Thiết kế cánh Turbine máy phát điện sức gió kiểu trục đứng

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

==========

BÙI THANH HIỀN

THIẾT KẾ CÁNH TURBINE MÁY PHÁT

ĐIỆN SỨC GIÓ KIỂU TRỤC ĐỨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

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

==========

BÙI THANH HIỀN

THIẾT KẾ CÁNH TURBINE MÁY PHÁT

ĐIỆN SỨC GIÓ KIỂU TRỤC ĐỨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Thái Nguyên - 2010

1

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

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Bùi Thanh Hiền, Học viên lớp cao học khóa 11-Công nghệ chế

tạo máy-Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, hiện đang công tác tại Trường

Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Xin cam đoan:

Đề tài:” Thiết kế cánh turbine máy phát điện sức gió kiểu trục đứng “,

do thầy giáo TS. Vũ Ngọc Pi hướng dẫn là công trình do bản thân tôi thực hiện

dựa trên sự hướng dẫn của thầy giáo hướng dẫn khoa học và các tài liệu tham

khảo đã trích dẫn.

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 9 năm 2010

Học viên

Bùi Thanh Hiền

2

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

MỤC LỤC

Nội dung Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt 4

Danh mục các bảng biểu 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6

Lời mở đầu 8

Phần 1: Tổng quan về máy phát điện sức gió và máy phát điện

sức gió kiểu trục đứng 11

1.1. Tổng quan về máy phát điện sức gió 11

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về máy phát điện

sức gió kiểu trục đứng 14

1.2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 14

1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước 19

1.3. Các kiểu kết cấu cánh đã có và vấn đề lựa chọn số cánh tối ưu 20

1.3.1. Các kiểu kết cấu cánh đã được thiết kế 20

1.3.2. Vấn đề lựa chọn số cánh tối ưu 23

Phần 2: Cơ sở tính toán khí động học cánh turbine 25

2.1. Năng lượng của gió 25

2.1.1. Vật lý học về năng lượng gió 25

2.1.2. Tài nguyên gió ở Việt Nam 26

2.2. Các định luật cơ bản và các khái niệm về khí động học cánh

turbine trong máy phát điện sức gió

28

3

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

2.2.1. Học thuyết Betz 28

2.2.2. Lý thuyết về cánh và kết cấu cánh turbine 29

2.2.2.1. Kiểu cánh và các khái niệm cơ bản 30

2.2.2.2. Khí động học tác dụng lên cánh turbine 31

2.2.2.3. Năng suất vận hành một phần tử cánh (thuyết cơ

bản

33

2.2.2.4. Biểu thức tổng quát cảu áp lực, mômen và công

suất 34

2.3. Lực và sự phân bố lực trên bề mặt cánh turbine 35

2.3.1. Nguyên lý sự phân bố lực trên bề mặt cánh turbine 35

2.3.2. Các hệ số khí động học tương đối trên dây cung và

pháp tuyến với dây cung 36

Phần 3: Thiết kế cánh turbine máy phát điện sức gió kiểu trục

đứng 10KW

38

3.1. Đặt vấn đề 38

3.2. Kiểu dáng hình học cánh turbine thiết kế 39

3.3. Kích thước hình học cánh turbine 40

3.4. Lựa chọn số cánh tối ưu 51

3.5. Xác định kích thước của cánh turbine 60

3.6. Vật liệu cánh turbine 65

3.7. Kết luận 67

Phần 4: Kết luận và kiến nghị 69

4.1. Kết luận 69

4.2. Kiến nghị 70

Tài liệu tham khảo 71

4

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

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  =1,25(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)

W Vận tốc tương đối (m).

 Vận tốc góc (rad/s).

n Số vòng quay (vòng/giây)

5

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

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Thống kê công suất định mức lắp đặt trên thế giới

Bảng 3.1 Bảng giá trị của tỷ số tốc độ lớn nhất ứng với từng turbine có số

cánh đang xét

Bảng 3.2 Bảng giá trị công suất hệ thống cho turbine 5 cánh

Bảng 3.3 Bảng giá trị công suất hệ thống cho turbine 4 cánh

Bảng 3.4 Bảng giá trị công suất hệ thống cho turbine 3 cánh

Bảng 3.5 So sánh công suất hệ thống của turbine có số cánh lần lượt là 5

cánh, 4 cánh, 3 cánh

Bảng 3.6 Bảng giá trị ,  trên hành trình sinh công có ích

Bảng 3.7 Bảng quan hệ giữa  và r

Bảng 3.8 Vật liệu dự kiến chọn làm cánh turbine