Forschungsartikeldesign und Implementierung einer Crossflow-Turbine für die Pico-Wasserkraft-Stromerzeugung

Diese Studie befasste sich mit dem Design, der Implementierung und der Leistungsbewertung einer Crossflow-Turbine an verschiedenen Düsenpositionen. Das gewählte Schaufelmaterial wurde mit ANSYS auf Spannung und Verformungsgrad unter dem Einfluss von Hydraulikstrahlen analysiert, um seine Eignung im Betrieb festzustellen. Die Welle wurde unter statischen und dynamischen Bedingungen mit ANSYS analysiert, um eine nicht-plastische Verformung der Welle unter beiden Bedingungen sicherzustellen. Das Ergebnis dieser Analyse wurde in der harmonischen Antwortanalyse der Läuferwelle verwendet. Konvergente Tests wurden sowohl für die Blatt- als auch für die Laufwellenanalyse durchgeführt. Es wurde ein Experiment zur Bewertung der Leistung der Querstromturbine unter Verwendung des optimalen (kundenspezifischen) Entwurfswerkzeugs der Response Surface Methodology entwickelt und 69 Simulationen / Läufe wurden erhalten. Die im experimentellen Design berücksichtigten Faktoren sind: düsenabstand von der Welle, Düsenhöhe und Anstellwinkel. Die Querstromturbine wurde unter Verwendung berechneter Bemessungswerte für alle Maschinenteile konstruiert. Die Laufschaufeln wurden speziell bei 28 ° Außenblattwinkel und 90 ° Innenblattwinkel positioniert. Die Turbine wurde unter einer Wasserhöhe und einer Strömungsgeschwindigkeit von 6,4 m bzw. 0,0042 m3 / s getestet. Die Wellenleistung und der Wirkungsgrad wurden anhand ihrer jeweiligen Formel bewertet. Die Antworten wurden optimiert, um die optimale Position der Düse zu erhalten, die die beste Leistung der Antworten unter Verwendung der mathematischen Modelle der Zwei-Faktor-Interaktion (2F1) in codierten Faktoren liefert, die für jede der Antworten entwickelt wurden. Die erhaltenen Ergebnisse bewiesen, dass kohlenstoffarmer Stahl für die Turbinenschaufelung geeignet ist und die Welle sowohl unter statischen als auch unter dynamischen Bedingungen sicher ist, da die induzierten Spannungen und Verformungen den zulässigen Bereich nie überschritten haben. Außerdem hatte jede dieser betrachteten Düsenpositionen einen signifikanten Einfluss auf die Reaktionen, wobei die Düsenhöhe und der Anstellwinkel einen kombinierten Effekt auf die Leistung der Turbine hatten. Die beste Turbinenleistung wurde bei geringerem Anstellwinkel, Düsenabstand sehr nahe an der Läuferwelle und bei einer Düsenhöhe erzielt, die eine größere Energiezufuhr zu den oberen und unteren Schaufelprofilen ermöglicht. Die entwickelten mathematischen Modelle für jede Antwort haben einen höheren Korrelationswert, was darauf hindeutet, dass die Modelle zur Vorhersage der Antworten auf den betrachteten Faktorebenen geeignet sind. Es wurde ein optimaler Düsenabstand, Höhe und Anstellwinkel von 102mm, 413mm bzw. 5° erhalten. An dieser Düsenposition gab der Generator eine Leistung von 35 Watt und 6 V. Wenn zwei Spannungswandler verwendet wurden, gab es 200 Volt Wechselstrom. Die Turbine kann in großem Maßstab für eine höhere Ausgangsleistung unter Verwendung der ermittelten optimalen Düsenpositionen kommerzialisiert werden.

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