Nghiên cứu tối ưu kích thước của quạt thổi roots dẫn động bằng cặp bánh răng không tròn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN NGỌC TIẾN NGHIÊN CỨU TỐI ƯU KÍCH THƯỚC CỦA QUẠT THỔI ROOTS DẪN ĐỘNG BẰNG CẶP BÁNH RĂNG KHÔNG TRÒN Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1 TS NGUYỄN HỒNG THÁI 2 TS TRỊNH ĐỒNG TÍNH Hà Nội – 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, khách quan, chưa từng được tác giả khác công bố Tập thể giáo viên hướng dẫn Hà Nội, ngày 05 tháng 10 năm 2020 Nghiên cứu sinh TS Nguyễn Hồng Thái TS Trịnh Đồng Tính i LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của các thầy TS Nguyễn Hồng Thái, TS Trịnh Đồng Tính cùng với những chỉ dẫn định hướng về mặt khoa học, sự động viên của các thầy cô trong bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Rô bốt, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đối với các thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn đã tạo điều kiện thuận lợi và tận tình giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và nghiên cứu Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Rô bốt, Viện Cơ khí, phòng Đào tạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi và tận tình giúp đỡ tác giả trong quá trình làm nghiên cứu sinh Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quỹ đổi mới sáng tạo Vingroup, tập đoàn Vingroup đã cấp học bổng và hỗ trợ tác giả hoàn thành luận án Cuối cùng, tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình đã luôn quan tâm, cảm thông, động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu Tác giả luận án ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ QUẠT THỔI RÔTO KHÔNG TIẾP XÚC KIỂU ROOTS 7 1.1 Tổng quan về quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots 7 1.2 Lịch sử phát triển của quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots 10 1.3 Ứng dụng của quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots 13 1.4 Tình hình nghiên cứu ngoài nước về QTRTKTX kiểu Roots .15 1.4.1 Những nghiên cứu về cải tiến và phát triển biên dạng rôto của máy 16 1.4.2 Nghiên cứu về lưu lượng và áp suất của máy 18 1.4.3 Những nghiên cứu về hiệu suất biến đổi thủy lực của máy 21 1.4.4 Các giải pháp tăng áp suất, lưu lượng và chất lượng dòng chảy qua máy 22 1.4.5 Nghiên cứu về tối ưu 23 1.5 Tình hình nghiên cứu trong nước 23 1.6 Thống kê về các công trình công bố về máy MTLTTRTKTX kiểu Roots 24 1.7 Các luận văn, luận án trong và ngoài nước nghiên cứu về MTLTTRTKTX kiểu Roots 27 1.8 Phân tích, đánh giá thảo luận 27 Kết luận chương 1 30 Chương 2 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP BIÊN DẠNG MỚI THIẾT KẾ RÔTO CỦA QUẠT THỔI KHÔNG TIẾP XÚC 31 2.1 Thiết lập phương trình toán học mô tả biên dạng rôto đề xuất mới 31 2.1.1 Mô tả nguyên lý hình thành biên dạng rôto 32 2.1.2 Thiết lập phương trình biên dạng rôto 33 2.2 Điều kiện hình thành biên dạng rôto 41 iii 2.2.1 Kiểm tra điều kiện cắt chân răng 41 2.2.2 Xác định điều kiện ràng buộc các thông số thiết kế đặc trưng hình thành biên dạng rôto 45 2.3 Sự hình thành các buồng hút và đẩy của quạt 47 2.4 Xác định các thông số kích thước thiết kế hình học hình thành quạt thổi theo các thông số thiết kế đặc trưng 48 2.5 Hệ số sử dụng thể tích của quạt 49 2.5.1 Biểu thức xác định HSSDTT 49 2.5.2 So sánh HSSDTT của quạt thổi theo đề xuất của luận án với một số nghiên cứu đã có đến thời điểm hiện tại 50 2.6 Hiện tượng trượt biên dạng rôto 55 2.6.1 Thiết lập phương trình đường ăn khớp 55 2.6.2 Xác định vận tốc trượt tương đối tại điểm tiếp xúc giữa hai rôto 56 2.6.3 Hệ số trượt 57 2.7 Thiết lập phương trình mô tả biên dạng thực rôto của quạt thổi mới 59 Kết luận chương 2 60 Chương 3 TỐI ƯU KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ CỦA QUẠT THỔI THEO LƯU LƯỢNG CHO TRƯỚC 62 3.1 Thiết lập công thức xác định lưu lượng của quạt thổi Roots .62 3.1.1 Lưu lượng của quạt thổi 62 3.1.2 Sự biến đổi thể tích các buồng hút và buồng đẩy theo góc quay của trục dẫn động 63 3.2 Ảnh hưởng của TSTKĐT đến sự biến đổi thể tích buồng hút và buồng đẩy 70 3.3 Ảnh hưởng của TSTKĐT đến lưu lượng tức thời 71 3.4 Dao động lưu lượng của quạt 72 3.5 So sánh lưu lượng của quạt được luận án đề xuất so với các nghiên cứu trước đó 73 3.6 Tối ưu góc lệch pha để giảm dao động lưu lượng 74 3.7 Tối ưu các TSTKĐT theo lưu lượng cho trước bằng giải thuật di truyền 77 3.7.1 Tối ưu các TSTKĐT bằng thuật toán vét cạn 77 3.7.2 Tối ưu các TSTKĐT của quạt thổi Roots theo lưu lượng cho trước bằng giải thuật di truyền 80 Kết luận chương 3 89 iv Chương 4 ẢNH HƯỞNG CỦA KHE HỞ ĐẾN TỔN THẤT LƯU LƯỢNG, TỤT ÁP SUẤT CỦA QUẠT VÀ THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG 91 4.1 Thiết lập phương trình mô tả áp suất của quạt thổi Roots 91 4.1.1 Sự biến đổi áp suất tức thời của buồng hút và buồng đẩy 91 4.1.2 Dao động áp suất của quạt thổi Roots 94 4.1.3 Sự biến đổi áp suất trong quá trình nén 95 4.2 Thiết lập phương trình xác định tổn thất lưu lượng và áp suất 98 4.2.1 Xác định diện tích tiết diện khe hở của quạt thổi Roots .99 4.2.2 Tính toán vận tốc dòng chất khí qua khe hở .101 4.2.3 Mô hình toán học xác định hiện tượng tụt áp suất 103 4.2.4 Mô hình toán học xác định tổn thất lưu lượng 104 4.2.5 Đánh giá ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và hiện tượng tụt áp .106 4.3 Mô phỏng số quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots 109 4.3.1 Mô hình toán học mô phỏng số 109 4.3.2 Mô hình 3D quạt thổi Roots .110 4.3.3 Điều kiện biên và các thông số mô phỏng 111 4.3.4 Kết quả mô phỏng số 112 4.3.5 Kiểm chứng kết quả mô phỏng số so với tính toán lý thuyết .115 4.4 Thí nghiệm kiểm chứng trên mẫu chế tạo thử từ kết quả nghiên cứu lý thuyết của luận án 117 4.4.1 Chế tạo thử nghiệm quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots 117 4.4.2 Thí nghiệm xác định lưu lượng riêng và đường đặc tính của quạt .119 Kết luận chương 4 123 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 PHỤ LỤC 1 1 PHỤ LỤC 2 9 PHỤ LỤC 3 16 PHỤ LỤC 4 37 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT A Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu QTRTKTX MTLTTRTKTX BRKT HSTT TSTKĐT HSSDTT KTN MTLTT Danh mục các ký hiệu Ký hiệu a b r 2 e i 12 e 1 2 C CS Ý nghĩa Quạt thổi rôto không tiếp xúc Máy thủy lực thể tích rôto không tiếp xúc Bánh răng không tròn Hệ số tâm tích Thông số thiết kế đặc trưng Hệ số sử dụng thể tích Kích thước ngang Máy thủy lực thể tích Ý nghĩa Góc quay giữa P trượt phía ngoài Góc quay giữa hệ quy chiếu chuyển động tương đối Góc quay của {Σ trượt phía ngoài Góc hợp bởi trục P của {Σ S } và {Σ e } Bán trục lớn của {Σ e } Bán trục nhỏ của {Σ e } Bán kính của {Σ Góc xác định giới hạn phần cung cong biên dạng đỉnh rôto và chân rôto theo kiểu Roots Góc quay trục dẫn động của rôto 1 Góc quay trục dẫn động của rôto 2 Khoảng cách trục quay của hai rôto Tỷ số truyền Bán kính cực của elíp lăn {Σ Vận tốc góc của rôto 1 Vận tốc góc của rôto 2 Chu vi của { e } Chu vi của {Σ S } Hệ số tâm tích = b / a Kích thước ngang của quạt vi R R* k S r K Sstato S (mm2 ) f 2 (mm (mm2 ) z B qr V 1 n Q Q tltb tt Vx Vh Sh S (mm) (%) d Q (mm) 3 (cm / vòng) 3 (mm ) (vòng/ phút) (dm3 / phút) (dm3 / phút) (mm ) (mm ) (mm (mm (rad) p p1 T1 px Tx p2 T2 p xt Vz (bar) 0 ( (bar) 0 ( (bar) (0 C) (bar) (mm3 ) (Jmol−1 K −1 ) (mm) (mm) (mm) Kích thước hướng kính của stato Hiệu suất thể tích Diện tích mặt cắt ngang vuông góc với trục quay của buồng đong khí Diện tích tiết diện mặt cắt ngang vuông góc với trục quay của toàn bộ lòng trong buồng làm việc của quạt Diện tích tiết của rôto trên mặt cắt ngang vuông góc với trục quay Số răng của rôto Kích thước hướng trục của rôto Lưu lượng riêng lý thuyết Thể tích buồng đong khí Tốc độ quay của trục dẫn động Lưu lượng lý thuyết trung bình Lưu lượng lý thuyết tức thời Thể tích buồng đẩy Thể tích buồng hút Diện tích tiết diện buồng hút Diện tích tiết diện buồng đẩy Dao động lưu lượng của quạt Góc lệch pha Dao động lưu lượng của hệ quạt ghép song song Dao động áp suất Áp suất của buồng hút Nhiệt độ của buồng hút Áp suất nén của buồng đẩy Nhiệt độ của buồng đẩy trong quá trình nén Áp suất tải Nhiệt độ của khí khi có áp suất tải Áp suất của buồng đẩy ở trạng thái bắt đầu trộn khí Thể tích bình tích áp Tỷ lệ thể tích giữa bình tích áp và buồng đong khí Hằng số chất khí Kích thước khe hở cạnh rôto Kích thước khe hở hướng kính Kích thước khe hở mặt đầu vii Hình 4.23 Đặc tính của quạt thổi Roots mẫu pt [x103Pa] pt [x103Pa] 10 20 30 40 50 Hình 4.24 Hiệu suất lưu lượng của quạt thổi Roots mẫu 122 60 Từ hình 4.23 và hình 4.24 ta có thể thấy: 3 Khi làm việc ở áp suất pt =10 10 Pa : Quạt đạt hiệu suất về lưu lượng từ 38,18% 88,46% tương ứng với tốc độ quay trục dẫn động từ 100 vòng/ph đến 1000 vòng/phút i) 3 Khi làm việc ở áp suất pt = 20 10 Pa : Quạt đạt hiệu suất về lưu lượng lần là 35,07%72,85% tương ứng với tốc độ quay trục dẫn động từ 400 vòng/phút đến 1000 vòng/phút ii) 3 iii) Khi làm việc ở áp suất cực đại pt = 50 10 Pa : Quạt đạt hiệu suất về lưu lượng là 12,34% tương ứng với tốc độ quay trục dẫn động là 1000 vòng/phút iv) Hiệu suất của quạt tăng khi tăng tốc độ quay của trục dẫn động Ngoài ra khi ở cùng một dải tốc độ áp suất tăng lên thì lượng tổn thất càng tăng dẫn đến giảm hiệu suất của quạt Kết luận chương 4 Từ việc thực hiện phương pháp nghiên cứu lý thuyết, kiểm tra lý thuyết bằng phương pháp mô phỏng số đến thí nghiệm thực nghiệm, chương 4 của luận án đã có những đóng góp cụ thể: dựa trên việc kế thừa các định luật và phương trình nhiệt động lực học chất lỏng, phát triển mô hình toán học dưới dạng giải tích để đánh giá tổn thất lưu lượng và tụt áp khi có khe hở mặt đầu, khe hở cạnh rôto và khe hở hướng kính cho đối tượng được đề xuất bởi luận án Đây là một đóng góp của luận án cho lý thuyết tính toán thiết kế quạt thổi Roots Ngoài ra, chương này cũng đã giải quyết được các vấn đề sau: i) Xây dựng được biểu thức xác định được tổn thất lưu lượng và áp suất Từ đó, khảo sát đánh giá được ảnh hưởng của khe hở mặt đầu, khe hở cạnh rôto và khe hở hướng kính đến tổn thất thủy lực Kết quả nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế, chế tạo loại quạt thổi đề xuất bởi luận án vào các kịch bản ứng dụng khác nhau ii) Chứng minh tính đúng đắn các kết quả nghiên cứu lý thuyết ở chương 2, chương 3 bằng phần mềm mô phỏng số và thực nghiệm Từ đó cho thấy: a) Trong ba loại khe hở nếu xét ở cùng một kích thước khe hở thì khe hở mặt đầu ảnh hưởng lớn nhất đến tổn thất lưu lượng và áp suất cụ thể chiếm 62,1% lượng khí tổn thất, khe hở hướng kính chiếm 25,2% còn khe hở cạnh rôto là 12,7% 123 b) Khi sử giải pháp chia rôto dao động lưu lượng được giảm đi đáng kể từ dụng 0,8) đến 96,44% ( = 1 52,31% ( = máy này mà không làm thay đổi kích thước buồng làm việc của quạt Về mặt thực nghiệm đã có những đóng góp cụ thể sau: i) án Chế tạo thành công một mẫu quạt thổi theo kết quả nghiên cứu của luận ii) Thiết kế chế tạo và lắp đặt bộ thiết bị thí nghiệm để kiểm chứng một số kết quả nghiên cứu lý thuyết của luận án iii) Đã tiến hành thí nghiệm và từ các kết quả đo đã kiểm chứng tính chính xác của công thức tính toán lưu lượng lý thuyết, xây dựng được đường đặc tính P-Q của quạt mẫu và đồ thị hiệu suất lưu lượng theo áp suất 124 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Việc tìm ra một đường cong mới nhằm cải tiến biên dạng rôto để tạo ra một loại QTRTKTX kiểu Roots và tối ưu các thông số thiết kế đặc trưng, nhằm đảm bảo kích thước nhỏ nhất mà vẫn đáp ứng được lưu lượng cho trước, là một nhu cầu cấp thiết hiện nay ở cả trong và ngoài nước trước những đòi hỏi ngày càng cao của thực tiễn sản xuất công nghiệp ở đầu thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0 Để đạt được điều đó luận án đề ra mục tiêu là: (i) Thiết lập được phương trình biên dạng rôto cải tiến mới theo nguyên lý dẫn động của cặp BRKT ăn khớp ngoài (cặp bánh răng họ elíp); (ii) Tính toán tối ưu TSTKĐT để kích thước của quạt là nhỏ nhất theo lưu lượng cho trước; (iii) Xác định được ảnh hưởng của khe hở đến hiện tượng tổn thất lưu lượng và tụt áp trong giới hạn tốc độ làm việc ổn định của quạt Để giải quyết các mục tiêu đã đề ra luận án đã đạt được những kết quả sau: Về mặt lý thuyết (1) Luận án đã thiết lập được phương trình đường cong mới trên cơ sở lý thuyết ăn khớp của cặp BRKT để cải tiến biên dạng rôto hình thành QTRTKTX kiểu Roots mới Với cùng kích thước hướng kính, hướng trục và chế độ làm việc, quạt thổi Roots mới được đề xuất bởi luận án có HSSDTT và lưu lượng lớn nhất so với các kết quả nghiên cứu trước đây đã công bố Cụ thể HSSDTT lớn hơn 19% so với thiết kế mới nhất của Hsieh (2015) [52] và 21% so với Litvin (1960) [38], 37% so với Palmer (1875) [10], còn lưu lượng của thiết kế mới lớn hơn từ 19,8% đến 36,6% trong khi kích thước ngang giảm đi từ 4,5% đến 18,1% (2) Từ phương trình biên dạng rôto đã thiết lập, luận án cũng đã giải quyết một cách triệt để các điều kiện hình thành biên dạng rôto như: điều kiện cắt lẹm chân răng, điều kiện hình thành rôto cho cải tiến, thiết kế mới được nghiên cứu bởi luận án Ngoài ra, trên cơ sở nghiên cứu về hiện tượng trượt biên dạng (vận tốc trượt tương đối) luận án cũng đã đưa ra được phương trình biên dạng thực để làm cơ sở xác định khe hở cạnh rôto trong quá trình quạt làm việc và tránh hiện tượng mài mòn, sinh nhiệt do ma sát cơ học giữa hai rôto trong quá trình làm việc, cùng với đó là lý giải một cách khoa học tại sao loại quạt này có tên gọi là quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots (3) Luận án đã chỉ ra đối với cải tiến mới bởi luận án có nhược điểm là sự ổn định của dòng chất khí sau quạt kém hơn các thiết kế đã được công bố trước đây từ 1,18 đến 2,96 lần Để khắc phục nhược điểm này luận án cũng nghiên cứu đưa 125 ra thuật toán xác định góc lệch pha khi tách và ghép rôto song song, kết quả cho thấy dao động lưu lượng giảm đi giảm đi đáng kể từ 52,31% đến 96,44% (4) Bắt nguồn từ định luật nhiệt động lực học chất lỏng cùng với phương trình mô tả biến đổi thể tích ở buồng hút/đẩy theo quá trình hút/nén/đẩy của quạt, luận án đã thiết lập được phương trình lưu lượng tức thời và áp suất tức thời của quạt, từ đó đã áp dụng một phương pháp hiện đại là giải thuật di truyền vào thuật toán tối ưu tham số thiết kế đặc trưng nhằm đảo bảo quạt thổi có kích thước thiết kế nhỏ nhất mà vẫn đáp ứng được lưu lượng cho trước (5) Luận án đã thiết lập phương trình toán học mô tả ảnh hưởng của khe hở cạnh rôto, khe hở mặt đầu và khe hở hướng kính đến hiện tượng tụt áp và mất lưu lượng trong miền giới hạn tốc độ làm việc của quạt Trong ba loại khe hở nếu xét ở cùng một kích thước khe hở thì khe hở mặt đầu ảnh hưởng lớn nhất đến tổn thất lưu lượng và áp suất cụ thể chiếm 62,1% lượng khí tổn thất, khe hở hướng kính chiếm 25,2% còn khe hở cạnh rôto là 12,7% (6) Để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết, luận án đã tiến hành kiểm chứng bằng phương pháp mô phỏng số trên mô đun CFX của phần mềm Ansys và thấy sai số 3,48% Qua đó cho thấy cơ sở lý thuyết nghiên cứu ở của luận án là đáng tin cậy Về mặt thực nghiệm (1) Luận án đã tiến hành chế tạo một mẫu quạt theo kết quả nghiên cứu lý thuyết và tối ưu của luận án (2) Luận án đã chế tạo, xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm trên quạt mẫu Kết quả cho thấy sai khác giữa lưu lượng thực nghiệm so với lưu lượng lý thuyết trong khoảng từ 1,63% đến 8,23% Điều đó chứng tỏ độ tin cậy của mô hình toán và tính chính xác của công thức lý thuyết mà luận án đã thiết lập Ngoài ra bằng thực nghiệm, luận án đã xây dựng đường đặc tính cho mẫu quạt đã chế tạo thử nghiệm Từ những kết quả nghiên cứu trên luận án có những đóng góp mới cụ thể như sau: (1) Đã nghiên cứu và phát triển được một loại quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots mới dẫn động bằng cặp BRKT họ elíp có HSSDTT và lưu lượng lớn hơn so với các kết quả nghiên cứu cho đến thời điểm hiện tại (2) Đã giải quyết triệt để các điều kiện hình thành rôto của quạt thổi Roots mới, cụ thể: (i) Điều kiện cắt chân răng; (ii) Điều kiện giao thoa biên dạng và không hình thành biên dạng rôto 126 (3) Đưa ra được biểu thức giải tích xác định khe hở cạnh rôto, khe hở mặt đầu, khe hở hướng kính và ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và tụt áp suất của loại quạt mới được nghiên cứu bởi luận án (4) Về thuật toán luận án đã xây dựng được: (i) Thuật toán tối ưu với công cụ hiện đại là giải thuật di truyền để tối ưu các thông số thiết kế đặc trưng nhằm đảm bảo kích thước nhỏ nhất mà vẫn đáp ứng được lưu lượng cho trước của quạt; (ii) Thuật toán xác định góc lệch pha tối ưu khi ghép song song để giảm dao động lưu lượng dẫn đến tăng chất lượng dòng chảy sau quạt Kiến nghị Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, những vấn đề sau chưa được đề cập tới và cũng là những ý tưởng đề xuất để tiếp tục cải tiến và hoàn thiện hơn về mặt thiết kế cũng như công nghệ để nâng cao tuổi thọ của quạt và vận dụng kết quả nghiên cứu vào các kịch bản ứng dụng khác nhau đó là: i) Nghiên cứu những vấn đề về mặt cơ khí như: ứng suất, biến dạng chuyển vị của rôto dưới tác dụng của tải làm việc ii) Hình dạng hình học và kết cấu của cửa hút và cửa đẩy đến hiệu suất của quạt iii) Quá trình sinh nhiệt, quá trình nén và truyền nhiệt qua vỏ cũng như giải pháp làm mát quạt iv) Nghiên cứu về độ ồn và giải pháp giảm ồn do sự thay đổi dòng khí và các chi tiết cơ khí chuyển động v) Ứng dụng các kết quả và phương pháp luận của luận án tiến hành thiết kế các mẫu mới và tiến hành thí nghiệm trên các thiết bị đo kiểm của luận án cho các kịch bản ứng dụng phong phú và đa dạng 127 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1 Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến (2017); "Đề xuất một biên dạng mới trong thiết kế quạt thổi cao áp dạng Roots", Tuyển tập Hội nghị khoa học cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 20, tr 692-698 2 Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến, Phạm Thiên Toàn (2017), "Về một loại bơm thủy lực thể tích bánh răng ăn khớp ngoài có biên dạng là họ đường cong xyclôít cải tiến", Tuyển tập Hội nghị khoa học cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 20, tr 681 - 691 3 Nguyễn Hồng Thái, Phan Tiến Dũng, Trần Ngọc Tiến (2017), "Biến thiên áp suất ở cửa hút và cửa đẩy của một loại quạt Roots cải tiến theo góc quay của trục dẫn động", Tuyển tập Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, tr 239-246 4 Trần Ngọc Tiến, Nguyễn Hồng Thái (2017), "Thiết kế rotor của quạt thổi lobe trên cơ sở đường elip sinh lăn không trượt trên elip lăn", Tuyển tập Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ X, tr 315-321 5 Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến (2018), "Ảnh hưởng của tham số thiết kế đến hiện tượng trượt biên dạng và lưu lượng của quạt Roots", Tạp chí phát triển Khoa học và Công nghệ, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Tập 1 (Số 1), tr 13-19 6 Nguyen Hong Thai, Tran Ngoc Tien, Phan Tien Dung, Nguyen Quang Huy (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 7 Tran Ngoc Tien, Nguyen Hong Thai (2019), "A novel design of the Roots blower", Vietnam Journal of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology 57 (2), pp 249-260 8 Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến, Tống Công Khánh, Nguyễn Thùy Dương (2019), "Ảnh hưởng của tham số thiết kế đặc trưng đến lưu lượng lý thuyết tức thời của một loại quạt thổi Roots mới được hình thành theo 128 nguyên lý của cặp bánh răng không tròn kiểu elip chính tâm", Tuyển tập Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc kỷ niệm 40 năm thành lập Viện Cơ học, tr 286-295 9 Nguyễn Hồng Thái, Trần Ngọc Tiến, Trần Huy Toàn, Nguyễn Thùy Dương (2019), "Ảnh hưởng của hệ số tâm tích bánh răng đến lưu lượng và áp suất của một loại quạt thổi Roots mới", Tuyển tập Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc kỷ niệm 40 năm thành lập Viện Cơ học, tr 296-303 10 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, Vietnam Academy of Science and Technology 57 (4A), pp 125140 11 Trịnh Đồng Tính, Trần Ngọc Tiến, Nguyễn Hồng Thái (2020), "Thiết lập mô hình toán học mô tả sự biến đổi thể tích trong buồng hút và buồng đẩy của một loại quạt Roots cải tiến", Tạp chí Khoa học & Công nghệ các trường đại học kỹ thuật, Số 141, tr 28-33 12 Nguyen Hong Thai, Tran Ngoc Tien, Duong Thi Thuy Mai, Nguyen Duy Long (2020), "The optimal design dimension of a new Roots blower with a given flow rate", Journal of Science and Technology Technical Universities (Under review) 129 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] George Jones (1843), “Jones’s gas and air exhauster or blower”, Mechanics Magazine, Volume 39, pp 305-306 [2] Philander Higley Roots, Francis Marion Roots (1860), “Rotary blower”, Patent US2369 [3] Carl R Houghton (1946), “Rotary pump”, Patent US2489887A [4] M H Hablanian (1990), “Design and performance of oil-free pumps”, Vacuum, Vol 41 (7-9), pp 1814-1818 [5] 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 [6] C.F Hsieh (2015), “Flow characteristics of Roots pumps with multistage designs by CFD investigation”, Mech Ind Vol 16 (6), pp 601611 [7] C.F Hsieh, Q.J Zhou (2015), “Fluid analysis of cylindrical and screw type Roots vacuum pumps”, Vacuum, Volume 121, pp 274-282 [8] Forrest O E Schultz (1966), “Fluid compressor”, Patent US3275225A [9] Thwaites, Carbutt (1874), “Roots' blower”, Journal of the Society for Arts, Vol 22, No 1129, pp 757-768 [10] Wales L Palmer, Israel W Knox (1875), “Improvement in rotary pressure-blowers”, Patent US166295A [11] Arvid Linde (2011), "Preston tucker and others: tales of brilliant automotive innovators and innovations", Veloce Publishing [12] G N Georgano (1982), “The new encyclopedia of motorcars 1885 to the present”, New York: Dutton, pp 415 [13] Anderson, John D (2002), “The airplane: A history of its technology Reston, VA”, USA: American Institute of Aeronautics and Astronautics, pp 252-253 [14] Warren Meyer William (1928), “Rotary blower or pump”, Patent US1769153A [15] George E A Hallett (1933), “Roots blower”, Patent US2014932A [16] Robert P Mcculloch, John L Ryde (1948), “Interengaging impeller rotary positive displacement blower”, Patent US2448901A [17] Roger D Wellington (1956), “Rotary blower”, Patent US2754050A [18] George P Hanley, Kenneth L Hulsing (1960), “Rotary blower”, Patent US3059835A 130 [19] Lorenz Albert (1960), “High vacuum pumps”, Patent US2937807A st [20] F.L Litvin, “Theory of Gearing (in Russian)”, 1 edition in 1960, 2 edition in 1968 nd [21] Hubrich Christoph (1963), “Rotary piston for a roots blower”, Patent US3105634A [22] K Ed Jousten (2008), “Handbook of Vacuum Technology”, WILEYVCH, Weinheim, Germany [23] H Wycliffe (1987), “Mechanical High-vacuum Pumps with an Oil-free Swept Volume”, Journal of Vacuum Science and Technology A, Vol 5 (4), pp 2608-2611 [24] Tetsuo Fukagawa (1990), “Roots blower with improved clearance between rotors”, Patent US5040959A [25] Daniel C H Yang, Shih - Hsi Tong (2009), “Lobe pump system and method of manufacture”, Patent US7553143B2 [26] Taatsuo Matsuyama (1994), “Rotary piston fluid pump”, Patent US5336069A [27] Matasaburo Kaga, Toshio Takeda (1983), “Roots type blower with reduced gaps between the rotors”, Patent US4666384A [28] DeokKyeomKim(2001),“Rootsvacuumpump”,Patent US20030035738A1 [29] Nobuo Fujita (2005), “Roots type pump and fuel cell system”, Patent US7794218B2 [30] Wan Shanglu, Gao Yuxin, Niu Yusheng (1997), “New structure of Roots blower and vacuum pump with counter current device”, Patent CN2250437Y [31] Su Chunmo, Liu Hui, Yang Yansan, et al (1998), “Negative pressure Roots blower”, Patent CN2276084Y [32] Shigeharu Kambe, Tutomu Higuchi (1988), “Multi-section roots vacuum pump of reverse flow cooling type”, Patent EP0359423B1 [33] Carlo Conti (2003), “Roots blower with cover plate channels”, Patent DE69819577D1 [34] Edmund Pollock Thomas, John Henry Muir, Bruce Charles Hargus (1989), “Dual seal system for roots blower”, Patent EP0136617B1 [35] Komei Yokoi (1987), “Water sealing type roots blower”, Patent JPS627991A 131 [36] Byeongsam Kim, Yongwoo Kim (2004), “Silencer for Roots Blower”, Patent KR100415066B1 [37] F L Litvin, P H Feng (1996), “Computerized design and generation of cycloidal gearings”, Mechanism and Machine Theory, Vol 31 (7), pp 891911 [38] F L Litvin, A Fuentes (2004), “Gear geometry and applied theory”, Second Edition, Cambridge University Press, New York [39] Ralf Steffens (1990), “Rotor profile for a roots vacuum pump”, Patent US5152684 [40] 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 [41] 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) [42] 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 [43] P Y Wang, Z H Fong, H S Fang (2002), “Design constraints of fivearc Roots vacuum pumps”, Proc Instn Mech Engrs, Part C: J Mechanical Engineering Science, Vol 216(C2), pp 225-234 [44] 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 (3), pp 915-926 [45] 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 259-267 [46] L Yao, Z Ye, H Cai, et al (2004), “Design of a milling cutter for a novelthree-lobe arc-cycloidal helical rotor”, Proceeding of IMechE, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol 218(C10), pp 1233-1241 [47] 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 [48] Jun Wang, Ruiqing Liu, Shuran Yang, Hongxin Li, Zengli Wang, Qiang Li ... rơto quạt thổi 59 Kết luận chương 60 Chương TỐI ƯU KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ CỦA QUẠT THỔI THEO LƯU LƯỢNG CHO TRƯỚC 62 3.1 Thiết lập công thức xác định lưu lượng quạt thổi Roots. .. thiết kế dẫn động cặp bánh trụ tròn nhằm tăng lưu lượng máy [54-61] Từ phân tích đánh giá khẳng định nghiên cứu MTLTTRTKTX kiểu Roots phát triển theo nguyên lý dẫn động 17 cặp bánh trụ tròn Bảng... bày thấy từ xuất vào năm 1843 nghiên cứu quạt thổi Roots tập trung vào nguyên lý dẫn động cặp bánh trụ tròn có tỷ số truyền 1:1, cịn ngun lý dẫn động cặp BRKT (bánh elíp), tức đường lăn rơto