Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số hình học của bánh công tác đến đặc tính làm việc của máy thuận nghịch bơm Tubin Ns thấp266

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CƠNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM – TUABIN nS THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CƠNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM – TUABIN nS THẤP Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH TS VŨ VĂN TRƯỜNG Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn chưa công bố tài liệu Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Hà nội, ngày …….tháng năm 2019 Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Nhớ LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày t ỏ lòng bi ết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trương Việt Anh TS Vũ Văn Trường tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ tác giả suốt thời gian thực hi ện hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn đến cấp lãnh đạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào t ạo, Viện Cơ khí Động lực, Bộ mơn Máy Tự động thủy khí, thầy, giáo bạn đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi, chia s ẻ, tư vấn cho tác giả suốt trình học t ập thực hi ện luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn đến cấp lãnh đạo Trường Đại học Thủy Lợi, Bộ môn Thủy điện Năng lượng tái tạo, thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp tạo điều ki ện thuận lợi, chia s ẻ, tư vấn cho tác gi ả suốt trình học tập thực hi ện luận án Tác giả xin trân tr ọng cảm ơn nhà khoa học, quan tạo điều kiện cung cấp thông tin tài li ệu cần thiết, giúp đỡ tác giả trình nghiên cứu, thực hi ện luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật, công nhân Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương giúp đỡ t ận tình trình thực hi ện luận án có nhi ều góp ý, hỗ trợ r ất quý báu thi ết kế, chế t ạo thử nghiệm máy mẫu luận án Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người thân chỗ dựa vững vật chất tinh thần suốt trình nghiên cứu đến hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Nhớ MỤC LỤC MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY THỦY LỰC THUẬN NGHỊCH BƠM– TUABIN .18 1.1 Gi ới thi ệu chung bơm–tuabin 18 1.1.1 Lịch s phát tri ển bơm–tuabin thủy điện tích 18 1.1.2 Các lo ại bơm phù hợp cho vận hành tuabin – phạm vi ứ ng dụng 21 1.1.3 Cấu tạo bơm - tuabin loại ly tâm – tâm tr ục 21 1.2 Tình hình nghiên cứu PaT giới 23 1.2.1 Vấn đề 1: Lựa chọn vùng làm vi ệc bơm tuabin - t ỷ s ố cột áp lưu lượng t ại điểm hiệ u su ất lớ n 23 1.2.2 Vấn đề 2: Dự báo đặc tính lượng bơm–tuabin hoạt động chế độ bơm tuabin 25 1.2.3 Vấn đề 3: Lý thuyết thi ết kế bánh công tác cho máy thuận nghịch PaT 26 1.2.4 Vấn đề 4: Ảnh hưởng s ố thơng s ố hình học bánh cơng tác đến đặc tính vận hành bơm tuabin 28 1.3 Tình hình nghiên c ứu, thi ết kế s dụng PaT Vi ệt Nam 30 1.4 Kết luận chương 31 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC THU ẬN NGH ỊCH BƠM-TUABIN 34 2.1 Cơ sở lý thuyết để dự báo đặc tính bơm - tuabin vận hành chế độ bơm tuabin 34 2.1.1 Tính tốn cột nước lý thuyết- H th 34 2.1.1.1 Cột nước lý thuyết c bánh công tác chế độ bơm 37 2.1.1.2 Cột nước lý thuyết c bánh công tác chế độ tuabin 37 2.1.2 Tính tốn thành phần tổn thất- hloss 39 2.1.2.1 Cột nước t ổn thất thủy lực bánh công tác chế độ bơm 40 2.1.2.2 Xác định tổ n thất qua bánh công tác chế độ tuabin 44 2.1.3 Cột nước tổn thất thủy lực phận dẫn dòng 45 2.1.4 Hi ệu suất toàn t ổ máy 48 2.2 Cơ sở lý thuyết thi ết kế bánh công tác thuận nghịch bơm-tuabin 49 2.2.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế bơm ly tâm tuabin tâm trục 49 2.2.2 Đề xuất phương pháp thiết kế mẫu biên dạng cánh bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin nghiên cứu 49 2.2.2.1 Phương pháp thiết kế 49 2.2.2.2 Đề xu ất m ẫu biên dạng cánh nghiên u .51 2.2.2.3 Quy trình thi ết kế bánh cơng tác thuận nghịch bơm tuabin 53 2.3 Thi ết kế mặt cắt kinh tuyến - Phân tích ảnh hưởng số thơng số hình học đến chất lượng thủ y l ực vận hành chế độ bơm tuabin 55 2.3.1 Xác định thông s ố đầu vào 55 2.3.2 Mục tiêu gi ả thiết thi ết kế 55 2.3.3 Ảnh hưởng đường kính D1, D2 56 2.3.4 Ảnh hưởng góc tới góc đặt cánh β1B 57 2.3.5 Ảnh hưởng góc đặt cánh β2B 59 2.3.6 Ảnh hưởng số cánh Z 60 2.3.7 Đánh giá chung kết khảo sát s ố thông s ố mặt cắt cửa vào, cửa mặt c kinh tuyến 61 2.4 Thi ết kế biên dạng cánh - Phân tích ảnh hưởng biên dạng cánh đến hiệu suất c PaT 62 2.4.1 Lựa chọn thông s ố đầu vào củ a m ặt cắt kinh tuyến 62 2.4.2 Thi ết kế ba phương án biên dạng cánh 63 2.4.3 Đánh giá chất lượng th ủy lực mẫu cánh mô s ố 64 2.4.3.1 Thiết lập tốn mơ 2D 64 2.4.3.2 Kết đánh giá mẫu cánh 67 2.4.3.3 So sánh mơ hình cánh thi ết kế với m ẫu cánh thông thường 70 2.4.4 Đánh giá chất lượng xâm thực mẫu cánh thiết kế đề xuất hiệu chỉnh biên dạng cánh 71 2.5 Cơ sở lý thuyết thi ết kế ph ận dẫn dòng 73 2.5.1 Lý thuyết thi ết kế buồng xoắn mơ hình bơm tuabin 73 2.5.2 Tính tốn thiết kế cột tr ụ cánh hướng 73 2.5.3 Thiết kế ống hút (ống xả) 74 2.6 Kết luận chương 75 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH DỊNG CHẢY TRONG TỔ MÁY BƠM –TUABIN B ẰNG MÔ PHỎ NG 3D 76 3.1 Thi ế t l ập tốn mơ 3D chế độ dừng 76 3.2 Chia lưới 76 3.3 Các điều ki ện biên 77 3.4 Các kết chế độ bơm 78 3.5 Kết chế độ tuabin 83 3.6 Đánh giá phân bố tổn thất chế độ bơm tuabin 86 3.7 Đánh giá ảnh hưởng củ a cột trụ đến hi ệu suất củ a máy PaT 88 3.8 Kết luận chương 89 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH BƠM – TUABIN THU ẬN NGH ỊCH 91 4.1 Gi ới thi ệu hệ thống thử nghi ệm Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 91 4.2 Các thơng số hình học c tổ máy thí nghi ệm 92 4.3 Thi ế t l ập sơ đồ phương án thí nghiệm chế độ bơm 93 4.3.1 Sơ đồ thành phần thí nghiệm 93 4.3.2 Quy trình thử nghi ệm 95 4.3.3 Kết thảo luận kết qu ả vận hành bơm 97 4.4 Thi ế t l ập sơ đồ phương án thí nghiệm tuabin .99 4.4.1 Sơ đồ thí nghiệm 99 4.4.2 Quy trình thử nghi ệm .101 4.4.3 Kết thảo luận vận hành chế độ tuabin .102 4.4.3.1 Đánh giá đường cong lượng 102 4.4.3.2 So sánh với tính tốn lý thuyết 104 4.5 Đánh giá ảnh hưởng độ mở cánh hướng đến vận hành bơm tuabin .105 4.5.1 Đánh giá vùng làm việc bơm tuabin 107 4.5.2 Đánh giá tỷ lệ cột nước lưu lượ ng điểm BEP 110 4.6 Xác định đánh giá sai số đo .111 4.6.1 Cơng thức tính tốn sai s ố 111 4.6.2 Tính tốn đánh giá sai số củ a nghiên u .113 4.7 Kết luận chương 115 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .116 TÀI LIỆU THAM KH ẢO 119 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thống kê s ố trạm thủy điện tích lớn giới s dụng máy bơm –tuabin thuận nghịch 21 Bảng 1.2 Tổng hợp kết nghiên cứu để dự đoán điểm làm vi ệc PaT 24 Bảng 1.3 B ảng tổng hợp đánh giá kết nghiên cứu 25 Bảng 1.4 Danh m ục dự án Thủy điện tích giai đoạn 2011-2030 31 Bảng 2.1 Bảng t thành phần t ổ n thất hệ thống PaT 40 Bảng 2.2 Bảng tóm tắt q trình khảo sát ảnh hưởng Z đến đặc tính lượng PaT chế độ bơm 51 Bảng 2.3 Các thông s ố hình học c bánh cơng tác thuận nghịch PaT 61 Bảng 2.4 Đánh giá hiệu chỉnh thơng s ố hình học máy thuận nghịch bơm -tuabin so với bơm tuabin độc lập 61 Bảng 2.5 Các thơng s ố hình học c BCT 63 Bảng 2.6 Các thơng s ố hình học BCT sau hiệu chỉnh sang cánh không gian 72 Bảng 3.1 Các thông s ố lưới 77 Bảng 3.2 Đánh giá ảnh hưởng cột tr ụ đến t ổn thất c tổ máy 89 Bảng 4.1 Các thông s ố lượng tổ máy thiết kế 92 Bảng 4.2 Các thơng s ố hình học BCT 92 Bảng 4.3 Các thành phần thi ết bị phục vụ thí nghi ệm 94 Bảng 4.4 Chênh lệch tính tốn gi ữ a lý thuyết thực nghi ệm chế độ bơm 99 Bảng 4.5 Các thành phần thi ết bị phục vụ thí nghi ệm tuabin 101 Bảng 4.6 Chênh lệch tính tốn gi ữa lý thuyết thực nghi ệm chế độ tuabin .104 Bảng 4.7 Thống kê kết bơm tuabin điểm BEP ba phương án độ mở cánh hướng 105 Bảng 4.8 Dung sai thông s ố khảo nghiệm máy bơm 113 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các lo ại máy dùng cho nhà máy thủy điện tích 18 Hình 1.2 Sự phát tri ển máy bơm – tuabin cấp 20 Hình 1.3 Mặt c ngang mơ hình bơm – tuabin dạng ly tâm –francis 22 Hình 1.4 So sánh đường kính D2 s ố cánh Z bơm tuabin 22 Hình 1.5 Tiêu chuẩn chọn điểm tính tốn mơ hình PaT 24 Hình 1.6 Thuật tốn thiết kế cánh bánh công tác 27 Hình 1.7 Mặt Pareto cho kết tối ưu 27 Hình 1.8 Phân bố áp lực 27 Hình 1.9 Đường cong phụ t ải cân b ằng thuỷ điện tích 30 Hình 2.1 Chú gi ải số ký hi ệu quy ước vị trí lu ận án 34 Hình 2.2 Ảnh hưởng c yếu tố trượt 35 Hình 2.3 Tam giác tốc độ m ặt cắt c ửa vào c bánh công tác bơm 37 Hình 2.4 Xác định góc dịng chảy α2 , ứng dụng cho PaT có cánh hướng 38 Hình 2.5 Các khối vùng tính tốn t ốn thất PaT 39 Hình 2.6 Tách thành va đ ập đầu cánh 43 Hình 2.7 Tổn thất phân tán ảnh hưởng độ loe côn c cánh 43 Hình 2.8 Cân bảng cơng s uất hệ thống PaT .48 Hình 2.9 Mơ hình lý thuyết thiết kế bánh cơng tác thuận nghịch PaT 50 Hình 2.10 Đặc tính biên dạng cánh bơm-tuabin thuận nghịch 51 Hình 2.11 D ạng hình học c đường nhân prophin cánh 52 Hình 2.12 Quy trình thi ết kế BCT thu ận nghịch PaT 54 Hình 2.13 Ảnh hưởng D2 đến đến hi ệu suất, công suất cột nước chế độ bơm tuabin điểm thi ết kế 56 Hình 2.14 Ảnh hưởng c D2 vận hành chế độ bơm tuabin 57 Hình 2.15 Ảnh hưởng 1B đến hiệu suất, công suất c ột nước chế độ bơm tuabin điểm thiết kế 58 Hình 2.16 Ảnh hưởng c 1B vận hành chế độ bơm tuabin 58 ... TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CƠNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM – TUABIN nS THẤP Ngành: Kỹ... vùng làm việc tốt 1.2.4 Vấn đề 4: Ảnh hưởng số thông số hình học bánh cơng tác đến đặc tính vận hành bơm tuabin Ảnh hưởng D2 đến đặc tính lượng hai chế độ bơm tuabin Yang cộng [22] nghiên cứu. .. tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng số thơng số hình học bánh cơng tác đến đặc tính làm việc máy thuận nghịch bơm –tuabin n s thấp” tập trung giải hai vấn đề lớn theo điều kiện giả thiết cho mơ hình máy