thiết kế đỡ khí tĩnh 50

3.4 Vật liệu chế t o khí 53

3.4.1 Kim lo i 54

3.4.2 Gốm sứ và s n phẩm của luyện kim bột 55

3.4.3 Vật liệu dẻo 55

Chư ng 4: Yêu Cầu VƠ Phư ng Án Thi t K 57

4.1 Tua-bin gió 57

4.2 Đề xuất ph ơng án thiết kế máy phát điện gió 57

4.3 Ph ơng án thiết kế đỡ khí tĩnh 60

4.3.1 Đề xuất ph ơng án bố trí khí tĩnh 61

viii

4.3.2 Đề xuất kết cấu đỡ khí tĩnh 62

4.3.2 Đề xuất kết cấu chặn khí tĩnh 64

Chư ng 5: Thi t K Khí Tĩnh 66

5.1 Thiết kế đỡ 67

5.2 Tính toán chặn 77

Chư ng 6: Ch T o, Thử Nghiệm VƠ Đánh Giá 82

6.1 Chế t o và lắp ráp khí 82

6.1.1 Quá trình chế t o 82

6.2 Dụng cụ hỗ trợ thí nghiệm và kiểm tra 86

6.3 Quá trình thử nghiệm 88

6.3.1 Thử nghiệm chặn khí tĩnh 88

6.3.2 Thử nghiệm đỡ khí tĩnh 89

Chư ng 7: K t lu n và ki n nghị 91

7.1 Kết luận 91

7.2 Kiến nghị 91

Tài Liệu Tham Kh o 98

ix

DANH SÁCH CÁC T VI T T T

CMM: Coordinate Measuring Machine

VAWT: Vertical Axis Wind Turbine

HAWT: Hozirontal Axis Wind Turbine

LCC: Load Carrying Capacity

MGV: Maximum Gas Velocity

MFR: Mass Flow Rate

x

DANH SÁCH CÁC B NG

B ng 3.1: Giá trị Kgo tối u t i các giá trị khác nhau của  52

B ng 5.2: nh h ởng của chiều dài lỗ cấp khí 75

xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: M ột s cơ điển hình 5

Hình 2.2: Hình nh th ực tế của lă 6

Hình 2.3: K ết cấu lăn 6

Hình 2.4: Các lo i lăn 8

Hình 2.5 : M ột s lo i ỏrượỏ ỏhường dùng 9

Hình 2.6: K ết cấu ỏrượt 9

Hình 2.7: Các d ng ỏrượt 10

hình 2.8: Hình d ng t ừ trong thực tế 12

Hình 2.9: K ết cấu của từ 12

Hình 2.10: Hình d ng c ủa thủỔ ỏĩnh 14

Hình 2.11: K ết cấu thủỔ ỏĩnh 14

Hình 2.12: K ết cấu của khí 17

Hình 1.13: B trí các l ỗ cấp khí 18

Hình 1.14 : Đường cong phân b áp suất 19

Hình 1.15: Hình nh th ực tế của khí ỏĩnh 19

Hình 2.16: khí động 20

Hình 2.17: Hình d ng khí ỏĩnh hình cầu 20

Hình 2.18: Độ chính ồác đ ỏ được t i 600 vòng/phút 21

Hình 2.19: Sơ đ thí nghiệm 21

Hình 2.20: ch ặn khí ỏĩnh 22

xii

Hình 2.21: Mô hình th ực nghiệm 22

Hình 3.1: Tua- bin đón gió ỏừ phía saỐ 24

Hình 3.2: Tua- bin đón gió ỏừ phía ỏrước 24

Hình 3.3: CấỐ ỏ o của ỏỐa-bin gió ỏrục ngang 25

Hình 3.4: MaỔơ của hệ ỏh ng cánh 27

Hình 3.5: Mộỏ s hình d ng ốà đường kính cách qỐ ỏ 28

Hình 3.6: Những biên d ng cánh khác nhaỐ của cánh qỐ ỏ 28

Hình 3.7: Tua- bin gió ỏrục ngang sử dụng ỏrong ỏhực ỏế 29

Hình 3.8: CấỐ ỏ o của mộỏ ỏỐa-bin gió ỏrục đứng điển hình 30

Hình 3.9: ảai kiểỐ ỏỐa-bin gió ỏrục đứng điển hìn 32

Hình 3.10: Tua-bin gió Savonius 32

Hình 3.11: Tua-bin gió Darrieus 34

Hình 3.12: ng động lực học Beổỏ ỏrong điều kiện lý ỏưởng 36

Hình 3.13: Lực ỏác dụng lên cánh 40

Hình 3.14: Ảiá ỏrị c n gió của mộỏ s hình d ng hình học 42

Hình 3.15: Dòng ch y c ủa chất khí giữa các tấm song song 43

Hình 3.16: ch ặn có một lỗ cấp khí ở tâm 45

Hình 3.17: ch ặn hình khuyên có nhiều lỗ cấp khí 47

Hình 3.18: M i quan h ệ giữa c D và K 49

Hình 3.19: Phân b áp su ất trong khí 50

Hình 3.20: M i quan h ệ giữa kh năng chịu t i và tỉ s lệch tâm 51

Hình 3.21: M i quan h ệ giữa K go và kh năng chịu t i 51

xiii

Hình 3.22: Các lo i l ỗ cấp khí 52

Hình 4.1: Ý ỏưởng ỏhiếỏ kế máỔ pháỏ điện gió ỏrục đứng công sỐấỏ nh 57

Hình 4.2: Kết cấu máỔ pháỏ điện gió ỏrục đứng công sỐấỏ nh 57

Hình 4.3: Sơ đ phân ỏích lực ỏác động lên ỏrục roỏor ốà 58

Hình 4.4: Các ỏhông s ỏhiếỏ kế cơ b n 59

Hình 4.5: MáỔ pháỏ điện gió ỏrục đứng công sỐấỏ nh hoàn chỉnh 59

Hình 4.6: Phương án b ỏrí khí ỏĩnh 61

Hình 4.7: Kếỏ cấỐ đỡ khí ỏĩnh Phương án1 62

Hình 4.8: Kếỏ cấỐ đỡ khí ỏĩnh Phương án 2 62

Hình 4.9: Kếỏ cấỐ đỡ khí ỏĩnh Phương án 3 63

Hình 4.10: Hai lo i ch ặn điển hình 64

Hình 4.11: ch ặn có trục xuyên qua 64

Hình 5.1: Các ỔếỐ ỏ ỏương ỏác ỏrong ỏhiếỏ kế khí 65

Hình 5.2: M i quan h ệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ L/D 66

Hình 5.3: M i quan h ệ giữa đường kính lỗ cấp khí t i ưỐ ốà khe hở 67

Hình 5.4: V ị ỏrí đặt lỗ cấp khí 68

Hình 5.5: M i quan h ệ giữa C L và v ị ỏrí đặt lỗ cấp khí 69

Hình 5.6: nh hưởng của s lỗ cấp khí mỗi hàng tới kh năng ỏ i 70

Hình 5.7: nh hưởng của đường kính lỗ cấp khí tới s lượng lỗ 70

Hình 5.8: nh hưởng của chiều dài tới kh năng ỏ i 71

Hình 5.9: nh hưởng của khe hở giữa tới t i trọng 72

Hình 5.10: M i qỐan hệ giữa áp sỐấỏ cấp, đường kính lỗ cấp khí ỏới độ cứng 72

xiv

Hình 5.11: M i qỐan hệ giữa áp sỐấỏ cấp ốà kh năng ỏ i 73

Hình 5.12: M i qỐan hệ giữa khe hở ốà độ cứng của 73

Hình 5.13 Các ỏhông s lỗ cấp khí 74

Hình 5.14: M i qỐan hệ giữa L, D ốà lưỐ lượng dòng khí 76

Hình 5.15: M i quan h ệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ áp suất 76

Hình 5.16 : M i qỐan hệ giữa ỏỉ lệ b/a ốà C L 78

Hình 5.17: M i qỐan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí ốà khe hở ốà ỏỉ lệ b/a 79

Hình 5.18: M i qỐan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí ốà s lỗ 80

Hình 5.19: Các ỏhông s cơ b n của chặn 80

Hình 5.20: LưỐ lượng dòng khí cấp 81

Hình 6.1: Mô hình khí ỏĩnh được thiết kế ban đầu 82

Hình 6.2: Ch ế t o đỡ khí ỏĩnh 83

Hình 6.3: T ấm phẳng liên kết với trục chính 84

Hình 6.4: Ch ế t o chặn 84

Hình 6.5: Tr ục chính 85

Hình 6.6: L ỗ cấp khí 85

Hình 6.7: Đầu n i khí 86

Hình 6.8: khí sau khi l ắp ráp 86

Hình 6.9: Thi ết bị đo lưỐ lượng 86

Hình 6.10: Thi ết bị đo ốà điều chỉnh áp suất 87

Hình 6.11: Đ ng h so mytast 1/1000 87

Hình 6.12: Mô hình th ử nghiệm 88

xv

Hình 6.13: Ki ểm nghiệm sự ho ỏ động của chặn 89

Hình 6.14: Ki ểm nghiệm sự ho ỏ động của đỡ 90

Hình 6.15: Ki ểm nghiệm sự ho ỏ động của hệ th ng 91

- 1 -

Ch ơng 1

1.1 Khái quát chung

Trong các máy móc có chuyển động t ơng đối, trục là một bộ phận r t quan

trọng giúp cho các trục có thể thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến một cách

dễ dàng nh gi m thiểu đ ợc ma sát Trong thực tiễn, trục có r t nhiều lo i nh ng có

thể chia làm hai lo i là có tiếp xúc và không có tiếp xúc Lo i có tiếp xúc ph biến là các lo i lăn cơ khí, tr ợt cơ khí,… với chức năng đỡ trục khi chuyển động quay

hoặc tịnh tiến hoặc chức năng chặn chuyển động theo chiều dọc trục Các lo i cơ khí này đang đ ợc sử dụng r t rộng rãi trong công nghiệp cũng nh đ ợc ứng dụng trong các s n phẩm gia dụng Lo i trục không có tiếp xúc là các lo i khí, thuỷ lực, từ,

hỗn hợp,…

Khác với các lo i trục cơ khí, khí sử dụng áp lực của khí nén áp su t cao để nâng/chặn trục khi thực hiện chuyển động quay hay tịnh tiến mà không có sự tiếp xúc

giữa phần tĩnh và phần động Do vậy, khí ứng dụng trong các thiết bị, máy móc yêu

cầu độ chính xác cao đ ợc xem là một công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi

tr ng Các lo i khí có một vai trò lớn trong việc nâng cao tốc độ quay cho các trục

và có thể ho t động đ ợc trong những môi tr ng đặc biệt mà các hệ truyền động sử

dụng trục cơ khí không thể làm việc hoặc làm việc với chi phí b o d ỡng cao Những nghiên cứu về khí th ng tập trung chủ yếu t i các n ớc phát triển nh Nhật, Mỹ, Pháp, Đức,… Ngày nay, khí cũng đang là v n đề đ ợc nhiều quốc gia quan tâm nh Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, cộng hòa Séc,

Do tính phực t p cũng nh yêu cầu cao trong việc chế t o nên các lo i này ch a

đ ợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Hiện nay, khí đ ợc sử dụng chủ yếu trong

- 2 -

các máy đo hoặc các máy yêu cầu độ chính xác r t cao (nh các máy CNC chính xác cao, máy mài siêu tinh xác,…) và đang đ ợc nghiên cứu để hoàn thiện

1.2 Tính c p thi t c ủa đề tài

Cùng với xu h ớng phát triển của nền công nghiệp hóa hiện nay, các thiết bị máy móc hiện đ i cần thực hiện đ ợc tốc độ vòng quay lớn, n định, độ chính xác truyền động cao; hoặc có thể làm việc trong các môi tr ng khắc nghiệt nh : nhiệt độ r t cao

hoặc r t th p, áp su t làm việc cao, gi m thiểu tiêu hao công su t do ma sát; hoặc yêu

cầu không đ ợc rò rỉ dầu bôi trơn vào s n phẩm nh trong lĩnh vực l ơng thực thực

phẩm…

Với sự định h ớng đó, đề tài “ Nghiên cứu kh năng ứng dụng khí ỏĩnh ỏrong

máỔ pháỏ điện gió công suất nh ” đư đ ợc triển khai với mục đích tăng hiệu su t phát

điện của máy phát điện gió thông qua biện pháp làm gi m ma sát lăn của trục quay khi

sử dụng khí tĩnh Từ đó, giúp máy phát điện gió có thể ho t động với vận tốc gió nhỏ

đ a đến kh năng ứng dụng trong thực tiễn cao

1.3 ụ nghĩa khoa học và thực ti n của đề tài

Ý nghĩa ỏhực tiễn

khí đang là v n đề nghiên cứu mới Việt Nam Có r t ít các công trình nghiên cứu liên quan đến khí trong những năm gần đây Việt Nam khí giúp nâng cao hiệu su t cho các hệ truyền động nh gi m thiểu đ ợc ma sát trong nên gi m thiểu kh năng gây ra rung động do ma sát giữa phần quay (ngõng trục), phần tĩnh (phần đỡ), cho phép nâng cao độ chính xác truyền động của các thiết bị máy móc, đáp ứng đ ợc yêu cầu của những máy móc vận hành với số vòng quay lớn

Nghiên cứu về khí tĩnh giúp chúng ta tự chủ đ ợc công nghệ, gi m sự phụ thuộc vào n ớc khác và tiết kiệm chi phí một cách đáng kể

Ý nghĩa khoa học

Phân tích, t ng hợp, xây dựng đ ợc cơ s lý thuyết về tính toán, thiết kế khí

Đề xu t đ ợc kết c u khí có kh năng ứng dụng trong công nghiệp

- 3 -

Tính toán, mô phỏng, xác định kết c u khí tĩnh thử nghiệm cho máy phát điện gió trục đứng công su t nhỏ

Đề xu t ph ơng pháp tính toán, mô phỏng, thiết kế một khí công nghiệp

Từ kết qu của đề tài này sẽ làm cơ s nền t ng cho những đề tài tiếp theo nhằm phát triển và hoàn thiện hơn về khí

1.4 M c tiêu nghiên c u c ủa đề tài

Nghiên cứu, xây dựng cơ s lý thuyết tính toán, thiết kế khí

Nghiên cứu ứng dụng khí tĩnh để thay thế cho các lăn truyền thống sử dụng trong máy phát điện gió công su t nhỏ

Thử nghiệm kh năng sử dụng khí tĩnh vào công nghiệp trên diện rộng

1.5 Đối tư ng và ph m vi nghiên c u

Đ i ỏượng nghiên cứu

Các lo i trục th ng sử dụng trong công nghiệp nh lăn, chặn;

khí tĩnh và các lo i có liên quan;

Máy phát điện gió (tua-bin gió) trục đứng công su t nhỏ

Ph m vi nghiên c ứu

Đề tài tập trung nghiên cứu về:

khí tĩnh (có ngu n áp bên ngoài cung c p)

Tính toán, thiết kế và chế t o thử nghiệm khí tĩnh cho tua-bin gió trục đứng công su t nhỏ

Đề tài đ ợc chia làm 6 ch ơng với các nội dung nh :

Lý do chọn đề tài, tính c p thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, đối t ợng, ph m

vi và mục tiêu nghiên cứu đ ợc trình bày trong ch ơng 1

Ch ơng 2 trình bày t ng quan về trục và ứng dụng của các lo i trục Các nghiên cứu trong và ngoài n ớc liên quan đến khí tĩnh, đến đề tài và các định h ớng nghiên cứu

Cơ s lý thuyết về năng l ơng gió, cơ s tính toán hệ thống tua-bin gió trục đứng công su t nhỏ; cơ s lý thuyết về khí tĩnh, hệ thống công thức để tính toán, thiết

kế khí tĩnh đ ợc giới thiệu ch ơng 3

Ch ơng 4 nêu các ý t ng và gi i pháp thiết kế máy phát điện gió trục đứng công su t nhỏ, kết c u khí tĩnh dùng cho máy phát điện gió trục đứng công su t nhỏ

Thiết kế các thông số của khí, các mối quan hệ, những sự nh h ng giữa các thông số, giữa các thông số đến kh năng ho t động của khí đ ợc thể hiện trong

tr ơng 5

Ch ơng 6 đề cập đến các kết qu chế t o thử nghiệm khí tĩnh, các thực nghiệm trên thực tế và kết qu phân tích đánh giá

- 5 -

Ch ơng 2

T NG QUAN V TR C

trục là một chi tiết máy đ ợc dùng ph biến trong nhiều lo i máy móc, thiết bị,

hệ thống s n xu t,… Các trục giúp cho các trục có thể thực hiện chuyển động quay

hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nh gi m thiểu đ ợc ma sát, qua đó nâng cao hiệu su t

sử dụng của máy móc, thiết bị trục có nhiều lo i nh cơ, từ, thuỷ, khí và các

lo i kết hợp,…

2.1 c

cơ là một lo i trục với các phần tử truyền động là các phần tử cơ khí cơ là

một bộ phận của gối trục có nhiệm vụ tiếp nhận các t i trọng từ nhiều h ớng tác động tới và giữ cho trục quay hoăc tịnh tiến một cách n định cơ th ng đ ợc phân lo i theo đặc tính ho t động hoặc theo d ng ma sát,… Trong thực tế th ng đ ợc phân lo i theo d ng ma sát và đ ợc chia thành các lo i nh : lăn, tr ợt

Hình 2.1: M ột s cơ điển hình

2.1.1 lăn (Rolling Bearing)

lăn là một d ng của cơ (hình 2.2), đây là cơ c u cơ khí giúp gi m thiểu lực

ma sát bằng cách chuyển ma sát tr ợt của hai bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển động

Vòng trong (2) và vòng ngoài (1) th ng có rãnh, vòng trong (2) lắp với ngõng

trục, vòng ngoài (1) lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy) Th ng chỉ vòng trong (2)

- 7 -

cùng quay với trục còn vòng ngoài (1) đứng yên, nh ng cũng có khi vòng ngoài (1) quay cùng trục còn vòng trong (2) đứng yên (nh lăn trong bánh xe của các lo i ô tô – máy kéo)

Con lăn (3) có thể là bi hoặc đũa lăn trên rưnh lăn Rưnh có tác dụng gi m bớt ứng

su t tiếp xúc của bi, h n chế bi di động dọc trục

Vòng cách (4) giữ cho hai con lăn kề nhau cách nhau một kho ng cố định, nếu không chúng có thể tiếp xúc nhau và làm cho con lăn bị mài mòn r t nhanh

2.1.1.2 Phân lo i lăn

lăn chủ yếu đ ợc chia thành các nhóm theo các tiêu chí sau [3]:

- Dựa vào kh năng chịu lực h ớng tâm hay h ớng trục hoặc c hai: đỡ, đỡ

chặn, chặn, chặn đỡ (hình 2.4a)

- Theo hình d ng con lăn có thể chia thành bi và đũa (hình 2.4b)

- Theo số dưy con lăn có thể chia thành một dãy, hai dãy, bốn dãy (hình 2.4c)

- Theo cỡ đ ng kính ngoài của lăn (có cùng đ ng kính trong) chia ra các

lo i lăn cỡ đặc biệt nhẹ, r t nhẹ, nhẹ, trung bình và nặng

- Theo cỡ chiều rộng lăn đ ợc chia ra: hẹp, bình th ng, rộng, r t rộng

- 8 -

Hình 2.4: Các lo i lăn

2.1.1.3 u như c điểm và ph m vi ng d ng

lăn có r t nhiều u điểm nh :

Hệ số ma sát nhỏ, mô men c n sinh ra khi m máy cũng ít hơn so với tr ợt

do đó hiệu su t tăng lên và nhiệt sinh ra ít Ngoài ra hệ số ma sát t ơng đối n định (ít

chịu nh h ng của vận tốc) cho nên có thể dùng lăn làm việc với vận tốc r t th p

Chăm sóc và bôi trơn đơn gi n, ít tốn vật liệu bôi trơn, có thể dùng mỡ bôi trơn

Kích th ớc chiều rộng lăn nhỏ hơn chiều rộng tr ợt có cùng đ ng kính ngõng trục

Mức độ tiêu chuẩn hóa và tính lắp lẫn cao, do đó thay thế thuận tiện, giá thành

chế t o t ơng đối th p khi s n xu t lo t lớn [3]

Tuy nhiên lăn cũng có nh ợc điểm nh :

Kích th ớc h ớng kính lớn

Lắp ghép t ơng đối khó khăn

Làm việc có nhiều tiếng n, kh năng gi m ch n kém

Lực quán tính tác dụng lên các con lăn khá lớn khi làm việc với vận tốc cao Giá thành t ơng đối cao nếu s n xu t với số l ợng ít

- 9 -

lăn đ ợc dùng ph biến trong r t nhiều lo i máy: máy cắt kim lo i, máy điện, ô

tô, máy bay, máy kéo, máy nông nghiệp, cần trục, máy xây dựng, trong hộp gi m tốc, trong các cơ c u máy,…

2.1.2 trư t (Plain Bearing)

tr ợt, t ơng tự nh lăn, là một d ng của trục dùng để đỡ các chi tiết quay Thông th ng thì trục quay còn đứng yên nên khi làm việc bề mặt ngõng trục tr ợt trên bề mặt của tr ợt và ma sát sinh ra trên bề mặt làm việc là ma sát tr ợt [2]

- 10 -

Thân có thể liền với thân máy Tùy vào kết c u của thân có thể chia ra nguyên khối (hình 2.6 a) hoặc r i (hình 2.6 b) nguyên khối có thân và ống lót là các chi tiết nguyên; r i (hình 2.6 b) có thân và ống lót là hai chi tiết r i: thân (1)

đ ợc nối với nắp (2) bằng mối ghép bulông (3) Lót g m hai phần: phần d ới (5)

và phần trên (4) Cũng có thể sử dụng lót g m nhiều m nh r i ghép l i

2.1.2.2 Phân lo i trư t

tr ợt chủ yếu đ ợc phân lo i theo các tiêu chí sau:

Theo kh năng chịu t i bao g m các lo i: tr ợt đỡ (hình 2.7a, c), tr ợt chặn (hình 2.7e), tr ợt đỡ chặn (hình 2.7b, d)

Theo hình d ng bề mặt làm việc g m: mặt trụ (hình 2.7a), mặt cầu (hình 2.7b),

- 11 -

Làm việc có độ tin cậy cao khi vận tốc lớn mà khi đó lăn sẽ có tu i thọ th p Chịu đ ợc t i trọng động và va đập nh vào kh năng gi m ch n của màng dầu bôi trơn

Kích th ớc h ớng kính t ơng đối nhỏ

Làm việc êm

Khi trục quay chậm có kết c u đơn gi n

Tuy nhiên tr ợt cũng có những nh ợc điểm nh :

Yêu cầu chăm sóc b o d ỡng th ng xuyên, chi phí lớn về dầu bôi trơn

T n th t lớn về ma sát khi m máy, dừng máy và khi bôi trơn không tốt [2]

Hiện nay trong ngành chế t o máy tr ợt ít đ ợc sử dụng hơn lăn, tuy nhiên trong một số tr ng hợp d ới đây dùng tr ợt có nhiều u điểm hơn:

Khi trục quay với vận tốc r t cao, nếu dùng lăn, tu i thọ của sẽ th p

Khi yêu cầu ph ơng của trục ph i r t chính xác tr ợt g m ít chi tiết nên dễ

chế t o chính xác cao và có thể điều chỉnh đ ợc khe h

Trục có đ ng kính khá lớn (đ ng kính ≥ 1m), trong tr ng hợp này nếu dùng lăn, việc chế t o sẽ r t khó khăn

Khi cần ph i dùng ghép để dễ tháo lắp

Khi ph i làm việc trong những điều kiện đặc biệt (trong n ớc, trong các môi

tr ng ăn mòn m nh,…), vì có thể tr ợt có thể đ ợc chế t o bằng các vật liệu nh cao su, gỗ, ch t dẻo,… thích hợp với môi tr ng làm việc

Khi có t i trọng va đập và dao động, tr ợt làm việc tốt nh kh năng gi m

- 12 -

chuyển động nh vào lực từ tr ng [1]

Hình 2.8 : Hình d ng c ủa từ trong thực tế

2.2.1 K t c u

từ có c u t o t ơng tự nh một động cơ điện, tuy nhiên thay vì t o ra mômen

xoắn để quay rotor nó l i t o ra một lực để nâng rotor [1]

C m biến kho ng cách Stator Rotor

Ngu n dòng

Hệ thống điều khiển

- 13 -

2.2.2 Nguyên lý ho t động

Khi c p điện vào các cuộn dây của stator, thì các cuộn dây sẽ sinh ra một lực điện

từ, và chính lực điện từ này nâng ngõng trục (rotor) quay không tiếp xúc với stator Khe h t o thành khi nâng rotor cách stator một kho ng thông th ng là 0,5 – 2 mm Các c m biến không tiếp xúc sẽ đo độ sai lệch giữa vị trí ta mong muốn với vị trí thực

của rotor và cung c p tín hiệu tới bộ điều khiền để hiệu chỉnh khe h theo mong muốn

bằng cách điều chỉnh điện áp vào từng cuộn dây [1]

Tăng hiệu su t của truyền động nh chuyển động không có ma sát

Thân thiện với môi tr ng do không có bộ phận bôi trơn

Kh năng làm việc với tốc độ cao

Kh năng lo i bỏ các rung động khi chuyển động

Kh năng làm việc trong các môi tr ng khắc nghiệt

Tuy nhiên từ cũng có nh ợc điểm là bộ điều khiển phức t p, giá thành cao

từ th ng đ ợc dùng trong các hệ thống truyền động và máy phát điện,… Yêu cầu

b o d ỡng trục th ng xuyên Trong các dây chuyền chế biến thực phẩm và d ợc phẩm, các thiết bị làm việc trong các điều kiện môi tr ng đặc biệt nh là nhiệt độ r t cao và r t th p cũng nh là trong điều kiện chân không, bôi trơn cơ luôn là v n đề

khó khăn [1]

2.3 thủy (Fluid Bearing)

thủy dùng áp lực của lớp dung dịch bôi trơn (th ng là dầu) để ngăn cách sự tiếp xúc của trục và nhằm làm gi m ma sát trong , thuỷ th ng đ ợc chia thành 2

- 14 -

lo i: thuỷ tĩnh và thuỷ động Các lo i thuỷ th ng đ ợc sử dụng trong các máy đòi hỏi truyền động chính xác cao, vận tốc lớn

2.3.1 thuỷ tĩnh (Hydrostatic Bearing)

thủy tĩnh là lo i làm việc chế độ bôi trơn ớt có đặc điểm cơ b n là trong quá trình làm việc ngõng trục luôn luôn đ ợc đặt trên một đệm dầu có áp lực cao Quá trình ho t động không có hiện t ợng tiếp xúc trực tiếp giữa trục và b c, ma sát giữa các

lớp dầu r t nhỏ có hệ số ma sát kho ng 1.10-5– 6.10-5 Chính đặc điểm này đư nâng cao

tu i thọ và độ tin cậy của thiết bị (hình 2.10) [5]

Hình 2.10: Hình d ng c ủa thủỔ ỏĩnh

Kết c u thủy tĩnh khác hẳn các lo i tr ợt, lăn Trên đ ợc khoét những

bu ng chứa đựng dầu có áp su t làm việc cao, hình d ng các bu ng quyết định chế độ làm việc của và chia làm hai lo i chính: đỡ thủy tĩnh và chặn thủy tĩnh

a) th ủy ỏĩnh chỉ chịu lực dọc trục b) th ủỔ ỏĩnh chịu lực dọc trục ốà hướng kính

Hình 2.11: K ết cấu thủỔ ỏĩnh [5]

- 15 -

thủy tĩnh có những u điểm đặc biệt mà các lo i khác không có [5]:

Hệ số ma sát r t nhỏ, kho ng 1.10-5– 6.10-5

Kh năng chịu t i cao ngay c những vùng có vận tốc th p

Kh năng chống rung cao giúp tăng tu i thọ và độ tin cậy của thiết bị

Thiết bị ch y êm khi kh i động và thay đ i tốc độ

Tuy nhiên, thủy tĩnh cũng còn có những nh ợc điểm sau [5]:

Kết c u phức t p

Hệ thống c p dầu cao áp c ng kềnh

Giá thành cao

Yêu cầu chế t o chính xác cao

thủy tĩnh đư đ ợc ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, máy móc đòi hỏi yêu cầu cao về vận tốc, t i trọng lớn Trong ngành chế t o máy công cụ thủy tĩnh đư đ ợc ứng dụng vào ụ trục chính máy mài, máy tiện, máy nghiền,…

2.3.2 thuỷ động (Hydro-Dynamic Bearing)

thủy động dựa trên nguyên lý hình thành chêm dầu trong khe hẹp Bôi trơn

thủy động sẽ x y ra khi trục có t i trọng nhỏ và quay với vận tốc lớn Dầu đ ợc rút vào

giữa hai bề mặt và ch y thành lớp, bề dày lớp dầu lớn hơn độ nh p nhô của các bề mặt Chế độ bôi trơn này r t hiệu qu vì gi m tối đa ma sát giữa hai bề mặt kim lo i, chỉ còn

ma sát nhớt của các lớp dầu [32]

Bề dày tối thiểu của lớp dầu bôi trơn ph i lớn hơn bề dày của màng dầu tối thiểu

h0= 0.00025D, với D là đ ng kính ngõng trục [31]

Trong đỡ thuỷ động, khi trục chuyển động d ới tác động của t i trọng t o nên

áp su t tác dụng lên dầu bôi trơn làm cho trục quay không đ ng tâm với ống lót

Kho ng dich chuyển của tâm trục so với tâm ống lót gọi là độ lệch tâm (eccentriety), vị

trí lệch tâm của trục so với kho ng trống ống lót phụ thuộc vào t i trọng tác động Giá trị độ lệch tâm thay đ i cho đến khi t i trọng đ ợc cân bằng với áp su t do dầu bôi trơn

- 16 -

sinh ra Khi áp su t màng dầu đ ợc sinh ra cân bằng với t i theo h ớng kính, lúc này ngõng trục sẽ chuyển động lơ lững trong lớp dầu bôi trơn [31]

2.4 khí (Air Bearing)

khí là một sử dụng màng không khí mỏng áp su t cao để nâng đỡ ngõng trục

Màng khí có đ ợc là nh vào ngu n khí đ ợc cung c p bên ngoài hoặc do sự chuyển động t ơng đối giữa ngõng trục và vòng ngoài t o nên sự thay đ i áp su t bên trong khí g m có ba lo i: khí tĩnh (aerostatic bearing), khí động (aerodynamic bearing)

và khí kết hợp (hybrid bearing)

Lịch sử phát triển của khí qua các giai đo n nh sau [30]:

- Năm 1854 Hirn sử dụng một lớp không khí mỏng áp su t cao để làm gi m ma

sát trong các máy móc

- Năm 1897 Kingsbury đư thực hiện một cuộc thí nghiệm với một đỡ đ ng

kính 6 inch (152,4 mm) dựa trên dòng không khí áp su t cao đ ợc cung c p từ bên ngoài Thí nghiệm đư gặp ph i tr ng i và ch a gi i quyết đ ợc cách để đ t đ ợc kho ng cách khe h giữa lỗ và trục là 0.005 inch (0.127 mm)

- Năm 1904 G Westinghouse đ ợc c p bằng sáng chế về chặn bằng khí sử dụng

trong một tua-bin hơi n ớc thẳng đứng

- Năm 1950 – 1960 phòng thí nghiệm quốc gia Mỹ triển khai nghiên cứu sâu về

khí với định h ớng đây là một công nghệ quan trọng trong việc đáp ứng các nhu cầu về

độ chính xác của bộ quốc phòng và ngành công nghiệp điện h t nhân Đây là nơi đầu tiên áp dụng khí để làm tăng độ chính xác trong máy công cụ và cũng đư phát triển thành công lo i khí có nhiều lỗ nhỏ phân bố đều trên bề mặt ( Porous air bearings)

- Năm 1965 khí đ ợc coi là một cuộc cách m ng trong các máy đo tọa độ CMM

(Coordinate Measuring Machine) Russ Shelton đ ợc biết đến nh là cha đẻ của CMM, ông sử dụng khí có nhiều lỗ nh phân b đều (Porous air bearings) trên máy CMM ông đư chế t o ra cách đây hơn 40 năm Một số máy vẫn còn đ ợc sử dụng cho đến ngày nay

- 17 -

- Năm 1970 công ty IBM th ơng m i hoá công nghệ khí trong công nghệ đỡ

trục chính mang đĩa cứng để s n xu t đĩa cứng lớn Hiện nay, ngành công nghiệp

đĩa cứng vẫn dựa gần nh hoàn toàn vào công nghệ này

- Năm 1982 công ty Sheffield đư phát triển một lo i khí chuyên dùng trong các

máy CMM

- Năm 1984 một dây chuyền s n xu t khí tiêu chuẩn đầu tiên đ ợc giới thiệu

b i công ty Aeolus Air Bearings ti ền thân của New Way Air Bearings ngày nay

- Năm 1987 khí đ ợc sử dụng trong các s n phẩm th ơng m i

a) khí ỏĩnh b) khí động

Hình 2.12: K ết cấu của khí

Kết c u của khí khá đơn gi n (hình 2.12), chỉ bao g m vòng ngoài Tùy thuộc vào khí tĩnh hay khí động mà có hay không hệ thống c p khí

khí có r t nhiều u điểm nh [5]:

Kh năng làm việc trong kho ng nhiệt độ rộng

khí đ ợc ứng dụng r t đa d ng trong công nghiệp bao g m: máy chính xác, máy đo tọa độ, các máy móc sử dụng trong y tế, máy tiện kim c ơng, trong tua-bin, thiết bị đo và kiểm tra,…

2.4.1 khí tĩnh (Aerostatic bearing)

khí tĩnh sử dụng một màng mỏng không khí đ ợc dẫn vào kho ng trống giữa

bề mặt của khí và ngõng trục thông qua một hệ thống các rãnh nhỏ để nâng đỡ ngõng

trục Dòng khí ph i là dòng ch y liên tục, đ ợc cung c p từ ngu n ngoài với áp su t cao, khí thoát ra ngoài qua các mép của khí

Trong khí tĩnh có hai cách bố trí các lỗ c p khí:

Lỗ khí tập trung

a) Orifice b) Porous

Hình 1.13: B trí các l ỗ cấp khí

- 19 -

Phân bố khí tập trung (orifice), lo i này thì áp su t không khí bên ngoài đ ợc

cung c p cho khí thông qua một hay một số các lỗ nhỏ

Phân bố khí đều (porous), lo i này thì áp su t không khí bên ngoài đ ợc cung

c p cho khí thông qua một hệ thống các lỗ nhỏ phân bố đều

Tùy vào cách bố trí các lỗ c p khí mà đ ng cong phân bố áp su t cũng thay đ i theo

Hình 1.14 : Đường cong phân b áp suất

khí tĩnh có nh ợc điểm n i bật là cần ngu n cung c p khí nén áp su t cao và

đ ng dẫn khí Kh năng t i của lo i này không phụ thuộc vào tốc độ, trừ một số

tr ng hợp đặc biệt x y ra khi tốc độ lớn vì khi y sẽ xu t hiện hiệu ứng khí động khí tĩnh có thể sử dụng ngay c khi tốc độ bằng không, t i trọng của chúng không phụ thuộc vào độ nhớt của khí bôi trơn T i trọng riêng của khí tĩnh bị h n chế b i áp su t khí cung c p và chúng không đòi hỏi chế t o chính xác cao [5]

Hình 1.15: Hình nh th ực tế của khí ỏĩnh

- 20 -

2.4.2 khí động (Aerodynamic Bearing)

khí động ho t động nh lớp khí bôi trơn áp su t cao, khác với khí tĩnh lớp khí

áp su t cao này có đ ợc nhờ sự chuyển động ỏương đ i giữa trục và khí động Kh

năng chịu t i của khí động khá nhỏ chỉ vào kho ng vài trăm N/cm2 và phụ thuộc vào

tốc độ Độ chính xác của lo i này đòi hỏi khá cao và chúng chỉ sử dụng cho gối tựa

có bề mặt luôn chuyển động t ơng đối d ới tác dụng của t i trọng u điểm n i bật

của d ng này so với khí tĩnh là không cần hệ thống c p khí nên nhỏ gọn hơn [5]

Hình 2.16: khí động

2.5 Các nghiên c u trong vƠ ngoƠi nước

2.5.1 Các nghiên c u ngoƠi nước

- Năm 2011 Arun Kumar S và các công sự đư nghiên cứu, thiết kế khí tĩnh hình cầu ứng dụng trong d ng bàn xoay [14] Các nhà khoa học đư đề cập về vị trí và góc đặt các lỗ c p khí, áp su t c p t i các vị trí đó và các tính toán về kh năng t i của khí,…

Hình 2.17: Hình d ng khí ỏĩnh hình cầu [14]

- 21 -

- Năm 2010, R Tanase cùng công sự đư phát triển một lo i khí, sử dụng trong

truyền động trục chính độ chính xác cao Công trình nghiên cứu trình bày chi tiết về bộ điều khiển cho phép nâng cao độ cứng vững của lớp khí lên đến 4.3 lần (so với khi không sử dụng bộ điều khiển), độ chính xác chuyển động dọc trục đ t đ ợc đến 0.0031

µm t i 600 vòng/phút [15]

Hình 2.18: Độ chính xác đ ỏ được t i 600 vòng/phút [15]

- Năm 2008 L Pustvà J Kozanek, các nhà khoa học ng i cộng hòa Séc, nghiên cứu về dao động phi tuyến và độ n định của khí tĩnh Bằng việc thực nghiệm trên khí tĩnh có đ ng kính ngõng trục D = 30 mm, kho ng h theo đ ng kính là 2h = 0,08 mm, chiều dài là L = 45 mm, áp su t cung c p là 0,2 – 0,4 Mpa với 16 lỗ c p khí đ ợc phân bố đều thành hai hàng trên đ ng tròn Các tác gi đư thực hiện phân tích lực tác dụng trên trục trong hệ tọa độ cực để tính toán giá trị các lực thành phần

nhằm xác định ma trận độ cứng của khí tĩnh [16]

Hình 2.19: Sơ đ thí nghiệm[16]

- Năm 2006 J Lin, J P Khatait, và W J Lin đư xác định d ng lỗ c p khí dùng cho chặn khí tĩnh bằng kỹ thuật mô phỏng Các nhà khoa học này đư giới thiệu một

- 22 -

t m đỡ với một lỗ c p khí duy nh t t i tâm t m và mô phỏng bằng phần mềm ANSYS

để tìm mối quan hệ giữa khe h giữa hai bề mặt và áp su t cung c p đến độ cứng và

kh năng t i [17]

Hình 2.20: ch ặn khí ỏĩnh[17]

- Năm 2006 Yuntang Li, Han Ding đư công bố công trình nghiên cứu nh h ng

của thông số hình học và d ng lỗ c p khí đến đặc tính của chặn khí tĩnh Thông qua phân tích mối quan hệ trên đư chỉ ra rằng, chặn khí tĩnh sẽ ho t động tốt khi có đ ng kính lỗ c p khí và khe h (bề dày lớp bôi trơn) nhỏ, đ ng kính khoang khí lớn khí

có thể không n định khi đ ng kính và độ dày của khoang khí lớn hơn năm và m i

lần giá trị giới h n [18]

Hình 2.21: Mô hình th ực nghiệm [18]

- 23 -

2.5.2 Các nghiên c u trong nước

Đây là v n đề nghiên cứu mới ch a đ ợc quan tâm nhiều Việt Nam Cho đến nay, ít tìm th y các công bố liên quan đến v n đề này

2.4 Định hướng nghiên c u

Từ các cơ s lý thuyết về khí động lực học của ch t khí, áp dụng vào khí tĩnh

để kh o sát, từ đó rút ra đ ợc quy luật chuyển động của ch t khí trong khí tĩnh Trên

cơ s đó xây dụng hệ thống công thức tính toán, các biểu đ liên quan Xác định các thông số hình học và thông số vật lý của khí tĩnh, và sự nh h ng của các thông số này tới sự ho t động của khí nhằm tìm đ ợc giá trị kh thi cho khí tĩnh

Từ các thông số trên, thiết kế, chế t o thử nghiệm khí tĩnh để đánh giá kh năng thay thế cho các lăn truyền thống sử dụng trong máy phát điện gió công su t nhỏ về tiêu chí kỹ thuật

Thử nghiệm kh năng sử dụng khí tĩnh trong máy phát điện gió công su t nhỏ

với định h ớng đ a ra các đề xu t về kh năng ứng dụng vào công nghiệp Qua đó, kỳ

vọng trong t ơng lai có thể chế t o đ ợc các khí tĩnh có kết c u tối u, giá thành rẻ, chi phí ho t động rẻ để có thế đ ợc ứng dụng ph biến cho các máy phát gió trục đứng công su t nhỏ ho t động với tốc độ gió thành phố (< 6 m/s)

- 24 -

Ch ơng 3

C S LÝ THUY T

3.1 Tua-bin gió

3.1.1 Các ki ểu tua-bin gió

Có nhiều thiết kế khác nhau cho tua-bin gió, và đ ợc chia ra làm hai lo i cơ b n

là tua-bin gió trục ngang (HAWT – Horizontal Axis Wind Turbines) và tua-bin gió trục đứng (VAWT – Vertical Axis Wind Turbines) Cánh qu t của chúng có hình d ng khác

nhau nh hình cánh bu m, hình mái chèo,… dùng để “bắt” h ớng gió t o ra mômen quay trục tua-bin

3.1.1.1 Tua-bin gió tr c ngang (HAWT)

Tua-bin gió trục ngang (HAWT) có rotor kiểu chong chóng với trục chính nằm

ngang Số l ợng cánh qu t có thể thay đ i, tuy nhiên trong thực tế kiểu lo i 3 cánh qu t

đ ợc sử dụng nhiều nh t vì cho hiệu qu cao nh t [6]

Hình 3.1: Tua-bin đón gió ỏừ phía sau[6] Hình 3.2: Tua-bin đón gió ỏừ phía ỏrước[6]

- Tua-bin gió trục ngang th ng g m hai lo i chủ yếu: tua-bin đón gió từ phía sau

(down wind rotor) và tua-bin đón gió từ phía tr ớc (up wind rotor) Tuy nhiên tua-bin

đón gió từ phía sau có nh ợc điểm là dòng gió luôn bị xáo động do gió th i vào thân

- 25 -

trụ r i mới đến cánh qu t làm cho lực tác động vào tua-bin gió không đ ợc phân bố đều làm nh h ng tới độ bền của cánh cũng nh c hệ thống, ngoài ra phát sinh tiếng

n cao Vì vậy từ kho ng năm 1995 tua-bin đón gió từ phía sau đư không đ ợc sử dụng

rộng rãi Ngày nay, phần lớn những tua-bin gió hiện đ i đ ợc thiết kế có h ớng đón gió từ phía tr ớc

a) C u t o c ủa một tua-bin gió tr c ngang

C u t o của một tua-bin gió trục ngang điển hình (hình 3.3) g m:

Hình 3.3: C ấu t o của tua-bin gió trục ngang[6]

Bộ đo tốc độ gió (Anemometer): đo tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới

- 26 -

Bộ điều khiển (Controller): dùng để kh i động tua-bin vận tốc gió xác định

thông th ng từ 3.58 – 7.15 m/s và ngừng tua-bin vận tốc gió 24.6m/s vì vận tốc gió lớn hơn 24.6 m/s có thể gây h h i cho tua-bin [9]

Hộp số (Gear box): các bánh răng kết nối trục tốc độ th p với trục tốc độ cao

và tăng tốc độ quay của trục từ 19 – 30 vòng/phút tới 1000 – 1800 vòng/phút [9] Đây

là yêu cầu của đa số máy phát điện để t o ra điện những thiết kế gần đây sử dụng truyền động trực tiếp và máy phát điện có thể ho t động tốc độ th p mà không cần

Góc xoắn (Pitch): cánh đ ợc xoay hoặc làm nghiêng một góc để giữ cho rotor

quay với tốc độ hợp lý nh t nhằm đ t hiệu su t sinh điện cao nh t

Rotor: bao g m các cánh qu t và trục

Mayơ của hệ thống cánh (hub): mayơ của hệ thống cánh đ ợc gắn với trục tốc

độ th p của tua-bin gió

Trục tốc độ th p (low Speed Shaft): trục tốc độ th p của tua-bin gió liên kết

đùm của hệ thông cánh và hộp số

Trục tốc độ cao (High speed shaft)

Trụ đỡ (Tower): đ ợc làm bằng thép hình trụ, thép kết c u hoặc bằng bê tông,

trụ đỡ càng cao thì thu đ ợc năng l ợng gió càng nhiều và tốc độ gió n định

Truyền động Yaw: dùng để giữ cho rotor luôn luôn h ớng về h ớng gió chính

khi có sự thay đ i h ớng gió

Động cơ Yaw: động cơ cung c p cho truyền động Yaw định đ ợc h ớng gió

- 27 -

Thiết bị phát hiện thay đ i h ớng gió (Wind vane): để phát hiện thay đ i

h ớng gió và truyền tới bộ truyền động yaw để định h ớng tua-bin gió một cách chính

xác theo sự thay đ i của h ớng gió

Hình 3.4: MaỔơ của hệ th ng cánh [6]

b) Nguyên lý ho t động của tua-bin gió tr c ngang

Các tua-bin gió ho t động theo một nguyên lý r t đơn gi n Năng l ợng của gió làm cho cánh qu t quay dẫn động cho trục tốc độ th p quay, thông qua hộp số làm cho

trục tốc độ cao quay Mà trục tốc độ cao đ ợc nối liền với rotor của máy phát và

truyền động làm quay rotor máy phát để t o ra điện

c) Cánh qu t c ủa tua-bin gió tr c ngang

Cánh qu t tua-bin gió là bộ phận đón dòng gió để quay và chuyển cơ năng vào

hộp số r i vào máy phát điện hoặc chuyển thẳng vào máy phát điện Dựa trên những nguyên tắc về khí động lực học, cánh qu t đ ợc t o dáng, thiết kế phù hợp với những tình tr ng khác biệt của dòng khí chuyển động nh tốc độ gió, h ớng gió, áp su t, mật

độ, độ ẩm và nhiệt độ môi tr ng t i nơi đặt tua-bin

C u hình của cánh qu t đ ợc thiết kế thon và dài, bên trong thân cánh rỗng và có các gân chịu lực, bề mặt là những lớp nhựa t ng hợp và sơn b o vệ đ ng kính cánh

qu t tùy theo công su t, công nghệ,… có chiều dài khác nhau

- 28 -

Hình 3.5: M ột s hình d ng ốà đường kính cách qu t [6]

Có r t nhiều thiết kế biên d ng cánh qu t khác nhau nh ng phần lớn đều dựa trên kinh nghiệm chế t o cánh máy bay nh của hội đ ng t v n hàng không Mỹ NACA

(National Advisory Committee For Aeronautics) [6] hoặc viện khí động lực học

Liên-xô với tiêu chuẩn TsAGI hoặc căn cứ theo các công trình nghiên cứu của các nhà khoa

học khí động lực học đư đề xu t thành tiêu chuẩn nh tiêu chuẩn FX (Franz Xaver Wortmann), YH (Clark Profile), HQ (Horstmann/Quast) [6],…

Hình 3.6: Nh ững biên d ng cánh khác nhau của cánh qu t [6]

d) u như c điểm của tua-bin tr c ngang

Các u điểm của HAWT có thể kể đến nh sau [6]:

Hệ số công su t cao, có thể đ t tới 52%

Nh ợc điểm của HAWT [6]:

Khi dòng gió bị nhiễu động, lực tác động thay đ i liên tục nên nh h ng lớn đến sức bền của các chi tiết

Cần thiết bị chỉnh tua-bin theo h ớng gió

Trụ và chân đế có kinh phí cao hơn tua-bin trục đứng

Việc b o trì, thay thế thiết bị gặp nhiều khó khăn vì thiết bị đ ợc bố trí trên cao

Độ n phát sinh cao hơn tua-bin trục đứng

Hình 3.7: Tua-bin gió tr ục ngang sử dụng trong thực tế