Nghiên cứu tính toán mô phỏng và khảo sát thiết kế vi bơm hướng trục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ THÀNH CÔNG Đỗ Thành Công KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT THIẾT KẾ VI BƠM HƯỚNG TRỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC (KỸ THUẬT) KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Thành Công NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT THIẾT KẾ VI BƠM HƯỚNG TRỤC Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS TRƯƠNG VIỆT ANH Hà Nội – Năm 2011 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 10 1.1 Tổng quan vi bơm 10 1.2 Vi bơm cánh dẫn 13 1.3 Vài nét nghiên cứu vi bơm nước 19 1.4 Hoạt động tim người .19 1.5 Vấn đề nghiên cứu .22 CHƯƠNG 2: 2.1 2.1.1 2.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VI BƠM HƯỚNG TRỤC 23 Cơ sở lý thuyết thiết kế 23 Các phương pháp thiết kế bơm hướng trục 23 Cơ sở lý thuyết phương pháp Vôzơnhexenski-Pêkin 26 2.3 Tính toán thiết kế phần dẫn dòng vi bơm hướng trục theo phương pháp Vôzơnhexenski-Pêkin 33 2.3.1 Xác định thông số vi bơm hướng trục 33 2.3.2 Tính độ mau tối thiểu cho phép [L/T] lưới cánh bánh công tác 36 2.3.3 Tính cung mỏng profin cánh bánh công tác 37 2.3.4 Tính cung tương đương profin cánh bánh công tác 38 2.3.5 Tính toán cánh hướng vi bơm hướng trục 39 2.3.6 Tính lưới cung mỏng cánh hướng 41 2.3.7 Tính cung tương đương profin cánh hướng 42 2.5 Ứng dụng SolidWorks xây dựng kết cấu dẫn dòng bơm hướng trục 43 2.6 Kết luận 48 1    CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG SỐ VI BƠM HƯỚNG TRỤC 49 3.1 CFD Máy thuỷ lực 49 3.2 Căn lí thuyết tính toán Ansys Fluent 52 3.3 Xây dựng mô hình tính toán mô Fluent 54 3.4 Kết mô 58 3.4.1 Đặc tính bơm mô 59 3.4.2 Ảnh hưởng khe hở thủy lực bánh công tác vỏ bơm: 66 3.4.3 Dòng chảy bơm: 68 3.4.4 Lực hướng trục tác dụng lên BCT trình hoạt động: 69 3.5 Ảnh hưởng độ nhớt tới dòng chảy bơm .70 3.6 Kết luận 73 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VI BƠM HƯỚNG TRỤC VỚI HIỆU CHỈNH L/T 74 4.1 Tính toán thiết kế xây dựng mô hình 74 4.2 Tính toán mô số kết .75 4.2.1 Xây dựng mô hình toán 75 4.2.2 Điều kiện biên thông số khảo sát 76 4.2.3 Kết mô 77 4.3 Xây dựng hệ thống thực nghiệm khảo cứu mô hình vi bơm hướng trục 91 4.3.1 Sơ đồ hệ thống, phương pháp thí nghiệm 91 4.3.2 Kết đo đạc đường đặc tính thực nghiệm vi bơm 95 4.3.3 Kết luận: 98 4.4 Kết luận 99 CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 102 Phụ lục chương 102 Phụ lục chương 4: .111 Bài báo khoa học………………………………………………………………111 2    LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi, số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả Đỗ Thành Công 3    DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị γ Trọng lượng riêng η Hiệu suất lưu lượng thủy lực % ηB Hiệu suất làm việc bơm % ηtl Hiệu suất thủy lực % ηQ Hiệu suất lưu lượng % ER Độ suy giảm cột áp máy bơm bùn - kE Hệ số suy giảm hiệu suất máy bơm bùn - kQ Hệ số lưu lượng - kH Hệ số suy giảm cột áp máy bơm bùn - k1, k2 Hệ số chèn dòng lối vào lối bánh công tác - p1 , p2 Áp suất lối vào lối bánh công tác Z, Zch Số cánh bánh công tác, Cánh hướng m ZB Số cánh bánh công tác - δC Chiều dày cánh bánh công tác m D Đường kính bánh công tác m Dh Đường kính ống hút m db Đường kính bầu m KG/m3 Atm Tỷ số bầu β1 , β Góc đặt cánh lối vào lối cánh Độ T Bước cánh m ω Vận tốc góc bánh công tác n Số vòng quay máy bơm nS Số vòng quay đặc trưng ∆w tb Vận tốc trung bình khối chất lỏng dọc theo mép bánh công tác Rad/s Vòng/phút m/s 4    C2m0 C1m, C2m C1u, C2u C1n, C2n Thành phần vận tốc kinh tuyến chất lỏng lối bánh công tác không tính đến chèn dòng Thành phần vận tốc kinh tuyến chất lỏng lối vào lối cánh Thành phần vận tốc tuyệt đối dòng chảy lối vào lối cánh Thành phần vận tốc tuyệt đối pha nước lối vào bánh công tác m/s m/s m/s m/s u2 Thành phần vận tốc theo lối bánh công tác m/s V Vận tốc chuyển động tuyệt đối m/s Q, Qlt H, Hlt N, Nb,Ntl α Г,Г1 L Lưu lượng, lưu lượng lí thuyết bơm Cột áp, cột áp lí thuyết Công suất, công suất bơm, công suất thủy lực W Góc va Độ Lưu số vận tốc, Lưu số vận tốc cánh m2/s Chiều dài dây cung Độ mau cánh, cánh hướng δ max Chiều dày cánh ν hệ số nhớt động học r F Lực khối đơn vị E Nhiệt dung riêng chất lỏng Keff Hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng r Jj Thông lượng khuyếch tán BCT 2D,3D mmHg, mH2O L/T Sh l/ph, m3/s M M Bao hàm nhiệt phản ứng hoá học nguồn nhiệt khác Bánh công tác Không gian chiều, chiều 5    DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số số mẫu vi bơm hướng trục thương mại: 16 Bảng 1: Thông số phần dẫn dòng vi bơm .43 Bảng 2: Thông số vi bơm trường hợp số cánh bánh công tác Z=3 .48 Bảng 3: Tính độ mau tối thiểu cho phép lưới cánh bánh công tác .102 Bảng 4: Tính cung mỏng Profil BCT 102 Bảng 5: Tính cung tương đương profincánh bánh công tác .103 Bảng 6: Tính độ mau lưới profin cánh hướng 104 Bảng 7: Tính lưới cung mỏng cánh hướng 105 Bảng 8: Tính cung tương đương profincánh hướng 106 Bảng 9: Tọa độ tương đối profin VIGM 420 106 Bảng 10: Tính độ mau tối thiểu cho phép lưới cánh BCT Z=3 107 Bảng 11: Tính cung mỏng Profil BCT Z=3 107 Bảng 12: Tính cung tương đương profin cánh BCT Z=3 108 Bảng 13: Tính độ mau lưới profin cánh hướng, BCT Z=3 109 Bảng 14: Tính lưới cung mỏng cánh hướng, BCT Z=3 .110 Bảng 15: Tính cung tương đương profincánh hướng, BCT Z=3 111 Bảng 1: Thông số trạng thái mô 56 Bảng 2: Các trường hợp khác 57 Bảng 3: Kết trường hợp Z=6, đắp độ dày profin theo mẫu VIGM 420 60 Bảng 4: Kết trường hợp Z=6 đắp độ dày profin 61 Bảng 5: Kết trường hợp Z=3, đắp độ dày profin theo mẫu VIGM 420 62 Bảng 6: Kết trường hợp Z=3, đắp độ dày 63 Bảng 7: Kết trường hợp Z=3, đắp độ dày đều, khe hở BCT vỏ 64 Bảng 8: Thông số bơm mô điểm thiết kế 65 Bảng 9: Lực hướng trục tác dụng lên bánh công tác 69 Bảng 10: Thông số làm việc bơm độ nhớt khác 71 6    DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1: Vi bơm siêu nhỏ .10 Hình 2: Phân loại vi bơm 11 Hình 3: Vi bơm dạng hướng trục 14 Hình 4: Vi bơm hướng chéo 14 Hình 5: Vi bơm li tâm 15 Hình 6: Kết cấu vi bơm hướng trục dạng điện từ 18 Hình 7: Cấu tạo tim người 20 Hình2 1: Sơ đồ lưới profin mỏng vô phân bố xoáy đường nhân 27 Hình2 2: Biểu đồ quan hệ ∆α = f (T0 , β0 ) 28 Hình 3: Biểu đồ quan hệ L* =f(T0, β∞) 31 Hình 4: Đồ thị để 32 Hinh 5: Biểu đồ quan hệ KHtu = f(ns) .34 Hình : Biểu đồ quan hệ d b = f ( K Htu ) 35 Hình :Tam giác vận tốc tiết diện 37 Hình : Xây dựng profin cánh mặt phẳng 44 Hình 9: Biên dạng profin tiết diện trụ .45 Hình 10: Bánh công tác 3D xây dựng 45 Hình 11: Bảng thiết kế bánh công tác, cánh hướng bơm hướng trục ứng dụng Solidworks .46 Hình 12: Cánh hướng 3D xây dựng 46 Hình 13: Vi bơm hướng trục với Z=6, đắp độ dày .47 Hình 14: Trường hợp số cánh Z=3, đắp độ dày theo mẫu đắp độ dày 48 Hình 1: Sơ đồ tính toán ANSYS FLUENT 51 Hình 2: Các dạng lưới MESHING 52 Hình 3: Mô hình khối chất lỏng trường hợp Z=6, đắp profin mẫu VIGM 420 54 Hình 4: Mô hình sau chia lưới 55 Hình 5: Biểu đồ lưu lượng lối bơm trình mô .58 Hình 6: Biểu đồ giá trị lưu lượng trung bình 58 Hình 7: Đặc tính bơm trường hợp Z=6, profin đắp theo mẫu VIGM 420 60 Hình 8: Đặc tính bơm trường hợp Z=6, profin đắp độ dày 62 Hình 9: Đặc tính bơm trường hợp Z=3, profin đắp theo mẫu VIGM 420 63 Hình 10: Đặc tính bơm trường hợp IV 64 Hình 11: Đặc tính bơm trường hợp Z=3, profin đắp độ dày khe hở 65 7    Hình 12: Dòng chảy ngược qua khe cánh BCT vỏ bơm 67 Hình 13: Dòng chảy bơm Z=3, khe hở lí tưởng 67 Hình 14: Dòng chảy bơm trường hợp I, III 68 Hình 15: Phân bố áp suất tĩnh bụng cánh lưng cánh 68 Hình 16: Biểu đồ quan hệ PZ - Qb 70 Hình 17: Biểu đồ ảnh hưởng độ nhớt tới thông số bơm .71 Hình 18: Dòng chảy rối lưới cánh hướng 72 Hình 19: Phân bố trường áp suất tĩnh thay đổi độ nhớt chất lỏng làm việc 72 Hình 1: Các trường hợp hiệu chỉnh .75 Hình 2: Phân bố lưới tính toán 3D mô hình vi bơm .76 Hình 3: Các vùng xoáy không gian lưới cánh bánh công tác 78 Hình 4: Các vùng xoáy không gian lưới cánh hướng 78 Hình 5: Sự tương tác dòng chảy lên bánh công tác 80 Hình 6: Ảnh hưởng số cánh đến góc cản dòng ngược 80 Hình 7: Phân bố áp suất bơm 81 Hình 8: Phân bố vận tốc mặt cắt dọc trục .83 Hình 9: So sánh tiết diện lưu thông mặt cắt dọc trục 83 Hình 10: Hệ số tiết diện lưu thông A% phụ thuộc vào số cánh Z 83 Hình 11: Quan hệ số cánh Z thông số H, Q mẫu bơm 85 Hình 12: Quan hệ số cánh Z lực dọc trục .86 Hình 13: Các trường hợp dòng chảy qua khe hở thuỷ lực bánh công tác 87 Hình 14: Dòng chảy ngược khe hở thuỷ lực tạo xoáy mép biên BCT (δ =3,5%)88 Hình 15: Quan sát xoáy mép vào cánh mép biên quỹ đạo đường dòng có khe hở khe hở thuỷ lực 88 Hình 16: Vận tốc dòng ngược phát động xoáy mép vào cánh mép biên có khe hở khe hở thuỷ lực 90 Hình 17: Ảnh hưởng khe hở thuỷ lực tới thông số làm việc bơm 90 Hình 18:Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 92 Hình 19: Đặc tính H – Q mẫu bơm hướng trục 96 Hình 20: So sánh kết thực nghiệm mô hình mức n = 6000 v/ph 97 Hình 21: Đặc tính H – Q mẫu bơm Z=2, dải tốc độ n < 6000 .97 8    Việc điều chỉnh tốc độ vòng quay động hệ thống thử nghiệm vi bơm hạn chế dải đo ảnh hưởng tải gây bơm chế độ làm việc khác số vòng quay điều chỉnh vô cấp không sử dụng biến tần Hệ thống mạch điều khiển điện tử cho thấy tích hợp mạch phản hồi áp suất lưu lượng, vi bơm hoàn toàn điều khiển thích nghi tự động để ứng dụng ngành y tế việc hỗ trợ tim cho bệnh nhân 4.4 Kết luận Với thiết kế vi bơm, việc hiệu chỉnh số cánh Z xuống giá trị nhỏ bơm thông thường hợp lý với chứng số cánh Z= tốt trường hợp Z = (kết mô phỏng) Tuy nhiên, việc lưu lượng suy giảm lớn cần phải xem xét nghiên cứu thêm nguyên nhân gây dòng ngược với khe hở thủy lực, xoáy không gian lưới cánh hướng, chiều dài cánh mật độ lưới cánh l/t 99    CHƯƠNG TỔNG KẾT VÀ BÀN LUẬN Luận văn thực mục tiêu đặt ban đầu: - Khảo sát bán thực nghiệm trình làm việc vi bơm thông qua tính toán mô số dùng phần mềm Ansys Fluent đánh giá ảnh hưởng số cánh, quy luật đắp độ dày cánh, khe hở thủy lực, độ nhớt tới hoạt động vi bơm - Khảo sát thực nghiệm trường hợp số cánh giá thí nghiệm vi bơm Qua nghiên cứu cho thấy việc tính toán theo phương pháp truyền thống áp dụng vào vi bơm thích hợp nhiên mang tính lí tưởng khả công nghệ điều kiện bền không đáp ứng Thiết kế bơm siêu nhỏ nên có hiệu chỉnh chọn số cánh đắp độ dày tính toán cần có hiệu chỉnh thông số thiết kế chọn hiệu suất thấp , tính ảnh hưởng độ nhớt chất lỏng làm việc tới dòng chảy, ma sát bơm Đề xuất : - Cần có thêm nghiên cứu chuyên sâu để xây dựng cách hoàn chỉnh phương pháp thiết kế phù hợp cho thiết kế vi bơm hướng trục - Cần phát triển công nghệ theo công nghệ chế tạo, động điện từ, hệ thống điều khiển theo dõi cho vi bơm để thương mại hóa đưa sản phẩm vào thực tế 100    TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Lê Danh Liên,1975, Giáo trình bơm quạt cánh dẫn, NXB Đại học Bách Khoa Hà Nội 2- A.A.Lômakin, 1971,Bơm ly tâm bơm hướng trục , NXB Khoa học Kỹ thuật, 30A Lý Thường Kiệt – Hà Nội 3- Leok Poh Chua, Numerical Simulation of an Axial Blood pumps , Nayang Technological Univ – Singapore 4- Computational Fluid Dynamics and Experimental Validation of a Microaxial Blood Pump- Jorn Apel 5- Apel J, Neudel F, Reul H Computational fluid dynamics and experimental validation of a microaxial blood pump ASAIO J., 2001;47:552–8 6- DeBakey ME Development of a ventricular assistdevice Int J Artif Organs 1997; 21: 1149–53 7- Song, Xinwei et al., Axial Flow Blood Pumps, ASAIO Journal, Vol.49 - Issue 4, pp 355-364, 2003 8- Stepano AJ Centrifugal and Axial Flow Pumps Malabar, FL: Kringer Publishing Co., 1993 9- Christopher E Brennen, Hydrodynamics of Pumps, Publisher: Concepts ETI 1994, ISBN/ASIN: 0933283075 10- Fluent & Gambit: - Modeling Guide - UDF Manual - Tutorial Guide 11- ANSYS FLUENT 12.0 User's Guide 12- Solidwork 2010 Tutorial Guide 101    PHỤ LỤC Phụ lục chương Tính toán thiết kế bơm hướng trục trường hợp số cánh Z=6 Bảng 3: Tính độ mau tối thiểu cho phép lưới cánh bánh công tác TT Thông số tính toán Ri VZi = Ui = V2Ui tgβ1i = tgβ 2i = 4QK Z K cd Tiết diện tính toán [m] 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0069 [m/s] 1,226 1,229 1,285 1,350 1,373 [m/s] 2,513 3,094 3,582 4,011 4,335 [m/s] 1,249 1,116 0,964 0,861 0,796 VZi Ui 0,488 0,397 0,359 0,337 0,317 VZi (U i − V2Ui ) 0,969 0,621 0,491 0,428 0,388 β10 25,996 21,668 19,733 18,599 17,574 β 44,108 31,858 26,141 23,195 21,206 ∆β = β 20 − β10 18,112 10,190 6,408 4,595 3,632 2,200 1,300 0,900 0,550 0,520 10 11 πD (1 − d b )η Q πRi n 30 gH = ηtlU i [L / T ] = f (∆β , β ) [L / T ]bien,tu = 5,95K Htu 1,023 Bảng 4: Tính cung mỏng Profil BCT [m] Tiết diện tính toán 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0069 [m] 0,0042 0,0052 0,0060 0,0067 0,0072 1,823 1,6330 1,4734 1,3331 1,227 TT Thông số tính toán Ri Ti = L/T 2πRi Z ct 102    ⎛L⎞ ⎛L⎞ [m] Li = Ti ⎜ ⎟ = 2πRi ⎜ ⎟ ⎝ T ⎠i Z ct ⎝ T ⎠i T0 = T L 139 404 347 0,0076 0,0084 0,0088 0,0089 0,0089 0,549 0,612 0,679 0,750 0,815 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 1,1074 1,0915 1,0809 1,0744 0,059 0,057 0,056 0,056 0,033 0,033 0,033 0,033 δmax , Chọn dầy trừ tiết 0,0007 diện sát bầu Kcd=T/(T-δmax) 1,2008 δ max / L 0,092 2πgH lt 60 gH lt [m2/s] 0,030 Γ= = ω n Γ Z ct [m2/s] 0,005 0,007 0,007 0,007 0,007 Ui [m/s] 2,513 3,094 3,582 4,011 4,335 12 V2Ui [m/s] 1,249 1,116 0,964 0,861 0,796 13 WU∞ = U − 1,889 2,536 3,100 3,580 3,937 14 tgβ∞ = 0,649 0,485 0,414 0,377 0,349 15 β∞0 32,978 25,860 22,513 20,655 19,226 16 Cos β ∞ 0,839 0,900 0,924 0,936 0,944 17 W∞ = [m/s] 2,251 2,818 3,356 3,826 4,170 18 W∞ L [m/s] 0,017 0,024 0,030 0,034 0,037 19 L = f (T0 , β ∞ ) 1,470 1,780 2,050 2,240 2,300 20 β 00 = 57,3Γ1 W∞ LL* 11,207 8,850 6,179 4,895 4,397 21 ∆α = f (β∞ , T0 , β0 ) 1,274 0,800 0,000 0,000 0,000 22 β = β∞0 + ∆α 34,252 26,660 22,513 20,655 19,226 10 Γ1 = 11 V2U [m/s] VZi WU∞ WU∞ Cosβ ∞ * Bảng 5: Tính cung tương đương profincánh bánh công tác TT Thông số tính toán Ri [m] Tiết diện tính toán 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0069 103    β20 44,108 31,858 26,141 23,195 21,206 θ20 = 900 − β20 45,892 58,142 63,859 66,805 68,794 ∆f L = f ( ,θ ) c T 0,270 0,330 0,380 0,330 0,310 δ max / L 0,092 0,059 0,057 0,056 0,056 ∆β ∆f δ max )= tg ( 2 c L 0,025 0,020 0,022 0,019 0,017 ∆β / 2,835 2,245 2,475 2,122 2,004 β 11,207 8,850 6,179 4,895 4,397 β = β + ( ∆β / ) 16,878 13,341 11,129 9,138 8,404 10 RC = L /(2Sinβtd ) 0,013 0,018 0,023 0,028 0,030 11 LC = 0.01745.L.βtd / Sinβtd [m] 0,0077 0,0085 0,0088 0,0089 0,0089 12 f = RC (1 − Cosβtd ) [mm] 0,566 0,492 0,428 0,356 0,326 13 f = f /L % 7,418 5,847 4,871 3,996 3,674 14 δ max [mm] 0,700 0,500 0,500 0,500 0,500 15 1+ 1,117 1,076 1,072 1,072 1,072 16 β td 0,295 0,233 0,194 0,159 0,147 17 m = (1 + β td ).(1 + 1,446 1,326 1,281 1,242 1,229 18 W∞ [m/s] 2,251 2,818 3,356 3,826 4,170 19 Wmax = m.W∞ [m/s] 3,255 3,737 4,298 4,754 5,125 20 21 U [m/s] [m] 2,513 0,218 3,094 0,224 3,582 0,287 4,011 0,332 4,335 0,381 Tiết diện tính toán 0,0040 0,0049 0,0057 1,200 1,150 1,130 0,0064 1,120 0,0070 1,100 1,337 1,281 1,259 1,248 1,225 1,249 1,116 0,964 0,861 0,796 0 td 0 [m] δ max π L [rad] ∆h = (W max δ max ) π L − U ) / 2g Bảng 6: Tính độ mau lưới profin cánh hướng TT Thông số tính toán Ri Kcd VZ = U = πRnI/30 [m] 4QI K cdi π D (1 − d b2 )η Q [m/s] [m/s] 104    VU1chi=VU2cti=gHlt/Ui [m/s] 1,070 tg β = VZi/ VU1i 46,946 β1 90 0 0 1,148 48,942 1,306 52,557 1,449 55,396 1,539 56,979 90 90 90 90 43,054 41,058 37,443 34,604 33,021 ∆ β = β - β =90 - β [L/T] = f(∆ β , β 2) 2,0 1,7 1,4 1,1 0,9 10 tg β ∞i = 2VZi/VUi 2,141 2,296 2,612 2,899 3,077 11 β ∞i 66,465 69,049 70,967 71,998 12 13 14 15 16 Zch Chọn Zch Ti = 2đRi/Zch Lgốc = (L/T)gốcTgốc sin β ∞ 64,961 7,589 0,004 0,007 0,906 0,004 0,000 0,917 0,005 0,000 0,934 0,006 0,000 0,945 0,006 0,000 0,951 17 hgốc = Lgốc sin β ∞ [m] 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 18 Li = hi/sin β ∞i [m] 19 (L/T)i 0,0072 2,000 0,0071 1,605 0,0070 1,361 0,0069 1,201 0,0068 1,105 [m] [m] Bảng 7: Tính lưới cung mỏng cánh hướng TT Thông số tính toán 10 11 12 13 14 15 Ri Ti = 2πRi/Zch (L/T)i Li δmax δmax/L T0 = T/L sinβ∞ W∞ = VZ/sinβ∞ W∞L Г = 2πgHlt/ω Г1 = Г / Zch Г1/ W∞L β0∞i L* = f(T0,β∞i) [m] [m] [m] [m] [%] [ m] [m2/s] [m2/s] [m2/s] [m2/s] Tiết diện tính toán 0,0040 0,0049 0,004 0,004 2,000 1,605 0,0072 0,0071 0,0007 0,0007 9,748 9,864 0,500 0,623 0,906 0,917 1,475 1,397 0,011 0,010 0,030 0,033 0,0042 0,0047 0,400 0,470 64,961 66,465 0,910 1,050 0,0057 0,005 1,361 0,0070 0,0007 10,048 0,735 0,934 1,348 0,009 0,033 0,0047 0,496 69,049 1,120 0,0064 0,006 1,201 0,0069 0,0007 10,171 0,833 0,945 1,320 0,009 0,033 0,0047 0,513 70,967 1,170 0,0070 0,006 1,105 0,0068 0,0007 10,233 0,905 0,951 1,288 0,009 0,033 0,0047 0,529 71,998 1,210 105    16 β 00 = 17 18 57,3Γ1 W∞ L.L* 25,169 25,638 25,381 25,117 25,028 ∆α ∞0 = f (T0 , β ∞ , β ) 4,000 2,800 2,000 1,600 1,300 β = β + ∆α 68,961 69,265 71,049 72,567 73,298 0 ∞ Bảng 8: Tính cung tương đương profincánh hướng Tiết diện tính toán 0,004 0,005 90 90 0,006 90 0,006 90 0,007 90 0 0 ∆f / c = f ( L / T ,θ2 ) 0,070 0,045 0,025 0,013 0,010 δ max / L 0,097 0,099 0,100 0,102 0,102 ∆f δ max c L 0,007 0,004 0,003 0,001 0,001 ∆β / 0,782 0,509 0,288 0,152 0,117 β 25,169 25,638 25,381 25,117 25,028 β td = β + 2(∆β / 2) 26,733 26,656 25,956 25,420 25,263 10 Rc = L /(2 sin βtd ) [m] 0,00798 0,00791 0,00796 0,00802 0,00801 11 Lc = ,01745 L β td / sin β td [m] 0,007 0,007 0,007 0,007 0,007 12 f = RC − RC cos β td [mm] 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 13 f = f /L % 11,881 11,845 11,523 11,277 11,205 14 δ max [m] 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 TT Thông số tính toán Ri β20 θ20 = 900 − β20 [m] 0 0 Bảng 9: Tọa độ tương đối profin VIGM 420 0,0025 0,005 0,01 0,147 0,025 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,196 0,294 0,405 0,516 0,662 0,763 0,84 0,949 0,998 0,45 0,5 0,6 1 0,895 0,756 0,56 0,982 0,7 0,8 0,9 0,95 0,342 0,22 0,97 0,99 0,168 0,092 106    Tính toán thiết kế bơm hướng trục trường hợp số cánh Z=3 Bảng 10: Tính độ mau tối thiểu cho phép lưới cánh BCT Z=3 TT Thông số tính toán Ri VZi = Ui = V2Ui tgβ1i = tgβ 2i = 4QK Z K cd Tiết diện tính toán [m] 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0070 [m/s] 1,226 1,229 1,285 1,350 1,373 [m/s] 2,513 3,094 3,582 4,011 4,398 [m/s] 1,249 1,116 0,964 0,861 0,785 VZi Ui 0,488 0,397 0,359 0,337 0,312 VZi (U i − V2Ui ) 0,969 0,621 0,491 0,428 0,380 β10 25,996 21,668 19,733 18,599 17,338 β20 44,108 31,858 26,141 23,195 20,808 ∆β = β 20 − β10 18,112 10,190 6,408 4,595 3,470 2,200 1,300 0,900 0,550 0,520 10 11 πD (1 − d b )η Q πRi n 30 gH = ηtlU i [L / T ] = f ( ∆β , β ) [L / T ]bien,tu = 5,95K Htu 1,023 Bảng 11: Tính cung mỏng Profil BCT Z=3 TT Thông số tính toán Ri [m] Tiết diện tính toán 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0069 107    Ti = 2πRi Z ct [m] 0,008 0,010 0,012 0,013 0,015 L/T 0,903 0,830 0,770 0,716 0,668 ⎛L⎞ ⎛L⎞ [m] Li = Ti ⎜ ⎟ = 2πRi ⎜ ⎟ ⎝ T ⎠i ⎝ T ⎠i Z ct 0,0076 0,0086 0,0092 0,0096 0,0098 T0 = 1,107 1,204 1,299 1,396 1,497 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 0,082 0,076 0,073 0,072 0,033 0,033 0,033 0,033 0,007 0,007 0,007 0,007 T L δmax , Chọn dầy trừ tiết 0,0010 diện sát bầu Kcd=T/(T-δmax) 0,132 δ max / L 0,030 2πgH lt 60 gH lt [m2/s] Γ= = 0,010 ω n Γ Z ct [m2/s] 2,513 3,094 3,582 4,011 4,398 Ui [m/s] 1,249 1,116 0,964 0,861 0,785 12 V2Ui [m/s] 1,889 2,536 3,100 3,580 4,006 13 WU∞ = U − 0,649 0,485 0,414 0,377 0,343 14 tgβ∞ = 32,978 25,860 22,513 20,655 18,921 15 β∞0 0,008 0,010 0,012 0,013 0,015 16 Cos β ∞ 0,839 0,900 0,924 0,936 0,946 17 W∞ = [m/s] 2,251 2,818 3,356 3,826 4,234 18 W∞ L [m/s] 0,017 0,024 0,031 0,037 0,041 19 L = f (T0 , β ∞ ) 1,692 1,841 1,887 1,864 1,844 20 β 00 = 19,657 8,412 6,424 5,474 4,889 21 ∆α = f (β∞ , T0 , β0 ) 1,274 0,247 0,000 0,000 0,000 22 β = β + ∆α 34,252 26,107 22,513 20,655 18,921 10 Γ1 = 11 V2U [m/s] VZi WU∞ WU∞ Cosβ ∞ * 57,3Γ1 W∞ LL* ∞ Bảng 12: Tính cung tương đương profin cánh BCT Z=3 TT Thông số tính toán Tiết diện tính toán 108    Ri β20 θ = 90 − β [m] 0 ∆f L = f ( ,θ ) c T δ max / L 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0070 44,108 31,858 26,141 23,195 20,808 45,892 58,142 63,859 66,805 69,192 0,115 0,117 0,110 0,100 0,093 0,132 0,082 0,076 0,073 0,072 ∆β ∆f δ max )= tg ( 2 c L 0,015 0,010 0,008 0,007 0,007 ∆β / 1,742 1,096 0,960 0,838 0,762 β 00 19,657 8,412 6,424 5,474 4,889 β td0 = β 00 + 2(∆β / 2) 23,142 10,604 8,345 7,150 6,414 10 RC = L /(2Sinβtd ) [m] 0,010 0,023 0,032 0,038 0,044 11 LC = 0.01745.L.βtd / Sinβtd [m] 0,0078 0,0086 0,0092 0,0096 0,0098 12 f = RC (1 − Cosβtd ) 0,774 0,397 0,335 0,299 0,274 13 f = f /L % 10,237 4,640 3,648 3,124 2,801 14 δ max [mm] 1,000 0,700 0,700 0,700 0,700 15 1+ 1,168 1,104 1,097 1,093 1,091 16 β td 0,404 0,185 0,146 0,125 0,112 17 m = (1 + β td ).(1 + 1,640 1,308 1,257 1,230 1,213 18 W∞ [m/s] 2,251 2,818 3,356 3,826 4,234 19 Wmax = m.W∞ [m/s] 3,693 3,688 4,218 4,705 5,137 20 21 U [m/s] [m] 2,513 0,373 3,094 0,205 3,582 0,253 4,011 0,308 4,398 0,359 [mm] δ max π L [rad] ∆h = (W max δ max ) π L − U ) / 2g Bảng 13: Tính độ mau lưới profin cánh hướng, BCT Z=3 TT Thông số tính toán Ri Kcd [m] Tiết diện tính toán 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0070 1,200 1,150 1,130 1,120 1,100 109    4QI K cdi VZ = [m/s] 1,337 1,281 1,259 1,248 1,225 U = πRnI/30 [m/s] VU1chi=VU2cti=gHlt/Ui [m/s] tg β = VZi/ VU1i 1,249 1,070 46,946 1,116 1,148 48,942 0,964 1,306 52,557 0,861 1,449 55,396 0,785 1,561 57,355 β 10 90 90 90 90 90 43,054 41,058 37,443 34,604 32,645 π D (1 − d b2 )η Q 0 0 ∆ β = β - β =90 - β [L/T] = f(∆ β , β 2) 1,9 1,7 1,4 1,1 0,9 10 tg β ∞i = 2VZi/VUi 2,141 2,296 2,612 2,899 3,122 11 β ∞i 12 13 14 15 16 Zch Chọn Zch Ti = 2đRi/Zch Lgốc = (L/T)gốcTgốc sin β ∞ 64,961 1,134 7,589 0,006 0,012 66,465 1,160 0,000 0,008 0,000 69,049 1,205 0,000 0,009 0,000 70,967 1,239 0,000 0,010 0,000 72,239 1,261 0,000 0,011 0,000 17 hgốc = Lgốc sin β ∞ [m] 0,906 0,917 0,934 0,945 0,952 18 Li = hi/sin β ∞i [m] 19 (L/T)i 0,011 0,0119 0,011 0,0118 0,011 0,0116 0,011 0,0114 0,011 0,0114 [m] [m] Bảng 14: Tính lưới cung mỏng cánh hướng, BCT Z=3 TT Thông số tính toán 10 11 12 13 Ri Ti = 2πRi/Zch (L/T)i Li δmax δmax/L T0 = T/L sinβ∞ W∞ = VZ/sinβ∞ W∞L Г = 2πgHlt/ω Г1 = Г / Zch Г1/ W∞L [m] [m] [m] [m] [%] [ m] [m2/s] [m2/s] [m2/s] [m2/s] Tiết diện tính toán 0,0040 0,0049 0,0057 0,0064 0,0070 0,006 0,008 0,009 0,010 0,011 2,154 1,721 1,480 1,320 1,201 0,0135 0,01331 0,01325 0,01324 0,01321 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 5,172 5,258 5,282 5,289 5,301 0,464 0,581 0,676 0,758 0,833 0,906 0,917 0,934 0,945 0,952 1,475 1,397 1,348 1,320 1,287 0,020 0,019 0,018 0,017 0,017 0,030 0,033 0,033 0,033 0,033 0,0074 0,0082 0,0082 0,0082 0,0082 0,371 0,438 0,456 0,467 0,480 110    14 15 β0∞i L* = f(T0,β∞i) 16 β 00 = 17 18 64,961 0,854 66,465 0,975 69,049 1,060 70,967 1,144 72,239 1,168 24,902 25,756 24,669 23,374 23,537 ∆α ∞0 = f (T0 , β ∞ , β ) 4,500 3,200 2,000 1,500 1,300 β = β∞0 + ∆α 69,461 69,665 71,049 72,467 73,539 57,3Γ1 W∞ L.L* Bảng 15: Tính cung tương đương profincánh hướng, BCT Z=3 TT Thông số tính toán Ri β20 θ20 = 900 − β20 [m] Tiết diện tính toán 0,004 0,005 90,000 90,000 0,006 90,000 0,006 90,000 0,007 90,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 ∆f / c = f ( L / T ,θ2 ) 0,070 0,045 0,025 0,013 0,010 δ max / L 0,052 0,053 0,053 0,053 0,053 ∆f δ max c L 0,004 0,002 0,001 0,001 0,001 ∆β / 0,415 0,271 0,151 0,079 0,061 β 00 24,902 25,756 24,669 23,374 23,537 β td = β 00 + 2(∆β / 2) 25,732 26,298 24,971 23,532 23,658 10 Rc = L /(2 sin βtd ) [m] 0,01559 0,01502 0,01570 0,01658 0,01645 11 Lc = ,01745 L β td / sin β td [m] 0,014 0,014 0,014 0,014 0,014 12 f = RC − RC cos β td [mm] 0,002 0,002 0,001 0,001 0,001 13 f = f /L % 11,420 11,681 11,072 10,415 10,472 14 δ max [m] 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 0,0007 Phụ lục chương 4: Bảng 4: Thông số hình học BCT trường hợp Z =2, Zch=3 TD Ω(o) 316 βtd(o) 30,019 Rtd(m) 0,061 Lc(m) 0,025 β (o ) 22,459 β2(o) 37,40 294 24,674 0,087 0,028 19,892 27,38 1,116 3,085 0,929 271 21,324 0,111 0,029 18,205 22,97 1,176 3,577 0,801 Vz(m/s) U(m/s) Vu2(m/s) 1,033 2,498 1,148 111    245 226 19,404 17,972 0,124 0,127 0,029 0,029 17,045 16,201 20,46 18,83 1,229 1,278 4,009 4,398 0,715 0,652 Bảng 5: Thông số hình học cánh hướng trường hợp Z =2, Zch=3 TD Ω(o) 89 66 48 38 30 βtd(o) 70,548 74,875 77,066 78,168 79,551 Rtd(m) 0,028 0,029 0,033 0,035 0,037 Lc(m) 0,021 0,020 0,020 0,020 0,020 β1(o) β2(o) Vz(m/s) U(m/s) Vu2(m/s) 48,381 90 1,334 2,419 1,185 56,789 90 1,442 3,037 0,944 62,006 90 1,519 3,549 0,808 65,683 90 1,587 3,996 0,717 68,452 90 1,651 4,398 0,652 Bảng 6: Thông số hình học BCT trường hợp Z =3, Zch=4 TD Ω(o) βtd(o) 213 29,919 Rtd(m) 0,030 Lc(m) 0,017 β (o ) 22,459 β2(o) Vz(m/s) U(m/s) Vu2(m/s) 37,401 1,033 2,498 1,148 203 24,674 0,046 0,019 19,892 27,376 1,116 3,085 0,929 185 169 156 21,324 19,404 17,972 0,059 0,065 0,065 0,019 0,020 0,019 18,205 17,045 16,201 22,971 20,464 18,835 1,176 1,229 1,278 3,577 4,009 4,398 0,801 0,715 0,652 Bảng 7: Thông số hình học cánh hướng trường hợp Z =3, Zch=4 TD Ω(o) 89 63 45 36 30 βtd(o) 70,548 74,875 77,066 78,168 79,551 Rtd ,m 0,021 0,022 0,024 0,026 0,027 Lc,m 0,016 0,015 0,015 0,015 0,015 β1(o) β2(o) 48,381 90 56,789 90 62,006 90 65,683 90 68,452 90 Vz ,m/s 1,334 1,442 1,519 1,587 1,651 U,m/s 2,419 3,037 3,549 3,996 4,398 Vu2,m/s 1,185 0,944 0,808 0,717 0,652 Bảng 8: Thông số hình học BCT trường hợp Z =4, Zch=5 TD Ω(o) 157 βtd(o) 29,919 Rtd ,m 0,021 Lc,m 0,013 β (o ) β2(o) 22,459 37,401 Vz ,m/s 1,033 U,m/s 2,498 Vu2,m/s 1,148 148 24,674 0,030 0,014 19,892 27,376 1,116 3,085 0,929 138 127 116 21,324 19,404 17,972 0,037 0,040 0,040 0,015 0,015 0,014 18,205 22,971 17,045 20,464 16,201 18,835 1,176 1,229 1,278 3,577 4,009 4,398 0,801 0,715 0,652 112    Bảng 9: Thông số hình học cánh hướng trường hợp Z =4, Zch=3 TD Ω(o) 72 52 38 30 26 βtd(o) 70,548 74,875 77,066 78,168 79,551 Rtd ,m 0,017 0,017 0,019 0,021 0,022 Lc,m 0,013 0,012 0,012 0,012 0,012 β1(o) β2(o) 48,381 90 56,789 90 62,006 90 65,683 90 68,452 90 Vz ,m/s 1,334 1,442 1,519 1,587 1,651 U,m/s 2,419 3,037 3,549 3,996 4,398 Vu2,m/s 1,185 0,944 0,808 0,717 0,652 113    ... mô hình tính toán số mô số dòng chảy vi bơm, đánh giá thiết kế - Nghiên cứu ảnh hưởng số cánh Z vi bơm - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở thủy lực vi bơm - Khảo sát thực nghiệm đặc tính làm vi c vi. .. chảy bơm .70 3.6 Kết luận 73 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VI BƠM HƯỚNG TRỤC VỚI HIỆU CHỈNH L/T 74 4.1 Tính toán thiết kế xây dựng mô hình 74 4.2 Tính toán mô số kết ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Thành Công NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT THIẾT KẾ VI BƠM HƯỚNG TRỤC Chuyên ngành : KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ