BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY PHƯƠNG NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ ĐIỀU TỐC TURBINE GIÓ BẰNG CÁCH SỬ DỤNG HỆ BÁNH RĂNG NÓN S K C 0 9 NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY PHƯƠNG NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ ĐIỀU TỐC TURBINE GIÓ BẰNG CÁCH SỬ DỤNG HỆ BÁNH RĂNG NÓN NGÀNH: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN DUY PHƯƠNG NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ ĐIỀU TỐC TURBINE GIÓ BẰNG CÁCH SỬ DỤNG HỆ BÁNH RĂNG NÓN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NGỌC PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2013 Luận văn Thạc sỹ LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Duy Phương Giới tính:Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/01/1987 Nơi sinh:Tây Ninh Quê quán: Tây Ninh Dân tộc:Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 45/đường 34/ Bời Lời/Tây Ninh Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail:Phongba_91@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 8/2005 đến 1/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Công nghệ chế tạo máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu chế tạo mô hình điều khiển tốc độ turbine gió hệ bánh nón Ngày nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp:Trường đại học Sư Phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh 1/2010 Người hướng dẫn: Thạc sỹ Hoàng Trí III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 3/2010 đến Nơi công tác Công ty Hoya Lens Việt Nam, VISIP 2,Bến cát, Bình Dương Công việc đảm nhiệm Quản lý sản xuất Luận văn Thạc sỹ LỜI CAM ĐOAN Xin cam đoan: Đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo mô hình điều tốc turbine gió cách sử dụng hệ bánh nón” thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 04 năm 2013 Tác giả luận văn Nguyễn Duy Phương Luận văn Thạc sỹ LỜI CẢM ƠN Sau tháng nghiên cứu, với hướng dẫn thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương, luận văn với đề tài “Nghiên cứu, tính toán thiết kế chế tạo mô hình điều tốc turbine gió cách sử dụng hệ bánh nón” hoàn thành Để hoàn thành tốt nhiệm vụ đồ án theo yêu cầu, tiến độ tác giả nhận hỗ trợ nhiệt tình từ phía nhà trường, quý thầy cô, gia đình bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương tận tình dẫn đóng góp Thạc sỹ Hoàng Trí tư vấn, hướng dẫn kiến thức ban đầu để thực tốt luận văn Thầy Dương Bình Nam xưởng khí Hoàng Nam hỗ trợ, góp ý trình thiết kế, thi công chế tạo mô hình Toàn thể quý thầy cô giáo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, đồng nghiệp, bạn bè, gia đình góp ý, giúp đỡ, động viên tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Nguyễn Duy Phương Luận văn Thạc sỹ TÓM TẮT Các nghiên cứu ngày turbine gió điều khiển hiệu tốc độ turbine vận tốc gió thay đổi, đảm bảo hiệu suất turbine hoạt động cao Nhược điểm lớn hệ thống turbine gió tốc độ gió thay đổi, tốc độ turbine không ổn định Các nghiên cứu ngày turbine gió điều khiển hiệu tốc độ turbine vận tốc gió thay đổi Nội dung luận văn “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo mô hình điều tốc turbine gió cách sử dụng hệ bánh nón” thầy PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương hướng dẫn, thực thời gian tháng hoàn thành Nội dung luận văn trình bày kết cấu điều tốc cánh turbine cách dùng hệ bánh nón để thực việc xoay cánh turbine với phương pháp thiết kế, chế tạo trình điều khiển hoàn toàn đơn giản Sau trình tính toán thiết kế, mô hình thí nghiệm thi công hoàn chỉnh thực nghiệm khoa Cơ Khí máy trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Kết thí nghiệm cho thấy điều tốc sử dụng hệ bánh nón hoạt động hiệu quả, tốc độ turbine điều khiển linh hoạt nhờ hệ thống trục vít bánh vít động bước Kết ban đầu cho thấy trình nghiên cứu đem lại thành công trình điều khiển tốc độ turbine gió, đảm bảo độ ổn định, cân cho toàn hệ thống turbine trình hoạt động ABSTRACT Today, the researches about the wind turbine is how to effectively control the speed of the turbine when the wind speed changes, ensure that the turbines are highest effective performance This is the biggest weakness of the current wind turbine system Luận văn Thạc sỹ Thesis content "Research, calculate, design and manufacture the model control of wind turbine speed by bevel-gear system " by teacher Dr Nguyen Ngoc Phuong guide, was completed in the near months Thesis content consturcted a system control of wind turbine speed by using the bevel-gear system to revolve the turbine blade with manufacturing and control process is straightforward After the calculation and design, experimental models is completed and experimented at the mechanical Department of Engineering University of Technical Education Ho Chi Minh Experimental results showed that the turbine operated effectively, flexible, turbine speed is controlled by bevel-gear and stepper motor The fist results showed that the research brought success in control the wind turbine speed, ensure safeness and balance for the turbine system during operation Luận văn Thạc sỹ MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh mục hình vẽ ix Danh mục bảng xi Danh mục ký hiệu xii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 13 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu: 13 1.1.1 Lý chọn đề tài 13 1.1.2 Mục đích đề tài nghiên cứu 14 1.1.3 Tình hình nghiên cứu nước 15 1.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 16 1.3 Ý nghĩa thực tiễn ý nghĩa khoa học đề tài 16 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 16 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 Tổng quan lƣợng gió 17 2.1.1 Định nghĩa gió máy phát điện gió 17 2.1.2 Lịch sử phát triển lượng gió 18 2.2 Phân loại turbine gió 24 Luận văn Thạc sỹ 2.2.1 Turbine gió trụ đứng 24 2.2.2 Turbine gió trụ ngang 26 2.3 Động lực học cánh turbine gió 28 2.3.1 Thuyết động học turbine 28 2.3.2 Động lực học cánh turbine gió 30 2.4 Phân tích lực yếu tố hảnh hƣởng đến turbine 32 2.4.1 Phân tích lực tác dụng lên cánh turbine 32 2.4.2 Các giá trị ảnh hưởng đến tốc độ trục turbine 36 2.4.3 Mối quan hệ góc tới α Cl, Cd 39 CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ KHÍ 41 3.1 Thiết kế cánh turbine 41 3.1.1 Đường kính cánh turbine 41 3.1.2 Tỷ số tốc độ đỉnh TSR (Tip Speed Ratio) 42 3.1.3 Hiệu suất turbine Cp 43 3.1.4 Số lượng cánh turbine 44 3.2 Tính toán, thiết kế trục turbine 45 3.2.1 Tính toán số vòng quay turbine 45 3.2.2 Tính toán thiết kế hộp tốc độ 46 3.2.3 Tính toán đường kính trục 50 3.2.4 Lựa chọn ổ lăn 52 3.2.5 Chọn động 53 3.2.5.1 Các loại động bước so sánh với loại động khác 53 Luận văn Thạc sỹ 3.2.5.2 Tính toán công suất động 58 3.2.6 Lựa chọn cảm biến 60 3.2.7 Thiết kế cấu hãm tốc 62 3.2.8 Thiết kế chân giá đỡ 62 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN CHO BỘ ĐIỀU TỐC 63 4.1 Tính toán số vòng quay trục ứng với thay đổi góc tới 63 4.1.1 Mối quan hệ góc nghiêng cánh góc tới 63 4.1.2 Tính toán số vòng quay trục góc cánh thay đổi 63 4.2 Mối quan tốc độ trục chính, hệ bánh nón, trục vít bánh vít động 71 CHƢƠNG 5: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 73 5.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động điều tốc 73 5.1.1 Giới thiệu 73 5.1.2 Nguyên lý hoạt động 75 5.2 Khảo sát hoạt động điều tốc ứng với thay đổi tốc độ trục 78 5.3 Kết thực nghiệm 82 5.3.1 Ghi nhận kết 83 5.3.2 Nhận xét kết thực nghiệm 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 PHỤ LỤC 89 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Luận văn Thạc sỹ DANH MỤC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1.3 Một dạng kết cấu hệ thống xoay cánh turbine 15 Hình 2.1.1 Các dạng turbine gió 18 Hình 2.1.2.1 Mô hình cánh gió Tung Mỹ, cuối kỷ 19 19 Hình 2.1.2.2 Sử dụng cối xay gió để bơm nước đảo Crete 20 Hình 2.1.2.3 Mô hình cối xay gió xuất sau kỷ 13 20 Hình 2.1.2.4 Quạt gió cánh thép bơm nước vùng Trung Tây nước Mỹ (cuối 1800) 21 Hình 2.1.2.5 Máy phát điện sức gió Charles F.Brush chế tạo 22 Hình 2.1.2.6 Kiểu turbine gió phát minh vào năm 1960 23 Hình 2.1.2.7 Dạng turbine gió đại sử dụng phổ biến ngày 24 Hình 2.2.1 Một dạng turbine gió trục đứng 27 Hình 2.2.1 Một dạng turbine gió trục ngang 29 Hình 2.3.1 Mô hình dòng chảy không khí qua mặt cắt ngang 31 Hình 2.3.2 Động lực học cánh turbine gió 33 Hình 2.3.1.1:Phân tích lực tác động lên cánh turbine 35 Hình 2.3.1.2 Biểu diễn lực mặt phẳng cắt ngang cánh turbine 37 Hình 2.3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cánh turbine 38 Hình 2.4.2.1 Ảnh hưởng vận tốc đến góc tới 40  41 Hình 2.4.2.2 Góc tới tăng làm ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc turbine Hình 2.4.2.3 Hình biểu diễn mặt phẳng lực 42 Hình 2.4.3: Mối quan hệ góc tới α Cl, Cd 43 Hình 2.4.3 Đường kính turbine thiết kế 45 Luận văn Thạc sỹ Hình 3.2.2 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ Cp λ 46 Hình 3.2.3 Mối quan hệ số lượng cánh turbine hiệu suất Cp 47 Hình 3.2.4 Lựa chọn ổ lăn 55 Hình 3.2.5.1 Động bước từ trở 57 Hình 3.2.5.2 Động bước nam châm vĩnh cửu 58 Hình 3.2.5.3 Động bước lai 59 Hình 3.2.5.4 Động bước nam châm vĩnh cửu 61 Hình 3.2.6 Cảm biến từ dùng nhân biết kim loại 65 Hình 4.1 Biểu đồ biểu diễn thay đổi tốc độ trục ứng với vận tốc gió khác góc tới thay đổi 72 Hình 4.2 Biểu đồ biểu diễn tốc độ trục góc xoay động bước theo tính toán lý thuyết 73 Hình 5.1.2.1 Cấu tạo điều tốc 78 Hình 5.1.2.2 Bộ cấp điện cho động bước 80 Hình 5.2.1 Mô hình thí nghiệm 81 Hình 5.2.2 Các thí nghiệm tiến hành 83 Hình 5.3.1 Biểu đồ thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ tốc độ trục góc xoay động 86 Hình 5.3.2 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ tốc độ trục góc xoay động bước theo thực nghiệm theo tính toán lý thuyết 10 88 Luận văn Thạc sỹ DANH MỤC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.4.3 Giá trị hệ số nâng hệ số cản tương ứng với góc 40 Bảng 4.1 Bảng giá trị diểu diễn mối liên hệ góc tới góc xoay cánh 59 Bảng 4.2.1 Số vòng quay trục ứng với   66 0 Bảng 4.2.2 Số vòng quay trục ứng với   68 Bảng 4.2.3 Số vòng quay trục ứng với   50 68 Bảng 4.2.4 Số vòng quay trục ứng với   70 69 Bảng 4.2.5 Số vòng quay trục ứng với   100 70 Bảng 4.2.6 Số vòng quay trục ứng với   160 70 Bảng 4.2.7 Bảng tổng hợp tốc độ trục ứng với giá trị gía trị góc tới 72 Bảng 5.2 Khảo sát góc xoay động bước ứng với thay đổi tốc độ 82 Bảng 5.3.1.1 Giá trị góc xoay động bước ứng với thay đổi tốc độ trục 85 Bảng 5.3.1.2 Bảng giá trị biểu diễn góc xoay động ứng với tốc độ trục 87 11 Luận văn Thạc sỹ DANH MỤC KÝ HIỆU a đại lượng đặc trưng thay đổi vận tốc[ ] α góc tới dòng không khí [độ] A diện tích hoạt động cánh turbine [m2] θ góc xoay cánh turbine [độ] c chiều dài dây cung cánh [m] φ góc dòng chảy [độ] Cp hệ số công suất turbine [ ] λ tốc độ dỉnh (vận tốc tip) Cl hệ số cản [ ] η hiệu suất turbine [ ] Cd hệ số nâng [ ] Ω vận tốc góc [rad/s] D lực cản [N] ρ khối lượng riêng không khí [kg/m3] L lực nâng [N] F lực tác dụng lên turbine [N] m khối lượng dòng chảy [kg] n số lượng cánh quạt [ ] P công suất turbine [W] q lưu lượng dòng chảy [m3/s] r bán kính cánh turbine [m] t thời gian [s] T moment sinh [Nm] V0 vận tốc gió [m/s] Vrel vận tốc tổng hợp [m/s] 12 Luận văn Thạc sỹ CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Lý chọn đề tài Ngày nay, lượng nhu cầu thiết yếu người yếu tố đầu vào thiếu hoạt động kinh tế Khi mức sống người dân cao, trình độ sản xuất kinh tế ngày đại nhu cầu lượng ngày lớn việc thỏa mãn nhu cầu thực thách thức hầu hết quốc gia Khi nguồn lượng hoá thạch ngày bị cạn kiệt, nhu cầu sử dụng điện ngày tăng cao, vấn đề môi trường cần đảm bảo việc tìm kiếm, khai thác, sử dụng nguồn lượng đặt cấp thiết Hiện giới, việc phát triển điện từ nguồn lượng xu lớn, đặc biệt nguồn lượng gió thể mức tăng trưởng cao so với nguồn lượng khác Ở Việt Nam, khởi sắc kinh tế từ sau đổi làm nhu cầu điện gia tăng đột biến lực cung ứng chưa phát triển kịp thời Nếu tiếp tục đà này, nguy thiếu điện nỗi lo thường trực ngành điện lực Việt Nam doanh nghiệp người dân nước Do đó, việc đầu tư xây dựng nhà máy phát điện vô cần thiết cấp bách Với thành tựu giới tiềm Việt Nam lượng gió, hoàn toàn phát triển nguồn lượng để góp phần vào phát triển kinh tế - xã hội đất nước Với ưu điểm từ lượng gió giải vấn đề cấp bách môi trường,Việt Nam dần xây dựng mở rộng, phát triển nguồn lượng 13 Luận văn Thạc sỹ dồi này, để tận dụng triệt để, yếu tố tự nhiên phụ thuộc nhiều vảo vấn đề kỹ thuật, đặc biệt hệ thống phát điện gió Do gió nguồn lượng không ổn định nên trình khai thác thường xảy cố mặt kỹ thuật làm hư hỏng hệ thống máy phát Nhược điểm động gió tốc độ gió thay đổi, tốc độ quay turbine thay đổi theo, tốc độ trục tăng cao vượt qua tốc độ cho phép gây cháy máy phát cân toàn hệ thống turbine gây thiệt hại nghiêm trọng Nhận biết tầm quan trọng động phát điện gió, đề tài “Nghiên cứu, tính toán, thiết kế chế tạo mô hình điều tốc turbine gió cách sử dụng hệ bánh nón” thực Với điều tốc giữ cho tốc độ quay turbine ổn định cách xoay cánh để thay đổi diện tích bề mặt hứng gió, giúp cho turbine hoạt động với hiệu suất lớn nhất, linh hoạt vừa tạo ổn định, mặt khác phải giữ cân cho toàn hệ thống turbine gió Khi đề tài khai thác cách triệt để hứa hẹn mang đến nhiều thành công việc xây dựng chế tạo máy phát điện gió phù hợp với thay đổi từ gió, nâng cao hoạt động ổn định cho toàn hệ turbine gió, đảm bảo độ cân toàn hệ thống giảm bớt rủi ro đồng thời mang lại hiệu kinh tế cao 1.1.2 Mục đích đề tài nghiên cứu Một turbine gió cần phải hoạt động với công suất tối ưu, phải khai thác tiềm vốn có nó, đồng thời cần phải xét chi phí, mức độ bảo trì Chính vậy, cần có phương pháp điều khiển, kết cấu phù hợp để hạn chế rủi ro, chi phí thiết kế giảm, chế độ bảo trì phương pháp điều khiển đơn giản hiệu Nhiệm vụ trước mắt đề tài thực bước tính toán thiết kế ban đầu 14 Luận văn Thạc sỹ tiến hành chế tạo turbine gió, chế tạo thành công mô hình điều tốc cho turbine gió cách sử dụng hệ bánh nón để xoay cánh Tiến hành thực nghiệm, thu thập số liệu so sánh với lý thuyết Xa nữa, trình nghiên cứu thành công, hứa hẹn đem lại nhiều đóng góp to lớn cho ngành công nghiệp gió, khai thác triệt để tiềm nguồn lượng này, sử dụng chủ yếu khơi, nơi có lượng gió dồi 1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong, nước: Hiện việc thiết kế, chế tạo hệ thống cánh để xoay nghiên cứu rộng rãi giới Kết cấu điều khiển cánh riêng lẻ nghĩa cánh điều khiển hệ riêng biệt lĩnh vực nghiên cứu [hình 1.1.3a] hứa hẹn mang đến nhiều thành công ngành điện gió Với cách điều khiển giúp giảm tải tác dụng lên cánh turbine, giúp turbine hoạt động nhẹ hơn, cánh điều chỉnh kịp thời để tăng hiệu suất cao đồng thời làm tăng độ bền mỏi cánh nên tuổi thọ hệ thống cánh tăng lên đáng kể, khắc phục hoàn toàn tượng gãy cánh chịu áp lực lớn Khi hướng gió thay đổi, tải đặt lên cánh thay đổi, hệ điều khiển cánh ghi nhận tải phân bố cánh có nhiệm vụ điều chỉnh để giảm tải cân ba cánh, đó, làm cho hệ điều khiển trở nên phức tạp Tiếp đó, trình điều khiển riêng lẻ đòi hỏi hệ điều khiển cánh phải hoạt động tốt, hệ điều khiển ba cánh turbine có vấn đề, không hoạt động dễ dàng gây ảnh hưởng, làm cân hệ thống turbine so với trình điều khiển đồng 15 Luận văn Thạc sỹ a b c d Hình 1.1.3 Các dạng kết cấu hệ thống xoay cánh turbine nghiên cứu Với phương pháp thiết kế cũ cánh turbine cố định Với kết cấu này, đảm bảo hệ thống an toàn mặt kết cấu vận tốc gió thay đổi đột ngột tốc độ, hướng di chuyển hiệu suất turbine không đạt hiệu mong muốn Hiện nay, dạng thiết kế sử dụng, thường sử dụng chủ yếu nơi gió có công suất nhỏ hộ gia đình Kết hợp kết cấu trên, việc thiết kế hệ thống kết cấu điều khiển xoay cánh cách đồng có nhiều ưu điểm Kết cấu nghiên cứu nhiều giới với kết cấu đa dạng trình điều khiển kết cấu chưa hoàn toàn tối ưu [hình 1.1.3 b, c, d], phức tạp kết cấu 16 Luận văn Thạc sỹ Trong nước, đề tài nghiên cứu để điều khiển tốc độ turbine gió nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, nhiều hạn chế điều tốc ổn định, phương pháp điều khiển phức tạp 1.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu turbine gió trục ngang Nghiên cứu, phân tích động lực học turbine gió trục ngang Tối ưu hóa hệ thống xoay cánh hệ bánh nón Thiết kế chế tạo mô hình Thực nghiệm so sánh với tính toán lý thuyết 1.3 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài: Về ý nghĩa khoa học: Đề tài đưa kết cấu phương pháp điều khiển tốc độ turbine gió hoàn toàn mới, tối ưu khả giải khó khăn trước mắt turbine gió, đáp ứng linh hoạt với thay đổi tốc độ trục chính, vừa đảm bảo cân tuyệt đối cho turbine,… Về ý nghĩa thực tiễn: Đề tài mang tính thời cao, vấn đề quan tâm nhiều thời điểm tại, thiết kế điều khiển đơn giản sử dụng cho turbine gió có công suất nhỏ sử dụng gia đình có ý nghĩa lớn với ngành công nghiệp gió đòi hỏi công suất lớn sử dụng khơi 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu: Tham khảo tài liệu Phân tích số liệu, tính toán sở lý thuyết Thực nghiệm thu thập số liệu 17 Luận văn Thạc sỹ CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan lƣợng gió 2.1.1 Định nghĩa turbine gió máy phát điện gió Turbine gió máy dùng để biến đổi động gió thành Máy lượng dùng trực tiếp trường hợp cối xay sức gió, hay biến đổi tiếp thành điện trường hợp máy phát điện sức gió Máy phát điện sức gió bao gồm nhiều thành phần khác Nhưng thành phần quan trọng motor điện chiều; loại dùng nam châm bền cánh đón lấy gió Còn lại phận khác như: đuôi lái gió, trục cột để dựng máy phát, phận đổi dòng điện để hợp với bình ắcqui cuối máy đổi điện (inverter) để chuyển điện từ ắc quy thành điện xoay chiều thông dụng Máy phát điện turbine gió thường sử dụng máy phát loại xoay chiều có nhiều cặp cực kết cấu đơn giản phù hợp đặc điểm tốc độ thấp turbine gió Các máy phát điện sử dụng lượng gió thường xây dựng gần điện sản xuất hòa vào mạng điện chung sau biến đổi để có nguồn điện phù hợp Việc sử dụng ăc quy để lưu giữ nguồn điện phát sử dụng cho máy phát điện đơn lẻ cung cấp cho hộ tiêu thụ nhỏ (gia đình) Việc lưu điện vào ắc quy sau chuyển đổi lại thường cho hiệu suất thấp chi phí cao cho lưu điện nhiên có ưu điểm ổn định đầu Ngoài có cách lưu trữ lượng gió khác Người ta dùng cánh quạt gió truyền động trực tiếp vào máy nén khí Năng lượng gió tích trữ hệ thống nhiều bình khí nén Khí nén bình sau bung để 18 [...]... cân bằng toàn bộ hệ thống turbine gây ra những thiệt hại nghiêm trọng Nhận biết được tầm quan trọng của động cơ phát điện gió, đề tài Nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo mô hình bộ điều tốc turbine gió bằng cách sử dụng hệ bánh răng nón được thực hiện Với bộ điều tốc này có thể giữ cho tốc độ quay của turbine ổn định bằng cách xoay cánh để thay đổi diện tích bề mặt hứng gió, giúp cho turbine. .. tốc độ turbine gió cũng đã và đang được nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hạn chế như bộ điều tốc kém ổn định, phương pháp điều khiển phức tạp 1.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là turbine gió trục ngang Nghiên cứu, phân tích động lực học turbine gió trục ngang Tối ưu hóa hệ thống xoay cánh bằng hệ bánh răng nón Thiết kế và chế tạo mô hình Thực nghiệm so sánh với tính. .. hiện các bước tính toán và thiết kế ban đầu 14 Luận văn Thạc sỹ khi tiến hành chế tạo một turbine gió, chế tạo thành công mô hình bộ điều tốc cho turbine gió bằng cách sử dụng hệ bánh răng nón để xoay cánh Tiến hành thực nghiệm, thu thập số liệu và so sánh với lý thuyết Xa hơn nữa, nếu quá trình nghiên cứu thành công, hứa hẹn sẽ đem lại nhiều đóng góp to lớn cho ngành công nghiệp gió, khai thác triệt... Máy phát điện sức gió do Charles F.Brush chế tạo 22 Hình 2.1.2.6 Kiểu turbine gió được phát minh vào năm 1960 23 Hình 2.1.2.7 Dạng turbine gió hiện đại được sử dụng phổ biến ngày nay 24 Hình 2.2.1 Một dạng turbine gió trục đứng 27 Hình 2.2.1 Một dạng turbine gió trục ngang 29 Hình 2.3.1 Mô hình dòng chảy của không khí qua mặt cắt ngang 31 Hình 2.3.2 Động lực học cánh turbine gió 33 Hình 2.3.1.1:Phân... sỹ DANH MỤC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1.3 Một dạng kết cấu của hệ thống xoay cánh turbine 15 Hình 2.1.1 Các dạng turbine gió 18 Hình 2.1.2.1 Mô hình cánh gió tại Tung Mỹ, cuối thế kỷ 19 19 Hình 2.1.2.2 Sử dụng cối xay gió để bơm nước trên đảo Crete 20 Hình 2.1.2.3 Mô hình cối xay gió xuất hiện sau thế kỷ 13 20 Hình 2.1.2.4 Quạt gió cánh thép bơm nước ở vùng Trung Tây nước Mỹ (cuối 1800) 21 Hình 2.1.2.5... Hình 1.1.3 Các dạng kết cấu của hệ thống xoay cánh turbine đã được nghiên cứu Với phương pháp thiết kế cũ là 3 cánh turbine đều cố định Với kết cấu này, luôn đảm bảo hệ thống an toàn về mặt kết cấu nhưng nếu vận tốc gió thay đổi đột ngột về tốc độ, cũng như hướng di chuyển thì hiệu suất turbine sẽ không đạt hiệu quả như mong muốn Hiện nay, dạng thiết kế này ít sử dụng, thường sử dụng chủ yếu nơi gió. .. đổi tốc độ trục chính ứng với vận tốc gió khác nhau khi góc tới thay đổi 72 Hình 4.2 Biểu đồ biểu diễn tốc độ trục chính và góc xoay động cơ bước theo tính toán lý thuyết 73 Hình 5.1.2.1 Cấu tạo bộ điều tốc 78 Hình 5.1.2.2 Bộ cấp điện cho động cơ bước 80 Hình 5.2.1 Mô hình thí nghiệm 81 Hình 5.2.2 Các thí nghiệm tiến hành 83 Hình 5.3.1 Biểu đồ thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ tốc độ trục chính và góc... răng nón, trục vít bánh vít và động cơ 71 CHƢƠNG 5: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 73 5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc 73 5.1.1 Giới thiệu 73 5.1.2 Nguyên lý hoạt động 75 5.2 Khảo sát hoạt động của bộ điều tốc ứng với sự thay đổi tốc độ trục chính 78 5.3 Kết quả thực nghiệm 82 5.3.1 Ghi nhận kết quả 83 5.3.2 Nhận xét kết quả thực nghiệm 85 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 PHỤ LỤC 89 KẾ HOẠCH... lớn nhất, linh hoạt vừa tạo sự ổn định, mặt khác phải giữ được sự cân bằng cho toàn bộ hệ thống turbine gió Khi đề tài được khai thác một cách triệt để sẽ hứa hẹn mang đến nhiều thành công mới trong việc xây dựng và chế tạo máy phát điện gió phù hợp với mọi sự thay đổi từ gió, nâng cao sự hoạt động ổn định cho toàn bộ hệ turbine gió, đảm bảo độ cân bằng của toàn bộ hệ thống được và giảm bớt những rủi... 3.2.5.2 Tính toán công suất động cơ 58 3.2.6 Lựa chọn cảm biến 60 3.2.7 Thiết kế cơ cấu hãm tốc 62 3.2.8 Thiết kế chân giá đỡ 62 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN CHO BỘ ĐIỀU TỐC 63 4.1 Tính toán số vòng quay trục chính ứng với sự thay đổi của góc tới 63 4.1.1 Mối quan hệ giữa góc nghiêng cánh và góc tới 63 4.1.2 Tính toán số vòng quay trục chính khi góc cánh thay đổi 63 4.2 Mối quan giữa tốc độ trục chính, hệ bánh răng