การศึกษาผลกระทบของรูปร่างปลายใบกังหันลมต่อประสิทธิภาพการทำงานกังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาด 50 กิโลวัตต์

Abstract

วิทยานิพนธ์ฉบับนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ ศึกษาผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานของใบกังหันลมที่มีปลายใบแพนตัดอากาศปลายใบโค้งงอ (Wing-Tip Blade) และปลายใบตรง (Non-Wing- Tip Blade) ของกังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาด 50 กิโลวัตต์ เนื่องจากต้องการหาความเหมาะสมของปลายใบกังหันลม ซึ่งจากการศึกษาเบื้องต้นจากงานวิจัยเดิมพบว่าใบกังหันลมใช้รูปร่าง ROY 1235 ที่มีมุมบิดโคนใบ 8 องศา มุมบิดปลายใบ 2 องศา มีประสิทธิภาพเหมาะสมสำหรับความเร็วลมต่ำเฉลี่ยที่ 4-5 เมตรต่อวินาที เหมาะที่จะใช้เป็นใบกังหันลมผลิตไฟฟ้าในประเทศไทยและแถบเอเชีย อย่างไรก็ตามจากการศึกษายังคงพบปัญหาที่เกิดจากการหมุนตัดอากาศปลายใบกังหันลม และยังทำให้เกิดเสียงในการทำงาน ดังนั้นทางผู้วิจัยจึงมีแนวคิดเพิ่มประสิทธิภาพใบกังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาด 50 กิโลวัตต์พร้อมปรับปรุงให้เสียงที่เกิดจากการตัดอากาศลดน้อยลง โดยเพิ่มแพนตัดอากาศปลายใบเพื่อลดการปั่นป่วนของอากาศปลายใบ ขั้นตอนการศึกษาวิจัย ทั้งหมดแบ่งเป็น 5 ขั้นตอนดังนี้ (1) ขั้นตอนการออกแบบรูปร่างปลายใบกังหันลม (2) ขั้นตอนการวิเคราะห์ด้วยโปรแกรมพลศาสตร์ของไหล CF-Design V.8.0 (3) ขั้นตอนการเปรียบเทียบผลเฉลยด้วยโปรแกรมทางพลศาสตร์ (4) ขั้นตอนการทดสอบด้วยท่ออุโมงค์ลม (5) ขั้นตอนการเปรียบเทียบผลจากการทดลองจากงานวิจัยเดิมที่ใช้รูปร่างใบกังหันและ ตัวแปรการทดสอบเดียวกัน ผลการวิจัยและทดสอบจากทั้งการใช้โปแกรมคอมพิวเตอร์และการทดสอบด้วยขนาดย่อส่วนในอุโมงค์ลม พบว่าใบกังหันลมที่ใช้รูปร่าง Air Foil รุ่น ROY 1235 ดังกล่าวเมื่อมีการเพิ่มแพนตัดอากาศปลายใบ สามารถให้ค่าสัมประสิทธิ์กำลังเพิ่มขึ้นเฉลี่ยร้อยละ 5.25 ที่ทุกความเร็วลมเมื่อเปรียบเทียบกับใบกังหันลมชนิดเดียวกันที่ไม่มีแพนตัดอากาศ

The objectives of this thesis are to study the characteristics of blade tip using wing tip and none wing tip that effects to the performance of 50 kW wind turbine. From the previous results showed that using ROY 1235 airfoil shape with 8 degree pitching angle at root and 2 degree pitching angle at blade tip exhibited high efficiency at low wind speed of 4-5 m/s which is suitable for Thailand and Asian region wind resource. Nevertheless, noise problem and hight efficiency need to be improved to locate the machine appropriately in village or community with low wind speed. The method of this study is divided into five stages. (1) The process of designing a wind turbine blade shape (2) The analysis of fluid dynamics program CF-Design V.8.0. (3) The comparison of with the aerodynamics studied results (4) Experimental study with the wind tunnel test (5) The analysis process study of previously wind turbine blade with same parameters. The results of this research and study from CFD and wind tunnel experimental showed that at every average wind speed wind turbine blade of the ROY 1235 profile with wing tip perform higher efficiency of 5.25 percent comparing to the non-wing tip blade.