Calculul intensitatii campului magnetic pentru un generator cu flux axial

FEMM :Pentru  a calcula corect performantele  unui generator cu flux axial este necesar sa determinam valoarea campului magnetic in intrefier.

In functie de geometria generatorului si tipul magnetilor permanenti  intensitea campului magnetic poate fi calculata cu FEMM Finite Element Method Magnetics si urmatorul script generator-2-discuri. (scriptul este conceput pentru a simplifica la maximum operatiile de definire a geometriei generatorului)

femm

Alte scripturi  : scripuri

cateva simulari :

a) Calcul flux magnetic pentru asezare Halbach

FEMM Halbach

b) Calcul flux magnetic pentru un disc cu magneti permanenti,  al doilea cu piese polare metalice (in locul magnetilor)

FEMM 1disc+piesa polara

c) Calcul flux magnetic pentru  un singur disc cu magneti permanenti

FEMM 1disc

Qblade tutorial partea 4 : calcul performante turbina VAWT

Urmeaza calculul performantei turbinei VAWT. In fuctie de geometria turbinei si viteza vantului se calculeaza TSR, puterea generata de turbina, momentul la ax, randamentul turbinei , etc . Qblade genereaza familii de grafice pentru parametrii calculati atunci cand una din variabilele de intrare variaza in limite date (unghi de atac, viteza vantului, turatie)

qblade_calcul
In atasament se afla arhiva zip a fisierului cu extensie *.wpa ce poate fi incarcat in Qblade Este calculat un H-Rotor cu d=1.2m, h=1.65m, c=0.2m profil  du06-w-200-dt.
VAWT

Qblade tutorial partea 3 : definire parametri geometri turbina VAWT

Definarea parametrilor geometrici a unei turbine eoliene verticale VAWT se face foarte usor indiferent daca este vorba de o turbina Darrieus, Hrotor clasic sau elicoidal (Gorlov).
In prezentare va fi creat un rotor Hrotor si apoi transformat in rotor Gorlov cu urmatoarele caracteristici : D=1.1m, H=1m, c=0.2m, profil NACA0021, soliditate 0.54.

definirea turbinei

Geometria turbinei care poate fi incarcata in Qblade : Gorlov

Qblade tutorial partea 2 : calcul performante profil aerodinamic

In functie de profilul aerodinamic (airfoil) ales se calculeaza coeficientii de lift, drag si moment. Aceastia depind de unghiul facut de profil cu directia curentului de aer (alfa=unghi de atac AoA)  si numarul lui Reynolds

coeficienti profil aerodinamic

Pentru turbinele eoliene verticale VAWT de dimensiuni reduse  calculul RE se face conform formulei :

RE_VAWTCalcul RE pentru un profil aerodinamic
Pentru a calcula valoarea coeficientilor Qblade foloseste doua module :
1.  calcul coeficientilor aerodinamici  atunci cand unghiul AoA variaza intre -5….+25 grade
2.  calcul coeficientilor aerodinamici   atunci cand unghiul AoA variaza intre 0….360 grade (caz regasit in functionarea VAWT) extrapoland valorile calculate la punctul 1.

performanta airfoil

Qblade tutorial partea 1 : import airfoil

Qblade  este un software excelent pentru proiectarea turbinelor eoliene verticale VAWT. Primul pas in proiectarea unei turbine VAWT este definirea profilului aerodinamic al palei.

PROFIL AERODINAMIC

Softul contine un modul pentru definirea profilelor aerodinamice NACA. (ex: NACA0021). Secventa de comenzi este : VAWT Mode > Airfoil Design > Foil Naca Foils > campul „4 or 5 digits” se  completeaza cu „21” > OK

Pentru folosirea altor familii de profile aerodinamice se poate folosi airfoiltools pentru generarea de coordonate si importarea acestora in Qblade (ex:DU 06-W-200 ) Secventa de comenzi este : Se alege profilul aerodinamic din airfoiltools > se creaza un fisier cu ajutorul notepad care contine coordonatele copiate din airfoiltools  si se salveaza cu extensia „.dat” > Foil > Import Foil se alege fisierul generat cu notepad > OK

O colectie  de peste 1000 de profile aerodinamice in format „.dat” (Selig format dat file) care pot fi importate direct in Qblade :  profile_aerodinamice

Qblade_airfoil

H-ROTOR

O turbina eoliana verticala H-Rotor made in Ucraina  clasica:

diametru turbina H-ROTOR D=7.35m
inaltime turbina H=5m
putere de 20Kw la o viteza a vantului de 13m/s
amplasare generator la sol
inaltime turn 14,5m
turbina Savonius pentru start

https://www.youtube.com/watch?v=tCedUzgMTTA

 

Eoliana verticala ? Vortex bladeless

O  eoliana verticala care nu este turbina !
Aceasta eoliana verticala nu are miscare de rotatie in jurul unei axe si nu are pale !
vortex-bladeless

Conceptul celor de la Vortex bladeless  consta in  transformarea energiei eoliene in energie de oscilatie mecanica generata de turbulentele din spatele structurii cilindrice conice . Frecventa oscilatiei trebuie sa fie egala cu frecventa de rezonanta a structurii pentru a asigura un transfer maxim de energie 

https://www.youtube.com/watch?v=iqL4Dsq3ryo

Daca eoliana verticala realizata de Vortex este viabila ramane de vazut in viitor in conditiile in care randamentul solutiei este mai mic de ~ 3 ori decat o turbina HAWT  dar  ideea in sine este revolutionara si sparge tiparele actuale.

Prototipul (de 6m inaltime)  foloseste un generator bazat pe inductie electromagnetica dar  un generator  piezoelectric ar asigura o eficienta maxima a sistemului.

Un concept asemanator este WindBelt.

VAWT & HAWT & Other

Fara a fi completa o lista cu solutii  pentru conversia energiei eoliene.

windpowerSingurul lucru in comun a tuturor solutiilor este ca nici una nu depaseste randamentul maxim definit de legea lui Betz.

eficienta turbine eoliene
Referitor la eficienta, HAWT cu trei pale domina clasamentul. Turbinele eoliene verticale VAWT reprezinta solutii de nisa in zonele urbane cu turbulente ale vantului sau in zonele cu viteze mici sau foarte mari ale vantului.
Din punctul meu de vedere cele mai exotice sunt cele care se bazeaza pe efectul Magnus .

Savonius calculator

savonius

H-ROTOR startup

Pentru turbinele eoliene verticale H-rotor soliditatea de ~0.3 aduce un CPmax =0.4 dar cu pretul unor performante foarte slabe referitor la startup. Cresterea soliditatii rezolva problema pornirii dar nu mai ofera un maxim de performanta. Legatura dintre CPmax, soliditate si startup este data de relatia empirica : TSR=(1.4/s)^(1/1.6)
http://vawt.ro/calcul-tsr/
http://vawt.ro/soliditatevawt/
Rezumand se poate spune ca :

  • o soliditate cuprinsa intre 0.35-0.5 ofera un TSR >2  si un randament maxim al turbinei
  • o soliditate intre 0.5-0.6 ofera un TSR scazut <2 dar un startup bun la viteze mici ale vantului la un CPmax acceptabil

O solutie H-rotor pentru a obtine un CPmax  si un startup bun este cea  oferita de Windspire.

Turbina verticala Windspire 4.0 are o soliditate marita la extremitatile palelor si o componenta drag datorita profilului aerodinamic „semideschis” care asigura startup-ul si o soliditate redusa pe restul lungimi palelor care asigura un CPmax mai bun decat folosirea solutiei cu un rotor Savonius plasat in centrul turbinei.

H-rotor Windspire 4.0