Nghiên cứu, tính toán và thiết kế biên dạng cánh Turbine gió trục đứng cho máy phát điện công suất 3 KW

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngành: Công nghệ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

******

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngành: Công nghệ Chế tạo máy

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

BIÊN DẠNG CÁNH TURBINE GIÓ TRỤC ĐỨNG CHO MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 3KW

DƯƠNG VĂN ĐỒNG

THÁI NGUYÊN - 2010

Trang 2

******

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

BIÊN DẠNG CÁNH TURBINE GIÓ TRỤC ĐỨNG CHO MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 3KW

Trang 3

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Dương Văn Đồng - Học viên cao học lớp K11-Công nghệ chế tạo máy Khóa học 2008 - 2010 trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường tôi lựa chọn thực

hiện đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu, tính toán và thiết kế biên dạng cánh turbine gió trục đứng cho máy phát điện công suất 3KW”

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của PGS TS Ngô Như Khoa và sự

nỗ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành năm 2010

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung và kết quả của luận văn này là do tự bản thân tôi thực hiện, không sao chép của người khác Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010

Tác giả

Dương Văn Đồng

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, tác giả xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất tới PGS TS Ngô Như Khoa và ban Công nghệ thông tin Đại học Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi thực hiện hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp

Cảm ơn các thầy, cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

đã tận tình giảng dạy trong hai năm học vừa qua

Cảm ơn Ban Giám hiệu và khoa Khoa học cơ bản - Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghiệp (số 202 - Trần Nguyên Hãn - TP Bắc Giang) đã tạo điều kiện về thời gian để tôi thực hiện và hoàn thành khóa học

Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi trong thời gian qua để luận văn được hoàn thành đúng tiến độ

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010

Tác giả

Dương Văn Đồng

Trang 5

3

MỤC LỤC

Lời cam đoan……… …… 1

Lời cảm ơn……… 2

Mục lục ……… …… 3

Danh mục các hình vẽ……… …… 6

Danh mục các bảng biểu……… ……… 9

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt……… ………… 10

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài……… ……… 12

2 Mục tiêu và nhiện vụ của luận văn……… …… 13

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……… …… 14

4 Phương pháp nghiên cứu……… …… 14

5 Ý nghĩa……… …… 14

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Năng lượng gió……… …… 15

1.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng gió trên thế giới……… …… 15

1.1.2 Tình hình sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam……… …… 17

1.2 Các loại máy phong điện……… …… 19

1.3 Các kiểu dáng hình học cánh turbine gió……… …… 21

1.3.1 Kiểu dạng chén……… …… 22

1.3.2 Kiểu savonius……… …… 23

1.3.3 Turbine kiểu plates……… … 24

1.3.4 Kiểu Darrieus – Rotor và H – Rotor……… …… 24

Trang 6

1.4 Kết luận chương 1……… …… 25

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BIÊN DẠNG CÁNH TURBINE GIÓ 2.1 Học thuyết Albert Betz ……… …… 26

2 2 Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy phong điện……… 28

2.2.1 Máy phong điện trục ngang(HAWT) 28

2.2.2 Máy phong điện trục đứng(VAWTs) 30

2.3 Cánh turbine gió 32

2.3.1 Các thông số cơ bản trên cánh turbine 33

2.3.2 Lực tác động lên cánh turbine 32

2.4 Lực tác dụng lên rotor 39

2.4.1 Lực tác dụng lên rotor trục đứng 39

2.4.2 Lực tác dụng lên rotor trục ngang 41

2.4.2.1 Các khái niệm hình học 41

2.4.2.2 Năng suất vận hành của một phần tử cánh 42

2.4.2.3 Biểu thức tổng quát của áp lực, mômen và công suất 43

2.5 Một số loại rotor điển hình 44

2.5.1 Rotor Darieus 44

2.5.2 Rotor Savonius 49

2.6 Kết luận chương 2 50

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH CÁNH TURBINE GIÓ 3.1 Các biên dạng cánh thường dùng 51

3.1.1 Biên dạng cánh NACA 51

Trang 7

5

3.1.2 Một số biên dạng cánh khác 57

3.2 Mô hình thực nghiệm 59

3.2.1 Các thiết bị thực nghiệm 59

3.2.2 Thực hiện các thí nghiệm 61

3.2.2.1 Thí nghiệm thứ nhất : Xác định hệ số cản lực gió qua bề mặt cánh turbine 61

3.2.2.2 Thí nghiệm thứ hai : Xác định góc đặt cánh 63

3.2.2.3 Thí nghiệm thứ ba: Xác định vận tốc góc và công suất rotor biên dạng cánh cung tròn 64

3.2.2.4 Thí nghiệm thứ tư: Xác định tốc độ vòng quay và công suất rotor biên dạng cánh NACA0015 69

3.3 Kết luận chương 3 73

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CÁNH TURBINE GIÓ TRỤC ĐỨNG CHO MÁY PHÁT ĐIỆN CÔNG SUẤT 3KW 4.1 Thiết kế cánh turbine gió biên dạng cung tròn 74

4.2 Thiết kế cánh turbine gió biên dạng NACA0015 82

4.3 Vật liệu chế tạo cánh turbine gió 93

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN CHUNG 5.1 Kết quả luận văn đã đạt đựơc 99

5.2 Những kiến nghị nghiên cứu tiếp theo 99

100

Trang 8

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Biểu đồ phát triển điện năng từ nguồn gió ở một số nước trên thế

giới………

16 Hình 1.2 Biểu đồ sử dụng điện của một số nước trên thế giới……… 16

Hình 1.3 Máy phong điện trục đứng, trục ngang……… 19

Hình 1.4 Máy phong điện có 2 cánh và 3 cánh cách đều……… 19

Hình 1.5 Rotor dạng chén……… 22

Hình 1.6 Rotor dạng savonius ……… 23

Hình 1.7 Rotor dạng plates ……… 24

Hình 1.8 Rotor dạng Darrieus – Rotor và H – Rotor ……… 24

Hình 2.1 Khí động học cánh rotor ……… 26

Hình 2.2 Máy phong điện ngang……… 28

Hình 2.3 Các bộ phận của turbine gió trục ngang……… 29

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy phong điện trục ngang………… 30

Hình 2.5 Máy phong điện trục đứng……… 30

Hình 2.6 Cấu tạo của turbine gió trục đứng……… 31

Hình 27 Sơ đồ nguyên lý hoạt động turbine gió trục đứng ……… 32

Hình 2.8 Các thông số cánh turbine……… 32

Hình 2.9 Sự di chuyển của luồng gió khi vào cánh……….…… 34

Hình 2.10 Phân bố áp lực gió ở mặt trên và mặt dưới của cánh……… 34

Hình 2.11 Các thành phần lực tác dụng lên cánh turbine……….… 35

Trang 9

7

Hình 2.12 Biểu đồ biến thiên của hệ số C và Cd ……….…… 37

Hình 2.13 Biểu diễn hệ số C l và C d trên dây cung và tiếp tuyến với dây cung……… 37

Hình 2.14 Lực tác động lên một vị trí cánh……… 39

Hình 2.15 Lực tác động lên các vị trí khi u/v>1……… 40

Hình 2.16 Lực tác động lên các vị trí khi u/v<1……… 40

Hình 2.17 Tam giác véc tơ lực ……… 41

Hình 2.18 Các thông số rotor trục ngang……… 41

Hình 2.19 Biểu diễn các thành phần vận tốc tác dụng trên mặt cắt ngang cánh……… 42

Hình 2.20 Thành phần vận tốc trên rotor Darrieus……… 44

Hình 2.21 Thành phần vận tốc trên H-rotor……… 45

Hình 2.22 Rotor Savonius……… 49

Hình 3.1 Kết cấu hình học cánh NACA……… 51

Hình 3.2 Biên dạng cánh cong đối xứng……… 57

Hình 3.3 Biên dạng cánh cong không đối xứng……… 58

Hình 3.4 Biên dạng cánh cung tròn……… 58

Hình 3.5 Biên dạng cánh dạng nón ……… 58

Hình 3.6 Biên dạng cánh tấm phẳng……… 59

Hình 3.7 Hình ảnh các thiết bị và mô hình thực nghiệm……… 60

Hình 3.8 Thí nghiệm xác định hệ số cản lực khi gió đi qua cánh turbine… 61

Hình 3.9 Giá trị hệ số cản trên các bề mặt cánh turbine biên dạng khác nhau 62 Hình 3.10 Cánh và rotor biên dạng cung tròn……… 64

Hình 3.11 Bố trí các thiết bị thí nghiệm……….… 65

Trang 10

Hình 3.12 Biểu đồ so sánh tốc độ vòng quay rotor giữa tính toán và đo thực

nghiệm theo các giá trị vận tốc gió khác nhau ……… 68

Hình 3.13 Rotor và các cánh NACA0015……… 69

Hình 3.14 Biểu đồ tốc độ vòng quay thực nghiệm so với tính toán mô hình rotor cánh NACA0015……… 72

Hình 4.1 Lực tác dụng lên cánh……… 74

Hình 4.2 Vị trí tính M 1……… 77

Hình 4.6 Gió tác động lên cánh……… ……… 83

Hình 4.7 Các thành phần lực Fl và Fd tác động lên cánh……… 84

Hình 4.8 Các thành phần lực pháp tuyến và tiếp tuyến……… 85

Hình 4.9 Quan hệ các góc β, i, θ……… ……… 86

Hình 4.14 Sợi thủy tinh ……… 97

θ

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	422,27 KB