Ảnh hưởng của khe hở đến áp lực và công suất ở máy thủy lực thể tích xyclôít ăn khớp ngoài

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Ảnh hưởng khe hở đến áp lực cơng suất máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp NGUYỄN DUY LONG Long.ND202923M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Thái Viện: Cơ khí Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 1/2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Duy Long Đề tài luận văn: Ảnh hưởng khe hở đến áp lực cơng suất máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Mã số SV: 20202923M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 25/1/2022 với nội dung sau: Bổ sung thêm mục “3.5 Khảo sát ảnh hưởng khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất loại máy thủy lực thể tích kiểu Lobe với lưu chất dầu” trang 81 Bổ sung kết khảo sát ảnh hưởng khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất loại máy thủy lực thể tích kiểu Lobe với lưu chất dầu vào phần kết luận chương trang 88 Đã viết lại kết luận luận văn trang 99-100 Các lỗi văn phong, tả - Đã sửa “…từ trình bày trên, sử dụng phần mềm Matlab thu đồ thị biến đổi…” thành “…từ trình bày kết hợp với tính tốn phương pháp số phần mềm Matlab thu đồ thị biến đổi…” trang 71 - Đã sửa “…sử dụng phần mềm Matlab, Hình 3.13 Bảng 3.1 kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất máy trường hợp có khe hở hướng kính” thành “…Kết hợp với tính tốn phương pháp số phần mềm Matlab thu kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất ứng với giá trị kích thước khe hở hướng kính tổng hợp Bảng 3.1 Hình 3.13…” trang 76 - Đã sửa “…sử dụng phần mềm Matlab, Hình 3.14 Bảng 3.2 kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất máy trường hợp có khe hở cạnh rơto…” thành “…Kết hợp với tính tốn phương pháp số phần mềm Matlab thu kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất ứng với giá trị kích thước khe hở cạnh rơto tổng hợp Bảng 3.2 Hình 3.14…” trang 77 - Đã sửa “…, sử dụng phần mềm Matlab, Hình 3.15 Bảng 3.3 kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất máy trường hợp có khe hở mặt đầu …” thành “…Kết hợp với tính tốn phương pháp số phần mềm Matlab thu kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất ứng với giá trị kích thước khe hở mặt đầu tổng hợp Bảng 3.3 Hình 3.15…” trang 78 - Đã sửa “…Sử dụng phần mềm Matlab, Hình 3.16 Bảng 3.4 kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất máy trường hợp có ba loại khe hở…” thành “…Kết hợp với tính tốn phương pháp số phần mềm Matlab thu kết tính tốn tổn thất lưu lượng áp suất ứng với giá trị kích thước khe hở tổng hợp Bảng 3.4…” trang 79 Bổ sung nhận xét kết đồ thị - Đã bổ sung nhận xét đồ thị Hình 4.2 Hình 4.3 trang 92; Hình 4.5 Hình 4.6 trang 93 Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Mẫu 1c BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN DUY LONG ẢNH HƯỞNG CỦA KHE HỞ ĐẾN ÁP LỰC VÀ CƠNG SUẤT Ở MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH XYCLƠÍT ĂN KHỚP NGOÀI Chuyên ngành : CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN HỒNG THÁI Lời cảm ơn Trước tiên, tơi xin bày tỏ cảm kích đặc biệt tới giảng viên hướng dẫn tôi, TS Nguyễn Hồng Thái - Người định hướng, trực tiếp dẫn dắt cố vấn cho suốt thời gian thực đề tài nghiên cứu khoa học Thầy người cho lời khuyên vô quý giá kiến thức chuyên môn định hướng phát triển nghiệp Một lần nữa, xin gửi lời cảm ơn đến thầy tất lịng biết ơn Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Cơ sở thiết kế máy robot khoa Sau đại Học trường Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi q trình viết luận văn thạc sĩ Trong luận, hẳn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong muốn nhận nhiều đóng góp quý báu đến từ quý thầy bạn đọc để đề tài hồn thiện có ý nghĩa thiết thực áp dụng thực tiễn sống Chân thành cảm ơn Tóm tắt nội dung luận văn Luận văn gồm 98 trang trình bày chương phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo Nội dung luận văn đề cập bao gồm: 1) Tổng quan máy thủy lực thể tích xyclơít: Lịch sử phát, phân loại, ứng dụng, tình hình nghiên cứu ngồi nước; 2) Thiết kế máy thủy lực thể tích kiểu Lobe rơto có bốn răng; 3) Khảo sát ảnh hưởng khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích xyclơít; 4) Xây dựng mơ hình tốn học xác định áp lực momen tác động lên hai rôto máy từ xác định cơng suất cung cấp thiết cho máy Luận văn nghiên cứu dựa nguyên ký dẫn động cặp bánh ơvan dẫn động tựa elíp để tiến hành thiết lập phương trình biên dạng rơto cảu máy thủy lực thể tích kiểu Lobe Luận văn có sử dụng phần mềm Matlab để viết mô đun tính tốn, sử dụng phần mềm SolidWorks để dựng mơ hình 3D máy phần mềm Ansys để tiến hành tính tốn mơ số Kết nghiên cứu luận văn có ý nghĩa khoa học quan trọng góp phần hồn thiện lý thuyết thiết kế loại máy thủy lực thể tích xyclơít Luận văn đưa thiết kế máy thủy lực thể tích xyclơít kiểu Lobe rơto có bốn răng, thiết kế hoàn toàn so với thiết kế có trước với hai rơto có biên dạng kích thước hồn tồn khác Thiết kế có ưu điểm có lưu lượng lớn 26,35% kích thước máy nhỏ 21,43% so với thiết kế truyền thống HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH ĂN KHỚP NGỒI 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Phân loại máy thủy lực thể tích ăn khớp 1.3 Ứng dụng máy thủy lực thể tích ăn khớp 1.4 Các xu hướng nghiên cứu máy thủy lực thể tích 1.5 Tình hình nghiên cứu nước 12 1.5.1 Tình hình nghiên cứu nước 12 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 13 KẾT LUẬN CHƯƠNG 17 CHƯƠNG THIẾT KẾ MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH KIỂU LOBE RƠTO CÓ BỐN RĂNG 18 2.1 Ngun lý hình thành biên dạng rơto 18 2.2 Thiết lập phương trình biên dạng đỉnh rôto 18 2.3 Thiết lập phương trình biên dạng chân rôto 22 2.4 Xác định điều kiện hình thành biên dạng rơto 26 2.4.1 Xác định mối quan hệ bán kính r đường trịn sinh {C} kích thước bán trục lớn a, bán trục nhỏ b đường lăn {E} 26 2.4.2 Xác định góc giới hạn cung biên dạng đỉnh cung biên dạng chân rôto rôto 27 2.5 Thơng số kích thước thiết kế hệ số sử dụng thể tích 29 2.6 Thiết lập biểu thức tính lưu lượng trung bình máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi kiểu Lobe rơto có bốn 33 2.7 Tính tốn số lưu lượng áp suất tức thời máy thủy lực thể tích xyclơít kiểu Lobe rơto có bốn phương pháp số 35 2.7.1 Thiết lập mơ hình tính tốn số Ansys Workbench 36 2.7.2 Kết tính tốn số 38 2.7.3 Ảnh hưởng thông số thiết kế đặc trưng a, b đường ơvan lăn tựa elíp đến chất lượng dòng chảy sau bơm 41 2.8 Thiết lập biểu thức xác định biến thiên diện tích khoang đẩy 42 KẾT LUẬN CHƯƠNG 59 CHƯƠNG KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA KHE HỞ ĐẾN TỔN THẤT ÁP SUẤT VÀ LƯU LƯỢNG TRONG MỘT LOẠI MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH XYCLƠÍT KIỂU LOBE RƠTO CĨ BỐN RĂNG 61 3.1 Đặt vấn đề 61 3.2 Thiết lập mơ hình tốn học mơ tả biến đổi áp suất buồng đẩy loại máy thủy lực thể tích xyclơít trường hợp khơng có khe hở 61 3.2.1 Q trình biến đổi áp suất máy 61 3.2.2 Mơ hình tốn học mơ tả biến đổi áp suất buồng đẩy 62 3.3 Thiết lập mơ hình tốn học xác định ảnh hưởng khe hở đến áp suất buồng đẩy loại máy thủy lực thể tích xyclơít 64 3.3.1 Các khe hở bơm 64 3.3.2 Xác định diện tích tiết diện khe hở vận tốc qua khe hở 65 3.3.3 Thiết lập mơ hình tốn học xác định đến áp suất máy thủy lực thể tích xyclơít có ảnh hưởng khe hở 74 3.4 Khảo sát ảnh hưởng khe hở đến tổn thất áp suất lưu lượng loại máy thủy lực thể tích xyclơít 75 3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng khe hở hướng kính đến áp suất máy (khơng có khe hở cạnh rơto khe hở mặt đầu) 76 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng khe hở cạnh rôto đến áp suất máy (khơng có khe hở hướng kính khe hở mặt đầu) 77 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng khe hở mặt đầu đến áp suất máy (khơng có khe hở hướng kính khe hở cạnh rơto) 78 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng ba loại khe hở đến áp suất máy 79 3.5 Khảo sát ảnh hưởng khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích kiểu Lobe với lưu chất dầu 81 KẾT LUẬN CHƯƠNG 87 CHƯƠNG XÂY DỰNG BIỂU THỨC XÁC ĐỊNH ÁP LỰC VÀ MOMEN DO LƯU CHẤT TRONG BUỒNG ĐẨY TÁC ĐỘNG LÊN RÔTO TRONG MỘT MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH XYCLƠÍT .89 4.1 Đặt vấn đề 89 4.2 Thiết lập mơ hình tốn học xác định ảnh hưởng khe hở đến công suất máy 89 4.2.1 Thiết lập biểu thức toán học xác định lực tác dụng lên rôto 89 4.2.2 Thiết lập biểu thức xác định momen tác động lên rôto máy 94 4.2.3 Thiết lập biểu thức xác định công suất máy 96 KẾT LUẬN CHƯƠNG 97 KẾT LUẬN 99 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Nội dung Trang 6 7 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 2.1 Hình 2.2 Loại máy kiểu Roots [2] Loại máy kiểu Lobe Bơm có rơto dạng thẳng [10] Bơm có rôto dạng xoắn [16] Biên dạng rôto thiết kế theo nguyên lý dẫn động cặp bánh có tỷ số truyền 1:1 [4] Biên dạng rôto thiết kế theo nguyên lý dẫn động cặp bánh khơng trịn có tỷ số truyền thay đổi [15] Ứng dụng quạt Roots ngành công nghiệp nặng Ứng dụng quạt Roots nuôi trồng tôm Bơm di động xả lũ Cấu tạo bên quạt Roots [35] Nguyên lý hình thành biên dạng rơto Hsieh đề xuất [37] Sơ đồ ảnh giàn thí nghiệm [43] Mơ hình thực nghiệm [44] Bộ kiểm tra quạt Roots với kính hiển vi [44] Dao động lực hướng kính lên rơto theo phương x [45] Dao động lực hướng kính lên rơto theo phương y [45] Ngun lý hình thành biên dạng rơto Ngun lý hình thành biên dạng đỉnh rơto Hình 2.3 Tọa độ điểm P hệ tọa độ 1 (O1 x1 y1 z1 ) 8 13 14 15 16 16 17 17 18 18 20 Hình 2.4 Tọa độ điểm O2 hệ tọa độ  P (OP x P y P z P ) 20 Hình 2.5 Biểu diễn hệ tọa độ 2 (O2 xc y c z c ) so với 1 (O1 x1 y1 z1 ) 21 Hình 2.6 Hình 2.7 Đường đỉnh rơto Ngun lý hình thành biên dạng chân rơto Hình 2.8 Tọa độ điểm P hệ tọa độ 1 (O1 x1 y1 z1 ) 22 22 24 Hình 2.9 Tọa độ điểm O2 hệ tọa độ P (OP x P y P z P ) 24 Hình 1.6 Hình 2.10 Đường chân rơto Hình 2.11 Các góc giới hạn biên dạng rơto với (a) góc giới hạn rơto (b) góc giới hạn rơto Hình 2.12 Thuật tốn xác định góc giới hạn đỉnh chân rơto Hình 2.13 Biên dạng rơto rơto Hình 2.14 Mơ tả biên dạng rôto dạng 3D với (a) biên dạng rôto (b) biên dạng rơto Hình 2.15 Mơ tả bơm dạng 3D Hình 2.16 Thơng số kích thước thiết kế máy Hình 2.17 Một phần tư diện tích tiết diện mặt cắt ngang rơto 10 26 27 27 28 29 29 29 30 M2 [Nm] 0,5 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0  [ 0] -2,5 30 60 90 120 150 180 Hình 4.9 Momen tác động lên rơto theo góc quay trục dẫn động Từ Hình 4.8 Hình 4.9 nhận thấy momen tác động lên rơto có giá trị lớn M1max = 3,21 Nmm momen tác động lên rơto có giá trị lớn M2max = 2,40 Nmm giá trị momen lớn tác động lên hai rôto khác Sự biến đổi momen tác động lên hai rơto theo góc quay trục dẫn động hoàn toàn khác Điều hai rơto có biên dạng hồn toàn khác 4.2.3 Thiết lập biểu thức xác định công suất máy Từ mục 4.2.2 xác định momen áp suất buồng đẩy tác động lên hai rôto máy Momen áp suất buồng đẩy tác động lên hai rơto momen gây cản trở chuyển động quay rơto, để máy hoạt động cần cấp cho trục dẫn động giá trị momen lớn giá trị momen lớn áp suất buồng đẩy tác động lên hai rôto Nếu gọi  tốc độ quay trục dẫn động, cơng suất cần cấp cho máy xác định: P  M (4.12) Trong đó: M momen cần cấp cho trục dẫn động có giá trị lớn momen áp suất buồng đẩy tác động lên hai rôto (Nm)  tốc độ quay trục dẫn động (rad/s) Từ công thức (4.12) lấy giá trị momen lớn tác động lên rơto xác định ví dụ 4.2 Mmax = 3,21 Nm, xét máy hoạt động tốc độ n = 1500 vịng/phút ta xác định công suất cần cấp là: P 3,21  1500  2  504,2 (W) 60 Ví dụ 4.3 Xét máy thủy lực thể tích kiểu Lobe rơto có bốn với kích thước thiết kế a = 73,9178 mm, b = 37,0822 mm, r = 7,2911 mm cho ví 96 dụ 4.1 cửa đẩy máy nối với bình nén Giả thiết bình nén đặt áp suất lớn pmax = [2  10] atm Trục dẫn động máy hoạt động dải tốc độ n = [250  3000] Từ biểu thức xác định momen tác động lên rôto công suất cần thiết cung cấp cho máy, Hình 4.10 thể mối quan hệ thông số áp suất bình nén, tốc độ quay trục dẫn động cơng suất máy Giả thiết kích thước khe hở máy với khe hở cạnh rôto K = 0,07 mm, khe hở hướng kính R = 0,07 mm khe hở mặt đầu B = 0,11 mm, kích thước khe hở cho tổn thất lưu lượng nhỏ trình bày chương n=3000 v/p 2500 n=2500 v/p 2000 n=2000 v/p P [W] n=1750 v/p 1500 n=1500 v/p n=1250 v/p n=1000 v/p 1000 n=750 v/p n=500 v/p 500 n=250 v/p 10 p [atm] Hình 4.10 Đồ thị thể mối quan hệ thông số áp suất, công suất tốc độ quay trục dẫn động máy Từ Hình 4.10 nhận thấy giá trị áp suất tốc độ quay trục dẫn động tăng dần từ 250 vịng/phút đến 3000 vịng/phút cơng suất cần thiết tăng dần, tương tự tốc độ quay trục dẫn động áp suất tăng công suất cần thiết tăng dần Xét trường hợp tốc độ quay trục dẫn động n = 250 vịng/phút, với áp suất lớn bình nén p = atm cơng suất cần thiết P = 42 W với áp suất lớn bình nén p = 10 atm cơng suất cần thiết P = 205 W Xét trường hợp tốc độ quay trục dẫn động n = 3000 vòng/phút, với áp suất lớn bình nén p = atm cơng suất cần thiết P = 500 W cịn với áp suất lớn bình nén p = 10 atm cơng suất cần thiết P = 2500 W KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ trình bày trên, chương luận văn đạt số kết sau: (1) Xây dựng biểu thức xác định áp lực lưu chất buồng đẩy tác động lên bề mặt làm việc rôto 97 (2) Xây dựng biểu thức xác định momen lưu chất buồng đẩy tác động lên bề mặt làm việc rôto Đây momen cản trở chuyển động quay rơto, xác định momen cần thiết cung cấp cho trục dẫn động để máy đáp ứng yêu cầu 98 KẾT LUẬN Kết luận Máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi ln chủ đề nhiều nhà khoa học giới quan tâm nhằm nghiên cứu hoàn thiện lý thuyết thiết kế, cải tiến, phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn Để góp phần vào q trình nghiên cứu hồn thiện cải tiến nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn, luận văn giải số vấn đề sau: Từ q trình tổng hợp, phân tích đánh giá kết nghiên cứu máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi ngồi nước, luận văn đề mục tiêu vấn đề cần giải cụ thể Các nội dung nghiên cứu luận văn bám sát với mục tiêu tên đề tài luận văn đề Đưa thiết kế máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi kiểu Lobe với rơto có bốn Đây thiết kế hồn tồn khác so với thiết kế có trước với hai rơto có biên dạng hồn tồn khác Đối với thiết kế để có lưu lượng lớn kích thước nhỏ nên chọn tham số  = 0,5 cụ thể phương án thiết kế  = 0,5 cho lưu lượng trung bình máy lớn 32,07% khoảng cách trục giảm 21,48% so với phương án thiết kế truyền thống  = 1,0 (đường lăn đường tròn) Xác định tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích kiểu Lobe ba loại khe hở gây (khe hở hướng kính, khe hở cạnh rôto khe hở mặt đầu) với lưu chất chất khí: (i) Trường hợp xét ảnh hưởng loại khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất máy khe hở hướng kính R = [0,070,15] mm tổn thất lưu lượng nằm khoảng Qtổn_thất = [3,607,72] %, khe hở cạnh rơto K = [0,070,17] mm tổn thất lưu lượng nằm khoảng Qtổn_thất = [1,804,38] %, khe hở mặt đầu B = [0,110,15] mm tổn thất lưu lượng nằm khoảng Qtổn_thất = [4,285,83] %; (ii) Trường hợp xét ảnh hưởng ba loại khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất tổn thất lưu lượng nhỏ Qtổn_thất =10,193% kích thước khe hở K = 0,09 mm, R = 0,07 mm, B = 0,11 mm tổn thất lưu lượng lớn Qtổn_thất = 17,909% kích thước khe hở K = 0,17 mm, R = 0,15 mm, B = 0,15 mm; (iii) Để tổn thất lưu lượng máy nhỏ 15% nên lựa chọn phương pháp gia công dung sai lắp ghép cho kích 99 thước khe hở nằm khoảng sau: K = [0,13  0,17] mm, R = [0,07  0,11] mm, B = [0,11  0,15] mm; K = 0,09 mm, R = [0,07  0,15] mm, B = [0,11  0,15] mm Xác định tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích xyclơít ba loại khe hở gây (khe hở hướng kính, khe hở cạnh rơto khe hở mặt đầu) với lưu chất dầu: (i) Trường hợp có khe hở hướng kính, kích thước khe hở tăng tổn thất lưu lượng áp suất tăng lên, với kích thước khe hở hướng kính R = [0,070,15] mm tổn thất lưu lượng áp suất nằm khoảng Qtổn thất = [0,9281,099]%, Ptổn thất = [0,4390,751]%; (ii) Trường hợp có khe hở cạnh rơto, kích thước khe hở tăng tổn thất lưu lượng áp suất tăng lên, với kích thước khe hở cạnh rơto K = [0,090,17] mm tổn thất lưu lượng áp suất nằm khoảng Qtổn thất = [0,5210,955]%, Ptổn thất = [0,1690,541]%; (iii) Trường hợp có khe hở mặt đầu, kích thước khe hở tăng tổn thất lưu lượng áp suất tăng lên, với kích thước khe hở mặt đầu B = [0,110,15] mm tổn thất lưu lượng áp suất nằm khoảng Qtổn thất = [1,0873,750]%, Ptổn thất = [0,3410,824]% Xây dựng biểu thức xác định áp lực momen lưu chất buồng đẩy máy thủy lực thể tích xyclơít tác động lên hai rơto máy qua xác định cơng suất cung cấp cần thiết cho máy Hướng phát triển luận văn tương lai Các vấn đề nghiên cứu giải luận văn giải số vấn đề hẹp lĩnh vực máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi, luận văn đề xuất ý tưởng để tiếp tục nghiên cứu cải tiến hoàn thiện lý thuyết thiết kế là: Nghiên cứu ứng suất biến dạng rôto tác dụng tải làm việc Quá trình truyền nhiệt chi tiết máy máy với mơi trường bên ngồi Nghiên cứu độ ồn giải pháp giảm tiếng ồn máy phát trình làm việc 100 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN VĂN Tran Ngoc Tien, Nguyen Hong Thai, Nguyen Duy Long (2019), “Effects of head and rotor clearances on leakage of flow rate and pressure in a novel non-contact rotor blower”, Vietnam Journal of Science and Technology, 57(4A), pp 125-140 Nguyen Hong Thai, Nguyen Duy Long (2021), “A new design of the Lobe pump is based on the meshing principle of elliptical gear pairs”, Science and Technology Development Journal Engineering and Technology, 4(2), pp 861-871 Nguyễn Hồng Thái, Nguyễn Duy Long, Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Thế Mịch (2021), “Ảnh hưởng thơng số thiết kế đặc trưng đến ổn định dịng chảy bơm Lobe rơto có bốn răng”, Hội nghị khoa học tồn quốc máy thủy khí hệ thống tự động hóa 2021, pp 76-87 Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến, Nguyễn Duy Long, Nguyễn Thế Mịch (2021), “Tối ưu góc lệch pha rơto ghép song song hai bơm Roots để cải thiện dao động lưu lượng”, Hội nghị khoa học toàn quốc máy thủy khí hệ thống tự động hóa 2021, pp 372-383 Nguyễn Duy Long, Nguyễn Hồng Thái, Trương Công Giang (2021), “Ảnh hưởng hệ số thiết kế biên dạng rơto đến kích thước chất lượng làm việc bơm Roots có biên dạng đỉnh rơto cung trịn”, Hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn lần thứ XV Nguyễn Hồng Thái, Nguyễn Duy Long, Lê Thị Ninh (2021), “Ảnh hưởng góc lệch pha đến lưu lượng áp suất ghép song song bơm Roots: Loại biên dạng đỉnh rơto cung trịn”, Hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học vật rắn lần thứ XV Nguyen Hong Thai, Trinh Dong Tinh, Nguyen Duy Long (2021), “Studying the influence of geometric design coefficient on flow and pressure of lobe blower by numerical method”, NSCME2021 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] George Jones (1843) “Jones’s gas and air exhauster or blower, Mechanics Magazine”, Vol 39 305-306 [2] Philander Higley Roots (1860) “Francis Marion Roots, Patent Rotary blower” US30157 Patent [3] Thwaites, Carbutt (1874), “Roots' blower”, Journal of the Society for Arts, Vol 22, No 1129, pp 757-768 [4] Wales L Palmer, Israel W Knox (1875), “Improvement in rotary pressure blowers”, Patent US166295A [5] Arvid Linde (2011), "Preston tucker and others: tales of brilliant automotive innovators and innovations", Veloce Publishing [6] G N Georgano (1982), “The new encyclopedia of motorcars 1885 to the present”, New York: Dutton, pp 415 [7] George E A Hallett (1933), “Roots blower”, Patent US2014932A [8] Robert P Mcculloch, John L Ryde (1948), “Interengaging impeller rotary positive displacement blower”, Patent US2448901A [9] F.L Litvin, “Theory of Gearing (in Russian)”, 1st edition in 1960, 2nd edition in 1968 [10] Hubrich Christoph (1963), “Rotary piston for a roots blower”, Patent US3105634A [11] Forrest O E Schultz (1966), “Fluid compressor”, Patent US3275225A [12] Daniel C H Yang, Shih - Hsi Tong (2009), “Lobe pump system and method of manufacture”, Patent US7553143B2 [13] Wan Shanglu, Gao Yuxin, Niu Yusheng (1997), “New structure of Roots blower and vacuum pump”, CN2250437Y [14] Matthew G Swartzlander (2014), “Optimized helix angle rotors for Rootsstyle supercharger”, Patent US8632324B2 [15] Nguyen Hong Thai, Tran Ngoc Tien (2019), “A novel design of the Roots blower”, Vietnam journal of Science and Technology 57 (2), pp 249-260 102 [16] G C Mimmi, P.E Pennacchi (1999), “Analytical model of a particular type of positive displacement blower”, Proc Inst Mech Eng C J Mech Eng Sci., Vol 213 (5) [17] D.C.H Yang, S.H Tong, J Lin (1999), “Deviation-function based pitch curve modification for conjugate pair design”, Transactions of ASME Journal of Mechanical Design, Vol 121 (4), pp 579-586 [18] Z F Huang, Z X Liu (2009), “Numerical study of a positive displacement blower”, Proc Inst Mech Eng C J Mech Eng Sci., Vol 223 (10), pp 2309–2316 [19] S Mcdougald., B W Imrie, B N Cole (1974), “An investigation of the volumetric efficiency of a Roots blower”, International Compressor Engineering Conference at Purdue, West Lafayette, pp 235-242 [20] J B Ritchie, J Patterson (1968), “Geometry and leakage aspects of involute rotors for the Roots blower”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Volume 183 (1), pp 707-724 [21] K Kubota (1936), “Design of impellers of Roots blowers”, Trans Japan Soc Mech Engrs, Vol (7), pp 291-303 [22] Chiu-Fan Hsieh, Yu-Cheng Deng (2015), “A design method for improving the flow characteristics of a multistage Roots pumps”, Vacuum, Volume 121, pp 217-222 [23] C.F Hsieh (2015), “Flow characteristics of Roots pumps with multistage designs by CFD investigation”, Mech Ind Vol 16 (6), pp 601-611 [24] T Costopoulos, A Kanarachos, E Pantazis (1988), “Reduction of delivery fluctuation and optimum tooth profile of spur fear rotary pumps”, Mechanism and Machine Theory, Vol 23(2), pp 141-146 [25] Nguyễn Xuân Lạc (1970), “Nguyên lý máy chuyên nghiệp”, Nhà xuất Đại học Bách Khoa Hà Nội [26] Nguyễn Hồng Thái, Nguyễn Tiến Dũng, Vương Văn Thanh (2006), “Phần mềm mô hình động học bơm Root”, Tạp chí khoa học & Công nghệ sáu trường Đại học kĩ thuật, Số 55, pp 53-55 [27] Nguyễn Hồng Thái (2003), ”Xây dựng phầm mềm tự động hoá thiết kế, chế tạo bơm Root”, Đề tài cấp trường, Mã số: T2003-65 103 [28] Trịnh Đồng Tính (2006), “Nghiên cứu chế tạo bơm Root biên dạng Cycloyd phục vụ nuôi trồng thủy sản”, Đề tài cấp Bộ, Mã số B2006-01-19 [29] Nguyen Hong Thai, Nguyen Thanh Trung (2015), “Establishing formulas for design of Roots pump geometrical parameters with given specific flow rate”, Journal of Science and Technology, Volume 53 (4), pp 533-542 [30] Nguyen Hong Thai, Tran Ngoc Tien, Phan Tien Dung (2018), “Influence of the designing parameters on flow fluctuation and pressure of the improved roots blower”, International Conference of Fluid Machinery and Automation Systems-ICFMAS2018, pp 196-203 [31] Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến (2018), “Ảnh hưởng tham số thiết tượng trượt biên dạng lưu lượng quạt Roots”, Tạp chí phát triển Khoa học Cơng nghệ, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, Vol 1(1), pp 13-19 [32] Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến, Phạm Thiên Toàn (2017), “Về loại bơm thủy lực thể tích bánh ăn khớp ngồi có biên dạng họ đường cong xyclơít cải tiến”, Hội nghị khoa học học Thủy khí tồn quốc lần thứ 20 [33] Cao Tiến Khánh (2008), “Nghiên cứu chế tạo hoàn chỉnh đầu quạt Roots”, Đề tài cấp Bộ, Bộ Công thương, Mã số 241-08 RD/HĐ-KHCN [34] Trần Thị Hoàng Thanh (2010), “Nghiên cứu chế tạo toàn phần tĩnh quạt Roots”, Đề tài cấp Bộ, Bộ Công thương, Mã số 202- 10 RD/HĐKHCN [35] Trần Hoàng Thanh (2012), “Nghiên cứu chế tạo thành cơng quạt Root có thông số Q=8,71 m3/ph; P=0,5 bar; N=15 KW”, Khoa học Công nghệ, Số [36] Y Niimura, R Kikuta, K Usui (1990), “Two-Shaft type rotary machine having a tip circle diameter to shaft diameter within a certain range”, Patent US4943214A [37] Chiu-Fan Hsieh (2015), “A new curve for application to the rotor profile of rotary lobe pumps”, Mechanism and Machine Theory, Vol 87, pp 70-81 [38] Chiu-Fan Hsieh, Yii-Wen Hwang (2008), “Tooth profile of a Roots with a variable trochoid ratio”, Mathematical and Computer Modelling, Vol 48, pp 19-33 104 [39] G C Mimmi, P.E Pennacchi (2001), “Compression load dynamics in a special helical blower: a modeling improvement”, ASME J Mech Des., Vol 123 (3), pp 402-407 [40] X M Liu, J Lu, R H Gao, G Xi (2013), “Numerical investigation of the aerodynamic performance affected by spiral inlet and outlet in a positive displacement blower [J]”, Chinese Journal of Mechanical Engineering, vol 26(5), pp 957-966 [41] Cai Ying-jie, Yao Li-gang, Du Bei-jiang (2016), “Modelling and verification of a new Roots blower profile based on analysis of performance of different leaf contour”, Chongqing Univ Eng Ed [ISSN 1671-8224], Vol 15(3), pp 95-102 [42] Ligang Yao, Zhonghe Ye, Jian S Dai, Haiyi Cai (2005), “Geometric analysis and tooth profiling of a three-lobe helical rotor of the Roots blower”, Journal of Materials Processing Technology, Vol 170, pp 259267 [43] Qing Guo, Kan Qin, Daijin Li, Chuang Huang, Kai Luo (2020), “Numerical investigation and performance enhancement of roots pumps operating with gas-liquid mixtures”, Vacuum, Vol 176, 109303 [44] Shuaihui Sun, Gurharanjit Singh, Ahmed Kovacevic, Christoph Bruecker (2020), “Experimental and Numerical Investigation of Tip Leakage Flows in a Roots Blower”, Design, Vol 4, 3, doi:10.3390/designs4010003 [45] Yi-Bin Li, Dong-Sheng Guo, Xiao-Bin Li (2018), “Mitigation of radial exciting force of rotary lobe pump by gradually varied gap”, Engineering applications of computational fluid mechanics, Vol.12, No.1, 711–723, doi.org/10.1080/19942060.2018.1517053 [46] Yaw-Hong Kang, Ha-Hai Vu (2014), “A newly developed rotor profile for lobe pumps: Generation and numerical performance assessment”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol 28, No 3, pp 915-926 [47] Ashish M Joshi, David I Blekhman, James D Felske, John A Lordi, Joseph C Mollendorf (2006), “Clearance analysis and leakage flow cfd model of a two-lobe multi-recompression heater”, Internation Journal of Rotating Machinery, Vol 2006, pp 1-10 [48] Z S Spakovszky, I A Waitz (2007), “Thermodynamics and propulsion”, Macquarie University, Sydney 105 [49] Vũ Duy Quang (2006), “Thủy khí động lực ứng dụng”, Nhà xuất Xây Dựng, Hà Nội [50] https://www.idealvac.com/files/literature/07_Oerlikon_Leybold_Vacuum_C atalog_2010_RUVAC_Roots_Blower_Pumps.pdf 106 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Ảnh hưởng khe hở đến áp lực công suất máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi Tác giả luận văn: Nguyễn Duy Long Khóa: 20202 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Hồng Thái Từ khóa (Keyword): Máy thủy lực thể tích, khe hở, lưu lượng, áp lực, cơng suất Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Máy thủy lực thể tích ăn khớp ngồi có ưu điểm lưu lượng lớn so với loại máy khác có kích thước, bên cạnh loại máy có phạm vi ứng dụng lớn nhiều ngành công nghiệp khác ngành công nghiệp nặng, động đốt v.v Chính loại máy trở thành chủ đề nghiên cứu nhiều nhà khoa học nước nhằm hoàn thiện thiết kế, cải tiến để nâng cao chất lượng máy Tuy nhiên nghiên cứu trước quan tâm đến thiết kế phục vụ cho yêu cầu làm quạt thổi loại máy này, nghiên cứu chủ yếu quan tâm đến loại máy kiểu Roots (rơto có hai răng) mà chưa có quan tâm đến loại máy kiểu Lobe rơto có bốn Bên cạnh máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi ln tồn khe hở máy, xuất khe hở gây tổn thất lưu lượng áp suất giảm hiệu suất máy Từ lý trên, định hướng thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Hồng Thái, chọn đề tài: “Ảnh hưởng khe hở đến áp lực công suất máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi” với mục đích góp phần nhỏ bé việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo ứng dụng máy thủy lực thể tích xyclơít Việt Nam b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu - Thiết lập phương trình biên dạng rơto máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi kiểu Lobe rơto có bốn Đưa điều kiện để hình thành nên biên dạng rơto, thông số thiết kế máy - Khảo sát ảnh hưởng thông số thiết kế đặc trưng đến lưu lượng, áp suất chất lượng dòng chảy sau máy - Xây dựng mơ hình tốn học xác định ảnh hưởng khe hở hướng kính, khe hở cạnh rôto khe hở mặt đầu đến tổn thất lưu lượng áp suất Từ khảo sát ảnh hưởng ba loại khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất 107 - Xây dựng mô hình tốn học xác định lực momen áp suất lưu chất khoang làm việc máy tác động lên bề mặt làm việc hai rôto Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu luận văn máy thủy lực thể tích rơto khơng tiếp xúc kiểu Lobe rơto có bốn răng, biên dạng rơto đường cong xyclơít cải tiến họ đường cong elíp dẫn động cặp bánh elíp ăn khớp ngồi - Phạm vi nghiên cứu luận văn tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng khe hở hướng kính, khe hở cạnh rơto khe hở mặt đầu đến tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi kiểu Lobe rơto cso bốn Bên cạnh đó, luận văn tiến hành nghiên cứu lực momen áp suất lưu chất buồng làm việc máy tác động lên bề mặt làm việc hai rơto Ngồi luận văn nghiên cứu ảnh hưởng thông số thiết kế đặc trưng đến lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi kiểu Lobe rơto có bốn c) Các nội dung Luận văn gồm 04 chương với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan máy thủy lực thể tích xyclơít Chương 2: Thiết kế máy thủy lực thể tích kiểu Lobe rơto có bốn Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng cảu khe hở đến tổn thất áp suất lưu lượng loại máy thủy lực thể tích xyclơít Chương 4: Xây dựng biểu thức xác định áp lực momen lưu chất buồng đẩy tác động lên rơto máy thủy lực thể tích xyclơít d) Kết luận Luận văn đạt số kết quan trọng sau: i) Từ trình tổng hợp, phân tích đánh giá kết nghiên cứu máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp nước, luận văn đề mục tiêu vấn đề cần giải cụ thể Các nội dung nghiên cứu luận văn bám sát với mục tiêu tên đề tài luận văn đề ii) Đưa thiết kế máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi kiểu Lobe với rơto có bốn Đây thiết kế hoàn toàn khác so với thiết kế có trước với hai rơto có biên dạng hồn tồn khác Đối với thiết kế để có lưu lượng lớn kích thước 108 nhỏ nên chọn tham số  = 0,5 cụ thể phương án thiết kế  = 0,5 cho lưu lượng trung bình máy lớn 32,07% khoảng cách trục giảm 21,48% so với phương án thiết kế truyền thống  = 1,0 (đường lăn đường tròn) iii) Xác định tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích kiểu Lobe ba loại khe hở gây (khe hở hướng kính, khe hở cạnh rơto khe hở mặt đầu) với lưu chất chất khí: (i) Trường hợp xét ảnh hưởng loại khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất máy khe hở hướng kính R = [0,070,15] mm tổn thất lưu lượng nằm khoảng Qtổn_thất = [3,607,72] %, khe hở cạnh rơto K = [0,070,17] mm tổn thất lưu lượng nằm khoảng Qtổn_thất = [1,804,38] %, khe hở mặt đầu B = [0,110,15] mm tổn thất lưu lượng nằm khoảng Qtổn_thất = [4,285,83] %; (ii) Trường hợp xét ảnh hưởng ba loại khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất tổn thất lưu lượng nhỏ Qtổn_thất =10,193% kích thước khe hở K = 0,09 mm, R = 0,07 mm, B = 0,11 mm tổn thất lưu lượng lớn Qtổn_thất = 17,909% kích thước khe hở K = 0,17 mm, R = 0,15 mm, B = 0,15 mm; (iii) Để tổn thất lưu lượng máy nhỏ 15% nên lựa chọn phương pháp gia công dung sai lắp ghép cho kích thước khe hở nằm khoảng sau: K = [0,13  0,17] mm, R = [0,07  0,11] mm, B = [0,11  0,15] mm; K = 0,09 mm, R = [0,07  0,15] mm, B = [0,11  0,15] mm iv) Xác định tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích xyclơít ba loại khe hở gây (khe hở hướng kính, khe hở cạnh rơto khe hở mặt đầu) với lưu chất dầu: (i) Trường hợp có khe hở hướng kính, kích thước khe hở tăng tổn thất lưu lượng áp suất tăng lên, với kích thước khe hở hướng kính R = [0,070,15] mm tổn thất lưu lượng áp suất nằm khoảng Qtổn thất = [0,9281,099]%, Ptổn thất = [0,4390,751]%; (ii) Trường hợp có khe hở cạnh rơto, kích thước khe hở tăng tổn thất lưu lượng áp suất tăng lên, với kích thước khe hở cạnh rơto K = [0,090,17] mm tổn thất lưu lượng áp suất nằm khoảng Qtổn thất = [0,5210,955]%, Ptổn thất = [0,1690,541]%; (iii) Trường hợp có khe hở mặt đầu, kích thước khe hở tăng tổn thất lưu lượng áp suất tăng lên, với kích thước khe hở mặt đầu B = [0,110,15] mm tổn thất lưu lượng áp 109 suất nằm khoảng Qtổn thất = [1,0873,750]%, Ptổn thất = [0,3410,824]% v) Xây dựng biểu thức xác định áp lực momen lưu chất buồng đẩy máy thủy lực thể tích xyclơít tác động lên hai rơto máy qua xác định cơng suất cung cấp cần thiết cho máy Những kết nghiên cứu luận văn đóng góp phần khiêm tốn việc nghiên cứu máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp Để hoàn thiện đề tài này, luận văn đề xuất số vấn đề tiếp tục nghiên cứu nhằm hồn thiện mặt lí thuyết thiết kế cho máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi: i) Nghiên cứu ứng suất biến dạng rôto tác dụng tải làm việc ii) Quá trình truyền nhiệt chi tiết máy máy với môi trường bên iii) Nghiên cứu độ ồn giải pháp làm giảm tiếng ồn máy phát trình làm việc 110 ... sát ảnh hưởng khe hở mặt đầu đến áp suất máy (khơng có khe hở hướng kính khe hở cạnh rơto) 78 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng ba loại khe hở đến áp suất máy 79 3.5 Khảo sát ảnh hưởng khe hở đến. .. sát ảnh hưởng khe hở hướng kính đến áp suất máy (khơng có khe hở cạnh rơto khe hở mặt đầu) 76 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng khe hở cạnh rôto đến áp suất máy (khơng có khe hở hướng kính khe hở. .. xét đến ảnh hưởng loại khe hở khe hở hướng kính, khe hở cạnh rôto, khe hở mặt đầu mà chưa xét đến ảnh hưởng ba loại khe hở đến tổn thất lưu lượng áp suất máy thủy lực thể tích xyclơít ăn khớp ngồi