.Với tiềm năng trong việc phát triển năng lượng sóng biển ở nước ta, khóa luận muốn đề cập tới vấn đề nghiên cứu tính toán và thiết kế trụ gia tốc cho thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1Đ I H C QU C GIA HÀ N I Ạ Ọ Ố Ộ
TR ƯỜ NG Đ I H C CÔNG NGH Ạ Ọ Ệ
Nguy n Văn Tu n ễ ấ
TÍNH TOÁN THI T K TR GIA T C CHO THI T B Ế Ế Ụ Ố Ế Ị CHUY N Đ I NĂNG L Ể Ổ ƯỢ NG SÓNG D NG PHAO KÉP Ạ
Nghành : Công ngh k thu t c đi n t ệ ỹ ậ ơ ệ ử
TÓM T T KHÓA LU N T T NGHI P Ắ Ậ Ố Ệ
Trang 2Hà N i 2017 ộ
M Đ UỞ Ầ
Năng lượng là m t trong nh ng y u t vô cùng c n thi t cho s t n t iộ ữ ế ố ầ ế ự ồ ạ
và phát tri n c a loài ngể ủ ườ Tiêu th năng li. ụ ượng đã và đang tăng lên không
ng ng, đ c bi t các nừ ặ ệ ở ước đang phát tri n, góp ph n nh hể ầ ả ưởng đ n bi nế ế
đ i khí h u toàn c u và làm c n ki n các ngu n tài nguyên năng lổ ậ ầ ạ ệ ồ ượng trên
th gi i. trong đó có Vi t Nam.Vì v y , vi c tìm ra các ngu n năng lế ớ ệ ậ ệ ồ ượng tái
t o đ có th s d ng n đ nh và lâu dài là v n đ h t s c quan tr ng.V iạ ể ể ử ụ ổ ị ấ ề ế ứ ọ ớ
ti m năng trong vi c phát tri n năng lề ệ ể ượng sóng bi n nể ở ước ta, khóa lu nậ
mu n đ c p t i v n đ nghiên c u tính toán và thi t k tr gia t c cho thi tố ề ậ ớ ấ ề ứ ế ế ụ ố ế
b chuy n đ i năng lị ể ổ ượng sóng thành đi n năng.ệ
CHƯƠNG 1 : TÌNH HÌNH NGHIÊN C U, PHÁT TRI N NĂNGỨ Ể
LƯỢNG SÓNG VI T NAM VÀ TRÊN TH GI IỞ Ệ Ế Ớ
1.1.Tìm hi u v ngu n năng lể ề ồ ượng hi n t i c a Vi t Namệ ạ ủ ệ
M c dù là qu c gia giàu ti m năng v năng lặ ố ề ề ượng tái t o (NLTT) nh ngạ ư cho đ n nay vi c đ u t cho phát tri n, khai thác NLTT Vi t Nam v n ch aế ệ ầ ư ể ở ệ ẫ ư
tương x ng v i ti m năng và th m nh s n cóứ ớ ề ế ạ ẵ
n c ta, năng l ng bi n cũng đang r t đ c quan tâm
Ở ướ ượ ể ấ ượ V i đ c tr ngớ ặ ư
đ a lý, nhu c u sị ầ ử d ng đi n cho các thi t b trên bi n, h i đ o và xu th sụ ệ ế ị ể ả ả ế ử
d ng các ngu n năng lụ ồ ượng tái t o, vi c nghiên c u ch t o các thi t b sạ ệ ứ ế ạ ế ị ử
d ng năng lụ ượng bi n là c n thi t và có ý nghiã c v m t khoa h c và th cể ầ ế ả ề ặ ọ ự
ti nễ
1.2. Các nhóm thi t b chuy n đ i năng lế ị ể ổ ượng sóng đã và đang được phát tri n trên th giể ế ới
1.2.1. Các h th ng thi t b ven bệ ố ế ị ờ
Trang 3H th ng và thi t b chuy n đ i năng lệ ố ế ị ể ổ ượng sóng bi n thành đi n g nể ệ ầ
b đờ ược thi t k và xây d ng d c theo b bi n. Các thi t b này chuy n đ iế ế ự ọ ờ ể ế ị ể ổ năng lượng t các sóng đ t quãng, không liên t c (breaking waves). D a trênừ ứ ụ ự nguyên lý chuy n đ i năng lể ổ ượng sóng thành đi n, công ngh cho h th ng vàệ ệ ệ ố thi t b g n b có th phân các lo i sau: ế ị ầ ờ ể ạ
H th ng s d ng c t nệ ố ử ụ ộ ước dao đ ngộ
H th ng s d ng s rung l c dệ ố ử ụ ự ắ ưới tác d ng c a sóngụ ủ
H th ng s d ng s dâng lên do sóng đ t o th năng c a nệ ố ử ụ ự ể ạ ế ủ ước ch yạ máy phát đi nệ
1.2.2. Các h th ng thi t b g n bệ ố ế ị ầ ờ
1.2.3. H th ng các thi t b ngoài kh iệ ố ế ị ơ
H th ng chuy n đ i năng lệ ố ể ổ ượng ngoài kh i thơ ường được đ t vùngặ ở
nước bi n sâu, đi n hình là trên 40m. C u trúc và c ch ho t đ ng c a hể ể ấ ơ ế ạ ộ ủ ệ
th ng này r t ph c t p, l i d ng chuy n đ ng lên xu ng c a sóng đ n pố ấ ứ ạ ợ ụ ể ộ ố ủ ể ạ năng lượng cho h th ng b m t o đi nệ ố ơ ạ ệ
CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH HÓA MÔ PH NG H HAI PHAOỎ Ệ
2.1. Nguyên lí ho t đ ng ạ ộ
Thi t b chuy n đ i năng lế ị ể ổ ượng sóng d ng phao kép c b n bao g mạ ơ ả ồ
m t phao k t n i c ng v i m t ng chìm trong nộ ế ố ứ ớ ộ ố ướ ốc( ng gia t c), dao đ ngố ộ lên xu ng, b i tác đ ng c a nh ng con sóng, bên trong có piston trố ở ộ ủ ữ ượ ọ t d c theo ng.ố Dưới tác d ng c a thành ph n l c theo chi u đ ng c a sóng bi n,ụ ủ ầ ự ề ứ ủ ể phao s chuy n đ ng lên xu ng cùng v i tr gia t c n i c ng v i phao. ẽ ể ộ ố ớ ụ ố ố ứ ớ
Đĩa đã được thi t k sao cho chu k chuy n đ ng c a đĩa l ch pha v iế ế ỳ ể ộ ủ ệ ớ chuy n đ ng c a l ng, chính s chuy n đ ng l ch pha này kéo 2 b m chuy nể ộ ủ ồ ự ể ộ ệ ơ ể
đ ng vàộ đ y nẩ ước vào bình ch a áp l c qua van 1 và 2 ( 2 n a chu k , quáứ ự ở ử ỳ trình đ y c a b m này là quá trình đ y c a b m kia), nẩ ủ ơ ẩ ủ ơ ước áp l c sau đóự
được x ra đ c p cho ch y turbine, turbine đả ể ấ ạ ược n i v i m t motor đ phátố ớ ộ ể
Trang 4đi n. Đi n đệ ệ ược đi u ch nh n đ nh m t ph n nh bình ch a và b ng hề ỉ ổ ị ộ ầ ờ ứ ằ ệ
th ng n áp thi t k tố ổ ế ế ương ng theo nhu c u s d ngứ ầ ử ụ
2.2. H phệ ương trình mô t chuy n đ ng c a phaoả ể ộ ủ
m 1 ẍ +(b 1 + b 2 ) b ẋ 2 ẏ +(c 1 +c 2 )x –c 2 y =F 1 (t) (2.1)
m 2 ÿ – b 2 ẋ + b 2 ẏ c 2 x +c 2 y =F 2 (t) (2.2)
Trong đó :
m1 là t ng kh i lổ ố ượng c a phao 1ủ
m2 là t ng kh i lổ ố ượng c a phao 2ủ
b1 là t ng h s tiêu hao do sóng ph n h iổ ệ ố ả ồ
b2 là h s năng lệ ố ượng chuy n đ i và tiêu hao do ma sátể ổ
c1 =p.g.S là đ c ng c a lò so phao 1, v i :ộ ứ ủ ớ
p là m t đ nậ ộ ước
g là gia t c tr ng trố ọ ường
S là di n tích m t c t ngang c a phao 2ệ ặ ắ ủ
c2 là đ c ng c a lò so phao 2 ộ ứ ủ
F(t) là l c sóng tác d ng lên phao theo phự ụ ương th ng đ ngẳ ứ
2.3. Công su t chuy n đ i thu đấ ể ổ ược
P = b2( )ẋ ẏ 2 (2.3) Trong đó :
b2 là h s năng lệ ố ượng chuy n đ i và tiêu hao do ma sátể ổ
ẋ là v n t c c a phao 1ậ ố ủ
ẏ là v n t c c a phaoậ ố ủ 2
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN TR GIA T C CHO THI T BỤ Ố Ế Ị CHUY N Đ I NĂNG LỂ Ổ ƯỢNG SÓNG D NG PHAO KÉPẠ
4.1. Tr gia t cụ ố
Tr gia t c là ng chìm trong nụ ố ố ước được k t n i c ng v i phao n i daoế ố ứ ớ ổ
đ ng lên xu ng dộ ố ưới tác đ ng c a sóng bi n.ộ ủ ể Dưới tác d ng c a thành ph nụ ủ ầ
Trang 5l c theo chi u đ ng c a sóng bi n, phao s chuy n đ ng lên xu ng cùng v iự ề ứ ủ ể ẽ ể ộ ố ớ
tr gia t c n i c ng v i phao. ụ ố ố ứ ớ
4.2. Tính toán cho h phao képệ
Ta xây d ng chự ương trình matlab đ kh o sát sát năng lể ả ượng thu đượ c
c a h phao thông qua vi c thay đôi các đ i lủ ệ ệ ạ ượng trong h T đó tìm ra gi iệ ừ ả pháp t i u đ năng lố ư ể ượng thu được là l n nh tớ ấ
4.2.1 Kh o sát công su t theo kh i lả ấ ố ượng c a phao 1ủ
T k t qu trên ta thu đừ ế ả ược đ cho năng lể ượng trung bình đ t l n nh tạ ớ ấ thì m1 thu c kho ng 12500 (kg)ộ ả
4.2.2.Kh o sát công su t theo h s năng lả ấ ệ ố ượng chuy n đ i và tiêu hao do maể ổ sát
T k t qu trên ta thu đừ ế ả ược đ cho năng lể ượng trung bình thu được là
l n nh t thì giá tr b2 >5000ớ ấ ị
4.2.3 Kh o sát công su t theo đ c ng lò so phao 2ả ấ ộ ứ
T k t qu trên ta thu đừ ế ả ược : Đ công su t thu để ấ ược là l n nh t thì giáớ ấ
tr cị 2 kho ng 6000ả
4.2.4.Kh o sát công su t theo kh i lả ấ ố ượng phao 2
T k t qu trên ta th y đ công su t thu đừ ế ả ấ ể ấ ược là l n nh t thì giá tr m2ớ ấ ị kho ng 1000 (kg)ả
4.3. Tính toán tr gia t cụ ố
Theo k t qu tính toán bên trên, khi mế ả 2 > 1000 kg thì công su t thu đấ ượ c
là l n nh t. Do thi t k lõi máy phát và các b ph n g n v i phao đ u l nớ ấ ế ế ộ ậ ắ ớ ề ớ
h n kh i lơ ố ượng yêu c u v năng lầ ề ượng nên n u kh i lế ố ượng phao 2 l n h nớ ơ
1000 kg thì không c n thêm b ph n tr gia t c n a.ầ ộ ậ ụ ố ữ
N u ta thi t k kh i lế ế ế ố ượng phao 2 nh h n 1000kg , khi đó kích thỏ ơ ướ c
tr gia t c s đụ ố ẽ ược tính theo công th c :ứ
h= (4.1) Trong đó :
h là chi u cao c a trề ủ ụ
R là bán kính tr , có bán kính b ng bán kính phao 1ụ ằ
Trang 6Vv là th tích v máy phátể ỏ
m2 là kh i lố ượng phao 2
p là m t đ nậ ộ ước
CHƯƠNG 4 : THI T K TR GIA T C CHO THI T B CHUY NẾ Ế Ụ Ố Ế Ị Ể
Đ I NĂNG LỔ ƯỢNG SÓNG D NG PHAO KÉPẠ
5.1. Thi t k phao n i 1ế ế ổ
Phao n i 1 g m cái b ph n sau ổ ồ ộ ậ
Phao x p là ph n phao bao quanh phao chính, có d ng tr đ u nón đố ầ ạ ụ ầ ể
gi m s phá h y c a sóng. b i làm b ng x p lên có th d dàng dùng dâyả ự ủ ủ ở ằ ố ể ễ máy c t đắ ược biên d ng nh thi t k ạ ư ế ế
Tr c phao n i đụ ổ ược làm b ng nhôm có tác d ng cho phép ng n i máyằ ụ ố ố phát v i phao n i.ớ ổ
Khung phao được làm b ng s t, ghép n i b ng các m i hàn.ằ ắ ố ằ ố
ng gia t c là ng hình tr bên trong ch a phao 2
Thanh ray trượt là thanh ray bên trong ng gia t c , đở ố ố ược k t n i linhế ố
ho t v i đĩa, giúp phao di chuy n c đ nh theo phạ ớ ể ố ị ương th ng đ ngẳ ứ
5.2. Thi t k phao 2ế ế
Phao 2 g m cái b ph n sau :ồ ộ ậ
V thân phao 2ỏ
Tr c n i thân phao 2 v i phao 1ụ ố ớ
Côn thu dùng đ n i chuy n t thân phao 2 v i tr c n iể ố ể ừ ớ ụ ố
Trang 7Tr c n i stato N i đ u c a phao 1 v i stato máy phátụ ố ố ầ ủ ớ
Đĩa c n tr s chuy n đ ng lên xu ng c a phao đả ợ ự ể ộ ố ủ ược g n v i thân phaoắ ớ
2
K T LU NẾ Ậ
M c dù còn thi u v ki n th c và kinh nghi m th c t song đặ ế ề ế ứ ệ ự ế ượ ực s chỉ
d n t n tình c a th y hẫ ậ ủ ầ ướng d n, qua khóa lu n này em đã đ t đẫ ậ ạ ược m t sộ ố
k t qu nh sau:ế ả ư
Nh ng k t qu đ t đữ ế ả ạ ược:
Tìm hi u và n m b t để ắ ắ ược nguyên lý ho t đ ng c a phao chuy n đ iạ ộ ủ ể ổ năng lượng sóng
Xây d ng đự ược mô hình c c u tr gia t c cho phao chuy n đ i năngơ ấ ụ ố ể ổ
lượng sóng dao đ ng th ng phù h p v i đi u ki n sóng Vi t Nam.ộ ẳ ợ ớ ề ệ ở ệ
S d ng thành th o đử ụ ạ ược công c thi t k matlab, và Solidworkụ ế ế
Chương trình đã được vi t trên Matlab và tính toán kh o sát năng lế ả ượ ng
có th chuy n đ i đ i v i m t s kích thể ể ổ ố ớ ộ ố ước phao và m t s đi u ki n sóngộ ố ề ệ khác nhau
Nh ng m t còn h n chữ ặ ạ ế
Gíá thành ch a r , ch a t i u đư ẻ ư ố ư ược v m t tài chínhề ặ
Tính th m m c a phao ch a cao.ẩ ỹ ủ ư
Trang 8CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN C U KHOA H C LIÊN QUANỨ Ọ
[1] Kh o sát và tính toán m t s đ c tính c a thi t b chuy n đ i năngả ộ ố ặ ủ ế ị ể ổ
lượng sóng bi n – Phùng Văn Ng c, Nguy n Th M ch, Đ ng Th Baể ọ ễ ế ị ặ ế
[2] Nghiên c u đánh giá ti m năng các ngu n năng lứ ề ồ ượng bi n ch y uể ủ ế
và đ xu t các gi i pháp khai thác. B Khoa h c và Công Ngh , Báo cáo đề ấ ả ộ ọ ệ ề tài KC.09.19/0610
[3]Đ ng Th Ba, Đinh Văn M nhKh o sát đ c tính năng lặ ế ạ ả ặ ượng c aủ thi t b chuy n đ i năng lế ị ể ổ ượng sóng d ng phao n i,, Tuy n t p các công trìnhạ ổ ể ậ
H i ngh khoa h c Thu khí toàn qu c, Đà n ng, tháng 7/2009ộ ị ọ ỷ ố ẵ