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