ứng dụng năng lượng gió để bơm nước vào ruộng muối

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 1

MỤC LỤC

Trang
MỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 5
Chương 1: TỔNG QUAN SỬ DỤNG NĂNG LƯNG GIÓ 7
1.1. Sử dụng năng lượng gió ở một số nước trên thế giới: 7
1.2. Gió – nguồn năng lượng mới ở Việt Nam: 9
1.2.1. Tiềm năng gió ở Việt Nam: 9
1.2.2. Tình hình ứng dụng: 11
1.2.3. Vấn đề năng lượng gió trong chương trình Năng Lượng Mới: 13
1.3. Điều tra cơ bản trong vấn đề năng lượng gió: 15
1.3.1. Những thông số cơ bản của gió: 15
1.3.2. Thiết bò điều tra năng lượng gió 16
Chương 2: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18
2.1. Phương pháp nghiên cứu và cơ sở lý thuyết được áp dụng: 18
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu: 18
2.1.2. Công việc nghiên cứu: 18
2.2. Một số loại động cơ gió đã đựơc ứng dụng: 18
2.2.1. Phân loại theo trục động cơ gió: 19
2.2.2. Phân loại theo số lượng cánh: 21
2.3. Các phương án thiết kế: 22
2.3.1. Phương án thứ nhất: 22
2.3.2. Phương án thứ hai: 23
2.3.3. Phương án thứ ba. 24
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 2

2.3.4. Phương án thứù tư: 25
Chương 3: LÝ THUYẾT BƠM 27
3.1. Phân loại các dạng bơm: 27
3.1.1. Bơm thể tích: 27
3.1.2. Bơm ly tâm: 32
3.1.3. Bơm cánh nâng: 34
3.2. Tiêu chí chọn bơm: 35
3.3. Kết luận và chọn bơm: 35
Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 37
4.1. Gió – công suất của gió: 37
4.1.1. Lý thuyết về công suất gió: 37
4.2.1. Số liệu gió: 39
4.1.3. Tính sơ bộ công suất gió: 41
4.2. Tính toán thiết kế cánh quạt: 41
4.2.1. Số lượng cánh: 41
4.2.2. Dạng cánh. 43
4.2.3. Lực nâng cánh: 44
4.2.4. Nguyên lý làm việc của cánh quạt gió: 45
4.2.5. Tính toán các kích thước của cánh: 46
4.2.5. Kết cấu của cánh: 49
4.2. 6. Lắp ghép cánh: 49
4.2.7. Kiểm tra mối ghép then: 50
4.3. Số vòng quay trên trục của quạt: 50
4.3.1. p lực gió tác dụng lên mỗi cánh: 50
4.3.2. Số vòng quay trên trục chính và mômen xoắn: 51
4.4. Cơ cấu đònh hướng: 53
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 3

4.4.1. Các kích thước của đuôi lái: 54

4.4.2. Kết cấu và lắp ghép đuôi lái: 55
4.5. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng côn: 55
4.5.1. Chọn vật liệu: 56
4.5.2. Tỉ số truyền của cặp bánh răng côn: 56
4. 5.3. Xác đònh ứng suất cho phép: 57
4.5.4. Tính toán các thông số và kiểm nghiệm cặp bánh răng côn: 59
4.5.4.5. Kiểm nghiệm về quá tải. 64
4.6. Tính toán trục của bộ truyền bánh răng côn: 65
4.6.1. Các thông số ban đầu: 65
4.6.2. Các lực ban đầu: 66
4.6.3. Chọn vật liệu: 66
4.6.4. Xác đònh đường kính các đoạn trục: 66
4.6.5. Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi: 69
4.6. 6. Tính và kiểm nghiệm độ bền của then: 71
4.6.7. Chọn và kiểm nghiệm ổ trục: 72
4.7. Phanh đai trên trục quạt: 75
4.7.1. Lý thuyết về phanh đai: 76
4.7.2. Tính toán các thông số động học của đai: 78
4.8. Tính toán thiết kế hộp tốc độ: 79
4.8.1.Các thông số ban đầu: 79
4.8.2. Yêu cầu thiết kế: 80
4.8.3. Chọn vật liệu: 80
4.8.4. Phân phối tỉ số truyền trong hộp tốc độ: 80
4.8.5. Xác đònh ứng suất cho phép: 82
4.8.6. Tính toán cho cấp 1 của bộ truyền(cấp chậm): 84
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 4

8.6.6. Các thông số và kích thức bộ truyền bánh răng cấp chậm: 89
4.8.7. Tính toán và kiểm nghiệm các trục của hộp tốc độ: 95

4.8.9. Chọn và kiểm nghiệm ổ đỡ trục: 105
4.9. Tính toán bộ truyền đai: 112
4.9.1. Các thông số ban đầu: 112
4.9.2. Chọn tiết diện đai: 112
4.9.3. Đường kính, khoảng cách trục: 112
4.9.5. Xác đònh lực căng ban đầu: 115
4.10. Các chi tiết khác: 115
4.10.1. Cơ cấu Các-đăng: 115
4.10.2. Trục thẳng đứng: 117
4.10.3. Tính chọn bulông cho cụm đỡ trục trên: 117
4.11. Cột tháp: 118
4.11.1. Kết cấu cột thép: 118
4.11.2. Xác đònh thành phần động của tải trọng gió lên cột tháp: 118
KẾT LUẬN 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO 122
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 5

LỜI NÓI ĐẦU
Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng vô tận trong
thiên nhiên. Con người đã biết sử dụng loại năng lượng này từ lâu, nhưng
chỉ dừng lại ở mức độ thô sơ.
Trong những năm gần đây, vấn đề khan hạn năng lượng cổ điển
như than, dầu mỏ, củi được đặt ra một cách gay gắt, các nhà khoa học bắt
đầu lao vào việc nghiên cứu nhằm khai thác năng lượng gió trên cơ sở kỹ
thuật hoàn chỉnh hơn, nhiều mẫu động cơ gió đã được thử nghiệm và hoàn
thiện, nhiều dự án khai thác và ứng dụng năng lượng gió được đề cập.
Ở nước ta, trong những năm gần đây cũng bắt đầu nghiên cứu để
khai thác nguồn năng lượng này với nhiều tiềm năng của một nước có bờ
biển trải dài và lộng gió.

Năng lượng gió được ứng dụng chủ yếu trong việc trực tiếp tạo ra
điện năng phục vụ sinh hoạt, sản xuất; hoặc dùng trực tiếp để bơm nước
tưới tiêu. Vùng duyên hải miền Trung nước có bờ biển trải dài. Ở đây, bà
con nông dân có một nghề rất phổ biến, đó là nghề làm muối. Việc làm
muối phải lấy nước từ ngoài biển vào. Ngày trước người ta thường đào các
kênh mương cho nước biển chảy vào trong bờ rồi mới gánh nước này đổ
vào ruộng muối. Làm như vậy rất vất vả cho người nông dân mà hiệu quả
kinh tế cũng không cao. Vậy tại sao chúng ta không tận dụng nguồn năng
lượng gió có sẵn trong thiên nhiên?
Trong quá trình thực tập tốt nghiệp, chúng em đã có thời gian tìm
hiểu về vấn đề này. Được quý thầy cô giáo trong bộ môn Cơ Sở Thiết Kế
Máy giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống quạt gió và bơm để bơm nước biển
vào ruộng muối: “ỨNG DỤNG NĂNG LƯNG GIÓ ĐỂ BƠM NƯỚC
VÀO RUỘNG MUỐI” với đối tượng phục vụ là bà con nông dân ở vùng
duyên hải miềm Trung.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 6

Chúng em cố gắng tìm tòi và thực hiện việc thiết kế dưới sự hướng
dẫn tận tình của thầy LÊ KHÁNH ĐIỀN cùng quý Thầy, cô giáo trong bộ
môn và khoa Cơ Khí đã giúp đỡ chúng em hoàn thành công việc.
Trong thời gian thực hiện luận văn, các bạn sinh viên cũng đóng góp
không nhỏ. Những lần trao đổi, thảo luận các bạn đã giúp chúng em phát
hiện được những sai sót, những vấn đề chưa hoàn thiện, cũng như tìm ra
hướng giải quyết mới.
Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế và đây là lần đầu tiên thiết kế
một hệ thống hoàn chỉnh nên Luận Văn Tốt Nghiệp của chúng em không
tránh được những sai sót. Chúng em rất mong được tiếp nhận nhiềâu ý kiến
của quý thầy cô và các bạn sinh viên.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự tận tình của thầy hướng dẫn

cùng quý thầy cô trong bộ môn Thiết Kế Máy, các bạn sinh viên đối với
chúng em trong thời gian thực hiện Luận Văn Tốt Nghiệp.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2002
Nhóm sinh viên thực hiện
TRẦN ĐÌNH THOẠI
NGUYỄN HỮU THUẦN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 7

Chương 1
TỔNG QUAN SỬ DỤNG NĂNG LƯNG GIÓ
1.1. Sử dụng năng lượng gió ở một số nước trên thế giới:
Những nguồn năng lượng hiện đang được con người khai thác sử dụng
trong đời sống và sản xuất như than, dầu khí và chất phóng xạ không phải là
vô tận trong lòng đất. Vấn đề này đã được đặt ra một một cách nghiêm túc
trước tình hình tiêu thụ năng lượng ngày một tăng trên thế giới và đang trở
thành mối quan tâm hàng đầu của nhiều nước trên thế giới hiện nay. Việc
tìm các nguồn năng lượng khác thay thế đang là yêu cầu cấp thiết. Trong số
các dạng năng lượng mới được đưa vào chương trình nghiên cứu khai thác có
nhiều dạng năng lượng mà con người đã quen dùng từ thời xưa như gió, mặt
trời, đòa nhiệt,… nhưng chỉ dưới dạng thô sơ.
Từ lâu, nhiều nước có nền công nghiệp phát triển đã sử dụng năng lượng
không truyền thống (năng lượng mới), trong đó có năng lượng gió. Nhưng
gần đây, việc sử dụng năng lượng này được nhiều nước rất quan tâm để giải
quyết sự thiếu hụt về các năng lượng hoá thạch và góp phần cải thiện việc
bảo vệ môi trường.
Với công nghệ hiện nay, giá cả để lắp đặt một máy phát điện chạy
bằng sức gió(FĐSG) bằng 63% so với nhiệt điện và bẳng 37,7% so với điện

mặt trời. Hoa kỳ đang dẫn đầu thế giới về sử dụng năng lượng gió với tổng
công suất 2500 MW. Châu Âu đang thu hẹp khoảng cách nhờ nỗ lực của một
số nước như: Đức, Tây Ban Nha, Hà Lan, Đan Mạch, Thụy Điển, NaUy,
Phần Lan; trong đó có 4 nước đã thực hiện nối lưới điện lớn nhất với công
suất 100 MW và chiếm 77% công suất FĐSG của EC.
Ngay từ năm 1957, Liên Xô(cũ) đã lắp đặt 18.000 FĐSG để cung cấp
điện cho các vùng hẻo lánh xa lưới điện quốc gia. Năm 1997, Đức đã lắp đặt
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 8

tại một vùng xa lưới điện quốc gia (Gzeat Yazmouth) 25 tổ máy FĐSG có
tổng công suất 37,5 MW, phục vụ sản xuất và sinh hoạt cho 56.000 người
dân. Đan Mạch hàng năm sản xuất 500MW xuất khẩu đi các nước. Máy có
công suất lớn nhất hiện nay mà Đan mạch sản xuất là 3 MW.
Năm 1997, Trung quốc đã có 140.000 máy FĐSG lớn nhỏ các loại, trong
đó có hai máy có công suất là 250 KW. Tại các đảo lớn nhỏ có dân cư sinh
sống, hàng năm máy FĐSG sản xuất ra, trong đó có hai máy có công suất là
250 KW. Tại các đảo lớn nhỏ có dân cư sinh sống, hàng năm máy FĐSG sản
xuất ra 12 triệu KWh điện.
Tỉ lệ điện năng từ máy FĐSG so với tổng điện năng của các nước cho
đến năm 1996 là: Hoa kỳ 8%, Đan mạch 10%, Hà lan 10%, Thụy điển 12%,
các vùng thuộc Liên xô cũ là 9.5%. Chi phí xây dựng máy FĐSG trung bình
là 1 triệu USD/MW.
Gió hầu như có mặt khắp nơi, tuy nhiên tính chất gió còn phụ thuộc
nhiều yếu tố khác nhau và thường phân bố không đều trên quy mô lớn cũng
như trong từng đòa phương. Như vậy, tiềm năng gió phân bố không đều trên
trái đất. Trên bản đồ phân bố tiềm năng gió trên thế giới, ta thấy tiềm năng
gió lớn nhất ở vùng hàn đới và cực đới. Tại các vùng này cường độ gió trung
bình từ 7m/s lên tới 11m/s. Vùng bờ biển miềm ôn đới và vùng giữa các đại
dương, cường độ gió cũng khá mạnh có trò số xấp xỉ trò số trên. Tiềm năng

gió tại các vùng này được đánh giá vào khoảng từ 500W/m
2
đến 1500W/m
2
.
Trên đất liền, tiềm năng gió còn tùy thuộc khá nhiều vào đòa hình. Thông
thường chỉ có các vùng bờ biển hoặc vùng núi, cao nguyên có thể có gió
mạnh nhưng không quá lớn và liên tục.
Về phương diện sử dụng và nối mạng, thường là hoà vào lưới điện quốc
gia (với công suất lớn), phát trên lưới đòa phương (với công suất nhỏ và trung
bình). Phần lớn là lắp đặt tại các hộ gia đình dùng trực tiếp hoặc nạp vào
acquy dự trữ. Nhiều nước dùng nặng lượng gió dể vận hành các máy công tác
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 9

như: Bơm nước, xay xát gạo, máy nghiền thức ăn gia xúc ở xí nghiệp chế
biến nhỏ và gia đình.
1.2. Gió – nguồn năng lượng mới ở Việt Nam:
1.2.1.Tiềm năng gió ở Việt Nam:
Theo số liệu số sơ bộ đánh giá ở Việt Nam cũng như ở nhiều vùng nhiệt
đới lân cận, tiềm năng gió không lớn lắm. Tại vùng biển Đông, khu vực đảo
Trường sa có tiềm năng gió lớn nhất. tiềm năng gió trong vùng này có thể
đạt trò số 300400 W/m
2

và tốc độ gió trung bình khoảng 6 m/s.
Việt nam có bờ biển khá dài từ vó độ 8
0
đến 24
0

và gần 3000 đảo lớn
nhỏ, phần lớn đều có dân cư sinh sống. Tại đây có gió quanh năm và ưu điểm
là không có tính chu kỳ như bức xạ mặt trời.
Thông thường tốc độ gió ở các đòa điểm đã nêu như trên có gió từ cấp 2
trở lên. Trong thực tế và lý thuyết khi vận tốc gió lớn hơn 3 m/s thì máy
FĐSG có thể tự khởi động làm việc được.
Theo số liệu về năng lượng gió, ta có vận tốc gió trung bình 6(m/s) tháng
và năm ở một số đòa phương như ở bảng sau:
Vận tốc gió trung bình tháng và năm(V,m/s).

T
T

Đòa điểm
THÁNG
Năm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1

BÃI CHÁY 3,2 2,9

2,5

2,8

3,3

3,3

3,6

2,8

3,2

3,6 3,6 3,5 3,2
2

PHỦ LIỄN 4,3 4,1

4,5

4,7

5,0

4,0

3,8

3,4

3,6

4,1 4,2 3,7 4,1
3

BẠCH.L.VĨ 7,9 7,9

7,4

6,8

7,2

6,4

8,3

6,4

6,8

7,3 8,0 7,8 7,4
4

NAM ĐỊNH 3,3 3,7

3,0

3,6

3,3

3,3

3,9

3,1

3,6

4,0 4,0 4,0 3,6
5

QUẢNG BÌNH
4,2 4,3

3,3

2,6

3,1

3,7

3,5

3,7

3,5

3,7 6,3 5,1 3,9
6

QUY NHƠN 4,3 4,6

3,3

3,7

3,4

4,0

4,0

4,0

2,9

2,9 5,4 6,4 4,1
7

PHAN THIẾT 4,1 4,7

4,3

3,9

3,2

3,5

3,5

3,8

3,0

2,8 3,3 3,8 3,7
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 10

8

LIÊN KHƯƠNG
3,5 4,6

3,9

3,5

3,4

3,5

3,6

3,5

3,0

2,5 3,6 4,1 3,6
9

VŨNG TÀU 3,9 5,2

5,3

4,4

3,4

3,7

3,6

3,7

2,9

2,6 3,1 2,9 3,7
1
0

PHÚ QUỐC 2,7 2,6

3,0

2,9

3,3

4,6

4,9

5,1

3,9

2,8 3,0 3,8 3,6
Qua số liệu ta thấy, ở 10 đòa điểm trên có thể sử dụng được máy FĐSG
với 85% trong năm.
Từ vận tốc gió (V,m/s) người ta tính được năng lượng của gió khi đi qua
một tiết diện, E(Kw/m
2
) theo công thức:
E = 0,6125.10
-3
.(
tV
i



3
20
3
) Kwh/m
2.

t
i:
Số giờ có tốc độ gió trong năm.
Như vậy ở mỗi đòa phương có vò trí đòa lý hướng gió khác nhau sẽ có tốc
độ gió không giống nhau. Do đó giá trò năng lượng gió phải khác nhau.
Ví dụ: Mật độ năng lượng gió kWh/m
2

.năm ở một số vùng hình thành như
sau:
- Tây nguyên: 600 Kwh/m
2
.năm.
- Đồng bằng sông Hồng: 250 Kwh/m
2
.năm.
- Quảng Nam – Quảng Ngãi: 400 Kwh/m
2
.năm.
- Bình Đònh – Khánh Hòa: 750900 Kw/m
2
.năm.
- Hà Nam Ninh – Cam Ranh – Vũng Tàu:700 800 Kwh/m
2
.năm
- Tiền Giang – Cà Mau: 500 Kwh/m
2
.năm
- Bờ biển Bắc bộ: 500 600 Kwh/m
2
.năm.
- Các hòn đảo phía Đông: 1500 Kwh/m
2
.năm.


Các ví dụ sau đây là đặc trưng về biểu đồ mật độ năng lượng và tốc độ
gió ở đảo Cô Tô và trạm Rạch Giá:

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 11

50
100
160
250
200
300
I II
III
IV V VI VII VIII IX X XI XII
Năng lượng gió
Tốc độ gió
Mật độ năng lượng gió ở trạm CT
Mật độ năng lượng gió,E, Kwh/m
2

Tháng


Mật độ năng lượng gió,E, Kwh/m
2

Mật độ năng lượng gió ở trạm Rạch Giá
10
I
0
II
III

IV V
30
20
40
60
50
70
Tháng
VIIIVIIVI IX X XI XII
Tốc độ gió
Năng lượng gió
90
80
100

Ở các trạm khí tượng, người ta đặt các đồng hồ đo tốc độ gió loại tự ghi,
đặt ở độ cao từ 10  12(m) so với mặt đất, sau đó tính giá trò trung bình.
Khi thiết kế động cơ gió, người ta dựa vào tốc độ gió trung bình
tb
V
với
hệ số kinh nghiệm K = 1,45 để chọn vận tốc gió thiết kế(V
tk
).
1.2.2. Tình hình ứng dụng:
Cuối năm 1999, nước ta vẫn còn 27 huyện chưa có lưới điện quốc gia,
đặc biệt là đối với các huyện đảo xa đất liền thì việc truyền tải rất khó khăn.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 12

Vì vậy, mấy năm gần đây chúng ta đã quan tâm tới việc nghiên cứu sử dụng
nguồn năng lượng không truyền thống, năng lượng gió, năng lượng mặt trời.
Với năng lượng gió, nhân dân ta nói chung chưa có tập quán khai thác
năng lượng gió trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp ở nước ta. Chúng ta
không bắt gặp những cối xay gió như thường thấy ở nông thôn các vùng ôn
đới Châu u. Sức gió chỉ được ứng dụng để đẩy thuyền trên sông và trên
biển. Điều đó phần nào chứng tỏ rằng thực tế sử dụng năng lượng gió trên
lãnh thổ nước ta không lớn và kỹ thuật cổ truyền không đủ khả năng khai
thác có lợi nguồn năng lượng này, hoặc nguồn năng lượng gió này không đủ
khả năng cạnh tranh với các dạng năng lượng dễ kiếm khác. Trong những
năm gần đây, trước nhu cầu năng lượng trong nền kinh tế quốc dân ngày
càng một lớn và nguồn năng lượng cổ truyền ngày càng khan hiếm, nhiều đòa
phương đã bắt đầu xuất hiện những động cơ gió cỡ nhỏ do các gia đình tự
làm hoặc một số cơ sở tập thể sản xuất thí nghiệm và đạt được những kết quả
bước đầu. Hiện nay, chúng ta đã sử dụng động cơ gió để chạy máy bơm nước
phục vụ các hoạt động sản xuất cho các tỉnh ven biển và một số nơi dùng để
sản xuất điện để phục vụ sinh hoạt (Tivi, radio, đèn…) hoặc phục vụ thông tin
bưu điện ở các hải đảo nhưng chỉ dừng lại ở những công suất vừa và nhỏ.
Khánh Hòa là tỉnh có nhiều đảo, hiện có 33 cụm dân cư sống rải rác trên
các đảo, tới nay toàn tỉnh đã phê chuẩn dự án xây trạm FĐSG với tổng công
suất là 20 MW(gồm 40 máy FĐSG, mỗi máy công suất 500 KW); đòa điểm
xây dựng tại đèo Cổ Mã tỉnh Khánh Hoà(do Đức tài trợ), tại đảo Phú Quốc,
Hòn Mê, Hòn Ngư, Trường Sa, Cái Vừng, Các Bà… đã lắp đặt một số máy
FĐSG cở nhỏ để phục vụ sinh hoạt trong hộ gia đình, trạm xá, uỷ ban và
trường học.
Tại tỉnh Ninh Thuận, chính phủ Đan mạch đã tài trợ cho dự án xây dựng
trạm FĐSG có công suất 25MW(kinh phí 25 triệu USD).Trong các năm
qua,viện năng lượng và trung tâm nghiên cứu năng lượng mới trường ĐHBK
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 13

ở Hà nội, Thành phố Hồ Chí Minh và trung tâm khoa học công nghệ quốc gia
đã và đang nghiên cứu áp dụng các công nghệ thích hợp để tận dụng các
năng lượng tại chổ như: Năng lượng mặt trời, năng lượng gió, thủy điện… chủ
yếu phục vụ sinh hoạt.
Trong chương trình nghiên cứu về năng lượng được hình thành năm 1970
đã có vấn đề năng lượng mới mà sau đó đã tiến tới tách thành một chương
trình riêng về năng lượng mới vào những năm đầu của thập kỷ 80. Vấn đề
năng lượng gió là một trong những vấn đề được tiến hành với nhiều đề tài
nhằm nghiên cứu một cách toàn diện để nhanh chóng phổ biến việc ứng
dụng nguồn năng lượng này. Đó là những đề tài điều tra phân vùng năng
lượng gió đã và đang tiến hành để xác đònh các vùng có khả năng ứng dụng
thuận lợi năng lượng gió, đề tài lập luận luận chứng kinh tế, kỹ thuật việc
ứng dụng năng lượng gió ở Việt Nam nhằm đánh giá đánh giá việc ứng dụng
năng lượng gió ở các đòa phương và các ngành kinh tế khác nhau. Nhiều đề
tài thử nghiệm các mẫu thiết kế động cơ gió dùng để bơm nước và phát điện
các cở nhỏ từ 200W đến khoảng 3kW. Những đề tài thử nghiệm thiết bò đang
tiến dần tới việc hoàn chỉnh những mẫu máy gió vừa có hiệu suất cao vừa
phù hợp với điều kiện chế tạo và vận hành trong hoàn cảnh Việt Nam.
1.2.3. Mục tiêu của vấn đề năng lượng gió trong chương trình Năng Lượng
Mới:
Vấn đề năng lượng gió là một trong những vấn đề trọng tâm của chương
trình Năng Lượng Mới.
Mục tiêu của chương trình là nghiên cứu sử dụng năng lượng gió là tiến
tới phổ cập việc ứng dụng các thiết bò năng lượng gió trong nền kinh tế quốc
doanh và quốc phòng một cách kinh tế nhất: Muốn đạt được mục tiêu này rõ
ràng phải tiến hành hàng loạt đề tài để giải quyết nhiều mặt của vấn đề:
- Đề tài phân vùng năng lượng gió giúp ta đánh giá tiềm năng gió trên
lãnh thổ nhằm mục đích:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN

Trang 14

+ Giúp cho việc phát triển vùng nên phát triển năng lượng gió.
+ Dự báo khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng ở từng đòa phương.
+ Cung cấp những tham số về nguồn năng lượng gió cần thiết cho việc
thiết kế.
+ Dự báo giá trò kinh tế của nguồn năng lượng gió ở mỗi đòa phương
hoặc đối với mỗi ngành sản xuất.
- Đề tài lập luận chứng kinh tế việc ứng dụng năng lượng gió giúp chúng
ta tìm hiểu vấn đề dưới góc độ kinh tế. Đề tài như vậy rõ ràng có vai trò chủ
đạo trong việc phát triển kỹ thuật khai thác phù hợp. Đề tài phải đề ra được
chính sách triển khai ứng dụng năng lượng gió trên toàn lãnh thổ và đối với
mọi ngành kinh tế sao cho đạt hiệu quả tối ưu.
- Các đề tài nghiên cứu thiết kế các mẫu động cơ gió các loại có mục
đích hoàn thiện các động cơ gió để sản xuất hàng loạt trên quy mô công
nghiệp đáp ứng yêu cầu sử dụng rộng rãi các động cơ gió. Các đề tài loại
này có thể chia ra thành các nhóm khác nhau:
+ Nhóm đề tài thiết kế mẫu đông cơ gió với nguyên vật liệu đòa
phương, đơn giản phù hợp với trình độ kỹ thuật đòa phương có. Những mẫu
như vậy có thể được phổ biến dưới dạng các mẫu thiết bò hoặc các tài liệu
hướng dẫn thiết kế chi tiết do chương trình sản xuất và phổ biến.
+ Nhóm đề tài thiết kế mẫu động cơ gió cỡ nhỏ phù hợp với khả năng
chế tạo của nền cơ khí nhỏ, phù hợp với yêu cầu khai thác và điều kiện đòa
phương. Các đề tài loại này khá đa dạng về hình thức và kỹ thuật. Tuy vậy,
cũng có thể hoàn thiện để sản xuất hàng loạt toàn bộ thiết bò này thành
những bộ phận chủ yếu để nhanh chóng đưa vào ứng dụng và hạ giá thành
sản phẩm.
+ Ngoài những động cơ gió cỡ nhỏ, chúng ta cần thử nghiệm thiết kế
loại động cơ gió cỡ lớn có khả năng triển khai tại một số vùng đặc biệt.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN

Trang 15

+ Cùng với nghiên cứu các loại động cơ gió, ta đồng thời phải giải
quyết việc chuyển đổi động năng gió ra dạng động năng hữu dụng hay các
dạng năng lượng khác để tiện đưa vào sử dụng. Đây cũng là một khâu đáng
quan tâm vì nó ảnh hưởng quyết đònh đối với hiệu suất thiết bò.
Đương nhiên trong các đề tài trên, chúng ta phải giải quyết nhiều khâu
thuộc công nghệ vật liệu để đáp ứng yêu cầu độ bền của thiết bò và chống đỡ
được các trường hợp thiên tai như bão tố, v.v
1.3. Điều tra cơ bản trong vấn đề năng lượng gió:
1.3.1.Những thông số cơ bản của gió:
Những số liệu cơ bản về môi trường và khí hậu cần thiết cho việc đánh
giá, quy hoạch và khai thác năng lượng gió phần nào được bộ môn khí tượng
và khí hậu cung cấp. Tuy nhiên những thông số này không đáp ứng được toàn
bộ yêu cầu của vấn đề năng lượng. Ngành khí tượng trên thế giới có những
chương trình riêng nhằm yêu cầu về năng lượng gió. Trong chương trình năng
lượng mới, đề tài phân vùng năng lượng gió cũng được Tổng cục Khí Tượng
Thủy Văn đảm nhiệm.
Để điều tra cơ bản điều kiện môi trường khí tượng của năng lượng gió
nhằm giúp các nhà kỹ thuật về năng lượng gió có được một khái niệm hoàn
chỉnh về vấn đề này thì cần đònh rõ phương pháp và triển khai việc điều tra
tại đòa phương cần khảo sát.
Những số liệu cơ bản về gió bao gồm: tốc độ gió tại các thời kỳ, hướng
gió chính và sự thay đổi hướng gió như thế nào, chu kỳ gió và so sánh giữa
các vùng khác nhau, Muốn đảm bảo có được một chuổi số liệu đầy đủ và có
chất lượng cao, chúng ta phải tiến hành một loạt những khảo sát riêng khá
phức tạp và tốn kém. Vì vậy việc điều tra cơ bản năng lượng gió trên quy mô
cả nước là một vấn đề rất lớn đòi hỏi vốn đầu tư và thời gian rất lớn, cần
được quan tâm của các cơ quan chức năng nhiều hơn nữa.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN

Trang 16

Hiện nay chúng ta đã có được một số trạm đo gió ở một số tỉnh rải rác
trên cả nước như: Khánh Hoà, Kiên Giang, Mặc dầu những kết quả thu
được từ những kết quả đo đạc này chưa thật sự chính xác nhưng nó cũng giúp
cho những nhà thiết kế có được cơ sở để tính toán một cách gần đúng về
năng suất của năng lượng gió.
1.3.2. Thiết bò điều tra năng lượng gió
Thiết bò để điều tra năng lượng gió chủ yếu là các máy ghi tốc độ gió.
Tuy nhiên, tùy theo yêu cầu của điều tra, người ta có thể ứng dụng máy ghi
có đặc tính khác nhau. Những máy ghi gió thông dụng nhất để khảo sát gió
tại các đòa điểm có đầu cảm ứng dùng gáo hay chong chóng để ghi cường độ
gió. Ngoài ra còn có những loại đầu cảm ứng tốc độ gió khác như điện trở
nhiệt, v. v… đắt tiền và khó sử dụng. Đầu cảm ứng thường được nối với bộ
phận tự ghi để có thể ghi được những trò số liên tục của cường độ gió. Việc
khảo sát tại mỗi đòa điểm có thể dùng nhiều máy ghi gió đặt tại các độ cao
khác nhau và các vò trí khác nhau.
Hiện nay, tại các đài trạm khí tượng khí hậu các máy ghi gió được trang
bò không nhiều. Phần lớn các đài trạm khí tượng dùng loại máy gió thô sơ
nên số liệu thu được thiếu chính xác. Những máy kiểu này không thể dùng
cho mục đích này.
Tuy nhiên, kinh nghiệm sử dụng các loại máy gió tự ghi trong các trạm
khí tượng khí hậu cho thấy rằng các máy gió tự ghi như máy Junkalor rất dễ
hỏng và đắt tiền. Việc khảo sát và điều tra gió lại đòi hỏi nhiều máy để dùng
cho nhiều đòa điểm. Vì vậy, Rất có thể việc điều tra cơ bản năng lượng gió
phải được bắt đầu từ khâu chế tạo lấy một loại thiết bò đo gió đáp ứng được
yêu cầu về chất lượng và số lượng. Yêu cầu về chất lượng trong vấn đề này
thực ra không đòi hỏi quá cao. Trên thực tế chúng ta có thể bằng lòng với độ
chính xác khoảng từ 5 đến 10%.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN

Trang 17

Kết luận: Như vậy, rõ ràng năng lượng gió là mật nguồn năng lượng có
tiềm năng rất lớn, chúng ta cần phải đẩy nhanh hơn nữa công việc nghiên
cứu để ứng dụng vào thực tiễn nhằm giải quyết những khó khăn trong việc
khủng hoảng thiếu năng lượng trong thời gian tới.
Từ năm 1996-2000, viện cơ điện nông nghiệp đã tiến hành nghiên cứu
sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió phục vụ sản xuất nông nghiệp
và sinh hoạt nông thôn, đã đem lại hiệu quả kinh tế-xã hội trong các hộ gia
đình. Các bộ phận của máy được chế tạo bằng các vật liệu có sẵn ở trong
nước và tự gia công lắp đặt chứ không cần phải nhập từ nước ngoài. Đó là
một tín hiệu đáng mừng cho ngành năng lượng mới này.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 18

Chương 2
CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1. Phương pháp nghiên cứu và cơ sở lý thuyết được áp dụng:
2.1.1. Phương pháp nghiên cứu:
Luận văn được thực hiện trên cơ sở thừa kế một số kết quả nghiên cứu lý
thuyết của các nhà khoa học. Cho nên không đi sâu phân tích lý thuyết mà
chủ yếu là ứng dụng các công thức và nghiên cứu thử nghiệm mẫu đã có sẵn
tin cậy. Qua quá trình thử nghiệm và thực tế sẽ tiến hành cải tiến một số bộ
phận như: Cánh quạt, đuôi lái, các bộ phận truyền động… Như vậy sẽ phù
hợp với công nghệ chế tạo tại đòa phương và trình độ sử dụng, bảo dưỡng và
sửa chữa ở vùng nông thôn xa xôi.
2.1.2. Công việc nghiên cứu:
- Tham khảo tài liệu ở trong và ngoài nước để chọn các thông số và các
yếu tố.
- Phân tích và lựa chọn mẫu máy đã và đang được sử dụng trong thực tế

sản xuất, sát với yêu cầu đặt ra của đề tài.
- Tham khảo các ý kiến của một số chuyên gia ngành năng lượng để
tăng độ tin cậy và tính thuyết phục khi lựa chọn.
- Khảo sát đòa hình nơi cần lắp đặt máy, trong đó quan tâm đến tốc độ
gió trong ngày; tháng; năm ở các vùng có thể lắp đặt được máy và nhu cầu
xã hội.
2.2. Một số loại động cơ gió đã đựơc ứng dụng:
Trong thực tế người ta đã sử dụng rất nhiều loại động cơ gió khác nhau.
Và tùy theo cách phân loại mà chúng được chia thành các nhóm loại khác
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 19

nhau nữa. Ở đây chúng ta dùng cách phân loại theo dạng trục của động cơ
gió và số lượng cánh.
2.2.1.Phân loại theo trục động cơ gió:
Phân theo phương pháp này ta có hai loại: động cơ gió trục đứng và động
cơ gió trục ngang.
a. Động cơ gió trục đứng:
Là loại động cơ gió mà trục của động cơ gió được gắn với cánh quạt
vuông góc với mặt đất nơi đặt trạm. Hình 2.3 ở dưới biểu diễn sơ đồ truyền
động của động cơ gió dùng trục đứng.

Hình 2.3 - Sơ đồ động cơ gió sử dụng trục đứng
Ưu nhược điểm của loại động cơ trục đứng này.
 Ưu điểm:
+ Dễ chế tạo.
+ Kết cấu phù hợp với những yêu cầu không lớn về công suất.
+ Có thể quay được với mọi hướng gió thổi tới với mọi phương khác
nhau mà không cần bộ phận lái hướng.
 Nhựơc điểm:

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 20

+ Hiệu suất thấp.
+ Công suất bé vì đường kính cánh không thể tăng quá lớn vì thế nó sẽ
chiếm không gian lớn và tốc độ vòng quay nhỏ nên không thể hấp thụ nhiều
năng lượng.
Trong thực tế sử dụng, loại trục đứng rất ít được sử dụng, do năng suất
làm việc thấp; nếu có chỉ truyền động cho những máy có công suất nhỏ như
bơm nước có cột áp thấp hoặc máy chế biến có kích cỡû nhỏ.
b. Động cơ gió trục ngang:
Là loại động cơ gió mà trục của cánh quạt hướng gió song song với mặt
đất nơi ta đặt trạm. Hình 2.4 ở dưới biểu diễn sơ đồ truyền động của loại
động cơ gió trục ngang này.

Hình 2.4 – Sơ đồ động cơ gió dùng trục ngang.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 21

Ưu - nhược điểm của loại trục ngang và so sánh với loại trục đứng:
Loại này được sử dụng nhiều trong công nghệ phát điện; nó mang lại
hiệu suất sử dụng cao, khả năng hấp thụ năng lượng lớn vì đường kính cánh
và độ cao của tháp có thể thay đổi phù hợp với công suất đặt của máy phát
điện. Tuy nhiên nó chế tạo rất phức tạp, đặt biệt là cánh quạt và cơ cấu điều
khiển hướng gió.
Đối với động cơ trục ngang, nếu máy có công tác cần vòng quay cao,
người ta dùng (thường cho máy phát điện đồng bộ hoặc dò bộ, xoay chiều hay
một chiều, một pha hay 3 pha). Nhưng yêu cầu tốc độ gió phải đủ lớn thì
động cơ mới tự khởi động được.
Đối với động cơ trục đứng, khởi động dể dàng kể cả khi tốc độ gió thấp.

Loại này cho số vòng quay thấp, thường dùng cho máy bơm nước có công
suất nhỏ. Nếu cần tốc độ cao thì phải dùng đến hộp số tăng tốc, dẫn đến hiệu
suất truyền động giảm. Hiện nay, một số đòa phương ở trong nước ta cũng
đang dùng loại động cơ nhiều cánh để bơm nước.
2.2.2.Phân loại theo số lượng cánh:
Nếu phân theo số lượng cánh quạt, ngươi ta đã chế tạo và sử dụng 3 loại
sau:
+ Động cơ gió 2 cánh quạt.
+ Động cơ gió 3 cánh quạt.
+ Động cơ gió nhiều cánh quạt.
Thông thường, trong công nghệ phát điện với công suất siêu nhỏ và
trung bình, người ta dùng động cơ gió loại 3 cánh là phù hợp cho mọi điều
kiện. Đặc biệt ở những trạm có nhiều máy phát điện được hòa với nhau và
phát lên mạng lưới chung.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 22

2.3. Các phương án thiết kế:
2.3.1. Phương án thứ nhất: Truyền động trục ngang và tăng tốc bởi hộp tốc
độ:

H O ÄP T O ÁC Đ O Ä
1
2
6
5
4
3

Hình 2.5: Sơ đồ truyền động phương án 1

Chú thích: (1): Cánh quạt;
(2): Bộ truyền bánh răng côn;
(3):Gối đỡ cụm trên;
(4): Khớp nối;
(5): hộp tốc độ;
(6): Bơm.
Ưu điểm:
+ Kết cấu hệ thống gọn.
+ Bộ truyền bánh răng côn cho hiệu suất truyền cao.
+ Hộp tốc độ gọn nhẹ nhưng tỷ số truyền đáp ứng được như mong
muốn.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 23

Nhược điểm:
Do trục quạt là trục ngang nên muốn có công suất lớn thì đường kính
quạt phải lớn, điều này yêu cầu hệ thống giàn đỡ phải đảm bảo độ vững
chắc.
2.3.2. Phương án thứ hai:

1
2
3
4
5
6
7

Hình 2.6: Sơ đồ truyền động phương án 2
Chú thích: (1): Cánh quạt;

(2): Bộ truyền bánh răng côn;
(3): Ổ đỡ;
(4): Gối đỡ cụm trên;
(5): Khớp nối;
(6): bộ truyền đai;
(7): Bơm.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 24

So với phương án trên (phương án 1) thì phương án này có những ưu
điểm tương tự, nhưng do ở đây ta dùng bộ truyền đai nên hệ thống sẽ cồng
kềnh hơn mà năng suất mang lại cũng không được cao.
2.3.3. Phương án thứ ba:

4
HỘP
TỐC
ĐỘ
BƠM
NƯỚC
5
3
2
1


Hình 2.7: Sơ đồ truyền động phương án 3
Chú thích: (1): Cánh quạt;
(2):Khớp nối động của cơ cấu hình bình hành;
(3): Thanh truyền của cơ cấu hình bình hành;

(4):Hộp tốc độ;
(5): Bơm.
Đây là một ý tưởng mới trong việc thiết kế hệ thống truyền động với cơ
cấu hình bình hành. Tuy nhiên cơ cấu này lại gây ra va đập mạnh khi tốc độ
gió thay đổi, điều này làm tăng nhanh việc giảm mạnh độ bền cơ cấu đặc
biệt là các khớp nối, ổ đỡ và thanh truyền.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: LÊ KHÁNH ĐIỀN
Trang 25

2.3.4. Phương án thứù tư:
Truyền động bằng trục thẳng đứng.
BƠM
NƯỚC
1
2
3
4
5

Hình 2.8: Sơ đồ truyền động phương án 4
Chú thích: (1): Cánh quạt;
(2): Gối đỡ trên của cánh quạt;
(3):Khung giàn đỡ;
(4): Bơm nước;
(5): Cặp bánh răng tăng tốc.
Với hệ thống truyền động như dạng trên thì thường chỉ dùng cho những
động cơ có công suất nhỏ, diện tích cánh ảnh hưởng rõ rệt đến công suất, so
với quạt trục ngang với cùng công suất thì quạt trục đứng chiếm diện tích lớn
hơn nhiều lần.
Nhận xét: So sánh bốn phương án trên thì ta dễ dàng nhận thấy truyền

động trục ngang cho ta công suất lớn hơn trục đứng, bộ truyền bánh răng côn
và hộp tốc độ mang lại hiệu quả hơn về yêu cầu tăng tốc. Bên cạnh đó, do
yêu cầu bơm làm việc chỉ khoảng một ca trong ngày còn quạt thì vẫn hoạt
động suất 24 tiếng. Do đó ta có thể kết hợp phương án 1 và phương án 2 để
tạo thành phương án lựa chọn nhằm đáp ứng yêu cầu bơm ngày làm việc 8