Thiết kế tối ưu hộp tăng tốc dùng cho máy phát điện sức gió trục đứng công suất 10 KW

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

******

BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ TỐI ƯU HỘP TĂNG TỐC DÙNG

CHO MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TRỤC ĐỨNG

CÔNG SUẤT 10KW

Học Viên: Nguyễn Thị Thanh Nga

Lớp: CH K11 CTM

Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy

HDKH: TS. Vũ Ngọc Pi

THÁI NGUYÊN - 2010

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

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Thanh Nga, Học viên lớp cao học khóa 11-Công nghệ

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

- Đại học Thái Nguyên

Xin cam đoan:

Đề tài:” Thiết kế tối ưu hộp tăng tốc dùng cho máy phát điện sức gió trục

đứng công suất 10kW “, 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 10 tháng 10 năm 2010

Học viên

Nguyễn Thị Thanh Nga

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

LỜI CẢM ƠN

Thứ nhất, tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Ngọc Pi, người đã

tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Trong quá trình làm luận văn thầy

luôn định hướng cho bài luận văn, chỉ bảo tôi cách tìm tài liệu tham khảo và cung

cấp một số tài liệu tham khảo. Đồng thời thầy đã hướng dẫn cho tôi về cách trình

bày bài luận văn, bài báo.

Tôi xin chân thành cảm ơn tới Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí – Khoa Cơ khí -

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong thời

gian học tập và làm luận văn.

Lời cảm ơn sâu sắc tới trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ tôi

về kinh phí đào tạo cũng như thời gian học tập.

Tôi cũng xin cảm ơn các bạn đồng nghiệp nơi tôi công tác đã động viên giúp

đỡ tôi hoàn thành tốt công việc bộ môn để tạo điều kiện cho tôi được học tập tốt.

Cuối cùng tôi gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình tôi, mẹ tôi, chồng tôi và

con tôi đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa học này.

Thái Nguyên, ngày 10/10/2010

Nguyễn Thị Thanh Nga

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

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ cái viết tắt

Danh Mục các hình vẽ

Lời mở đầu 1

Chương 1: Tổng quan về máy phát điện sức gió 9

1.1. Tổng quan về máy phát điện sức gió

1.1.1. Lịch sử của máy phát điện sức gió

1.1.2. Máy phát điện sức gió trục đứng

1.1.3. Công suất của gió

1.1.4. Cấu tạo của tuốc bin gió trục đứng

1.1.4.1. Máy phát

1.1.4.2. Hộp tăng tốc

1.2. Tổng quan về thiết kế và thiết kế tối ưu máy phát điện sức gió

1.2.1. Một số nghiên cứu về máy phát điện sức gió trục ngang

1.2.2. Một số nghiên cứu về máy phát điện sức gió trục đứng

1.2.3. Một số nghiên cứu về hộp tăng tốc của máy phát điện sức gió

1.3. Kết luận

9

9

13

15

17

17

18

21

21

22

23

25

Chương 2: Cơ sở tính toán thiết kế

2.1. Lựa chọn hộp tăng tốc

2.1.1. Các loại bánh răng

2.1.2. Hộp tăng tốc

2.2. Cơ sở tính toán thiết kế bánh răng

2.2.1. Các thông số hình học

2.2.2. Số răng

26

26

26

29

31

31

36

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

2.2.3. Tỷ số truyền

2.3. Máy phát

2.3.1. Hiện tượng từ

2.3.2. Các định luật cơ bản

2.3.3. Các loại máy phát

2.3.4. Lựa chọn loại máy phát

2.4. Kết luận

37

38

38

40

43

46

46

Chương 3: Xây dựng bài toán tối ưu

3.1. Giới thiệu về bài toán tối ưu

3.2. Xây dựng hàm mục tiêu

3.2.1. Hàm mục tiêu khối lượng của hệ gồm hộp tăng tốc và máy phát

là nhỏ nhất

3.2.1.1. Khối lượng của hộp tăng tốc

3.2.1.2. Khối lượng của máy phát

3.2.2. Hàm mục tiêu về giá thành của hệ gồm hộp tăng tốc và máy phát

là nhỏ nhất

3.3. Bài toán tối ưu

3.3.1. Bài toán tối ưu đơn mục nhằm đạt khối lượng của hệ là nhỏ nhất

3.3.2. Bài toán tối ưu đơn mục về giá thành nhỏ nhất

3.4. Kết luận

48

48

48

48

48

56

61

61

61

62

62

Chương 4: Các phương pháp giải bài toán tối ưu

4.1. Các phương pháp giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu

4.2. Lựa chọn phương pháp giải bài toán tối ưu đơn mục tiêu

63

63

65

Chương 5: Kết quả và nhận xét

5.1. Kết quả và nhận xét

5.2. Kết luận

67

67

73

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

6.1. Kết luận

6.2. Kiến nghị

74

74

75

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

Tài liệu tham khảo

Phụ lục 1: Bài báo

Phụ lục 2: Một phần chương trình giải bào toán tối ưu

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

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT

HAWTs Tuốc bin gió kiểu trục ngang

VAWTs Tuốc bin gió kiểu trục đứng

P0 Công suất của gió (W)

Cp Hệ số Bezt

 Khối lượng riêng của không khí  = 1,25(Kg/m3

)

 Vận tốc góc (rad/s)

u Tỷ số truyền

Z Số răng của bánh răng

d Đường kính vòng tròn chia (mm)

db Đường kính vòng tròn cơ sở (mm)

df Đường kính vòng tròn chân răng (mm)

dw Đường kính vòng tròn lăn (mm)

aw Khoảng cách trục

GH Khối lượng của hộp tăng tốc (kg)

GVH Khối lượng của vỏ hộp tăng tốc (Kg)

1 Khối lượng riêng của vật liệu làm vỏ hộp 1 = 7,8.10-6

(Kg/mm3

)

GBR Khối lượng của bánh răng (Kg)

2 Khối lượng riêng của vật liệu làm bánh răng 2 = 7,8.10-6

(Kg/mm3

)

GTR Khối lượng của trục (Kg)

3 Khối lượng riêng của vật liệu làm trục 3 = 7,8.10-6

(Kg/mm3

)

T Mô men xoắn (Nmm)

o Hiệu suất của ổ lăn

br Hiệu suất của bánh răng

Gmp Khối lượng của máy phát (Kg)

Gs Khối lượng của stator (Kg)

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

Gr Khối lượng của rotor (Kg)

Gd Khối lượng của dây quấn đồng (Kg)

Gv Khối lượng của vỏ máy phát (Kg)

4 Khối lượng riêng của vật liệu làm stator 4 = 7,8.10-3

(Kg/cm3

)

5 Khối lượng riêng của vật liệu làm rotor 5 = 7,8.10-3

(Kg/cm3

)

6 Khối lượng riêng của vật liệu làm dây quấn 6 = 8,9.10-3

(Kg/cm3

)

7 Khối lượng riêng của vật liệu làm vỏ máy phát 7 = 7,8.10-3

(Kg/cm3

)

Dn Đường kính ngoài của stator (cm)

D Đường kính trong của stator (cm)

f Tần số (Hz)

p Số đôi cực

A Tải đường (A/cm)

B Mật độ từ thông khe hở không khí (gauxơ)

J Mật độ dòng điện (A/mm2

)

l Chiều dài lõi sắt stator (cm)

 Bước cực (cm)

 Khe hở không khí (mm)

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 0.1 Bản đồ tiềm năng gió của thế giới

Hình 0.2 Bản đồ tiềm năng điện gió ở Việt Nam

Hình 1.1 Mô hình cối xay gió xuất hiện sau thế kỷ 13

Hình 1.2 Máy bơm chạy bằng sức gió, phía Tây nước Mỹ những năm 1800

Hình 1.3 Máy phát điện sức gió do Charles F. Brush chế tạo, 1888

Hình 1.4 Tuốc bin gió của Dane Poul La Cour ở Askov, Đan Mạch

Hình 1.5 Máy phát Gedser, Công suất 200Kw

HÌnh 1.6 Tuốc bin gió trục đứng Savonius

Hình 1.7 Tuốc bin gió trục đứng kiểu Darieus với đường kính 34m

HÌnh 1.8 VAWT kiểu H – rotor ở Anh

Hình 1.9 Quan hệ giữa hệ số Betz Cp và tỷ số vân tốc V0/V

Hình 1.10 Cỡ của tuốc bin gió

Hình 1.11 Cấu tạo của tuốc bin gió trục đứng

Hình 1.12 Hộp tăng tốc với tỷ số truyền u = 50

Hình 1.13 Hộp tăng tốc cho tuốc bin gió 1.5 MW

Hình 1.14 Hộp tăng tốc dùng cho tuốc bin ESI-80

Hình 1.15 Hộp tăng tốc bánh răng hành tinh của hãng Kisssoft

Hình 1.16 Hộp tăng tốc bánh răng hành tinh

Hình 1.17 Mô hình hộp tăng tốc của hệ thống tuốc bin 1,5 MW

Hình 1.18 Sự so sánh giá của hệ thống tuốc bin khi sử dụng và không sử dụng

hộp tăng tốc

Hình 2.1 Hệ thống cơ bản về năng lượng gió

Hình 2.2 Cặp bánh răng trụ răng thẳng

Hình 2.3 (a) Bánh răng trụ răng nghiêng; (b) Bánh răng chữ V

HÌnh 2.4 Bộ truyền bánh răng côn

Hình 2.5 Bộ truyền trục vít – bánh vít