Luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của bơm chìm hướng trục ở việt nam (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC VÀ KẾT CẤU CỦA BỘ PHẬN HƯỚNG DÕNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA BƠM CHÌM HƯỚNG TRỤC Ở VIỆT NAM Chuyênngành :KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mãsố: 62520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Côngtrìnhđượchoànthànhtại: BộmônVậtlý Tin học Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học HÀ NỘI - 2016 Bách khoa Hà N Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: HD1 GS TS NGUYỄN THẾ MỊCH HD2 PGS.TS NGUYỄN VĂN BÀY Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … … ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN PGS.TS Nguyễn Văn Bày, ThS Nguyễn Minh Tuấn (2014) Nghiên cứu thực nghiệm thiết kế máy bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu nông nghiệp chống úng ngập đô thị.Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 12/2014 GS.TS Nguyễn Thế Mịch, PGS.TS Nguyễn Văn Bày, ThS Nguyễn Minh Tuấn (2015) Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng số cánh hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đến đặc tính lượng bơm phần mềm mô Kỷ yếu Hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí lần năm 2015 MSc Tuan Nguyen Minh, Prof.Dr Mich Nguyen The, Assoc.Prof.Dr Bay Nguyen Van (2016) A study and evaluation of a vertical axial flow submersimble pump’s angle of the diffuser cone on it’s energy characteristics by simulation software VietNam Mechanical Engineering Journal N0 5/2016 ThS Nguyễn Minh Tuấn, GS.TS Nguyễn Thế Mịch, PGS.TS Nguyễn Văn Bày (2016) Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng hệ số tỷ tốc máy bơm chìm hướng trục đứng đến đặc tính lượng bơm phần mềm mô Tạp chí khí số 5/2016 Lời mở đầu Lý chọn đề tài Việt Nam nước có nông nghiệp truyền thống, đến nay, vươn lên đứng thứ giới xuất gạo Kinh tế nông nghiệp xem yếu tố chủ đạo để phát triển đất nước Vấn đề ứng dụng thiết bị điện phục vụ sản xuất nông nghiệp quan tâm, đó, có tổ máy bơm nói chung máy bơm chìm nói riêng phục vụ công tác tưới tiêu, chống hạn chống úng ngập Các sản phẩm máy bơm chìm – động điện chìm Việt Nam dừng lại dạng sản phẩm đề tài nghiên cứu dự án sản xuất thử nghiệm, chưa có đơn vị thực sâu nghiên cứu vấn đề máy bơm chìm Xuất phát từ nhu cầu thực sản xuất đời sống máy bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu nông nghiệp chống úng ngập, đề tài cho luận án tiến sỹ kỹ thuật đề xuất ” Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số kích thước kết cấu phận hướng dòng đến hiệu suất bơm chìm hướng trục Việt Nam” nhằm góp phần bước phát triển sản phẩm máy bơm chìm – động điện chìm Việt Nam thiết kế, chế tạo Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: Đóng góp cho khoa học chuyên ngành phương pháp tính toán, thiết kế phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với thay đổi thông số hình học, kết cấu bơm cung cấp sở khoa học công tác thiết kế, lựa chọn góc loe hợp lý phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với số vòng quay đặc trưng thông dụng số cánh hướng dòng điển hình Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng góc loe bầu phận hướng dòng với trị số số vòng quay đặc trưng thông dụng số cánh hướng dòng điển hình bơm chìm hướng trục Phương pháp nghiên cứu Kết hợp tính toán lý thuyết, thực nghiệm dùng phần mềm mô để nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng trị số góc loe phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đến hiệu suất bơm với trị số số vòng quay đặc trưng thông dụng số cánh hướng dòng điển hình bơm sử dụng Việt nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn a) Về lý thuyết: Đánh giá ảnh hưởng trị số góc loe bầu phận hướng dòng máy bơm hướng trục đến hiệu suất bơm, từ đó, xác định phương pháp tính toán, thiết kế cho phận hướng dòng, nhằm nâng cao hiệu suất máy bơm chìm hướng trục b) Về thực tiễn: Cung cấp cho nhà thiết kế thông tin cần thiết, sở đó, lựa chọn thông số hình học ( góc loe bầu cánh hướng dòng) hợp lý thiết kế phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục Cấu trúc luận án Nội dung luận án trình bày sau: Chương Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sử dụng máy bơm chìm giới Việt Nam; Chương Cơ sở lý thuyết dòng chảy bơm hướng trục ảnh hưởng thông số kích thước, kết cấu phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục; Chương Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng thông số kích thước, kết cấu phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm hướng trục chìm mô số; Chương Nghiên cứu thực nghiệm mô hình máy bơm chìm hướng trục Kết đạt bàn luận phần kết luận kiến nghị Chương Tổng quan 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng máy bơm chìm giới Việt Nam 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo v sử dụng máy bơm chìm giới 1.1.1.1 Tình hình thiết kế, chế tạo v sử dụng máy bơm chìm giới Máy bơm chìm - động điện chìm ý đầu tư nghiên cứu từ năm 1920-1930 đạt kết tốt vào năm 1940–1950 phục vụ cho nhiều nhu cầu mục đích khác nhau: tưới tiêu nông nghiệp, bơm nước thải cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt Ngày nay, máy bơm chìm – động điện chìm đa dạng, công suất N = 0,1–5.000 kW, cột áp H=1-500m, lưu lượng Q = 0,1-30.000 m3/h Như vậy, thấy rằng, để phát triển đến ngày nay, vấn đề máy bơm chìm nói chung, máy bơm chìm hướng trục nói riêng với yếu tố ảnh hưởng thông số kỹ thuật phận hướng dòng máy bơm vấn đề nước Tuy nhiên, kết nghiên cứu không công bố rộng rãi chi tiết, đó, phạm vi sử dụng, phương pháp tính toán, lựa chọn kết cấu hợp lý phận hướng dòng với góc loe lớn bí hãng chế tạo máy bơm chìm quốc gia giới 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chìm Việt Nam Ở Việt Nam, Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương, Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Trường Đại học thủy lợi Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Nghiên cứu khí, Tổng Công ty điện - xây dựng nông nghiệp thủy lợi đơn vị quan tâm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sản xuất máy bơm, nhiên, sản phẩm máy bơm chủ yếu loại máy bơm truyền thống (máy bơm hướng trục, máy bơm ly tâm, máy bơm hỗn lưu) sử dụng động điện thông thường Các tổ máy bơm chìm - động điện chìm đơn vị chuyên ngành nước nêu bước đầu quan tâm nghiên cứu từ đầu năm 2000 Tuy nhiên, dừng lại mức độ sản phẩm thử nghiệm đề tài nghiên cứu dự án sản xuất thử nghiệm Chưa có công trình khoa học nước nghiên cứu chuyên sâu ảnh hưởng kết cấu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục đến hiệu suất máy bơm 1.2 Kết luận chương - Vấn đề thiết kế, chế tạo sử dụng máy bơm chìm nói chung máy bơm chìm hướng trục nói riêng nước giới quan tâm từ năm 1920 - Nghiên cứu ảnh hưởng thông số kích thước, kết cấu phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trụcvới góc loe lớn không trường đại học, viện nghiên cứu hãng sản xuất bơm giới Tuy nhiên, thuộc bí hãng sản xuất, đơn vị nghiên cứu, đó, không công bố rộng rãi công luận - Có nhiều phần mềm chuyên dụng sử dụng để mô dòng chảy bơm, nhiên, thấy hầu hết phần mềm dựa công cụ CFD để thực việc mô mỏng với thuật toán tương tự dựa vào công thức toán học Navia – Stốc - Việt Nam bước đầu quan tâm nghiên cứu máy bơm chìm từ năm 2.000 Chưa có sở lý thuyết cho việc tính toán, thiết kế hệ thống dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có phận hướng dòng Chương Cơ sở lý thuyết dòng chảy bơm hướng trục ảnh hưởng thông số k ch thước, kết cấu phận hướng dòng đến hiệu suấtcủa máy bơm chìm hướng trục 2.1 Cơ sở lý thuyết dòng chảy máy bơm hướng trục bơm chìm hướng trục 2.1.1 Cơ sở lý thuyết dòng chảy máy bơm hướng trục 2.1.2 Cơ sở lý thuyết dòng chảy máy bơm chìm hướng trục 2.1.2.1 Xây dường đường dòng đẳng tốc phần dẫn dòng bơm chìm hướng trục 2.1.2.2 Xây dựng đường dòng đẳng phần dẫn dòng bơm hướng trục 2.1.3 Phương pháp dòng chi u thiết kế lưới cánh hướng dạng côn 2.2 Cơ sở lý thuyết t nh toán lưới profin bơm hướng trục 2.2.1 Cơ sở lý thuyết t nh toán lưới profin 2.3 Lý thuyết hiệu suất máy bơm vấn đề tổn thất bơm hướng trục 2.3.1 Lý thuyết v tính toán hiệu suất máy bơm hướng trục 2.3.2 Các tổn thất máy bơm hướng trục Tổn thất máy bơm nói chung máy bơm hướng trục phân làm loại: tổn thất thuỷ lực, tổn thất lưu lượng tổn thất khí Mỗi loại tổn thất đánh giá hiệu suất tương ứng a) Tổn thất khí:   , 96  , 98 b) Tổn thất lưu lượng:  ll  , 97  , 99 c) Tổn thất hiệu suất thuỷ lực bơm hướng trục (ηtl) Yếu tố mang tính định đến hiệu suất toàn phần máy bơm hướng trục tổn thất thủy lực (hiệu suất thủy lực) Đối với máy bơm hướng trục,  = (0,85  0,95) Tổn thất thủy lực máy bơm hướng trục: Σhw = (5-15)%Hlt (2.1) Để đơn giản, đặt: k1 = (5-15)% = (0,05-0,15), nghĩa là: Σhw = k1 Hlt (2.2) Trong đó: + Hlt - Cột áp lý thuyết bơm (m) Theo kinh nghiệm nên lấy: Hlt = (1,07 – 1,1)Htk = k2Htk (2.3) Ở đây: Htk – Cột áp thiết kế (m) Đặt: k2 = (1,07-1,1) – Hệ số cột áp lý thuyết Kết hợp hai biểu thức (2.2) (2.3), ta có tổn thất cột áp (hay tổn thất thủy lực) bơm hướng trục thông thường là: Σhw = k1 k2.Htk (2.4) 2.4 Lý thuyết tính toán hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Về mặt lý thuyết, máy bơm chìm hướng trục tồn loại tổn thất máy bơm hướng trục thông thường Ngoài giá trị tổn thất máy bơm hướng trục thông thường, máy bơm chìm hướng trục phải kể đến tổn thất cục góc loe lớn γloe bầu phận hướng dòng (ký hiệu tổn thất hγloe) Trong máy bơm chìm hướng trục, tổn thất thủy lực xác định công thức (2.5): ΔH = Σhw + hγloe (2.5) Trong đó: Σhw – Tổng tổn thất thủy lực tính bơm hướng trục thông thường (m) (không tính đến tổn thất góc loe phận hướng dòng) ck tl Mô hình tính toán lý thuyết tổn thất cột áp cho trường hợp ống mở dần dùng cho trường hợp máy bơm chìm hướng trục có tính gần Do đó, cần thông qua mô số phần mềm chuyên dụng thí nghiệm mô hình hệ thống thí nghiệm cho trường hợp tương ứng với trường hợp tính toán lý thuyết Hình 2.1 Kết cấu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục máy bơm hướng trục thông thường 2.4.1 Nghiên cứu nguyên nhân gây tổn thất thủy lực v lý thuyết tính toán tổn thất thủy lực phần loe Để đánh giá ảnh hưởng góc loe đến tổn thất thủy lực thường sử dụng hệ số sau: - Hệ số cản toàn phần:   g  h1 v (2.55); Δh1 – tổn thất phần loe - Hệ số tổn thất φ phần loe, theo Boocda – Kano   g  h1 (v1  v ) phép xác định hệ số cản loe ξ với phụ thuộc vào độ mở f2/f1 = s, Giá trị φ cho    (  ) s 2.4.2 Lý thuyết tính toán tổn thất cột áp ảnh hưởng góc loe γloe phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục Xây dựng sơ đồ tính toán tổn thất thủy lực cho hệ thống dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng dòng (γloe) theo hình (2.2) Hình 2.2 Sơ đồ tính toán tổn thất thủy lực qua hệ thống dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng mở dần γloe (1 Buồng bánh công tác, Bánh công tác, Bộ phận hướng dòng, Tổn thất thủy lực trường hợp phận hướng dòng có góc loe γloe : h  loe  k  loe (V  V ) (2.6) 2g Tổn thất cột áp (tổn thất thủy lực) máy bơm chìm hướng trục:  H =  h w + h  loe = k k H tk  k  loe (V  V ) (2.7) 2g 2.4.3 Hiệu suất thủy lực máy bơm chìm hướng trục Tổn thất thủy lực máy bơm chìm hướng trục xác định theo công thức (2.8):  tl  H lt  H H lt 1 H H lt (2.8) Biến đổi thay giá trị tương ứng tính toán vào (2.9) ta có:  tl   k  0,011  1,22 loe (V  V ) gk H (2.9) tk 2.4.4 Hiệu suất to n phần máy bơm chìm hướng trục Hiệu suất toàn phần (sau gọi hiệu suất máy bơm chìm hướng trục):  b   ck  ll  tl   ck  ll (  k  0,011  1,22 loe (V  V ) gk H ) (2.10) Biến đổi theo số vòng quay đặc trưng, ta có mối quan hệ hiệu suất bơm với góc loe γloe ns Thay (2.10) vào biểu thức (2.9) biến đổi ta có:  b   ck  ll  tl   ck  ll (  k  10 -4  1,22 loe (V  V ) k2 tk ns n Q tt ) (2.11) Từ biểu thức trên, cho phép tính toán sơ ban đầu hiệu suất bơm chìm hướng trục 2.5 Ứng dụng kết nghiên cứu lý thuyết để t nh toán hiệu suất máy bơm chìm hướng trục 2.5.1 Tính toán hiệu suất máy bơm chìm hướng trục ảnh hưởng góc loe phận hướng dòng Trong phạm vi luận án này, tác giả trình bày tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm hướng trục điểm thiết kế (áp dụng tương tự điểm khảo sát khác cần) có thông số kỹ thuật ban đầu sau: Công suất động điện chìm: N=55kW, số vòng quay: n = 590 v/ph, lưu lượng tính toán: Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3m Số vòng quay đặc trưng máy bơm chìm là: ns = 916 Theo công thức (2.11), để xác định hiệu suất tính toán lý thuyết, với trường hợp góc loe, cần xác định kích thước,kết cấu cụ thể phận hướng dòng bơm chìm hướng trục Kết cho trường hợp góc loe trình bày bảng 2.4 Bảng 2.4 Kết tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm hướng trục với góc loe phận hướng dòng khác Trong đó, kích thước trường hợp góc loe xác định theo hình vẽ kết cấu thống kê bảng 2.5 Bảng 2.5 Các kích thước phận hướng dòng với trường hợp góc loe Từ số liệu bảng 2.5, xây dựng đường quan hệ theo tính toán lý thuyết hiệu suất bơm góc loe cánh hướng dòng Hình 2.19 Mối quan hệ ηb = f (γloe ) xác định theo tính toán lý thuyết 2.5.2 Tính toán hiệu suất máy bơm chìm hướng trục ảnh hưởng số vòng quay đặc trưng trường hợp trị số góc loe phận hướng dòng Trong phạm vi luận án, tác giả trình bày tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm điểm thiết kế với 05 trường hợp số vòng quay đặc trưng thông dụng là: n s = 600, 900, 1.000, 1.200 1.400 với thông số kỹ thuật ban đầu sau: a) Trường hợp ns = 600: d) Trường hợp ns = 1.200: + Công suất động điện chìm: + Công suất động điện chìm: N=55kW, N=55kW, + Số vòng quay: n = 590 v/ph, + Số vòng quay: n = 1450 v/ph, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 2.600m /h, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 2.300m3/h, + Cột nước thiết kế: Htk = 4,5m + Cột nước thiết kế: Htk = 5,0m b) Trường hợp ns = 900: e) Trường hợp ns = 1.400: + Công suất động điện chìm: + Công suất động điện chìm: N=55kW, N=55kW, + Số vòng quay: n = 590 v/ph, + Số vòng quay: n = 1450 v/ph, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 3.300m /h, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 2.400m3/h, + Cột nước thiết kế: Htk = 3,0m + Cột nước thiết kế: Htk = 4,5m c) Trường hợp ns = 1.000: Xét trường hợp nêu + Công suất động điện chìm: trị số góc loe phận hướng dòng γloe = 420 Kết tính toán trình bày bảng 2.6 N=55kW, + Số vòng quay: n = 590 v/ph, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 3.980m3/h, + Cột nước thiết kế: Htk = 2,95m Bảng 2.6 Kết tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm hương trục với trường hợp ns khác Từ kết bảng 2.3, tiến hành xây dựng đường quan hệ lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm số vòng quay đặc trưng (hình 32) Hình 2.32 Mối quan hệ ηb = f (ns) 2.6 Kết luận chương Luận án giới thiệu phương pháp tính toán tổn thất bơm hướng trục thông thường, đặc biệt, tổn thất thủy lực bơm Đã trình bày sở lý thuyết phương pháp tính toán tổn thất thủy lực trường hợp ống loe mở dần Trên sở đó, áp dụng cho nghiên cứu, xác định loại tổn thất máy bơm chìm hướng trục, có xét ảnh hưởng thông số kích thước, kết cấu góc loe phận hướng dòng γloe Đã đưa công thức lý thuyết chung xác định ảnh hưởng trị số góc loe phận hướng dòng γloe số vòng quay đặc trưng ns đến hiệu suất máy bơm e) Mô dòng chảy qua phần dẫn dòng với số vòng quay đặc trưng ns = 1.400 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.7 Máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng cao ns = 1.400, hiệu suất máy bơm giảm nhanh chóng, mô số Hình 3.7 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm trường hợp cho kết có ns = 1.400 ηb,5 =55% Kết luận : Kết phân tích mô phỏng, cho thấy, với giá trị số số vòng quay đặc trưng vừa nhỏ ns ≤1.000, hiệu suất bơm không thay đổi nhiểu bơm hướng trục chìm có số vòng quay đặc trưng khác hiệu suất đạt ηb>70% Luận án lựa chọn giá trị phổ dụng ns = 900 để khảo sát trường hợp 3.2.2 Khảo sát đánh giá ảnh hưởng số cánh đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Để xem xét ảnh hưởng số cánh (lá cánh bánh công tác cánh hướng dòng) đến hiệu suất máy bơm Luận án sử dụng tổ máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng ns = 900 có thông số kỹ thuật cụ thể sau: N = 55kW, Htk = 3m, Qtt = 3.300m3/h, n = 590v/ph (γloe = 420 = const) để khảo sát a) Trường hợp 1: Số cánh bánh công tác Z1 = 3, số cánh hướng dòng Z2 =8 Hình 3.8 Kết cấu phần dẫn dòng Z1 =3, Z2 = Hình 3.9 Phân bố trường vận tốc dòng chảy (từ tiết diện gốc đến tiết diện biên) hệ thống cánh máy bơm chìm có Z1 =3, Z2 = 10 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.10 Với trường hợp này, hiệu suất thủy lực máy bơm điểm thiết kế (Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3m), qua mô số, hiệu suất đạt ηb ≈ 72,5% Hình 3.10 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =3, Z2 = b) Trường hợp 2: Cũng với thông số máy bơm trường hợp 1, số cánh bánh công tác Z1 = 4, số cánh hướng dòng Z2 =5 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.11 Qua mô số hình 3.11, máy bơm chìm hướng trục có mẫu cánh với Z1 = 4; Z2 = 5, hiệu suất đạt ηb ≈ 73% điểm Qtt = 3.300m /h, Htk = 3,0m Hình 3.11 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =4, Z2 = c) Trường hợp 3: Giữa nguyên số cánh bánh công tác Z1 = 4, số cánh hướng dòng Z2 =7 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.12 Từ kết mô phềm mềm chuyên dụng Pumpal, cho thấy máy bơm chìm hướng trục có mẫu cánh với Z1 = 4; Z2 = 7, hiệu suất đạt ηb ≈ 73,5% điểm Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,0m (hình 3.12) Hình 3.12 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =4, Z2 = d) Trường hợp 4: Giữa nguyên số cánh bánh công tác Z1 = 4, số cánh hướng dòng Z2 =9 11 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.13 Từ kết mô phềm mềm chuyên dụng Pumpal, hiệu suất máy bơm qua mô số điểm thiết kế Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,3m đạt ηb ≈ 73% e) Trường hợp 5: Giữa nguyên số cánh bánh công tác Z1 = 2, số cánh hướng dòng Z2 = Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.14 Hiệu suất máy bơm thông qua mô số điểm thiết kế Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,3m đạt ηb ≈ 65% Hình 3.13 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =4, Z2 = Hình 3.14 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =2, Z2 = Kết luận: Thông qua kết mô trường hợp với số cánh khác nhau, ta thấy, thay đổi số cánh không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Do đó, phạm vi luận án, tác giả lựa chọn số cánh Z = 4, Z2 =5 để nghiên cứu vấn đề 3.2.3 Mô dòng chảy máy bơm chìm hướng trục phần m m mô số với ảnh hưởng góc loe phận hướng dòng đến đặc tính lượng bơm Trong phạm vi luận án, tác giả sử dụng phần mềm Pumpal để mô dòng chảy máy bơm chìm hướng trục với trị số góc loe sau: γ loe,1 = 760; γloe,2 =600, γloe,3 = 420, γloe,4 = 300 γloe,5 = 200 Ngoài ra, để đánh giá chênh lệch hiệu suất bơm máy bơm chìm hướng trục máy bơm hướng trục thông thường, luận án mô cho trường hợp góc loe phận hướng dòng độ (γloe,6 = 00) Kết mô trình bày cụ thể a) Trường hợp 1: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,1 = 760 12 Hình 3.15 Kết cấu hệ thống cánh máy bơm chìm có góc loe cánh hướng γloe,1 = 760 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.17 Hiệu suất máy bơm thông qua mô số điểm thiết kế trường hợp đạt trị số ηb,1 ≈ 50% Hình 3.16 Phân bố trường vận tốc dòng chảy (từ tiết diện gốc đến tiết diện biên) hệ thống cánh máy bơm chìm góc loe γloe,1 = 760 Hình 3.17 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,1 = 760 b) Trường hợp 2: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,2 = 600 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.18 Hiệu suất bơm trường hợp đạt trị số ηb,2 ≈ 62% Hình 3.18 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,2 = 600 c) Trường hợp 3: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,3 = 420 Đây trường hợp phần nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng số cánh hướng dòng đến hiệu suất máy bơm trình bày phần trên, hiệu suất đạt ηb,3 ≈ 73% điểm Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,0m 13 d) Trường hợp 4: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,4 = 300 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.19 Trong trường hợp này, hiệu suất máy bơm tăng lên nhiều so với trường hợp trên, hiệu suất bơm theo mô số đạt ηb,4 ≈ 76% Hình 3.19 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,4 = 300 e) Trường hợp 5: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,5 = 200 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.20 Trong trường hợp này, hiệu suất máy bơm tăng lên nhiều so với trường hợp trên, hiệu suất bơm theo mô số đạt ηb,5 ≈ 79% Hình 3.20 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,5 = 200 f) Trường hợp 6: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,6 = 00 Hình 3.21 Kết cấu hệ thống cánh máy bơm chìm có góc loe cánh hướng γloe,5 = 00 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hướng trục trình bày hình 3.23 Trong trường hợp này, hiệu suất máy bơm tăng lên nhiều so với trường hợp trên, hiệu suất bơm theo mô số đạt ηb,6 ≈ 81% 14 Hình 3.22 Phân bố trường vận tốc dòng chảy (từ tiết diện gốc đến tiết diện biên) hệ thống cánh có γloe,6 = 00 Giữa kết mô số kết theo tính toán lý thuyết nhận định khả ảnh hưởng góc loe phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm tương đương Điều cho phép khẳng định tính đắn độ tin cậy sở lý thuyết tính toán hiệu suất Hình 3.23 Đường cong hiệu suất máy bơm chìm máy bơm chìm hướng trục có góc loe γloe,6 = 00 với ảnh hưởng góc loe γloe Chương IV: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý máy bơm chìm hướng trục 4.1 Giới thiệu hệ thống thử nghiệm máy bơm Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 4.1.1 Các hệ thống thử nghiệm máy bơm có Việt Nam 4.1.2 Giới thiệu chung v hệ thống thử nghiệm máy bơm Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương Để nghiên cứu thực nghiệm máy bơm chìm hướng trục cần có hệ thống thí nghiệm máy bơm đáp ứng yêu cầu độ tin cậy, xác, đại thuận tiện cho việc theo tác, chỉnh lý số liệu Với mục tiêu đó, luận án lựa chọn hệ thống thí nghiệm máy bơm Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 4.2 Xác định sai số đo 4.3 Xây dựng quy trình thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục Quy trình thử nghiệm hệ thống thí nghiệm bơm Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương tuân theo quy trình thử nghiệm bơm hành Sơ đồ thử nghiệm trình bày hình 4.2 Hình 4.2 Sơ đồ lắp đặt tổng thể hệ thống thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 4.4 Vấn đề thiết bị đo hiệu chỉnh số liệu thử nghiệm 15 4.5 Tổng hợp kết thử nghiệm phân t ch đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm Do điều kiện thực tế, phạm vi luận án, tác giả lựa chọn số trường hợp mô hình bơm để thử nghiệm Các kết thử nghiệm hiển thị hình hệ thống máy tính chuyên dụng phòng điều hành trung tâm (hình 4.3) Hình 4.3 Hệ thống máy tính phòng điều hành trung tâm hệ thống Hình 4.2 Hệ thống thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục Công ty Cp chế tạo bơm thử nghiệm bơm Công ty CP Hải Dương chế tạo bơm Hải Dương 4.5.1 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng số vòng quay đặc trưng máy bơm chìm hướng trục 4.5.1 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng số vòng quay đặc trưng máy bơm chìm hướng trục Đề tài lựa chọn 03 mẫu bơm chìm hướng trục có trị số n s = 600, 900 1400 để thử nghiệm a) Thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng ns = 600 Kết thử nghiệm trình bày bảng 4.1 hình 4.4 Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 2.600-4,5 16 Hình 4.4 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục (ns = 600, γloe = 420) Từ kết thử nghiệm, với máy bơm chìm có ns = 600 đạt hiệu suất điểm thiết kế là: ηb = 71,34% b) Kết thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng n s = 900 Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật máy bơm chìm hướng trục (n s = 900) Hình 4.5 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3300-3 (ns = 900, γloe = 420) Hiệu suất bơm đạt điểm thiết kế là: ηb = 74,72% 17 c) Thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng n s = 1.400 Kết thử nghiệm phòng thí nghiệm trình bày bảng 4.3 hình 4.6 Bảng 4.3 Các thông số kỹ thuật máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 2.400-4,5 Hình 4.7 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục (ns = 1.400, γloe = 420) Hiệu suất máy bơm điểm tính toán đạt được: ηb = 55,2% Trên sở kết tính toán lý thuyết kết đo đạc thực nghiệm, ta xây dựng mối quan hệ hiệu suất đạt điểm thiết kế máy bơm chìm hướng trục ảnh hưởng số vòng quay đặc trưng ns: ηb = f(ns), đồ thị trình bày hình 4.8 Hình 4.8 Quan hệ ηb = f(ns) xác định thực nghiệm lý thuyết 4.5.2 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng số cánh bánh công tác, cánh hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Đề tài lựa chọn 02 mẫu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục để thử 18 nghiệm: Mẫu bơm chìm số có số cánh bánh công tác Z1 = 4, số cánh hướng dòng Z2 =5 mẫu bơm số có Z1 = 4, Z2 = a) Kết thí nghiệm mẫu máy bơm chìm hướng trục số có: Z1 = 4, Z2 = Kết đo đạc thông số kỹ thuật thử nghiệm cho trường hợp trường hợp máy bơm chìm hướng trục có ns = 900 Hiệu suất đạt được: ηb = 73,05% b) Kết thí nghiệm mẫu máy bơm chìm hướng trục số có: Z1 = 4, Z2 = Kết đo đạc thông số kỹ thuật thử nghiệm trình bày bảng 4.4 đường đặc tính hình 4.10 Bảng 4.4 Các thông số kỹ thuật máy bơm chìm hướng trục HTCĐ3.300-3 có Z1 =4, Z2 = Như vậy, hiệu suất bơm đạt trường hợp là: ηb = 71,374% Hình 4.9 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục ( Z1 = 4; Z2 = 7, ns = 900, γloe = 420) 4.5.2 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng góc loe γloe phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục Luận án lựa chọn mẫu Bảng 4.5 Các thông số kỹ thuật máy bơm chìm bơm có Z1 = 4, Z2 = để hướng trục góc γloe = 760 thử nghiệm trường hợp góc loe cánh hướng dòng khác Cụ thể, phạm vi luận án nghiên cứu 04 trị số góc loe sau: 19 a) Thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng dòng γloe = 760 Kết trình bày bảng 4.5 hình 4.10 Từ kết đo đạc, ta có, điểm thiết kế, máy bơm chìm HTCĐ3.300-3 đạt hiệu suất: ηb = 57,23% Hình 4.10 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục (γloe = 760, ns =900) b) Kết thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng dòng γloe = 600 Kết trình bày bảng 4.6 hình 4.11 Bảng 4.6 Các thông số kỹ thuật máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3.300-3 có góc loe cánh hướng dòng γloe = 600 Hình 4.11 Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục HTCĐ3.300-3 (γloe = 60 , ns =900) c) Thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng dòng γloe = 420 Kết đo đạc thông số kỹ thuật thử nghiệm ứng với trường hợp máy bơm chìm hướng trục có ns = 900 trình bày bảng 4.2 đường đặc tính hình 4.5 Hiệu suất bơm đạt là: ηb = 74,72% 20 d) Kết thử nghiệm máy Bảng 4.7 Các thông số kỹ thuật máy bơm chìm bơm hướng trục có góc loe hướng trục HTĐ 3.300-3 cánh hướng dòng γloe = 00 Kết trình bày bảng 4.7 hình 4.12 Máy bơm chìm hướng trục đứng HTĐ3.300-3 (góc γloe = 00) trường hợp đặc biệt máy bơm chìm hướng trục, trùng với kết cấu máy bơm hướng trục thông thường, hiệu suất máy bơm đạt được: ηb = 77,23% T m lại: So với kết tính toán lý thuyết mô nêu trên, ta nhận thấy kết đạt từ thực nghiệm có sai khác không nhiều Từ kết tính toán lý thuyết kết đo đạc thực nghiệm, ta xây dựng mối quan hệ Hình 4.12 Đường đặc tính máy bơm hướng trục đứng HTĐ3.300-3 (γloe = 00, ns =900) hiệu suất đạt điểm thiết kế máy bơm chìm hướng trục ảnh hưởng số vòng quay đặc trưng ns Mối quan hệ trình bày hình 4.13 4.6 Kết luận chương Trong chương 4, luận án tổng hợp kết thử nghiệm số mô hình vật lý hệ thống thí nghiệm máy bơm Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương So sánh kết đo đạc thu từ trình thử nghiệm cho thấy rằng, kết lý thuyết kết thực nghiệm sai khác nhiều Điều cho thấy rằng, lý thuyết đưa luận án hoàn toàn đắn xác Hình 4.13 Tổng hợp quan hệ ηb = f(γloe) xác định thực nghiệm lý thuyết 4.7 Kết bàn luận + Đề tài thử nghiệm phương án góc loe phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với trị số γloe = 00 (trường hợp ứng với máy bơm hướng trục 21 thông thường) trị số γloe, = 200 , 300, 420, 600 760 (ứng với máy bơm chìm hướng trục) Máy bơm nêu thử nghiệm với số vòng quay đặc trưng thông dụng (ns = 900) số cánh bánh công tác(Z1 = 4), số cánh hướng dòng đặc trưng, (Z2 = 5) Kết thử nghiệm đạt khẳng định, điều kiện nhau, máy bơm hướng trục thông thường có hiệu suất cao so với bơm chìm hướng trục Nên thiết kế phận hướng dòng bơm chìm hướng trục với góc loe γloe,max = 600 + Luận án thực cách nghiêm túc tuân thủ trình tự từ nghiên cứu lý thuyết đến thực nghiệm mô hình Thông qua sở lý thuyết để tìm hiểu chất vật lý tình hình dòng chảy hệ thống dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục sử dụng thực nghiệm để kiểm chứng độ xác kết lý có Kết đạt lý thuyết, mô thực nghiệm có chênh lệch không nhiều, điều chứng tỏ, phương pháp nghiên cứu luận án phù hợp xác Kết luận kiến nghị a) Kết luận chung + Những kết đạt Đề tài tổng hợp tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm sử dụng máy bơm chìm nói chung bơm chìm hướng trục nói riêng giới Việt nam Trên sở đó, xác định cần thiết phải nghiên cứu vấn đề luận án đề xuất với phạm vi, đối tượng, mục tiêu phương pháp nghiên cứu cụ thể Đã thu thập, phân tích tài liệu kỹ thuật cần thiết , giới thiệu sở lý thuyết tính toán profin cánh bánh công tác, cánh hướng dòng cách xác định tổn thất, hiệu suất với ảnh hưởng trị số góc loe phận hướng dòng, số vòng quay đặc trưng bơm hướng trục thông thường đề xuất ứng dụng cho máy bơm chìm hướng trục Sử dụng phần mềm mô thủy lực chuyên dụng (Pumpal hãng Concept Nrec – Mỹ) nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng thông số kích thước góc loe phận hướng dòng, số vòng quay đặc trưng số cánh hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Đã xây dựng quy trình thử nghiệm mô hình vật lý máy bơm chìm hướng trục hệ thống thử nghiệm máy bơm phòng thí nghiệm,tiến hành thử nghiệm số mô hình vật lý, đo đạc thông số kỹ thuật xây dựng đường cong quan hệ với đường đặc tính lượng máy bơm chìm hướng trục Đã đánh giá ảnh hưởng kích thước kết cấu phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục ảnh hưởng số vòng quay đặc trưng n s tới hiệu suất bơm Xác định trị số góc loe phận hướng dòng số vòng quay đặc trưng nên lựa chọn bơm chìm hướng trục, làm sở cho việc tính toán, thiết 22 kế bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu nông nghiệp nhu cầu khác Cụ thể sau: - Nên sử dụng loại máy bơm chìm hướng trục có góc loe phận hướng dòng γloe1000), nên sử dụng số vòng quay đặc trưng thấp trung bình (ns[...]... nhau và hiệu suất đều đạt ηb>70% Luận án lựa chọn giá trị phổ dụng ns = 900 để khảo sát các trường hợp tiếp theo 3.2.2 Khảo sát đánh giá sự ảnh hưởng của số lá cánh đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Để xem xét sự ảnh hưởng của số lá cánh (lá cánh bánh công tác và cánh hướng dòng) đến hiệu suất của máy bơm Luận án sử dụng tổ máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng ns = 900 có các thông số. .. - Đánh giá được sự ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng (γ loe), số vòng quay đặc trưng (ns), số lá cánh hướng dòng (Z2) đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục (ηb) + Những vấn đ cần tiếp tục nghiên cứu Luận án mới dừng lại ở việc đi sâu nghiên cứu sự ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng với góc loe γloe= 200, 300, 420, 600 và 760 trên cơ sở trị số số vòng quay đặc trưng... thực nghiệm và lý thuyết 4.5.2 Thử nghiệm xác định ảnh hưởng của số lá cánh bánh công tác, cánh hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Đề tài đã lựa chọn 02 mẫu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục để thử 18 nghiệm: Mẫu bơm chìm số 1 có số lá cánh bánh công tác Z1 = 4, số lá cánh hướng dòng Z2 =5 và mẫu bơm số 2 có Z1 = 4, Z2 = 7 a) Kết quả thí nghiệm mẫu máy bơm chìm hướng trục số 1 có: Z1... loe bộ phận hướng dòng, số vòng quay đặc trưng của bơm hướng trục thông thường và đề xuất ứng dụng cho máy bơm chìm hướng trục 3 Sử dụng phần mềm mô phỏng thủy lực chuyên dụng (Pumpal của hãng Concept Nrec – Mỹ) đã nghiên cứu, đánh giá được sự ảnh hưởng của thông số kích thước góc loe bộ phận hướng dòng, số vòng quay đặc trưng và số lá cánh hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục 4 Đã xây dựng... tin cậy của cơ sở lý thuyết nêu trên, tác giả đã tiến hành khảo sát, phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố góc loe bộ phận hướng dòng và số vòng quay đặc trưng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục bằng phần mềm Pumpal, dựa vào công cụ CFD 3.2 Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số k ch thước, kết cấu máy bơm chìm hướng trục 3 2.1 Mô phỏng dòng chảy trong máy bơm chìm hướng trục bằng... vậy, cần có những nghiên cứu chuyên sâu và rộng hơn nữa để đánh giá được đầy đủ về những ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất nói riêng và đặc tính năng lương nói chung của máy bơm chìm hướng trục b) Kiến nghị + Những kết quả đạt được của luận án cũng mới chỉ là những kết quả nghiên cứu ban đầu với một số thông số kích thước, kết cấu phổ dụng bộ phận hướng dòng của máy bơm chìm hướng trục Do đó, trong... hình vật lý máy bơm chìm hướng trục trên hệ thống thử nghiệm máy bơm trong phòng thí nghiệm ,tiến hành thử nghiệm một số mô hình vật lý, đo đạc các thông số kỹ thuật và xây dựng được các đường cong quan hệ với đường đặc tính năng lượng của máy bơm chìm hướng trục 5 Đã đánh giá được sự ảnh hưởng của kích thước và kết cấu bộ phận hướng dòng trong máy bơm chìm hướng trục và ảnh hưởng của số vòng quay đặc... với số lá cánh khác nhau, ta thấy, thay đổi số lá cánh không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Do đó, trong phạm vi luận án, tác giả lựa chọn số lá cánh Z 1 = 4, Z2 =5 để nghiên cứu các vấn đề tiếp theo 3.2.3 Mô phỏng dòng chảy trong máy bơm chìm hướng trục bằng phần m m mô phỏng số với sự ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng đến đặc tính năng lượng của bơm Trong phạm vi luận án, ... những nghiên cứu 23 tiếp theo chuyên sâu hơn cho từng yếu tố (góc loe bộ phận hướng dòng, độ mau lưới cánh , góc đặt cánh, khoản cách giữa mép ra của cánh bánh công tác và mép vào lá cánh hướng dòng và số vòng quay đặc trưng) của máy bơm chìm hướng trục để đánh giá chính xác, đầy đủ hơn sự ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất cũng như đặc tính năng lượng của bơm + Nhu cầu về máy bơm chìm nói chung, máy bơm. .. của các thông số: lưu lượng, cột áp, số vòng quay, số vòng quay đặc trưng và hiệu suất của bơm, trên cơ sở đó, tính toán hiệu suất của bơm khi biết các thông số nêu trên - Đã đề xuất được cách sử dụng vấn đề nghiên cứu tính toán tổn thất thủy lực trong ống loe cho việc đi sâu nghiên cứu tính toán tổn thất thủy lực trong bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đạt kết quả tốt - Đánh giá được sự ảnh ... sở lý thuyết dòng chảy bơm hướng trục ảnh hưởng thông số kích thước, kết cấu phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục; Chương Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng thông số kích thước, kết. .. giá ảnh hưởng số cánh đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Để xem xét ảnh hưởng số cánh (lá cánh bánh công tác cánh hướng dòng) đến hiệu suất máy bơm Luận án sử dụng tổ máy bơm chìm hướng trục. .. bơm chìm hướng trục có phận hướng dòng Chương Cơ sở lý thuyết dòng chảy bơm hướng trục ảnh hưởng thông số k ch thước, kết cấu phận hướng dòng đến hiệu suấtcủa máy bơm chìm hướng trục 2.1 Cơ sở