Temat: Pomiar charakterystyk modelowej siłowni wiatrowej



Podobne dokumenty
INSTRUKCJA LABORATORYJNA NR 4-EW ELEKTROWNIA WIATROWA

LABORATORIUM Z PROEKOLOGICZNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII ODNAWIALNEJ

Podstawowe narzędzia do pomiaru prędkości przepływu metodami ciśnieniowymi

BADANIA WIRNIKA TURBINY WIATRROWEJ O REGULOWANYM POŁOŻENIU ŁOPAT ROBOCZYCH. Zbigniew Czyż, Zdzisław Kamiński

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

Laboratorium z Konwersji Energii. Silnik Wiatrowy

POLITECHNIKA LUBELSKA

(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 F03D 3/02

Pomiar pompy wirowej

Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej w funkcji prędkości wiatru

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia III. Pomiar natężenia przepływu za pomocą sondy poboru ciśnienia

ĆWICZENIE I POMIAR STRUMIENIA OBJĘTOŚCI POWIETRZA. OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

I. Wyznaczenie prędkości rozruchowej trójpłatowej turbiny wiatrowej

Eksperymentalnie wyznacz bilans energii oraz wydajność turbiny wiatrowej, przy obciążeniu stałą rezystancją..

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

Współpraca turbiny wiatrowej z magazynami energii elektrycznej

AEROCOPTER 450 posiada deklarację zgodności z dyrektywami Unii Europejskiej i został oznakowany znakiem CE.

ANALIZA WYKORZYSTANIA ELEKTROWNI WIATROWEJ W DANEJ LOKALIZACJI

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

LABORATORIUM TERMODYNAMIKI I TECHNIKI CIEPLNEJ. Badanie charakterystyki wentylatorów połączenie równoległe i szeregowe. dr inż.

Laboratorium LAB1. Moduł małej energetyki wiatrowej

EA3. Silnik uniwersalny

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska Katedra Ciepłownictwa. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

PL B1. POLITECHNIKA ŚLĄSKA, Gliwice, PL

PL B1. SZKODA ZBIGNIEW, Tomaszowice, PL BUP 03/16

SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ B.22 Energetyka wiatrowa

Wydajne wentylatory promieniowe Fulltech o wysokim ciśnieniu statycznym

Ćwiczenie 4. Energia wiatru - badania eksperymentalne turbiny wiatrowej

ZAŁĄCZNIK A DO WNIOSKU

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

Projekt sterowania turbiną i gondolą elektrowni wiatrowej na farmie wiatrowej

R 1. Układy regulacji napięcia. Pomiar napięcia stałego.

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

BADANIE SILNIKA WYKONAWCZEGO PRĄDU STAŁEGO

Gdansk Possesse, France Tel (0)

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

SYLWAN prezentuje nowy model SWT-10-pro,

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Badanie wentylatora - 1 -

Stanowisko do diagnostyki wielofunkcyjnego zestawu napędowego operującego w zróżnicowanych warunkach pracy

PL B1. Turbogenerator tarczowy z elementami magnetycznymi w wirniku, zwłaszcza do elektrowni małej mocy, w tym wodnych i wiatrowych

Badania stanów pracy elektrowni wiatrowej

AEROCOPTER 450 posiada deklarację zgodności z dyrektywami Unii Europejskiej i został oznakowany znakiem CE.

WYKŁAD 11 POMPY I UKŁADY POMPOWE

Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej. Laboratorium MASZYN I URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH. Nr 2

LABORATORIUM TECHNIKI WYSOKICH NAPIĘĆ

Badanie trójfazowych maszyn indukcyjnych: silnik klatkowy, silnik pierścieniowy

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

BADANIA W INSTALACJACH WENTYLACYJNYCH

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej. Metoda Elementów Skończonych Lab. Wykonali: Marta Majcher. Mateusz Manikowski.

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 9

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

WYDZIAŁ MECHANICZNY POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ KATEDRA SILNIKÓW SPALINOWYCH I SPRĘśAREK

Ćwiczenie 8. BADANIE MASZYN PRĄDU STAŁEGO STANOWISKO I. Badanie silnika bocznikowego

(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/LV01/00008 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Badanie charakterystyk turbiny wiatrowej dla różnych kątów nachylenia łopat turbiny wiatrowej

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ BADANIE PRZETWORNIKÓW POMIAROWYCH

Charakterystyka rozruchowa silnika repulsyjnego

POMIARY CIEPLNE KARTY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH V. 2011

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Laboratoryjny system do badania charakterystyk kątowych czujników anemometrycznych

I. Kontrola stanu technicznego układu wydechowego i poziomu hałasu zewnętrznego podczas postoju pojazdu. Kontrola organoleptyczna - I etap

Ćwiczenie M 1 - protokół. Badanie maszyn prądu stałego: silnika bocznikowego i prądnicy obcowzbudnej

Pomiar prędkości i natęŝenia przepływu za pomocą rurek spiętrzających

Zakład Mechaniki Płynów i Aerodynamiki

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

MAKSYMALNIE SPRAWNA TURBINA AEROCOPTER 450

Regulamin Konkursu. III Drużynowy Konkurs Techniczny EKOTECH 2013

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

Dioda półprzewodnikowa

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

SILNIK INDUKCYJNY STEROWANY Z WEKTOROWEGO FALOWNIKA NAPIĘCIA

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI Badanie silnika bocznikowego prądu stałego

Badanie własności aerodynamicznych samochodu

Zastosowania Równania Bernoullego - zadania

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

SPRAWDZENIE PRAWA OHMA POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 2. Analiza kinematyczna napędu z przekładniami

Ćwiczenie EA5 Silnik 2-fazowy indukcyjny wykonawczy

Zakład Zastosowań Elektroniki i Elektrotechniki

POMIAR HAŁASU ZEWNĘTRZNEGO SAMOLOTÓW ŚMIGŁOWYCH WG PRZEPISÓW FAR 36 APPENDIX G I ROZDZ. 10 ZAŁ. 16 KONWENCJI ICAO

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 10

ZASTOSOWANIE MASZYNY INDUKCYJNEJ PIERŚCIENIOWEJ W ELEKTROWNI WIATROWEJ

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA INSTRUKCJE DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH: TECHNIKA PROCESÓW SPALANIA

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW. Ćwiczenie N 2 RÓWNOWAGA WZGLĘDNA W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

POMIARY REZYSTANCJI. Cel ćwiczenia. Program ćwiczenia

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Badanie silnika bezszczotkowego z magnesami trwałymi (BLCD)

KONKURS FIZYCZNY dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 26 lutego 2010 r. zawody II stopnia (rejonowe) Schemat punktowania zadań

Badanie prądnicy prądu stałego

Ćwiczenie 8 Temat: Pomiar i regulacja natężenia prądu stałego jednym i dwoma rezystorem nastawnym Cel ćwiczenia

INSTYTUT LOTNICTWA. Aleja Krakowska 110/ Warszawa Tel. (22) Fax: (22) OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Katedra Energetyki. Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Transkrypt:

Ćwiczenie 7 Temat: Pomiar charakterystyk modelowej siłowni wiatrowej 1. Cel ćwiczenia Szczegółowym zadaniem ćwiczenia jest wykonanie badań mających na celu wyznaczenie charakterystyk siłowni tzn. związków między mocą oddawaną przez siłownię i momentem na wale a prędkością wiatru (napływającego na wirnik siłowni czynnika). 2. Konstrukcje siłowni wiatrowej NajwaŜniejszym elementem siłowni jest wirnik przekształcający energię wiatru w energię mechaniczną przekazywaną do generatora. Oprócz generatora w gondoli (rys. 2.1) znajdują się takŝe przekładnia, urządzenia sterujące, układy smarowania, chłodzenia, hamulec tarczowy itp. Osadzony na wale wolnoobrotowym wirnik posiada zwykle trzy łopaty, wykonane ze wzmocnionego poliestrem włókna szklanego. Wirnik obraca się najczęściej z prędkością od 15 do 30 obrotów na minutę. Prędkość ta zostaje następnie zwiększona przez przekładnię do 1500 obrotów na minutę. Gondola i wirnik obracane są w kierunku wiatru przez silniki i przekładnię zębatą znajdującą się na szczycie wieŝy, na której umieszczona jest gondola. WieŜa jest stalowa, w kształcie rury, rzadziej o konstrukcji kratownicowej. Budowa siłowni wiatrowych o niewielkich mocach jest znacznie prostsza. Nie posiadają one na przykład mechanizmów ustawienia łopat, a ich konstrukcja umoŝliwia wyłączenie elektrowni poprzez pionowe ustawienie wirnika. Turbiny wiatrowe są wyposaŝone w układ kontroli, który pozwala uniknąć mechanicznego uszkodzenia elektrowni i umoŝliwia jak najefektywniejsze wykorzystywanie jej potencjału. Rys. 2.1. Uproszczony schemat budowy siłowni wiatrowej. 1

3. Budowa stanowiska pomiarowego W stanowisku pomiarowym wykorzystano, jako siłownię wiatrową model Rutland 503. Siłownia wiatrowa typu Rutland 503 [2] jest przeznaczona do zasilania prądem stałym, za pośrednictwem akumulatorów, róŝnego rodzaju osprzętu elektrycznego, oświetleniowego itp. Źródłem energii dla generatora jest wiatr działający na odpowiednio ukształtowane łopatki wirnika siłowni. Do magazynowania energii słuŝą bądź to akumulatory ołowiowe 12V lub zestawu połączonych szeregowo dwu akumulatorów 6V. Zasadniczym elementem siłowni jest wirnik wykonany w postaci jednolitej wytłoczki z tworzywa plastycznego osadzony wciskowo na osi trójfazowej prądniczki. Układ prostowniczy przekształca prąd trójfazowy w prąd stały. Średnica zewnętrzna wirnika wynosi 510 mm a końce łopatek połączone są ze sobą jednolitym bandaŝem. Wewnętrzna średnica wirnika przy piaście wynosi 130mm, co jest spowodowane koniecznością ukrycia przed wpływami atmosfe-rycznymi wspornikowego układu podparcia konstrukcji, prądniczki i układu prostowniczego. Wskazanym przez wytwórcę przeznaczeniem siłowni jest stanowienie źródła energii elektrycznej w turystyce jachtowej np. zasilanie oświetlenia awaryjnego i aparatury pokładowej a takŝe w miejscach oddalonych od innych źródeł energii elektrycznej takich jak stacje meteorologiczne, przekaźnikowe, tablice informacyjne itp. Za nominalne napięcie uzyskiwane podczas pracy siłowni wytwórca uznaje poziom 12V i zaleca by nie był on przekraczany. Siłownia zgodnie z przytoczoną poniŝej, na rys. 1 charakterystyką wytwórcy, wiąŝącą wartość uzyskiwanego natęŝenia prąd z względną prędkością omywania wirnika przez powietrze, moŝe pracować przy wiatrach zmieniających się w granicach 3 do 20 m/s 2

prąd do akumulatora 12V [A] 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 prędkość względna wiatru [m/s] Rys.3.1. Charakterystyka siłowni Rutland 503 w układzie SI NaleŜy podkreślić, Ŝe powyŝsza charakterystyka nie obrazuje całej energii (za energie uznajemy tu jej odpowiednik w postaci natęŝenia prądu) odbieranej od przepływającego przez wirnik strumienia powietrza. Całkowita energia odebrana jest tu pomniejszona o straty mechaniczne związane z tarciem w łoŝyskach i elektryczne w prądniczce i w układzie prostowniczym. 3.1. Lokalizacja siłowni i sond pomiarowych wewnątrz tunelu Siłownię wiatrową umieszczono w tunelu aerodynamicznym w końcowym jego segmencie na specjalnie zaprojektowanej i wykonanej podstawie umoŝliwiającej przemieszczanie siłowni w kierunku pionowym i jej obrót w płaszczyźnie pionowej. Zmiana połoŝenia siłowni względem podłogi tunelu daje moŝliwość zanurzenia wirnika siłowni w warstwie przyściennej, a jej kątowe ustawienie względem kierunku napływu umoŝliwia określenie charakterystyki w warunkach nienominalnych kierunków napływu wiatru. Sondę Pitota ciśnienia dynamicznego zlokalizowano przed wirnikiem siłowni w takiej odległości, by ślad aerodynamiczny za nią nie miał wpływu na pole prędkości na wlocie do wirnika siłowni. Zestaw aparatury pomiarowej i miejsce usytuowania siłowni w tunelu aerodynamicznym przedstawiono na fotografii rys. 2, zaś schemat połączeń układów pomiarowych; elektrycznego i pneumatycznego na rys. 3. 3

Wentylator tunelu obrotomierz Wirnik siłowni Opornica regulowana Amperomierz Woltomierz cyfrowy Miernik obrotów Manometr pochylny Rys. 3. 2. Widok stanowiska pomiarowe do badania mocy modelowej siłowni wiatrowej 4

C Statyczna rurka Pitota p d A V obrotomierz Opornica Manometr pochylny Rys. 3.3. Schemat układu pomiarowego 3.2. Opis aparatury pomiarowej Jako przyrządów pomiarowych w obwodzie odbioru mocy wykorzystuje się: multimetr cyfrowy 34401A firmy Hewlett Packard do pomiaru napięcia, i multimetr analogowy C4354CHL4 do pomiaru natęŝenia prądu. Do pomiaru prędkości wirowania wiatraka siłowni wykorzystano dystansowy miernik laserowy przeznaczony do pracy w układzie fali odbitej z mikroprocesorowym czytnikiem Microlog CMVA60 f-my SKF. Do pomiaru ciśnienia całkowitego i statycznego na wlocie do siłowni, wewnątrz tunelu aerodynamicznego stosuje się sondę ciśnieniową Pitota ciśnienia dynamicznego o średnicy czułki równej 8 mm. Odczytu róŝnicy ciśnień z statycznej rurki Pitota będącej miarą prędkości czynnika na wlocie do wirnika dokonuje się przy pomocy U-rurki pochylnej o przełoŝeniu 1:20. 5

Dodatkowo, w celu wyznaczenia gęstości powietrza niezbędnej do określenia prędkości C, winny być mierzone: ciśnienie barometryczne p ot temperatura otoczenia t ot 4. Przebieg pomiarów i obliczeń 4.1 Wielkości zmienne Wielkością zmienną w trakcie wyznaczania charakterystyki jest prędkość napływu czynnika na wirnik siłowni, przy czym jej zmianę realizuje się poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika napędzającego wirnik wentylatora tunelu aerodynamicznego. Układ odbioru mocy umoŝliwia regulację oporu omowego a przez to utrzymywanie na załoŝonym poziomie napięcia U. NaleŜy przyjąć poziom napięcia 12V zakładając, Ŝe przy takim napięciu winna pracować siłownia przeznaczona, z załoŝenia, do ładowania akumulatora ołowiowego 12 woltowego. Pomiary wykonuje się przy ustalonej, z załoŝenia w czasie, prędkości napływu na wirnik. Przetwarzana w prądnicy energia wiatru jest wytracana na opornicy suwakowej o regulowanej oporności, przy zakresie regulacji oporu 5-45 Ohm. Charakterystykę siłowni wyznacza się w funkcji prędkości napływu, przy czym napięcie prądu w obwodzie utrzymuje się na stałym poziomie poprzez zmianę oporu omowego. Prędkość obrotową wirnika siłowni odczytuje się bezpośrednio z wyświetlacza specjalizowanego mikrokomputera Microlog. Ciśnienie powietrza w pomieszczeniu tunelowym odczytywano z barometru aneroidowego a temperaturę z termometru rtęciowego. Wyniki pomiaru wpisuje się do specjalnie przygotowanej tablicy. Wzór takiej tablicy przedstawiono na następnej stronie instrukcji. 4.2 Tabela pomiarowa 6

Tabela pomiarowa Nr Data pomiaru ciśnienie otoczenia p ot temperatura otoczenia t ot gęstość powietrza p gęstość cieczy m manometrycznej Parametry stałe α pz - kąt odchylenia osi wirnika od osi tunelu poziom α pp - kąt odchylenia osi wirnika od osi tunelu pion i - przełoŝenie manometru l m E I n R p d C ω N M jedn. mm V A obr/min. Ω Pa m/s 1/s W Nm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7

4.3. Opracowanie wyników pomiaru Moc oddawaną przez prądniczkę siłowni określa się zgodnie ze związkiem: gdzie: N = U I [W ] (1) U [V] - napięcie mierzone na opornicy I [A] natęŝenie prądu w obwodzie elektrycznym Moment obrotowy wyznacza się wykorzystując moc i prędkość obrotową wirnika siłowni gdzie M = N / ω[ Nm] (2) N [W] moc siłowni przy danej prędkości obrotowej, ω [1/s] - prędkość kątowa wirnika siłowni Prędkość kątową wyznaczyć naleŝy z zaleŝności: gdzie: n obroty wiatraka [obr/min.] n ω = π 30 Prędkość napływu powietrza na wirnik siłowni określana jest zgodnie z uproszczonym klasycznym wzorem C = 2 l m ρ ρ m g i [ m / s] (3) gdzie: l m - wysokość słupka cieczy manometrycznej g przyspieszeniem ziemskim (g = 9,81 [m/s 2 ]) gęstością powietrza [kg/m 3 ] m gęstością cieczy manometrycznej [kg/m 3 ] i przełoŝeniem manometru 8

Podany wyŝej ustalony zestaw danych pomiarowych i zaleŝności obliczeniowych pozwala na przedstawienie w odpowiedniej postaci charakterystyk siłowni. Literatura 1. Raport wewnętrzny IMC nr 1/2002 Stanowisko do badań z zakresu energetyki wiatrowej projekt wykonawczy 2. Rutland 503 Windcharger Owners Manual Marlec Engineering Company Limited England 9