Nghiên cứu so sánh ảnh hưởng của cấu hình đến hiệu suất của hệ thống thủy lực nâng hạ cửa van - ThS. Nguyễn Hữu Tuấn

NGHIÊN CỨU SO SÁNH ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU HÌNH ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC NÂNG HẠ CỬA VAN THS NGUYỄN HỮU TUẤN Trường Đại học Thủy lợi, Email: tuanNH@wru.vn Tóm tắt: Trong tình hình giá dầu tăng cao nay, việc nâng cao hiệu suất hệ thống truyền động thủy lực trở lên cấp thiết Rõ ràng muốn hiệu suất hệ thống cao hiệu suất phần tử cấu hình phải cao Báo cáo trình bày kết nghiên cứu so sánh hiệu suất cho cấu hình hợp lý làm tăng đáng kể hiệu suất hệ thống Abstract: In the sky-rocketting oil price as it is of now, to increase the hydraulic system efficiency has became an important question It is clear that hight system efficiency can be achieved if the component efficiencies one hight This study however proves that system configuration can be important method to increase the system efficiency Đặt vấn đề Hệ thống truyền động thuỷ lực làm việc dựa nguyên lý thuỷ lực thể tích Mơi trường làm việc chất lỏng Sau chất lỏng khỏi bơm dẫn qua đường ống áp lực, qua van điều khiển, đến phận công tác nhằm thực chức hoạt động phận chấp hành Trước người ta quan tâm đến áp suất truyền động để hệ thống làm việc Nói cách khác, hệ thống truyền động thủy lực tổng hợp tính toán chủ yếu dựa yêu cầu chức công nghệ hệ thống phải đảm nhiệm Nhưng người ta nhận hiệu suất truyền động thông số kỹ thuật quan trọng, nhằm nâng cao chất lượng truyền động hệ thống, độ tin cậy thiết bị, giảm tiêu hao lượng, giảm nhiệt cho chất lỏng, mang lại hiêu kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Vì nâng cao hiệu suất hệ thống truyền động hướng nghiên cứu đáng quan tâm Bài báo tác giả trình bày phương pháp nghiên cứu so sánh ảnh hưởng cấu hình đến hiệu suất hệ thng nõng h ca van Dẫn động Động điện (Động đốt trong) Điều khiển Bơm T.lực Năng lượng điện (Năng lượng nhiệt) Năng lượng khí Chấp hành Tải Xi lanh Động Vật chuyển động Van đ/khiển thủy lực Năng lượng học Năng lượng thủy lực Năng lượng khí Hỡnh S truyn nng lượng mạch thủy lực Hiệu suất hệ thống thủy lực thấp thiết kế hệ thống phần tử không kỹ thuật Nhiều tiến đạt thập niên trước, làm cải thiện hiệu phần tử Tuy vậy, quan trọng hệ thống thủy lực phận tích hợp với tạo thành hệ thống phải có chất lượng cao kết hợp với để thỏa mãn yêu cầu tải trọng Có nhiều phương pháp kết hợp phần tử với để tạo thành hệ thống thực chức Ví dụ cần thiết kế hệ thống truyền động thực chuyển động quay có số vịng quay điều chỉnh được, thực phương pháp sau: Một máy bơm có lưu lượng điều chỉnh môtơ không điều chỉnh (hình 2a); bơm cố định mơtơ điều chỉnh (hình 2b); bơm mơtơ cố định dùng van tiết lưu để điều chỉnh tốc độ quay mơtơ (hình 2c) Tuy nhiên, dù hiệu suất bơm mơtơ hiệu suất hệ thống tạo thành (3 hệ thống trên) lại khác Có nghĩa là: Cấu hình hệ thống yếu tố quan trọng đảm bảo hiệu suất hệ thống cao hay thp Tiết lưu Bơm Môtơ Bơm Môtơ Bơm Môtơ Van trµn (a) (b) (c) Hình Hệ thống truyền động thủy lực chuyển động quay điều chỉnh Ứng dụng so sánh Như trình bày trên, thiết kế hệ thống thường người ta quan tâm đến thỏa mãn chức công nghệ mà hệ thống phải đảm nhiệm, khía cạnh hiệu suất ý đến Điều chấp nhận hệ thống làm việc khơng liên tục Ví dụ, hệ thống thí nghiệm phịng thí nghiệm, hoạt động có sinh viên làm thí nghiệm Tuy nhiên với hệ thống truyền động thủy lực làm việc công nghiệp, tùy theo nhu cầu, hệ thống làm việc ca, ca, ca chí 24h/24h ngày Trong trường hợp nâng cao hiệu suất hệ thống xem yêu cầu bắt buộc Một mặt hiệu suất cao tiết kiệm lượng đầu vào làm giảm giá thành vận hành hệ thống, mặt khác lượng nhiệt làm nóng dầu giảm làm cho vấn đề làm mát hệ thống trở lên đơn giản Bài báo chọn đối tượng nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực nâng hạ cửa van Việc chọn nguồn có cấu hình khác áp dụng cho hệ thống làm bật tính ưu việt phương pháp, qua giúp người sử dụng có sở để giải trường hợp cụ thể 2.1 Mơ tả sơ đồ nguyên lý hệ thống Giả sử có nhu cầu tính tốn thiết kế hệ thống nâng hạ cửa van dẫn động thủy lực, đó: Hành trình nâng thực chất lỏng, hành trình hạ piston tự thực Hành trình nâng bao gồm: Nâng chậm với hành trình S1, thời gian t1, áp suất p1; tăng tốc độ với thời gian nâng tương ứng t2, với áp suất p2, hành trình nâng S2; cuối trì lực thời gian t3; piston tự lùi tự trọng thời gian t4, hết hành trình S=S1+S2 vị trí ban đầu Như vậy, chu trình t=t1+t2+t3+t4) Các thông số hệ thống ghi bảng Bảng Các thông số hệ thống đóng mở cửa van Tên đại lượng Ký hiệu Đường kính xi lanh Giá trị Đơn vị D 200 mm S = S1 + S2 5600 mm Hành trình tiến chậm S1 1000 mm Áp suất hành trình tiến chậm p1 200 bar Hành trình tiến nhanh S2 4600 mm Áp suất hành trình nhanh p2 150 bar Thời gian tiến chậm t1 120 s Thời gian tiến nhanh t2 276 s Thời gian giữ t3 120 s Thời gian hạ t4 336 s t = t1 + t2 + t3 + t4 852 s Tổng hành trình Tổng thời gian chu kỳ Diện tích hình vành khuyên A 0,016 m2 2.2 Phương án 1: Cấu hình truyền thống có nguồn bơm cố định Tíi hƯ thèng pb Qb Hình Hệ thống sử dụng bơm cố định Tổng áp lực thực tế nâng hành trình chậm hành trình nhanh là: P1  p1 A  320(kN ) ; P2  p A  240,3( KN ) a Công tiêu hao theo sơ đồ (Để đơn giản tính tốn, ta bỏ qua tổn thất đường ống qua phần tử): Công để di chuyển chu trình là: O  P1 S1  P2 S  14,2.10 ( Nm) b Năng lượng cấp từ bơm trình làm việc sau: Năng lượng cung cấp chu trình là: I  p1 Q2 t1  p Q2 (t  t )  22,4.10 ( Nm) Tóm lại, hiệu suất toàn hệ thống là:  O 14,2.10  100%  64(%) I 22,4.10 (1) Nhận xét: Như cấu hình thỏa mãn chức công nghệ hiệu suất hệ thống thấp Cấu hình áp dụng hệ thống làm việc với thời gian ngắn hoạt động Nếu thời gian làm việc hệ thống đáng kể chi phí hoạt động tăng cao 2.3 Phương án 2: Có nguồn sử dụng nhiều máy bơm Cấu hình hệ thống gồm: 1- Các máy bơm (1 bơm áp suất thấp, lưu lượng cao (I), bơm áp suất cao, lưu lượng thấp (II)) Tíi hƯ thèng Q1 Q2 Hình Hệ thống sử dụng nhiều máy bơm Hệ thống làm việc sau: Khi van phân phối nối điện hệ thống làm việc Ở hành trình nâng chậm, áp suất yêu cầu lớn, bơm (II) cung cấp dầu cho hệ thống Đến hành trình nâng nhanh, áp suất  150bar hai bơm (I) (II) cung cấp lưu lượng để tăng tốc piston Đến hành trình giữ piston hết hành trình tăng tốc, áp suất vượt 150bar, máy bơm (I) xả không tải bể dầu, máy bơm (II) tiếp tục cung cấp dầu cho hệ thống Với trình hoạt động trên, ta tính lượng cung cấp từ bơm chu trình làm việc sau: I '  p1 Q1 t1  p Q2 (t  t )  19,2.10 ( Nm) Tóm lại, hiệu suất tồn hệ thống là: ' O 14,2.10  100%  75(%) I ' 19,2.10 (2) Nhận xét: Từ (1) (2) thấy: Rõ ràng việc sử dụng hai máy bơm làm cho hiệu suất hệ thống tăng lên 15% so với cấu hình truyền thống, chức cơng nghệ hồn tồn đáp ứng theo u cầu Nhưng phương án có nhược điểm ta phải dùng hai máy bơm liền trục hai máy bơm riêng rẽ làm cho giá thành đầu tư ban đầu cao Trong thực tế, cấu hình ngày sử dụng rộng rãi Kết luận Với yêu cầu làm việc mạch với cấu hình khác có hiệu suất khác Bài báo rõ, quan tâm đến chức cơng nghệ mà hệ thống đảm nhiệm, cịn phải quan tâm đến hiệu suất hệ thống để tiết kiệm lượng, giảm giá thành vận hành, giảm nhiệt độ dầu Thực tế cho thấy, có cấu hình cho hiệu suất cao khoảng 10 lần so với cấu hình hệ thống truyền thống Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Hữu Tuấn, 2008, Nghiên cứu sơ đồ hệ thống thủy lực đóng mở cửa van tải trọng lớn, Báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở 2008 [2] Nguyễn Đăng cường nnk, 2003, Máy nâng chuyển thiết bị cửa van, Nhà xuất xây dựng Hà Nội [3] Nguyễn Ngọc Phương, 2000, Hệ thống điều khiển thủy lực, Nhà xuất giáo dục [4] Michael J.Pinches and John G.Ashby, 1989, Power Hydraulics, Prentice Hall International (UK) Ltd [5] Merritt, H.E, 1967, Hydraulic Control Systems, Wiley, New York [6] Japanese Standards, 1993, Technical Standards for Gates and Penstock, Japanese Hydraulic Gate and Penstocks Association