Nghiên cứu, tính toán và thiết kế cơ cấu dẫn động điều khiển góc cánh Turbine gió kiểu trục đứng cho máy phát điện công suất 10kw

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

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU

DẪN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN GÓC CÁNH TURBINE

GIÓ KIỂU TRỤC ĐỨNG CHO MÁY PHÁT ĐIỆN

CÔNG SUẤT 10KW

GIANG NGỌC THANH

THÁI NGUYÊN, 2010

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

---------------------------------------

GIANG NGỌC THANH

NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU

DẪN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN GÓC CÁNH TURBINE

GIÓ KIỂU TRỤC ĐỨNG CHO MÁY PHÁT ĐIỆN

CÔNG SUẤT 10KW

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên, 2010

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe

HỌC VIÊN

Giang Ngọc Thanh

KHOA ĐÀO TẠO SĐH BGH TRƯỜNG ĐHKTCN

PGS.TS. Nguyễn Đăng Hòe

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

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Giang Ngọc Thanh - Học viên cao học lớp K11- Công nghệ chế tạo máy

(khóa học 2008 - 2010) tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học 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 cơ cấu dẫn động điều khiển góc

cánh turbine gió kiểu trục đứng cho máy phát điện công suất 10KW”.

Được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của PGS. TS Nguyễn Đăng Hoè và sự

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

Tôi cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn này là do tự bản thân

tôi thực hiện, không sao chép của người khác và chưa từng được ai công bố trong bất

kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận

văn. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, ngày 03 tháng 11 năm 2010

Tác giả

Giang Ngọc Thanh

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

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 thầy

giáo hướng dẫn khoa học PGS. TS Nguyễn Đăng Hoè - Phó hiệu trưởng trường Đại

học kỹ thuật công nghiêp - Đại học Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo

điều kiện để tôi thực hiện hoàn chỉnh luận văn tốt nghiệp.

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

Sư phạm - Đại học Thái Nguyên và trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình

giảng dạy trong hai năm học vừa qua.

Cảm ơn Lãnh đạo UBND tỉnh Thái Nguyên, Ban lãnh đạo Sở Công Thương

Thái Nguyên và các phòng ban chức năng của Sở Công Thương Thái Nguyên (số 4 -

đường Cách mạng tháng tám - thành phố Thái Nguyên - tỉnh Thái Nguyên) đã tạo mọi

điều kiện để tôi thực hiện và hoàn thành khóa học này.

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.

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót,

tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa

học và các bạn đồng nghiệp.

Thái Nguyên, ngày 03 tháng 11 năm 2010

Tác giả

Giang Ngọc Thanh

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

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................... 1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. 2

Chƣơng 1. GIỚI THIỆU.......................................................................................... 4

1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 4

1.2. Giới thiệu về việc sử dụng năng lượng gió - turbine gió.................................. 5

1.3. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................. 10

1.4. Mục tiêu và ý nghĩa nghiên cứu...................................................................... 11

1.5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 11

1.6. Các kết quả chính............................................................................................ 12

1.7. Cấu trúc luận văn ............................................................................................ 12

Chƣơng 2.CÁC VẤN ĐỀ CƠ SỞ.......................................................................... 14

2.1. Cơ sở tính toán lực khí động........................................................................... 14

2.1.1. Lý thuyết Albert Betz............................................................................... 14

2.1.2. Mô hình toán lực khí động trên cánh turbine........................................... 16

2.2. Một số dạng kết cấu VAWTs điển hình ......................................................... 19

2.2.1. Kiểu VAWT cánh cố định........................................................................ 19

2.3. Phân tích kết cấu Novel VAWT có khả năng điều chỉnh góc hứng gió......... 26

2.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của kết cấu............................................ 26

2.4. Đề xuất kết cấu VAWT mới khả điều chỉnh góc hứng gió của cánh ............. 29

CHƢƠNG 3. ĐẶC TÍNH KHÍ ĐỘNG HỌC MÔ HÌNH VAWT MỚI ............ 32

3.1. Nguyên lý hoạt động của turbine.................................................................... 32

3.2. Phân tích lực khí động .................................................................................... 32

3.3. Kết luận chương 3........................................................................................... 41

Chƣơng 4. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU DẪN ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

GÓC CÁNH TURBINE......................................................................................... 43

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

4.1. Phân tích nguyên lý điều khiển-dẫn động cánh turbinee................................ 43

4.2. Phân tích động học cơ cấu .............................................................................. 45

4.3.1. Tính số bậc tự do...................................................................................... 46

4.3.2. Tính tỷ số truyền với các cánh ở nửa bên có răng của bánh răng 1......... 46

4.3. Thiết kế cơ cấu điều khiển - dẫn động cánh hệ thống VAWT 10KW............ 47

4.3.1. Thông số thiết kế các chi tiết trong cơ cấu điều khiển 05 cánh turbine... 48

4.4. Mô phỏng nguyên lý hoạt động của hệ thống VAWT mới. ........................... 59

4.5. Kết luận chương 4........................................................................................... 61

KẾT LUẬN ............................................................................................................. 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 64

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

- 1 -

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HAWTs hệ turbine gió kiểu trục ngang.

VAWTs hệ turbine gió kiểu trục đứng.

U Vận tốc thực của gió (m).

 Trọng lượng riêng của không khí (kg/m3

).

b Chiều rộng cánh turbine (m).

h Chiều cao cánh turbine (m).

r Bán kính Rotor (m).

P Công suất (W).

M Mômen (Nm).

C

Hệ số nâng.

Cd Hệ số cản (drag coefficient).

S Diện tích cánh (m2

).

A Diện tích quét của cánh turbine (m2

).

 Góc xoay cánh turbine (độ).

F Áp lực (N).

i Góc tới (độ).

 Góc nâng (độ).

g Gia tốc trọng trường (9.81m/s2

).

W Vận tốc tương đối (m).

 Vận tốc góc (rad/s).

Cp Hệ số công suất.

Cm Hệ số mômen.

n Số vòng quay (vòng/giây)