socolasua_qnq07
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ GIÓ CÔNG SUẤT 300 W
MỤC LỤC
1. Giới thiệu đề tài 3
2. Vấn đề sử dụng năng lượng gió 3
2.1. Tiềm năng gió 3
2.2. Đại cương về năng lượng gió 6
2.2.1. Năng lượng gió 6
2.2.2. Biểu đồ mặt cắt gió 7
2.2.3. Độ chảy vọt qua của gió 8
2.2.4. Đặc điểm các hệ thống gió 10
2.2.5. Lựa chọn địa điểm lắp đặt động cơ 12
2.3. Các phương án sử dụng năng lượng gió 12
2.3.1. Chuyển năng lượng gió thành năng lượng cơ 12
2.3.2. Chuyển năng lượng gió thành hydro 13
2.3.2. Chuyển năng lượng gió thành năng lượng điện 14
3. Điều tra về tài nguyên gió ở địa phương 14
3.1. Giới thiệu công cụ đo gió 14
3.1.1. Máy đo gió cổ điển 15
3.1.2. Máy đo gió hiện đại 15
3.2. Đo gió thực tế tại địa phương 17
3.2.1. Sơ lược về chế độ gió ở Đà Nẵng 17
3.2.2. Kết quả đo gió tại khu vực Sơn Trà – Đà Nẵng 18
3.3. Xử lý số liệu 18
3.3.1. Xây dựng đồ thị vận tốc gió trong tháng 18
3.3.2. Xây dựng đồ thị tần suất vận tốc gió trong tháng 21
3.3.3. Xây dựng đồ thị phân bố liên tục vận tốc gió 22
4. Nhu cầu sử dụng điện tại hộ tiêu thụ 23
4.1. Sơ lược về vấn đề sử dụng điện tại hộ tiêu thụ 23
4.2. Tính toán công suất sử dụng điện cho hộ tiêu thụ 24
5. Giới thiệu về động cơ gió 24
5.1. Nguyên lý làm việc 24
5.2. Phân loại động cơ gió 27
5.2.1. Động cơ gió trục ngang 27
5.2.2. Động cơ gió trục đứng 29
5.3. Kết cấu, nguyên lý làm việc các bộ phận chính của động cơ gió trục ngang 30
5.3.1. Bánh xe gió 30
5.3.2. Cơ cấu điều tốc 31
5.3.3. Bộ truyền động 33
5.3.4. Máy phát điện 33
5.3.5. Cơ cấu định hướng gió 37
5.3.6. Trụ đỡ động cơ 39
6. Thiết kế bánh xe gió động cơ gió trục ngang công suất 300 W 40
6.1. Cơ sở lý thuyết động lực học không khí của động cơ gió 40
6.1.1. Cơ sở động học của cánh 40
6.1.2. Lý thuyết động lượng hướng trục 47
6.1.3. Những tham số hình học của cánh 52
6.2. Tính toán thiết kế bánh xe gió 54
6.2.1. Xác định đường kính bánh xe gió 54
6.2.2. Xác định đường kính bầu 54
6.2.3. Xác định vận tốc vòng 55
6.2.4. Xác định vận tốc vòng tuyệt đối cu 55
6.2.5. Xác định vận tốc hướng trục cm 55
6.2.7. Xác định góc vào 1, góc ra 2 56
6.2.8. Xác định vận tốc tương đối 56
6.2.9. Xác định tỉ tốc của cánh 56
6.2.10. Xác định số lượng cánh 57
6.2.11. Xác định bước lưới 58
6.2.12. Xác định chiều dài cánh 58
6.2.13. Hình dạng frôfin cánh 58
6.3. Công suất động cơ gió 59
7. Tính toán, thiết kế hộp truyền tốc độ 60
7.1. Phân phối tỷ số truyền 60
7.1.1. Tỷ số truyền 60
7.1.2. Số vòng quay của các trục 61
7.1.3. Công suất trên các trục 61
7.1.4. Mô men xoắn trên các trục 61
7.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng 62
7.2.1. Thiết kế bộ truyền cấp nhanh 62
7.2.2. Thiết kế bộ truyền cấp chậm 66
7.3. Tính toán thiết kế trục 69
7.3.1. Tính đường kính sơ bộ của các trục 69
7.3.2. Chọn vật liệu chế tạo trục 69
7.3.3. Tính gần đúng trục 70
7.4. Tính chọn then 75
7.5. Tính chọn ổ 76
8. Sử dụng và bảo dưỡng động cơ gió 76
8.1. Những điều cần chú ý khi sủ dụng 76
8.2. Bảo trì động cơ gió 76
9. Kết luận 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
1. Giới thiệu đề tài
Trong tương lai sẽ vẫn cần những nguồn năng lượng truyền thống như dầu và khí đốt để đáp ứng nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới. Tuy nhiên vì những nguồn năng lượng đó là hữu hạn và vì chúng ảnh hưởng xấu đến môi trường nên ngay từ bây giờ một vần đế ngày càng cấp bách đã được đặt ra là nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng, cũng như tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt là những nguồn năng lượng vô hạn, tái sinh được.
Năng l¬ượng là yếu tố quan trọng nhất bảo đảm phát triển kinh tế, nâng cao đời sống, nên nước ta đã tập trung xây dựng hàng loạt nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện như¬: Thác Bà, Hoà Bình, Trị An, Ialy, Uông Bí, Phả Lại, Cao Ngạn, Ninh Bình, Phú Mỹ... Nh¬ưng kể cả khi nhà máy Thuỷ điện Sơn La lớn nhất Đông Nam á đi vào hoạt động, cũng không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công nghiệp hoá, hiện đại hoá nư¬ớc nhà. Chờ đến năm 2020, Việt Nam trở thành n¬ước công nghiệp, nhu cầu năng lượng tăng gấp 4 lần, (năm 2006 sản xuất 60,6 tỷ kwh với công suất 12352 MW, dự kiến năm 2020 là 294,012 tỷ kwh với tổng công suất 48642 MW). Lúc đó dù có thêm nhà máy điện nguyên tử đầu tiên 4000 MW nữa, n¬ước ta vẫn có nguy cơ thiếu hụt năng l¬ượng nghiêm trọng cho sản xuất, kinh doanh, phát triển kinh tế... (dự kiến thiếu 4000 MW mua của Lào 2000 MW, Campuchia 1000 MW, Trung Quốc 1000 MW). Lúc đó dầu mỏ, than đá bắt đầu cạn kiệt, giá dầu có thể lên đến 150 USD/thùng (theo 1). Vì vậy ngay từ bây giờ, chúng ta nên đề ra đường lối chiến lược đầu tư¬ lớn khai thác năng l¬ượng gió, năng l¬ượng mặt trời…
Năng lượng gió có điểm nổi trội là năng l¬ượng sạch, không ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính, ban đêm lẫn ban ngày, mùa nào, đâu đâu cũng có, không cần mua nhiên liệu, giá xây dựng rẻ, tiền ít, mỗi gia đình có thể xây dựng trạm điện gió riêng...
Nước ta có vị thế bờ biển dài trên 3000 km, có nhiều bán đảo, hải đảo, núi cao có gió mạnh quanh năm, rất thuận tiện cho việc xây dựng các trạm điện gió.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn em làm đề tài “thiết kế chế tạo động cơ gió công suất 300 w” với mong muốn khi đề tài được ứng dụng trong thực tế sẽ tạo ra những động cơ gió cỡ nhỏ phát điện trong các gia đình. Và làm cơ sở để tạo nên những trạm điện gió trong tương lai.
2. Vấn đề sử dụng năng lượng gió
2.1. Tiềm năng gió
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.
Gió hầu như có mặt khắp nơi. Tuy nhiên tính chất gió tùy thuộc nhiều yếu tố khác nhau và thường phân bố không đều trên quy mô lớn cũng như trong từng địa phương. Như vậy, tiềm năng gió phân bố không đều trên trái đất. Tiềm năng gió lớn nhất trên thế giới nằm ở vùng hàn đới và cực đới. Tại những vùng này, cường độ gió trung bình từ 7 m/s đến 11 m/s. Vùng bờ biển ôn đới và vùng giữa các đại dương, cường độ gió cũng khá mạnh. Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới, Việt Nam là quốc gia có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á với tổng công suất khoảng 513360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Đánh giá này cũng trùng với nhận định của Tổ chức Khí tượng thế giới. Thông qua tính toán bằng vệ tinh, cơ quan này đánh giá, tiềm năng về gió ở Việt Nam lên đến cả trăm nghìn MW. Đây thực sự là một tài nguyên năng lượng lớn của nước ta và đang chờ được khai thác (theo 2).
Việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió đang được hầu hết các nước trên thế giới thực hiện, đặc biệt ở những nước có nền công nghiệp mạnh như Đức, Mĩ, Hà Lan, Nga, Đan Mạch... Kết hợp với các khuyến khích về tài chính bao gồm tăng các khoản đầu tư, giảm lãi suất ở mức thấp nhất nhằm mục đích tích cực thúc đẩy phát triển năng lượng gió và giảm lượng khí thải nhà kính. Năm 2001, một chỉ thị của Liên minh châu Âu (EU) về năng lượng tái tạo, trong đó các thành viên phải đặt ra các yêu cầu phát triển năng lượng và phải có kết quả rõ rệt cho đến năm 2010. Mục tiêu tổng thể cho toàn châu Âu là năng lượng tái tạo sẽ đóng góp 21% lượng điện năng tiêu thụ. Cơ quan năng lượng gió châu Âu (EWEA) đoán đến năm 2010, chỉ tính riêng điện sản xuất từ gió đã góp phần giảm lượng khí thải nhà kính bằng 1/3 nghĩa vụ của Liên minh châu Âu đã cam kết tại Kyoto. Mục tiêu hiện tại của EWEA là đạt công suất điện gió khoảng 75000 MW tại châu Âu vào năm 2010, 180000 MW vào năm 2020 và 300000 MW vào năm 2030. Quốc gia đứng đầu tại châu Âu về năng lượng gió là Đức. Nhận được sự ủng hộ bởi các điều luật sau này, bao gồm các điều khoản về các nguồn năng lượng tái tạo trong năm 2000 (được sửa đổi bổ xung vào năm 2004), các nhà sản xuất điện từ năng lượng gió chỉ phải trả mức lãi xuất thấp và được giảm theo hợp đồng trong vòng 20 năm. Các cơ chế chính sách được thông qua đã thành công rực rỡ, điều này đã thu hút một số lượng các nhà đầu tư nhỏ tham gia và kết quả tỷ lệ tăng trưởng ở mức 2 con số trong suốt thập niên 1990. Các dự án năng lượng gió cũng nhận được những sự ưu đãi của các nhà quy hoạch đất đai tại Đức, các nhà chức trách địa phương cũng đồng ý quy hoạch được 5,5% lượng điện năng tiêu thụ tại Đức với công suất lắp đặt lên đến 18428 MW vào cuối năm 2005. Một nghiên cứu của Bộ môi trường Đức (BMU) ước tính điện gió ngoài khơi sẽ đạt công suất từ 12000÷15000 MW vào năm 2020. Điện gió tại Tây Ban Nha cũng phát triển mạnh mẽ từ những năm giữa của thập niên 1990. Sự phát triển này được hỗ trợ bở các chính sách về năng lượng tái tạo, giảm thuế và chính sách tái cơ cấu các khu công nghiệp. Tại một số địa phương, các nhà đầu tư chỉ được tiếp cận các khu vực dự án nếu như ngay từ ban đầu họ cam kết thiết lập một cơ sở sản xuất tại đó, điều này dẫn tới kết quả là thị trấn cùng kiệt thuộc tỉnh Navara nơi có nhiều tiềm năng gió đã đạt được các thành tựu về phát triển kinh tế và đóng góp một lượng điện lớn cho nhu cầu sử dụng điện. Hiện nay điện gió đã cung cấp tới 60% lượng điện năng tiêu thụ tại tỉnh này. Ở một số thị trấn dân cư đông đúc thuộc vùng Castilla la Mancha và Galicia thì điện gió chiếm khoảng 20% điện năng tiêu thụ. Hầu hết các động cơ phát điện gió hiện đang lắp đặt tại Tây Ban Nha đều được sản xuất trong nước. Năm 2007 một loạt các động cơ phát điện gió với công suất 1764 MW đã được đưa vào sử dụng, tăng 20% so với năm 2004 và giảm được lượng khí thải khoảng 19 triệu tấn CO2. Con số này đã nâng tổng công suất của điện gió tại Tây Ban Nha lên hơn 10.000 MW, đủ đáp ứng 8,25% lượng điện năng tiêu thụ của quốc gia. Chính phủ Tây Ban Nha đặt mục tiêu đến năm 2010 phát triển nâng công suất lên hơn 20000 MW.Đan Mạch là quốc gia tiên phong trong ngành công nghiệp chế tạo động cơ phát điện gió và hiện đang là nước có tỷ lệ đóng góp điện năng từ gió vào nguồn cung cao nhất. tính đến cuối năm 2005 đã có hơn 3000 MW động cơ gió được đưa vào vận hành. Khi tốc độ gió cao thì năng lượng gió có thể cung cấp hơn nửa lượng điện năng tiêu thụ tại nửa phía Tây của đất nước. Theo nhận định của tổ chức TSOE (Transmission System Opertation Engerginet) tại Đan Mạch thì đến năm 2010 lượng điện tiêu thụ tại miền Tây Đan Mạch có thể được cung cấp đầy đủ nếu kết hợp giữa các hệ thống gió và trạm nhiệt điện nhỏ mà không cần đến các nhà máy phát điện tập trung. Vào những năm 1990, Đan Mạch cũng là quốc gia tiên phong trong việc phát triển các trang trại phát điện gió ở ngoài khơi, và hiện vẫn là quốc gia có các trang trại điện gió xa bờ lớn nhất.Những thị trường dẫn đầu trong lĩnh vực điện gió hiện nay đang liên kết với nhau bao gồm các quốc gia: Bồ Đào Nha, Pháp, Anh, Italia, Hà Lan và Áo. Tại Bồ Đào Nha các chính sách mạnh mẽ của chính phủ về hệ thống thuế đã giúp tăng công suất từ 100 MW năm 2000 lên 1000 MW năm 2005. Italia được biết đến là quốc gia đặt mục tiêu kết hợp giữa năng lượng tái tạo và hệ thống thương mại xanh vào năm 2001, công suất điện gió đã tăng từ 452 MW năm 2001 lên hơn 1.700 MW năm 2005. Tiềm năng của 10 thành viên mới kết nạp vào Liên minh châu Âu năm 2004 đã có những tiến bộ, nhưng trong số các quốc gia này gồm Ba Lan, Hungary và các quốc gia thuộc vùng Ban Tích được kỳ vọng sẽ phát triển mạnh mẽ trong vài năm tới đây (theo 3).
Qua đây ta thấy rằng việc sử dụng năng lượng gió có một tương lai phát triển lớn. Góp phần đáng kể vào công cuộc tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế của thế giới. không những vậy năng lượng gió là năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường vì vậy rất phù hợp với tình hình phát triển hiện tại. Tuy nhiên, đối với từng nước quy mô phát triển của việc ứng dụng năng lượng gió còn tùy thuộc vào vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu và trình độ công nghiệp của mỗi quốc gia.
2.2. Đại cương về năng lượng gió
dài cánh quạt, tăng chiều cao cột tháp và cải thiện chất lượng hộp bánh răng. Những cải tiến trong thiết kế cơ khí và công nghệ, bôi trơn và bảo trì cũng tạo điều kiện cho sự tăng trưởng.
Các chuyên gia bảo trì động cơ gió phải đối mặt với hai vấn đề chủ yếu: ứng suất rất cao và khó tiếp cận tới các bộ phận hợp thành chính.
Do cánh quạt được nối trực tiếp với hộp bánh răng nên khối lắp ráp cánh quạt-rôto dưới tác động của gió sẽ gây ra những ứng suất rất cao trong các bộ phận hợp thành bên trong động cơ như bánh răng, ổ đỡ và trục. Các ứng suất này đã được tính đến trong quá trình thiết kế động cơ và các bộ phận hợp thành. Đáng tiếc là các ứng suất trên thực tế tại hiện trường nhiều khi lại lớn hơn các ứng suất tính đến trong quá trình thiết kế, kết quả là tuổi thọ hộp bánh răng ngắn hơn so với dự kiến. Để thiết kế động cơ gió được tốt hơn, các nhà nghiên cứu luôn cố gắng tìm hiểu rõ hơn các phụ tải tác động lên động cơ. Hộp bánh răng là bộ phận đắt tiền và cũng rất nặng của động cơ, do vậy việc thay thế hay sửa chữa là cả một vấn đề. Giá của hộp bánh răng, công việc lắp đặt và thời gian ngừng máy liên quan có thể sẽ rất tốn kém, ảnh hưởng trực tiếp đến tỉ suất lợi nhuận đầu tư cho động cơ. Nói chung, việc tiếp cận hộp bánh răng không hề dễ dàng, vì nó được bố trí bên trong vỏ động cơ, cùng với tất cả các bộ phận cơ khí khác. Với những máy lớn nhất, vỏ động cơ nằm ở độ cao hàng mấy chục mét, trên đỉnh cột tháp động cơ. Thậm chí có cả những động cơ đặt ở các vùng xa xôi hẻo lánh, kể cả ở ngoài khơi nên việc tiếp cận rất khó khăn và tốn kém. Tất nhiên, việc sửa chữa và bảo trì các động cơ ngoài khơi lại còn khó khăn và tốn kém hơn so với các động cơ đặt trên đất liền. Điểm cốt yếu là người vận hành phải làm sao để động cơ gió luôn hoạt động. Áp dụng các phương pháp bảo trì phòng ngừa và bảo trì tiên đoán, trong đó có việc phân tích bôi trơn, có thể là yếu tố chính giúp đạt được mục tiêu này.
9. Kết luận
Sau 15 tuần nghiên cứu thực tế và tham khảo tài liệu cùng với sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của thầy giáo Tiến sĩ Trần Thanh Hải Tùng em đã hoàn thành đề tài được giao.
Phần lý thuyết, em đã khái quát được tiềm năng gió, các phương án sử dụng năng lượng gió và cơ sở lý thuyết động lực học không khí về động cơ gió.
Phần thu thập số liệu, em đã giới thiệu qua về công cụ đo gió, phương pháp đo gió và đã thu được kết quả đo gió tại khu vực Sơn Trà - Đà Nẵng tháng 01 năm 2009. Ở phần này, em cũng đã tiến hành xử lý số liệu qua đó đưa ra nhận xét về tình hình gió tại khu vực đang khảo sát.
Phần khảo sát, em đã tìm hiểu và giới thiệu các phương án khác nhau về các bộ phận chính của động cơ gió, qua đó đưa ra phương án thích hợp đối với động cơ gió cần thiết kế, chế tạo.
Phần thiết kế, chế tạo do thời gian có hạn nên em không thể đưa ra các phương án thiết kế chế tạo cho từng bộ phận mà em chỉ tính toán thiết kế bánh xe gió và bộ truyền động của động cơ gió; chế tạo trục trung gian trong bộ truyền động.
Động cơ gió do em thiết kế chế tạo là loại động cơ gió cỡ trung, nó có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ lắp đặt, giá thành thấp; tốc độ gió khởi động (2,5 m/s) và tốc độ gió đạt công suất tối đa (6,5 m/s) là khá nhỏ phù hợp không chỉ tại địa điểm khảo sát mà còn phù hợp với nhiều vùng, miền khác nên động cơ gió này rất phổ biến, có thể chế tạo hàng loạt với số lượng lớn để đem ra phục vụ nhu cầu của thị trường hiện nay. Nhược điểm của động cơ gió này là tốc độ gió giới hạn đảm bảo an toàn thấp (12 m/s), vượt qua giới hạn này cần dừng động cơ gió lại để đảm bảo an toàn cho động cơ.
Tuy nhiên, với thời gian 15 tuần không phải là thời gian đủ để nghiên cứu tường tận mọi vấn đề của đề tài này và kiến thức có hạn nên chắc chắn sẽ không tráng khỏi những sai sót. Vì vậy rất mong sự góp ý của thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện đề tài tốt hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Kèm bản vẽ
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ĐỘNG CƠ GIÓ CÔNG SUẤT 300 W
MỤC LỤC
1. Giới thiệu đề tài 3
2. Vấn đề sử dụng năng lượng gió 3
2.1. Tiềm năng gió 3
2.2. Đại cương về năng lượng gió 6
2.2.1. Năng lượng gió 6
2.2.2. Biểu đồ mặt cắt gió 7
2.2.3. Độ chảy vọt qua của gió 8
2.2.4. Đặc điểm các hệ thống gió 10
2.2.5. Lựa chọn địa điểm lắp đặt động cơ 12
2.3. Các phương án sử dụng năng lượng gió 12
2.3.1. Chuyển năng lượng gió thành năng lượng cơ 12
2.3.2. Chuyển năng lượng gió thành hydro 13
2.3.2. Chuyển năng lượng gió thành năng lượng điện 14
3. Điều tra về tài nguyên gió ở địa phương 14
3.1. Giới thiệu công cụ đo gió 14
3.1.1. Máy đo gió cổ điển 15
3.1.2. Máy đo gió hiện đại 15
3.2. Đo gió thực tế tại địa phương 17
3.2.1. Sơ lược về chế độ gió ở Đà Nẵng 17
3.2.2. Kết quả đo gió tại khu vực Sơn Trà – Đà Nẵng 18
3.3. Xử lý số liệu 18
3.3.1. Xây dựng đồ thị vận tốc gió trong tháng 18
3.3.2. Xây dựng đồ thị tần suất vận tốc gió trong tháng 21
3.3.3. Xây dựng đồ thị phân bố liên tục vận tốc gió 22
4. Nhu cầu sử dụng điện tại hộ tiêu thụ 23
4.1. Sơ lược về vấn đề sử dụng điện tại hộ tiêu thụ 23
4.2. Tính toán công suất sử dụng điện cho hộ tiêu thụ 24
5. Giới thiệu về động cơ gió 24
5.1. Nguyên lý làm việc 24
5.2. Phân loại động cơ gió 27
5.2.1. Động cơ gió trục ngang 27
5.2.2. Động cơ gió trục đứng 29
5.3. Kết cấu, nguyên lý làm việc các bộ phận chính của động cơ gió trục ngang 30
5.3.1. Bánh xe gió 30
5.3.2. Cơ cấu điều tốc 31
5.3.3. Bộ truyền động 33
5.3.4. Máy phát điện 33
5.3.5. Cơ cấu định hướng gió 37
5.3.6. Trụ đỡ động cơ 39
6. Thiết kế bánh xe gió động cơ gió trục ngang công suất 300 W 40
6.1. Cơ sở lý thuyết động lực học không khí của động cơ gió 40
6.1.1. Cơ sở động học của cánh 40
6.1.2. Lý thuyết động lượng hướng trục 47
6.1.3. Những tham số hình học của cánh 52
6.2. Tính toán thiết kế bánh xe gió 54
6.2.1. Xác định đường kính bánh xe gió 54
6.2.2. Xác định đường kính bầu 54
6.2.3. Xác định vận tốc vòng 55
6.2.4. Xác định vận tốc vòng tuyệt đối cu 55
6.2.5. Xác định vận tốc hướng trục cm 55
6.2.7. Xác định góc vào 1, góc ra 2 56
6.2.8. Xác định vận tốc tương đối 56
6.2.9. Xác định tỉ tốc của cánh 56
6.2.10. Xác định số lượng cánh 57
6.2.11. Xác định bước lưới 58
6.2.12. Xác định chiều dài cánh 58
6.2.13. Hình dạng frôfin cánh 58
6.3. Công suất động cơ gió 59
7. Tính toán, thiết kế hộp truyền tốc độ 60
7.1. Phân phối tỷ số truyền 60
7.1.1. Tỷ số truyền 60
7.1.2. Số vòng quay của các trục 61
7.1.3. Công suất trên các trục 61
7.1.4. Mô men xoắn trên các trục 61
7.2. Thiết kế bộ truyền bánh răng 62
7.2.1. Thiết kế bộ truyền cấp nhanh 62
7.2.2. Thiết kế bộ truyền cấp chậm 66
7.3. Tính toán thiết kế trục 69
7.3.1. Tính đường kính sơ bộ của các trục 69
7.3.2. Chọn vật liệu chế tạo trục 69
7.3.3. Tính gần đúng trục 70
7.4. Tính chọn then 75
7.5. Tính chọn ổ 76
8. Sử dụng và bảo dưỡng động cơ gió 76
8.1. Những điều cần chú ý khi sủ dụng 76
8.2. Bảo trì động cơ gió 76
9. Kết luận 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
1. Giới thiệu đề tài
Trong tương lai sẽ vẫn cần những nguồn năng lượng truyền thống như dầu và khí đốt để đáp ứng nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới. Tuy nhiên vì những nguồn năng lượng đó là hữu hạn và vì chúng ảnh hưởng xấu đến môi trường nên ngay từ bây giờ một vần đế ngày càng cấp bách đã được đặt ra là nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng, cũng như tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế, đặc biệt là những nguồn năng lượng vô hạn, tái sinh được.
Năng l¬ượng là yếu tố quan trọng nhất bảo đảm phát triển kinh tế, nâng cao đời sống, nên nước ta đã tập trung xây dựng hàng loạt nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện như¬: Thác Bà, Hoà Bình, Trị An, Ialy, Uông Bí, Phả Lại, Cao Ngạn, Ninh Bình, Phú Mỹ... Nh¬ưng kể cả khi nhà máy Thuỷ điện Sơn La lớn nhất Đông Nam á đi vào hoạt động, cũng không thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công nghiệp hoá, hiện đại hoá nư¬ớc nhà. Chờ đến năm 2020, Việt Nam trở thành n¬ước công nghiệp, nhu cầu năng lượng tăng gấp 4 lần, (năm 2006 sản xuất 60,6 tỷ kwh với công suất 12352 MW, dự kiến năm 2020 là 294,012 tỷ kwh với tổng công suất 48642 MW). Lúc đó dù có thêm nhà máy điện nguyên tử đầu tiên 4000 MW nữa, n¬ước ta vẫn có nguy cơ thiếu hụt năng l¬ượng nghiêm trọng cho sản xuất, kinh doanh, phát triển kinh tế... (dự kiến thiếu 4000 MW mua của Lào 2000 MW, Campuchia 1000 MW, Trung Quốc 1000 MW). Lúc đó dầu mỏ, than đá bắt đầu cạn kiệt, giá dầu có thể lên đến 150 USD/thùng (theo 1). Vì vậy ngay từ bây giờ, chúng ta nên đề ra đường lối chiến lược đầu tư¬ lớn khai thác năng l¬ượng gió, năng l¬ượng mặt trời…
Năng lượng gió có điểm nổi trội là năng l¬ượng sạch, không ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính, ban đêm lẫn ban ngày, mùa nào, đâu đâu cũng có, không cần mua nhiên liệu, giá xây dựng rẻ, tiền ít, mỗi gia đình có thể xây dựng trạm điện gió riêng...
Nước ta có vị thế bờ biển dài trên 3000 km, có nhiều bán đảo, hải đảo, núi cao có gió mạnh quanh năm, rất thuận tiện cho việc xây dựng các trạm điện gió.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế và được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn em làm đề tài “thiết kế chế tạo động cơ gió công suất 300 w” với mong muốn khi đề tài được ứng dụng trong thực tế sẽ tạo ra những động cơ gió cỡ nhỏ phát điện trong các gia đình. Và làm cơ sở để tạo nên những trạm điện gió trong tương lai.
2. Vấn đề sử dụng năng lượng gió
2.1. Tiềm năng gió
Bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất không đồng đều làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau. Một nửa bề mặt của Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các cực, do đó có sự khác nhau về nhiệt độ và vì thế là khác nhau về áp suất mà không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như không khí giữa mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất xoay tròn cũng góp phần vào việc làm xoáy không khí và vì trục quay của Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dòng không khí theo mùa.
Gió hầu như có mặt khắp nơi. Tuy nhiên tính chất gió tùy thuộc nhiều yếu tố khác nhau và thường phân bố không đều trên quy mô lớn cũng như trong từng địa phương. Như vậy, tiềm năng gió phân bố không đều trên trái đất. Tiềm năng gió lớn nhất trên thế giới nằm ở vùng hàn đới và cực đới. Tại những vùng này, cường độ gió trung bình từ 7 m/s đến 11 m/s. Vùng bờ biển ôn đới và vùng giữa các đại dương, cường độ gió cũng khá mạnh. Theo đánh giá của Ngân hàng Thế giới, Việt Nam là quốc gia có tiềm năng gió lớn nhất khu vực Đông Nam Á với tổng công suất khoảng 513360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Đánh giá này cũng trùng với nhận định của Tổ chức Khí tượng thế giới. Thông qua tính toán bằng vệ tinh, cơ quan này đánh giá, tiềm năng về gió ở Việt Nam lên đến cả trăm nghìn MW. Đây thực sự là một tài nguyên năng lượng lớn của nước ta và đang chờ được khai thác (theo 2).
Việc nghiên cứu, ứng dụng năng lượng gió đang được hầu hết các nước trên thế giới thực hiện, đặc biệt ở những nước có nền công nghiệp mạnh như Đức, Mĩ, Hà Lan, Nga, Đan Mạch... Kết hợp với các khuyến khích về tài chính bao gồm tăng các khoản đầu tư, giảm lãi suất ở mức thấp nhất nhằm mục đích tích cực thúc đẩy phát triển năng lượng gió và giảm lượng khí thải nhà kính. Năm 2001, một chỉ thị của Liên minh châu Âu (EU) về năng lượng tái tạo, trong đó các thành viên phải đặt ra các yêu cầu phát triển năng lượng và phải có kết quả rõ rệt cho đến năm 2010. Mục tiêu tổng thể cho toàn châu Âu là năng lượng tái tạo sẽ đóng góp 21% lượng điện năng tiêu thụ. Cơ quan năng lượng gió châu Âu (EWEA) đoán đến năm 2010, chỉ tính riêng điện sản xuất từ gió đã góp phần giảm lượng khí thải nhà kính bằng 1/3 nghĩa vụ của Liên minh châu Âu đã cam kết tại Kyoto. Mục tiêu hiện tại của EWEA là đạt công suất điện gió khoảng 75000 MW tại châu Âu vào năm 2010, 180000 MW vào năm 2020 và 300000 MW vào năm 2030. Quốc gia đứng đầu tại châu Âu về năng lượng gió là Đức. Nhận được sự ủng hộ bởi các điều luật sau này, bao gồm các điều khoản về các nguồn năng lượng tái tạo trong năm 2000 (được sửa đổi bổ xung vào năm 2004), các nhà sản xuất điện từ năng lượng gió chỉ phải trả mức lãi xuất thấp và được giảm theo hợp đồng trong vòng 20 năm. Các cơ chế chính sách được thông qua đã thành công rực rỡ, điều này đã thu hút một số lượng các nhà đầu tư nhỏ tham gia và kết quả tỷ lệ tăng trưởng ở mức 2 con số trong suốt thập niên 1990. Các dự án năng lượng gió cũng nhận được những sự ưu đãi của các nhà quy hoạch đất đai tại Đức, các nhà chức trách địa phương cũng đồng ý quy hoạch được 5,5% lượng điện năng tiêu thụ tại Đức với công suất lắp đặt lên đến 18428 MW vào cuối năm 2005. Một nghiên cứu của Bộ môi trường Đức (BMU) ước tính điện gió ngoài khơi sẽ đạt công suất từ 12000÷15000 MW vào năm 2020. Điện gió tại Tây Ban Nha cũng phát triển mạnh mẽ từ những năm giữa của thập niên 1990. Sự phát triển này được hỗ trợ bở các chính sách về năng lượng tái tạo, giảm thuế và chính sách tái cơ cấu các khu công nghiệp. Tại một số địa phương, các nhà đầu tư chỉ được tiếp cận các khu vực dự án nếu như ngay từ ban đầu họ cam kết thiết lập một cơ sở sản xuất tại đó, điều này dẫn tới kết quả là thị trấn cùng kiệt thuộc tỉnh Navara nơi có nhiều tiềm năng gió đã đạt được các thành tựu về phát triển kinh tế và đóng góp một lượng điện lớn cho nhu cầu sử dụng điện. Hiện nay điện gió đã cung cấp tới 60% lượng điện năng tiêu thụ tại tỉnh này. Ở một số thị trấn dân cư đông đúc thuộc vùng Castilla la Mancha và Galicia thì điện gió chiếm khoảng 20% điện năng tiêu thụ. Hầu hết các động cơ phát điện gió hiện đang lắp đặt tại Tây Ban Nha đều được sản xuất trong nước. Năm 2007 một loạt các động cơ phát điện gió với công suất 1764 MW đã được đưa vào sử dụng, tăng 20% so với năm 2004 và giảm được lượng khí thải khoảng 19 triệu tấn CO2. Con số này đã nâng tổng công suất của điện gió tại Tây Ban Nha lên hơn 10.000 MW, đủ đáp ứng 8,25% lượng điện năng tiêu thụ của quốc gia. Chính phủ Tây Ban Nha đặt mục tiêu đến năm 2010 phát triển nâng công suất lên hơn 20000 MW.Đan Mạch là quốc gia tiên phong trong ngành công nghiệp chế tạo động cơ phát điện gió và hiện đang là nước có tỷ lệ đóng góp điện năng từ gió vào nguồn cung cao nhất. tính đến cuối năm 2005 đã có hơn 3000 MW động cơ gió được đưa vào vận hành. Khi tốc độ gió cao thì năng lượng gió có thể cung cấp hơn nửa lượng điện năng tiêu thụ tại nửa phía Tây của đất nước. Theo nhận định của tổ chức TSOE (Transmission System Opertation Engerginet) tại Đan Mạch thì đến năm 2010 lượng điện tiêu thụ tại miền Tây Đan Mạch có thể được cung cấp đầy đủ nếu kết hợp giữa các hệ thống gió và trạm nhiệt điện nhỏ mà không cần đến các nhà máy phát điện tập trung. Vào những năm 1990, Đan Mạch cũng là quốc gia tiên phong trong việc phát triển các trang trại phát điện gió ở ngoài khơi, và hiện vẫn là quốc gia có các trang trại điện gió xa bờ lớn nhất.Những thị trường dẫn đầu trong lĩnh vực điện gió hiện nay đang liên kết với nhau bao gồm các quốc gia: Bồ Đào Nha, Pháp, Anh, Italia, Hà Lan và Áo. Tại Bồ Đào Nha các chính sách mạnh mẽ của chính phủ về hệ thống thuế đã giúp tăng công suất từ 100 MW năm 2000 lên 1000 MW năm 2005. Italia được biết đến là quốc gia đặt mục tiêu kết hợp giữa năng lượng tái tạo và hệ thống thương mại xanh vào năm 2001, công suất điện gió đã tăng từ 452 MW năm 2001 lên hơn 1.700 MW năm 2005. Tiềm năng của 10 thành viên mới kết nạp vào Liên minh châu Âu năm 2004 đã có những tiến bộ, nhưng trong số các quốc gia này gồm Ba Lan, Hungary và các quốc gia thuộc vùng Ban Tích được kỳ vọng sẽ phát triển mạnh mẽ trong vài năm tới đây (theo 3).
Qua đây ta thấy rằng việc sử dụng năng lượng gió có một tương lai phát triển lớn. Góp phần đáng kể vào công cuộc tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế của thế giới. không những vậy năng lượng gió là năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường vì vậy rất phù hợp với tình hình phát triển hiện tại. Tuy nhiên, đối với từng nước quy mô phát triển của việc ứng dụng năng lượng gió còn tùy thuộc vào vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu và trình độ công nghiệp của mỗi quốc gia.
2.2. Đại cương về năng lượng gió
dài cánh quạt, tăng chiều cao cột tháp và cải thiện chất lượng hộp bánh răng. Những cải tiến trong thiết kế cơ khí và công nghệ, bôi trơn và bảo trì cũng tạo điều kiện cho sự tăng trưởng.
Các chuyên gia bảo trì động cơ gió phải đối mặt với hai vấn đề chủ yếu: ứng suất rất cao và khó tiếp cận tới các bộ phận hợp thành chính.
Do cánh quạt được nối trực tiếp với hộp bánh răng nên khối lắp ráp cánh quạt-rôto dưới tác động của gió sẽ gây ra những ứng suất rất cao trong các bộ phận hợp thành bên trong động cơ như bánh răng, ổ đỡ và trục. Các ứng suất này đã được tính đến trong quá trình thiết kế động cơ và các bộ phận hợp thành. Đáng tiếc là các ứng suất trên thực tế tại hiện trường nhiều khi lại lớn hơn các ứng suất tính đến trong quá trình thiết kế, kết quả là tuổi thọ hộp bánh răng ngắn hơn so với dự kiến. Để thiết kế động cơ gió được tốt hơn, các nhà nghiên cứu luôn cố gắng tìm hiểu rõ hơn các phụ tải tác động lên động cơ. Hộp bánh răng là bộ phận đắt tiền và cũng rất nặng của động cơ, do vậy việc thay thế hay sửa chữa là cả một vấn đề. Giá của hộp bánh răng, công việc lắp đặt và thời gian ngừng máy liên quan có thể sẽ rất tốn kém, ảnh hưởng trực tiếp đến tỉ suất lợi nhuận đầu tư cho động cơ. Nói chung, việc tiếp cận hộp bánh răng không hề dễ dàng, vì nó được bố trí bên trong vỏ động cơ, cùng với tất cả các bộ phận cơ khí khác. Với những máy lớn nhất, vỏ động cơ nằm ở độ cao hàng mấy chục mét, trên đỉnh cột tháp động cơ. Thậm chí có cả những động cơ đặt ở các vùng xa xôi hẻo lánh, kể cả ở ngoài khơi nên việc tiếp cận rất khó khăn và tốn kém. Tất nhiên, việc sửa chữa và bảo trì các động cơ ngoài khơi lại còn khó khăn và tốn kém hơn so với các động cơ đặt trên đất liền. Điểm cốt yếu là người vận hành phải làm sao để động cơ gió luôn hoạt động. Áp dụng các phương pháp bảo trì phòng ngừa và bảo trì tiên đoán, trong đó có việc phân tích bôi trơn, có thể là yếu tố chính giúp đạt được mục tiêu này.
9. Kết luận
Sau 15 tuần nghiên cứu thực tế và tham khảo tài liệu cùng với sự hướng dẫn giúp đỡ tận tình của thầy giáo Tiến sĩ Trần Thanh Hải Tùng em đã hoàn thành đề tài được giao.
Phần lý thuyết, em đã khái quát được tiềm năng gió, các phương án sử dụng năng lượng gió và cơ sở lý thuyết động lực học không khí về động cơ gió.
Phần thu thập số liệu, em đã giới thiệu qua về công cụ đo gió, phương pháp đo gió và đã thu được kết quả đo gió tại khu vực Sơn Trà - Đà Nẵng tháng 01 năm 2009. Ở phần này, em cũng đã tiến hành xử lý số liệu qua đó đưa ra nhận xét về tình hình gió tại khu vực đang khảo sát.
Phần khảo sát, em đã tìm hiểu và giới thiệu các phương án khác nhau về các bộ phận chính của động cơ gió, qua đó đưa ra phương án thích hợp đối với động cơ gió cần thiết kế, chế tạo.
Phần thiết kế, chế tạo do thời gian có hạn nên em không thể đưa ra các phương án thiết kế chế tạo cho từng bộ phận mà em chỉ tính toán thiết kế bánh xe gió và bộ truyền động của động cơ gió; chế tạo trục trung gian trong bộ truyền động.
Động cơ gió do em thiết kế chế tạo là loại động cơ gió cỡ trung, nó có nhiều ưu điểm như: kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo, dễ lắp đặt, giá thành thấp; tốc độ gió khởi động (2,5 m/s) và tốc độ gió đạt công suất tối đa (6,5 m/s) là khá nhỏ phù hợp không chỉ tại địa điểm khảo sát mà còn phù hợp với nhiều vùng, miền khác nên động cơ gió này rất phổ biến, có thể chế tạo hàng loạt với số lượng lớn để đem ra phục vụ nhu cầu của thị trường hiện nay. Nhược điểm của động cơ gió này là tốc độ gió giới hạn đảm bảo an toàn thấp (12 m/s), vượt qua giới hạn này cần dừng động cơ gió lại để đảm bảo an toàn cho động cơ.
Tuy nhiên, với thời gian 15 tuần không phải là thời gian đủ để nghiên cứu tường tận mọi vấn đề của đề tài này và kiến thức có hạn nên chắc chắn sẽ không tráng khỏi những sai sót. Vì vậy rất mong sự góp ý của thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện đề tài tốt hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Kèm bản vẽ
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: