Politechnika
Białostocka
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska
Katedra Ciepłownictwa
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
Temat ćwiczenia: Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej dla
różnych kątów nachylenia łopat turbiny wiatrowej
Ć
wiczenie nr 2
Laboratorium z przedmiotu:
„Alternatywne źródła energii”
Kod:
Ś
C3066
Opracował:
dr inż. Tomasz Teleszewski
luty 2015
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 2
Katedra Ciepłownictwa
Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej
dla różnych kątów nachylenia łopat turbiny wiatrowej
2
1.
Wprowadzenie
Moc elektrowni wiatrowych zależy od kąta natarcia (rys.1) łopat turbiny wiatrowej.
Zmiana kąt natarcia powoduje zmniejszenie lub zwiększenie siły nośnej profilu i jest
powszechnie stosowana w regulacji mocy turbin wiatrowych.
Rys. 1. Kąt natarcia łopaty turbiny wiatrowej.
Do prawidłowego zaprojektowania łopaty turbiny niezbędna jest znajomość
charakterystyk profili łopat turbiny wiatrowej. Przykład zależności współczynnika siły nośnej
od kąta natarcia profilu NACA 0012 został przedstawiony na rysunku 2.
Rys. .2 Charakterystyka profilu NACA 0012
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 2
Katedra Ciepłownictwa
Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej
dla różnych kątów nachylenia łopat turbiny wiatrowej
3
2.
Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki mocy modelowej turbiny
wiatrowej w zależności od kąta nachylenia łopat turbiny P=f(
α
) oraz zależności prędkości
obrotowej turbiny od kąta nachylenia łopat w turbiny n=f(
α
) w tunelu aerodynamicznym przy
stałej prędkości powietrza.
3.
Metodyka badań
a)
opis stanowiska badawczego modelowej turbiny wiatrowej
Rys. 3. Schemat stanowiska badawczego: 1-wentylator, 2-tunel aerodynamiczny, 3-rurka
Pitota, 4- model turbiny wiatrowej, 5- jednostka sterująca, 6 – komputer, 7 – jednostka INIT1
Rys. 4. Widok pulpitu programu SCADA
6
5
4
3
2
1
1
7
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 2
Katedra Ciepłownictwa
Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej
dla różnych kątów nachylenia łopat turbiny wiatrowej
4
b)
przebieg realizacji eksperymentu (rys. 3)
1)
Ustawić pierwszy wybrany (tab. 1) kąt nachylenia łopat modelu turbiny
elektrowni wiatrowej (4)
2)
Włączyć jednostkę sterującą 5
3)
Włączyć jednostkę „INIT1”
4)
Włączyć DC Lamp 1 i 2 (INIT1)
5)
Ustawić „Load select” w pozycji „2”
6)
Włączyć rejestrator, klikając na ikonkę „START”.
7)
Ustawić „MEAS” w pozycji „BEFORE”.
8)
Ustawić nastawę 10 % (prędkość powietrza) suwakiem (AVE-1).
9)
Odczytać pięciokrotnie prędkość przepływu powietrza (SVA-1) oraz prędkość
obrotową turbiny (SV-1).
10)
Odczytać pięciokrotnie napięcie (V_D) oraz natężenie prądu (I-DC).
11)
Wyniki zapisać do tabeli 1.
12)
Powtórzyć czynności 9-11 dla pozostałych kątów nachylenia łopaty (tab.1)
Po wykonaniu ćwiczenia należy wyłączyć wentylator (1), przesuwając suwak (AVE-1) na
pozycję „0”.
c)
prezentacja i analiza wyników badań
Na podstawie wykonanych pomiarów wielkości charakterystycznych wykreślić
charakterystyki P =f(
α
), n=f(
α
)
Podstawowe wielkości należy wyznaczyć z następujących wzorów:
1) moc modelowej turbiny wiatrowej:
P
U I
= ⋅
W
(1)
gdzie:
U
- jest to napięcie [V],
I
- jest to natężenie prądu [A].
Wyniki badań oraz obliczeń charakterystycznych wielkość turbiny należy zapisać w
tabeli 1.
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 2
Katedra Ciepłownictwa
Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej
dla różnych kątów nachylenia łopat turbiny wiatrowej
5
Tabela 1. Zestawienie wyników pomiarów oraz obliczeń.
Nastawa nwentMAX: 10%
α
v
v
sr
n
n
sr
U
U
sr
I
I
sr
P
sr
st.
m/s
m/s
obr/min
obr/min V
V
A
A
W
0
30
60
80
Imię i nazwisko studenta:
Data wykonania ćwiczenia:
4.
Wymagania BHP
Do wykonania ćwiczeń dopuszczeni są studenci, którzy zostali przeszkoleni (na
pierwszych zajęciach) w zakresie szczegółowych przepisów BHP obowiązujących
w laboratorium.
W trakcie wykonywania ćwiczeń obowiązuje ścisłe przestrzeganie przepisów
porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego.
Wszystkie czynności związane z uruchamianiem urządzeń elektrycznych należy
wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia.
Zabrania się manipulowania przy wszystkich urządzeniach i przewodach
elektrycznych bez polecenia prowadzącego.
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 2
Katedra Ciepłownictwa
Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej
dla różnych kątów nachylenia łopat turbiny wiatrowej
6
5.
Sprawozdania studenckie
Sprawozdania studenckie powinno zawierać następujące informacje:
1)
Skład osobowy grupy oraz podpisy, nazwę kierunku studiów, laboratorium i tytuł
ć
wiczenia, datę wykonania ćwiczenia,
2)
Określenie poszczególnych zadań wraz z ich rozwiązaniem:
a)
cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego,
b)
niezbędne związki teoretyczne,
c)
opis rzeczywistego stanowiska badawczego,
d)
przebieg realizacji eksperymentu,
e)
wykonanie potrzebnych przeliczeń i zestawień,
f)
wykresy i charakterystyki (sporządzone na papierze milimetrowym),
g)
zestawienie i analiza wyników badań.
3)
Analiza dokładności pomiarów.
4)
Posumowanie uzyskanych wyników w postaci syntetycznych wniosków.
5)
Zestawienie łączników (protokołów, taśm rejestracyjnych, itp.).
6.
Literatura
1. Foit H.: Zastosowanie odnawialnych źródeł ciepła w ogrzewnictwie i wentylacji, Gliwice,
2011
2. Klugmann-Radziemska E.: Odnawialne źródła energii : przykłady obliczeniowe, Gdańsk,
2011
3. BoczarT.:Wykorzystanie energii wiatru, Warszawa, 2010
4. Gronowicz J.: Niekonwencjonalne źródła energii, Radom, 2011
5. Aldo Vieira da Rosa: Fundamentals of renewable energy processes, Amsterdam, 2009
6. L. Kołodziejczyk, S. Mańkowski, M. Rubik: „Pomiary w inżynierii sanitarnej”, Arkady
Warszawa 1980
