Operational tests of a dual-rotor mini wind turbine

• Autorzy: Romański L. , Bieniek J. , Komarnicki P. , Dębowski M. , Detyna J.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.2.7

Warianty tytułu

PL

Badania eksploatacyjne dwuwirnikowej mini elektrowni wiatrowej

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents the results of wind-tunnel tests and field studies of a mini dual-rotor wind turbine. The first stage involved testing of an open-circuit wind tunnel built with the aim of performing laboratory tests. The coefficient of uneven air stream distribution at a rated speed was 1.7%, while the index of turbulence intensity in the entire measurement range was between 1.2 and 1.8%. The mini wind turbine was equipped with rotors with new design blades. Compared to the blade designs used in mini wind turbines available on the market, the blades used in the present study were characterized by an efficiency of 0.28. The results of performance tests in the wind tunnel were evaluated statistically using Pearson correlation coefficients and Spearman’s rank. We examined the relationship between a dependent variable (power P) and independent variables (average air stream speed V, incidence angle of the blades of the first rotor α1, incidence angle of the blades of the second rotor α2, and the distance between the rotors l). The analysis showed, as expected, that the strongest correlation was between power and speed of the air stream. While incidence angles of the two rotors also affected the turbine’s power, no such effect was observed for changes in the distance between the rotors. Field tests confirmed the findings and observations made in the wind tunnel.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dwuwirnikowej mini elektrowni wiatrowej przeprowadzone w tunelu aerodynamicznym oraz w terenie. W pierwszym etapie testowano zbudowany w celu przeprowadzenia badań laboratoryjnych tunel aerodynamiczny o konstrukcji otwartej. Wyznaczony współczynnik nierównomierności strugi powietrza przy prędkości nominalnej wynosił 1,7%, natomiast wskaźnik intensywności turbulencji w całym zakresie pomiarowym zawierał się w granicach 1,2-1,8%. Budując mini elektrownię wiatrową wyposażono ją w wirniki w których zastosowano nową konstrukcję łopat. Zastosowane łopaty w porównaniu do zbliżonej konstrukcji łopat stosowanych w mini elektrowniach dostępnych na rynku charakteryzowały się sprawnością wynoszącą 0,28. Po wykonanych badaniach eksploatacyjnych w tunelu aerodynamicznym uzyskane wyniki poddano ocenie statystycznej z wykorzystaniem współczynników korelacji liniowej Pearsona oraz rangi Spearmana. Zbadano zależności między zmienną zależną (moc P) oraz zmiennymi niezależnymi (średnie prędkości strugi powietrza V, kąt zaklinowania łopat pierwszego wirnika α1, kąt zaklinowania łopat drugiego wirnika α2, odległości pomiędzy wirnikami l). Na podstawie analizy, zgodnie z oczekiwaniem, stwierdzono, że najsilniejsza korelacja występuje w odniesieniu do prędkości strugi powietrza. Wpływ na moc mają także kąty zaklinowania na obu wirnikach, natomiast nie stwierdzono takiego wpływu w przypadku zmian odległości pomiędzy wirnikami turbiny. Badania w terenie potwierdziły ustalenia i spostrzeżenia poczynione w tunelu aerodynamicznym.

Słowa kluczowe

EN

operation; mini dual-rotor wind turbine; wind tunnel

PL

eksploatacja; mini elektrownia wiatrowa dwuśmigłowa; tunel aerodynamiczny

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 2
• Strony: 201--209
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Romański L.

• Institute of Agricultural Engineering Wrocław University of Environmental and Life Sciences ul. Chełmońskiego 37a, 61-530 Wrocław, Poland

autor

Bieniek J.

• Institute of Agricultural Engineering Wrocław University of Environmental and Life Sciences ul. Chełmońskiego 37a, 61-530 Wrocław, Poland

autor

Komarnicki P.

• Institute of Agricultural Engineering Wrocław University of Environmental and Life Sciences ul. Chełmońskiego 37a, 61-530 Wrocław, Poland

autor

Dębowski M.

• Faculty of Mechanical and Power Engineering Wrocław University of Technology ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

autor

Detyna J.

• Department of Mechanics, Materials Science and Engineering Wroclaw University of Technology

Bibliografia

• 1. Arżanikow N S, Malcew W N. Aerodynamika. Warszawa: PWN, 1959.
• 2. Bak Ch, Fuglsang P, Johansen J, Antoniou I. Wind Tunnel Tests of the NACA 63-415 and a Modified NACA 63-415 Airfoil, Risø-R-1193(EN). 2000.
• 3. Capuzzi M, Pirrera A, Weaver PM. Structural design of a novel aeroelastically tailored wind turbine blade. Thin-Walled Structures 2015; 95:7-15, http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2015.06.006.
• 4. Chong TP, Joseph PF, Davies POAL. Design and performance of an open jet wind tunnel for aero-acoustic measurement. Applied Acoustics 2009; 70: 605-614, http://dx.doi.org/10.1016/j.apacoust.2008.06.011.
• 5. Flaga A. Inżynieria wiatrowa. Warszawa: Wydawnictwo Arkady, 2008.
• 6. Goliński J A, Troskolański A T. Strumienice: teoria i konstrukcja. Warszawa: WNT, 1979.
• 7. Gumuła S, Knap T, Strzelczyk P, Szczerba Z. Energetyka wiatrowa. Kraków: Wyd. AGH, 2006.
• 8. Gumuła S, Mikoś M, Pytel K, Stępniewski Ł. Kształtowanie pola prędkości strumienia powietrza wypływającego z wentylatora osiowego. Mechanika/AGH 1999; 18(4): 499-507.
• 9. Gumuła S, Pytel K. Kształtowanie parametrów strugi powietrza za wentylatorem osiowym w kanale kwadratowym i w przestrzeni otwartej za kanałem. Mechanics 2005; 24(5): 246-251.
• 10. Hossein H, Liang C, Haitao Z, Vassilios K, Cem S, Tat-Hean G. A dual de-icing system for wind turbine blades combining high-power ultrasonic guided waves and low-frequency forced vibrations. Renewable Energy 2015; 83: 859-870, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2015.05.025.
• 11. Idelchik I E. Handbook of Hydraulic Resistance. Jaico Publishing House 2005.
• 12. Jagodziński W. Silniki wiatrowe. Warszawa: PWT, 1959.
• 13. Karolewski B, Ligocki P. Rodzaje prądnic tarczowych. Wiad. Elektrotechniczne 2008: 8.
• 14. Karolewski B. Parametry modeli bezrdzeniowych prądnic tarczowych. Elektro.inf. 2011: 6.
• 15. Komarnicki P, Romański L, Bieniek J, Dębowski M, Pałka K. Wpływ regulacji pracy wentylatorów na równomierność rozkładu strumienia powietrza w tunelu aerodynamicznym. Inżynieria Rolnicza 2013; 2(143): 155-165.
• 16. Lee S, Son E, Lee S. Velocity interference in the rear rotor of a counter-rotating wind turbine. Renewable Energy 2013: 54: 235-240, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2012.08.003.
• 17. Miąskowski W, Nalepa K, Pietkiewicz P, Komar W. Dwuwirnikowa mikrosiłownia wiatrowa z osią poziomą. Olsztyn: Wyd. UWM, 2012; 485-492.
• 18. Mitelet L, Oprina G, Chichaia R, Nicokaie S, Nedelcu A, Popescu M. Wind Tunnel Testing for a New Experimental Model of Counter-Rotating Wind Turbine. Procedia Engineering 2015; 100: 1141-1149, http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.477.
• 19. Pagnini LC, Burlando M, Repetto MP. Experimental power curve of small-size wind turbines in turbulent urban environment. Applied Energy 2015; 154: 112–121, http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.04.117.
• 20. Selig M S, Guglielmo J J, Broeren A P, Giguere P. Summary of Low-Speed Airfoil Data. Virginia: SoarTech Publications, 1995; 1.
• 21. Seungmin L, Eunkuk S, Soogab L. Velocity interference in the rear rotor of a counter-rotating wind turbine. Renewable Energy 2013; 54: 235-240. http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2012.08.003
• 22. Seungmin L, Hogeon K, Soogab L. Analysis of aerodynamic characteristics on a counter-rotating wind turbine. Current Applied Physics 2010; 10: 1567-1739.
• 23. Somers D M. S822 and S823 Airfoils. October 1992--December 1993. NREL Report No. SR-500-36342, 2005; 37.
• 24. Sung Nam J, Tae-Soo N, Ki-Wahn R. Aerodynamic performance prediction of a 30kW counter-rotating wind turbine system. Renewable Energy 2005; 30: 631-644, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2004.07.005.
• 25. Świtoński E, Jureczko M, Mężyk A. Optymalne projektowanie kompozytowych łopat elektrowni wiatrowej. Acta Mechanica et Automatica 2007; 1.1(1).
• 26. Wei X, Pan Z, Liping L. A novel folding blade of wind turbine rotor for effective power control. Energy Conversion and Management 2015; 101: 52-65, http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2015.05.037.