M CL C
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

ii

C mt

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

v

Danh sách các từ viết tắt

ix

Danh sách các b ng

Ph ơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 3

1.7

Bố cục của đề tài ................................................................................................. 4

Chư ng 2: T ng Quan Về

Tr c

2.1

cơ ..................................................................................................................... 5

2.1.1

lăn .................................................................................................................... 5

2.1.1.1 Kết cấu
2.1.1.2 Phân lo i

lăn ....................................................................................................... 6
lăn ..................................................................................................... 7

v


2.1.1.3

u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của


Nguyên lý ho t động ......................................................................................... 13

2.2.3

u nh ợc điểm và ph m vi ứng dụng của

2.3

thủy ............................................................................................................... 13

2.3.1

thủy tĩnh ........................................................................................................ 14

2.3.2

thủy động ....................................................................................................... 15

2.4

khí .................................................................................................................. 16

2.4.1

khí tĩnh .......................................................................................................... 18

2.4.2

khí động ......................................................................................................... 14


Các kiểu tua-bin gió ......................................................................................... 24

vi


3.1.1.1 Tua-bin gió trục ngang ..................................................................................... 24
3.1.1.2 Tua-bin gió trục đứng ....................................................................................... 30
3.1.2

kết luận ............................................................................................................. 34

3.1.3

Định luật bezt ứng dụng trong thiết kế cánh qu t ............................................. 34

3.1.3.1 Hệ số công suất cp ............................................................................................. 35
3.1.3.2 Tỉ số tốc độ gió đầu cánh .................................................................................. 38
3.1.3.3 Số cánh qu t ...................................................................................................... 39
3.1.4

lực tác dụng lên rotor ........................................................................................ 39

3.2

Cơ sở lý thuyết về dòng ch y chất khí .............................................................. 42

3.2.1

Dòng ch y qua các tấm phẳng song song ......................................................... 42


đỡ khí tĩnh ................................................................ 50

khí ........................................................................................ 53

Chư ng 4: Yêu Cầu VƠ Phư ng Án Thi t K ........................................................... 57
4.1

Tua-bin gió ........................................................................................................ 57

4.2

Đề xuất ph ơng án thiết kế máy phát điện gió ................................................. 57

4.3

Ph ơng án thiết kế

4.3.1

Đề xuất ph ơng án bố trí

đỡ khí tĩnh ....................................................................... 60
khí tĩnh .................................................................. 61

vii


4.3.2



Quá trình chế t o ............................................................................................... 82

6.2

Dụng cụ hỗ trợ thí nghiệm và kiểm tra ............................................................. 86

6.3

Quá trình thử nghiệm ........................................................................................ 88

6.3.1

Thử nghiệm chặn khí tĩnh .............................................................................. 88

6.3.2

Thử nghiệm đỡ khí tĩnh.................................................................................. 89

Chư ng 7: K t lu n và ki n nghị ................................................................................ 91
7.1

Kết luận ............................................................................................................. 91

7.2

Kiến nghị ........................................................................................................... 91

Tài Liệu Tham Kh o ..................................................................................................... 98


B ng 5.2:

nh h ởng của chiều dài lỗ cấp khí ........................................................... 75

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Một s

cơ điển hình ................................................................................... 5

Hình 2.2: Hình nh thực tế của

lă ............................................................................. 6

Hình 2.3: Kết cấu lăn ................................................................................................. 6
Hình 2.4: Các lo i

lăn ............................................................................................... 8

Hình 2.5 : Một s lo i ỏrượỏ ỏhường dùng .................................................................. 9
Hình 2.6: Kết cấu ỏrượt .............................................................................................. 9
Hình 2.7: Các d ng
hình 2.8:

Hình d ng

Hình 2.9: Kết cấu của




Hình 2.21: Mô hình thực nghiệm .................................................................................. 22
Hình 3.1: Tua-bin đón gió ỏừ phía saỐ ....................................................................... 24
Hình 3.2: Tua-bin đón gió ỏừ phía ỏrước .................................................................... 24
Hình 3.3: CấỐ ỏ o của ỏỐa-bin gió ỏrục ngang ........................................................... 25
Hình 3.4: MaỔơ của hệ ỏh ng cánh ............................................................................ 27
Hình 3.5: Mộỏ s hình d ng ốà đường kính cách qỐ ỏ ............................................... 28
Hình 3.6: Những biên d ng cánh khác nhaỐ của cánh qỐ ỏ ...................................... 28
Hình 3.7: Tua-bin gió ỏrục ngang sử dụng ỏrong ỏhực ỏế ........................................... 29
Hình 3.8: CấỐ ỏ o của mộỏ ỏỐa-bin gió ỏrục đứng điển hình ...................................... 30
Hình 3.9: ảai kiểỐ ỏỐa-bin gió ỏrục đứng điển hìn ..................................................... 32
Hình 3.10: Tua-bin gió Savonius .................................................................................. 32
Hình 3.11: Tua-bin gió Darrieus .................................................................................. 34
Hình 3.12:

ng động lực học Beổỏ ỏrong điều kiện lý ỏưởng ........................................ 36

Hình 3.13: Lực ỏác dụng lên cánh ................................................................................ 40
Hình 3.14: Ảiá ỏrị c n gió của mộỏ s hình d ng hình học .......................................... 42
Hình 3.15: Dòng ch y của chất khí giữa các tấm song song ....................................... 43
Hình 3.16:

chặn có một lỗ cấp khí ở tâm .................................................................. 45

Hình 3.17:

chặn hình khuyên có nhiều lỗ cấp khí .................................................... 47

Hình 3.18: M i quan hệ giữa cD và K .......................................................................... 49

đỡ khí ỏĩnh Phương án 3 ............................................................. 63

Hình 4.10: Hai lo i

chặn điển hình ........................................................................... 64

Hình 4.11:

chặn có trục xuyên qua ............................................................................ 64

Hình 5.1: Các ỔếỐ ỏ ỏương ỏác ỏrong ỏhiếỏ kế

khí ................................................... 65

Hình 5.2: M i quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí và tỉ lệ L/D ................................ 66
Hình 5.3: M i quan hệ giữa đường kính lỗ cấp khí t i ưỐ ốà khe hở......................... 67
Hình 5.4: Vị ỏrí đặt lỗ cấp khí ..................................................................................... 68
Hình 5.5: M i quan hệ giữa CL và vị ỏrí đặt lỗ cấp khí .............................................. 69
Hình 5.6:

nh hưởng của s lỗ cấp khí mỗi hàng tới kh năng ỏ i ............................ 70

Hình 5.7:

nh hưởng của đường kính lỗ cấp khí tới s lượng lỗ ............................... 70

Hình 5.8:

nh hưởng của chiều dài


đỡ khí ỏĩnh ................................................................................ 83

Hình 6.3: Tấm phẳng liên kết với trục chính .............................................................. 84
Hình 6.4: Chế t o chặn ............................................................................................ 84
Hình 6.5: Trục chính ................................................................................................... 85
Hình 6.6: Lỗ cấp khí ................................................................................................... 85
Hình 6.7: Đầu n i khí ................................................................................................. 86
Hình 6.8:

khí sau khi lắp ráp .................................................................................. 86

Hình 6.9: Thiết bị đo lưỐ lượng .................................................................................. 86
Hình 6.10: Thiết bị đo ốà điều chỉnh áp suất ............................................................... 87
Hình 6.11: Đ ng h so mytast 1/1000 ......................................................................... 87
Hình 6.12: Mô hình thử nghiệm .................................................................................... 88

xiv


Hình 6.13: Kiểm nghiệm sự ho ỏ động của chặn ....................................................... 89
Hình 6.14: Kiểm nghiệm sự ho ỏ động của đỡ ........................................................... 90
Hình 6.15: Kiểm nghiệm sự ho ỏ động của hệ th ng .................................................... 91

xv


Ch ơng 1

M


thuỷ lực,

từ,

hỗn hợp,…
Khác với các lo i

trục cơ khí,

khí sử dụng áp lực của khí nén áp su t cao để

nâng/chặn trục khi thực hiện chuyển động quay hay tịnh tiến mà không có sự tiếp xúc
giữa phần tĩnh và phần động. Do vậy,

khí ứng dụng trong các thiết bị, máy móc yêu

cầu độ chính xác cao đ ợc xem là một công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi
tr

ng. Các lo i

khí có một vai trò lớn trong việc nâng cao tốc độ quay cho các trục

và có thể ho t động đ ợc trong những môi tr
dụng

ng đặc biệt mà các hệ truyền động sử

trục cơ khí không thể làm việc hoặc làm việc với chi phí b o d ỡng cao. Những


cầu không đ ợc rò rỉ dầu bôi trơn vào s n phẩm nh trong lĩnh vực l ơng thực thực
phẩm…
Với sự định h ớng đó, đề tài “ Nghiên cứu kh năng ứng dụng

khí ỏĩnh ỏrong

máỔ pháỏ điện gió công suất nh ” đư đ ợc triển khai với mục đích tăng hiệu su t phát
điện của máy phát điện gió thông qua biện pháp làm gi m ma sát lăn của trục quay khi
sử dụng

khí tĩnh. Từ đó, giúp máy phát điện gió có thể ho t động với vận tốc gió nhỏ

đ a đến kh năng ứng dụng trong thực tiễn cao.
1.3. ụ nghĩa khoa học và thực ti n của đề tài
Ý nghĩa ỏhực tiễn
khí đang là v n đề nghiên cứu mới
nghiên cứu liên quan đến

Việt Nam. Có r t ít các công trình

khí trong những năm gần đây

Việt Nam.

khí giúp nâng

cao hiệu su t cho các hệ truyền động nh gi m thiểu đ ợc ma sát trong

nên gi m


1.4

khí.

M c tiêu nghiên c u của đề tài
Nghiên cứu, xây dựng cơ s lý thuyết tính toán, thiết kế
Nghiên cứu ứng dụng

khí tĩnh để thay thế cho các

khí.

lăn truyền thống sử dụng

trong máy phát điện gió công su t nhỏ.
Thử nghiệm kh năng sử dụng khí tĩnh vào công nghiệp trên diện rộng.
1.5 Đối tư ng và ph m vi nghiên c u
Đ i ỏượng nghiên cứu
Các lo i trục th

ng sử dụng trong công nghiệp nh

khí tĩnh và các lo i

lăn,

chặn;

có liên quan;


Đề tài đ ợc chia làm 6 ch ơng với các nội dung nh :
Lý do chọn đề tài, tính c p thiết, ý nghĩa khoa học – thực tiễn, đối t ợng, ph m
vi và mục tiêu nghiên cứu đ ợc trình bày trong ch ơng 1.
Ch ơng 2 trình bày t ng quan về

trục và ứng dụng của các lo i

nghiên cứu trong và ngoài n ớc liên quan đến

trục. Các

khí tĩnh, đến đề tài và các định h ớng

nghiên cứu.
Cơ s lý thuyết về năng l ơng gió, cơ s tính toán hệ thống tua-bin gió trục
đứng công su t nhỏ; cơ s lý thuyết về
kế

khí tĩnh đ ợc giới thiệu
Ch ơng 4 nêu các ý t

công su t nhỏ, kết c u

khí tĩnh, hệ thống công thức để tính toán, thiết

ch ơng 3.
ng và gi i pháp thiết kế máy phát điện gió trục đứng

khí tĩnh dùng cho máy phát điện gió trục đứng công su t nhỏ.


hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nh gi m thiểu đ ợc ma sát, qua đó nâng cao hiệu su t
sử dụng của máy móc, thiết bị.

trục có nhiều lo i nh

cơ,

từ,

thuỷ,

khí và các

lo i kết hợp,….
2.1

c
cơ là một lo i

trục với các phần tử truyền động là các phần tử cơ khí.

cơ là

một bộ phận của gối trục có nhiệm vụ tiếp nhận các t i trọng từ nhiều h ớng tác động
tới và giữ cho trục quay hoăc tịnh tiến một cách n định.

cơ th

ng đ ợc phân lo i



Trong

một số thiết bị khác còn đ ợc gọi là vòng bi hay bi [1].
lăn, t i trọng từ trục truyền tới gối ph i qua các con lăn. nh có con lăn

cho nên ma sát sinh ra trong

là ma sát lăn.

Hình 2.2: Hình nh thực tế của

lăn

2.1.1.1 K t c u
lăn th

ng g m bốn bộ phận chính: vòng ngoài (1), vòng trong (2), con lăn (3),

và vòng cách (4) (hình 2.3).

1-Vành ngoài; 2-Vòng trong; 3-Con lăn; 4-Vòng cách

Hình 2.3: Kết cấu lăn [3]
Vòng trong (2) và vòng ngoài (1) th

ng có rãnh, vòng trong (2) lắp với ngõng

trục, vòng ngoài (1) lắp với gối trục (vỏ máy, thân máy). Th


- Theo cỡ đ

đỡ,

ng kính ngoài của

bi và

đũa (hình 2.4b).

một dãy, hai dãy, bốn dãy (hình 2.4c).

lăn (có cùng đ

ng kính trong) chia ra các

lăn cỡ đặc biệt nhẹ, r t nhẹ, nhẹ, trung bình và nặng.

- Theo cỡ chiều rộng

a)

chặn và

lăn đ ợc chia ra:

đỡ

hẹp,


u như c điểm và ph m vi ng d ng

lăn có r t nhiều u điểm nh :
Hệ số ma sát nhỏ, mô men c n sinh ra khi m máy cũng ít hơn so với

tr ợt

do đó hiệu su t tăng lên và nhiệt sinh ra ít. Ngoài ra hệ số ma sát t ơng đối n định (ít
chịu nh h

ng của vận tốc) cho nên có thể dùng

lăn làm việc với vận tốc r t th p.

Chăm sóc và bôi trơn đơn gi n, ít tốn vật liệu bôi trơn, có thể dùng mỡ bôi
trơn.
Kích th ớc chiều rộng

lăn nhỏ hơn chiều rộng

tr ợt có cùng đ

ng kính

ngõng trục.
Mức độ tiêu chuẩn hóa và tính lắp lẫn cao, do đó thay thế thuận tiện, giá thành
chế t o t ơng đối th p khi s n xu t lo t lớn [3].
Tuy nhiên

lăn cũng có nh ợc điểm nh :

tr ợt và ma sát sinh ra trên bề mặt làm việc là ma sát tr ợt [2].

Hình 2.5 : Một s lo i

ỏrượỏ ỏhường dùng

2.1.2.1 K t c u
Kết c u

tr ợt khá đơn gi n bao g m: thân

(1), lót

(2) và rãnh chứa dầu (3)

(hình 2.6 a).

1-Thân ; 2-Lót ; 3-Rãnh chứa dầu; 4-Lót
a) nguyên kh i

Hình 2.6: Kết cấu

-9-

phía trên; 5-Lót phía dưới;
b) rời

ỏrượt [2]



tr ợt chủ yếu đ ợc phân lo i theo các tiêu chí sau:
Theo kh năng chịu t i bao g m các lo i:
(hình 2.7e),

tr ợt đỡ (hình 2.7a, c),

tr ợt chặn

tr ợt đỡ chặn (hình 2.7b, d).

Theo hình d ng bề mặt làm việc g m: mặt trụ (hình 2.7a), mặt cầu (hình 2.7b),
mặt nón (hình 2.7c) , mặt phẳng (hình 2.7e, f).
Theo kết c u chia ra

nguyên khối và

a)

d)

2.1.2.3
So với

ghép (hình 2.6).

b)

e)
Hình 2.7: Các d ng ỏrượt [4]


tr ợt ít đ ợc sử dụng hơn

Hiện nay trong ngành chế t o máy
trong một số tr

ng hợp d ới đây dùng

lăn, tuy nhiên

tr ợt có nhiều u điểm hơn:

Khi trục quay với vận tốc r t cao, nếu dùng

lăn, tu i thọ của

Khi yêu cầu ph ơng của trục ph i r t chính xác.

sẽ th p.

tr ợt g m ít chi tiết nên dễ

chế t o chính xác cao và có thể điều chỉnh đ ợc khe h .
Trục có đ

ng kính khá lớn (đ

ng kính ≥ 1m), trong tr

ng hợp này nếu



- 11 -


chuyển động nh vào lực từ tr

ng [1].

Hình 2.8 : Hình d ng của

từ trong thực tế

2.2.1 K t c u
từ có c u t o t ơng tự nh một động cơ điện, tuy nhiên thay vì t o ra mômen
xoắn để quay rotor nó l i t o ra một lực để nâng rotor [1].
C m biến
kho ng cách

Stator

Hệ thống
điều khiển

Rotor

Ngu n dòng

Hình 2.9: Kết cấu của
từ có kết c u g m 3 bộ phận chính:
Vòng ngoài và các cuộn dây (stator);

phận nào.
Tăng hiệu su t của truyền động nh chuyển động không có ma sát.
Thân thiện với môi tr

ng do không có bộ phận bôi trơn.

Kh năng làm việc với tốc độ cao.
Kh năng lo i bỏ các rung động khi chuyển động.
Kh năng làm việc trong các môi tr
Tuy nhiên
từ th

ng khắc nghiệt.

từ cũng có nh ợc điểm là bộ điều khiển phức t p, giá thành cao.

ng đ ợc dùng trong các hệ thống truyền động và máy phát điện,… Yêu cầu

b o d ỡng

trục th

ng xuyên. Trong các dây chuyền chế biến thực phẩm và d ợc

phẩm, các thiết bị làm việc trong các điều kiện môi tr

ng đặc biệt nh là nhiệt độ r t

cao và r t th p cũng nh là trong điều kiện chân không, bôi trơn



đòi hỏi truyền động chính xác cao, vận tốc lớn.
thuỷ tĩnh (Hydrostatic Bearing)

2.3.1

thủy tĩnh là lo i

làm việc

chế độ bôi trơn ớt có đặc điểm cơ b n là trong

quá trình làm việc ngõng trục luôn luôn đ ợc đặt trên một đệm dầu có áp lực cao. Quá
trình ho t động không có hiện t ợng tiếp xúc trực tiếp giữa trục và b c, ma sát giữa các
lớp dầu r t nhỏ có hệ số ma sát kho ng 1.10-5 – 6.10-5. Chính đặc điểm này đư nâng cao
tu i thọ và độ tin cậy của thiết bị (hình 2.10) [5].

Hình 2.10: Hình d ng của
Kết c u

thủy tĩnh khác hẳn các lo i

tr ợt,

thủỔ ỏĩnh
lăn. Trên

đ ợc khoét những

bu ng chứa đựng dầu có áp su t làm việc cao, hình d ng các bu ng quyết định chế độ