Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội ****** Phùng hồng tuấn NGHIÊN Cứu tua bin tia nghiêng phục vụ phát triển thủy điện nhỏ viêt nam luận án tiến sỹ kỹ thuật Hà Nội, 2010 Bộ giáo dục đào tạo Tr-ờng đại học bách khoa hà nội ****** Phùng hồng tuấn NGHIÊN Cứu tua bin tia nghiêng phục vụ phát triển thủy điện nhỏ viêt nam Chuyên ngành: Kỹ thuật máy Thiết bị thủy khí Mà số: 62.52.16.01 luận ¸n tiÕn sü kü thuËt Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: 1: PGS.TS Võ Sỹ Huỳnh 2: PGS.TS Nguyễn Thế Mịch Hà nội, 2010 Lời cảm ơn Tụi xin by t lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS-TS Võ Sỹ Huỳnh, PGS-TS Nguyễn Thế Mịch tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình hồn thành luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Bộ Giáo dục Đào tạo, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Thủy điện lượng tái tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam hỗ trợ cho việc học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo, cán giảng dạy nghiên cứu, chuyên gia, cán kỹ thuật môn Máy Tự động Thủy khí, Viện đào tạo sau Đại học - trường đại học Bách khoa Hà nội, Trung tâm Nghiên cứu, sản xuất Thiết bị điện - Viện Thủy điện lượng tái tạo ln động viên, nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để thực luận án Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn Giáo sư, Nhà khoa học đọc góp nhiều ý kiến q báu cho việc hồn thiện luận án Tơi vơ cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp ln giúp đỡ, động viên chia sẻ khó khăn để tơi hồn thành luận án Hà Nội, năm 2010 PHÙNG HỒNG TUẤN Lêi cam ®oan Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Những số liệu kết công bố luận án kiểm tra cẩn thận, trung thực chưa người khác nhóm tác giả khác cơng bố Các số liệu sử dụng cho luận án từ cơng trình cơng bố tập thể đồng tác giả cho phép sử dụng Tác giả luận án PHÙNG HỒNG TUẤN ii Môc lục Lời cảm ơn i Lêi cam ®oan ii Môc lôc iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt vii mở đầu Ch-¬ng I tæng quan nhiệm vụ nghiên cứu luận án 1.1 Giíi thiƯu chung vỊ TBTN 1.2 Tæng quan tình hình nghiên cứu, chế tạo sử dụng TBTN giới Việt Nam 1.2.1 Tình hình nghiên cứu, chế tạo sử dụng TBTN giới 1.2.2 Tình hình nghiên cứu, chế tạo sử dụng TBTN ë ViƯt Nam 10 1.3 NhiƯm vơ nghiªn cøu cđa ln ¸n 11 1.3.1 Cơ sở lý thuyết trình làm việc TBTN 11 1.3.1.1 Các thông số TBTN 11 1.3.1.2 Tác dụng t-ơng hỗ dòng tia 12 1.3.1.3 Lý thuyết đơn giản TBTN 19 1.3.2 Lựa chọn thông số nghiên cứu 26 1.4 Néi dung ph-ơng pháp nghiên cứu luận án 28 1.4.1 Néi dung nghiªn cøu 28 1.4.2 Ph-ơng pháp nghiên cứu 29 Ch-¬ng II 30 ph-ơng pháp nghiên cứu 30 iii 2.1 Ph-ơng pháp nghiên cứu lý thuyết biên dạng vßi phun TBTN 30 2.1.1 C¬ së lý thuyÕt tính toán động lực học dòng chảy vòi phun TBTN 30 2.1.1.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng đ-ờng đ-ờng dòng đẳng 31 2.1.1.2 Ph-ơng pháp xây dựng dòng đẳng thế: 33 2.1.2 ứng dụng phần mềm Fluent phân tích động lực học dòng chảy vòi phun TBTN 37 2.1.2.1 Sơ l-ợc phần mềm Fluent 38 2.1.2.2 Ph-ơng pháp nghiên cứu động lực học dòng chảy TBTN phần mềm Fluent: 39 2.2 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế TBTN 41 2.2.1 Các vấn đề TBTN: 41 2.2.1.1 Quá trình dòng chảy TBTN 41 2.2.1.2 Quá trình dòng chảy phận TBTN 42 2.2.2 Ph-ơng pháp thiÕt kÕ TBTN 53 2.2.2.1 Chọn sơ đồ kết cấu 53 2.2.2.2 Chän kích th-ớc phận 55 2.2.3 TÝnh to¸n thiÕt kÕ TBTN mô hình phục vụ nghiên cứu thực nghiệm: 58 2.2.3.1 Lùa chän kÕt cÊu 58 2.2.3.2 Lùa chän kích th-ớc, thông số sở TBTN mô hình 58 2.2.3.3 Tính toán thông số TBTN mô hình 58 2.2.3.4 ThiÕt kÕ BCT 59 2.2.3.5 Lùa chän vßi phun 61 2.2.4 Mô hình hoá tua bin 62 iv 2.3 Ph-ơng pháp nghiªn cøu thùc nghiƯm TBTN 64 2.3.1 HÖ thèng thÝ nghiÖm 64 2.3.2 Thí nghiệm xác định đ-ờng kính vào tâm trục dòng tia BCT 68 2.3.2.1 Ph-ơng pháp tiến hành thực nghiệm: 68 2.3.2.2 Quá trình thực nghiệm đo đạc số liệu: 70 2.3.3 Thí nghiệm xác định tỷ số D 1/d0 72 2.3.4 Thu thập xử lý số liệu trình thực nghiÖm 73 2.3.4.1 Thu thËp sè liÖu trình thực nghiệm 73 2.3.4.2 Qui trình xử lý liệu thí nghiệm: 74 2.3.5 Xây dựng đặc tính tổng hợp tua bin mô hình 77 2.4 KÕt luËn ch-¬ng II 79 Ch-¬ng III 80 Kết nghiên cứu đánh giá kết 80 3.1 Kết đánh giá kết nghiên cứu lý thuyÕt vßi phun TBTN 80 3.1.1 Kết nghiên cứu 80 3.1.1.1 Kết tính toán chọn biên dạng vòi phun cho TBTN 80 3.1.1.2 Kết tính toán kiểm nghiệm vòi phun TBTN mô hình 92 3.1.1.3 Kết tính toán kiểm nghiệm vòi phun TBTN nhà máy thủy điện Suối Tân - Sơn La 94 3.1.2 Ph©n tích, đánh giá kết 95 3.2 Kết đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm TBTN Error! Bookmark not defined 3.2.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định đ-ờng kính vào tối -u tâm trục dòng tia BCT: Error! Bookmark not defined v 3.2.1.1 Bản chất trình nghiên cứu thực nghiệm xác định đ-ờng kính vào tâm trục dòng tia BCT số khái niệm bản: Error! Bookmark not defined 3.2.1.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm: Error! Bookmark not defined 3.2.1.3 Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm:Error! Bookmark not defined 3.2.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định tỷ số D1/d0 tối -uError! Bookmark 3.2.2.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm: Error! Bookmark not defined 3.2.2.2 Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm:Error! Bookmark not defined 3.3 KÕt luËn ch-¬ng III Error! Bookmark not defined Ch-¬ng IV Error! Bookmark not defined KÕt luËn Error! Bookmark not defined 4.1 Các kết đạt đ-ợc luận ánError! Bookmark not defined 4.2 Những đóng góp luận ánError! Bookmark not defined 4.3 Kiến nghị vỊ h-íng nghiªn cøu tiÕp theoError! Bookmark not def Danh mục công trình công bố Error! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined Phô lôc Error! Bookmark not defined vi Danh mơc c¸c ký hiệu chữ viết tắt ax chiều dài côn thẳng (m) BCT Bánh công tác c Vận tốc tuyệt đối (m/s) D1 Đ-ờng kính bánh công tác vị trí vào tâm trục dòng tia hay gọi tắt Đ-ờng kính bánh công tác (m) D 1/ d Tỷ số đ-ờng kính BCT đ-ờng kính dòng tia (Thông số đặc tr-ng cho tỷ tốc TBTN) Dv Đ-ờng kính vành BCT (phía n-ớc vào) (m) Db Đ-ờng kính bầu cánh (phía n-ớc vào) (m) dmax §-êng kÝnh lín nhÊt cđa kim phun (m) d0 Đ-ờng kính dòng tia (m) dv Đ-ờng kính miệng vòi phun (m) dx Đ-ờng kính hình côn (m) F 1; F Diện tích thoát vòi phun lối vào lối (m2) f f - diện tích động mặt cắt ngang phun (m2) G Khoảng cách từ miệng vòi phun đến BCT theo tâm trơc dßng tia (m) g Gia tèc träng tr-êng (m/s2) H Cét ¸p tua bin (m cét n-íc) HD Cét ¸p ®éng (m cét n-íc) HT Cét ¸p tÜnh (m cột n-ớc) Htp Cột áp toàn phần (m cột n-ớc) hw Tổn thất cột áp (m cột n-ớc) Hs Độ cao đặt máy lớn mực n-ớc hạ l-u (m) k Động l-ợng (N) k1x, k2x động l-ợng theo chiều dòng tia tr-ớc sau (theo vii ph-ơng x) (N) M Mô men xoắn trục (N.m) N Công suất (kW) NT Công suất trục tua bin (kW) NTL Công suất thủy lực (kW) n Số vòng quay (tốc độ quay) tua bin (vòng/phút) n0 Tốc độ tối -u, tốc độ tua bin đạt hiƯu st cao nhÊt (vßng/phót) n 1’ Sè vßng quay qui dÉn cđa tua bin (vßng/phót) n1o’ Sè vßng quay qui dÉn tèi -u cđa tua bin (l/s) ni C¸c đ-ờng vuông góc với đ-ờng dòng vòi phun ns Tû tèc (m.KW) P Lùc t¸c dơng (N) p ¸p st (kG/cm2) Q L-u l-ỵng tua bin (l/s) Q1 L-u l-ợng tua bin qua vòi phun (l/s) Q1 L-u l-ợng qui dẫn tua bin (l/s) R Bán kính biên dạng phần dẫn dòng vòi phun (m) R0 Bán kính danh nghĩa bánh công tác (R = D1/2) (m) Ri Bán kính vị trí BCT (m) r bán kính phần dẫn dòng vòi phun (m) ri Các bán kính đ-ờng dòng vòi phun (m) S Hành trình kim phun (m) Si Các đ-ờng dòng vòi phun T Độ dịch chuyển vị trí tâm trục dòng tia trªn BCT (m) TBTN Tua bin tia nghiªng u VËn tốc theo (m/s) viii Tiếp theo, xét đến vị trí gần vành Ngoại trừ vị trí làm cho dòng tia va vào vành, vị trí vào dòng tia sát vành, khoảng hở hai cánh liên tiếp lớn Lúc này, dòng tia tác động lên cánh công tác cách hoàn toàn xung kích Tại mép cánh, khoảng cách lớn nên lớp dòng thoát cách tự do, không xuất hiện t-ợng dòng tia khỏi cánh công tác lại va vào l-ng cánh Tuy nhiên, khoảng hở hai cánh liên tiếp phía dòng tia vào lớn, lớp dòng tia tác động lên cánh dày, phần tử chất lỏng lúc vào cánh với góc khác khác với tính toán lý thuyết Sự sai khác gây t-ợng va đập số phần tử lớp dòng tia gây nên t-ợng sụt giảm hiệu suất chung tua bin Tổng hợp phân tích đến kết luận: dòng tia vào gần bầu, t-ơng quan tỷ lệ lớp dòng tia khe hở máng dẫn lớn, gây t-ợng chèn dòng va đập lối ra; ng-ợc lại, dòng tia vào vị trí gần vành, khoảng hở lớn, gây t-ợng va đập số phần tử dòng tia lối vào Cả hai tr-ờng hợp nêu làm sụt giảm hiệu suất làm việc tua bin Nh- vậy, việc tồn vị trí vào dòng tia vành bầu làm cho tua bin làm việc tối -u Kết nghiên cứu thực nghiệm đà tìm vị trí tối -u (D1=270mm) - Phân tích đặc tính tổng hợp tua bin mô hình hai giá trị đ-ờng kính vào D1 theo mẫu thiết kế giá trị D1 tối -u tìm đ-ợc, rút nhận xét sau: + Dạng đ-ờng cong đặc tính giống nhau; + Đặc tính tổng hợp với giá trị D1 theo mẫu thiết kế có số vòng quay qui dẫn tối -u thấp ( n1o 35,6v/ph), toàn đặc tính bị hạ thấp , 110 , trục n1 ; Với giá trị D1o=270mm, số vòng quay qui dẫn độ mở cao hơn, giá trị tối -u n1o 38,5v/ph , ' + L-u l-ỵng qui dÉn tèi -u Q1o tua bin mô hình với giá trị ' D1o=270mm lớn dịch chuyển theo chiều tăng trục Q1 ; + Độ mở tối -u tăng từ S=25mm lên S=35mm giá trị D1 tăng từ 250mm theo thiÕt kÕ mÉu lªn D 1o=270mm Trªn thùc tế, dù trình thay đổi D1 nhiều gây ảnh h-ởng đến trình dòng chảy BCT tua bin, nh-ng xét mặt chất dù có giá trị D TBTN mô hình nghiên cứu loại tua bin xung kích có dạng đặc tính chung Nh- dạng đặc tính giống qui luật Đối víi sè vßng quay qui dÉn tèi -u cđa tua bin mô hình, từ công thức (3.2) (3.3), coi nh- hiệu suất vòi phun không thay ®ỉi ë hai ®é më S=25mm vµ S=35mm (hai ®é mở tối -u ứng với hai giá trị D1 xét) , Kn=const lúc n1 phụ thuộc vào hệ số tốc độ u1 Khi D1 tăng, c1 , u1 tăng lên n1 tăng lên Xem xét thay đổi giá trị l-u l-ợng qui dẫn tối -u cho thấy, D1 tăng lên 270mm, độ mở tối -u tăng lên S=35mm tức l-u l-ợng tối -u qua tua bin tăng lên Công thức 2.22 biểu thị sù phơ thc cđa l-u l-ỵng qui dÉn tua bin vào bình ph-ơng tỷ số d0 , tỷ số tăng làm cho D1 Q1' tăng nhanh ng-ợc lại 111 Từ hai đặc tính tổng hợp xây dựng đ-ợc cho thấy, giá trị l-u l-ợng qui dẫn ' ' d-ờng nh- bị đẩy phía giá trị thấp trục Q1 (mặc dù Q1 tối -u tăng lên so với giá trị cũ) Vấn đề D1 tăng đến giá trị tối -u tỷ tốc tua bin giảm đi, mà phải hiểu rằng, thực chất kích th-ớc tua bin Nếu đem qui mặt để so sánh thấy l-u l-ỵng qui dÉn hay tû tèc cđa tua bin độ mở nh- có giá trị Q1' tối -u tăng lên nhiều (từ 230 l/s lên 286 l/s qui đ-ờng kính D 1=250mm từ 196,9 l/s lên 245,8 l/s qui đ-ờng kính D 1=270mm) Từ công thức 2.25, tính đ-ợc ns tua bin: ns 3,65* n1, * * Q1, 3,65*38,5* 0,778*0, 2865 66,3 so víi ns cị: ns 3,65*35,6* 0,753*0, 230 54,1 (3.7) (3.8) Nh- vËy, víi D1 tối -u tìm đ-ợc, phạm vi làm việc tua bin đ-ợc mở rộng đáng kể Tổng hợp nhận xét phân tích đánh giá đây, kết luận: Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định vị trí vào tâm trục dòng tia BCT tối -u ý nghĩa việc nâng cao hiệu st tua bin, nã cßn cã ý nghÜa viƯc mở rộng phạm vi làm việc TBTN trục dòng tia xa bầu hơn, tăng đ-ợc kích th-ớc dòng tia công suất tua bin tăng thêm với kích th-ớc BCT nói riêng hay TBTN nói chung Từ đó, giảm đ-ợc giá thành chế tạo tổ máy, nâng cao hiệu sử dụng TBTN cho tổ máy thủy điện nhỏ 3.2.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định tỷ số D 1/d0 tối -u 3.2.2.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm: 112 Nh- đà nêu mục đây, tỷ số D1/d0 TBTN thông số đặc tr-ng quan trọng Nó biểu thị khả thoát tua bin hay tû tèc cđa tua bin Th«ng qua tỷ số này, ng-ời thiết kế tính toán đ-ợc thông số đảm bảo cho tua bin nguyên hình làm việc với hiệu cao Trong tỷ số này, D1 đ-ờng kính BCT đà biết d0 đ-ờng kính dòng tia tác động lên BCT Đ-ờng kính dòng tia, quan niệm kích th-ớc dòng tia tr-ớc tác động lên BCT khó xác định phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ mở vòi phun, chất l-ợng loại vòi phun sử dụng phận ống dẫn n-ớc vào tua bin (làm cho dòng tia bị loe nhiều hay sau khỏi vòi phun) Do đó, qui -ớc đ-ờng kính dòng tia diện tích thoát qua vòi (qui tròn) để việc tính toán đơn giản thực tế kích th-ớc theo qui định nhvậy so với kích th-ớc dòng tia tr-ớc tác động lên BCT khác không đáng kể Với cách xác định nh- trên, d0 đ-ợc tính toán theo ph-ơng pháp hình học độ mở tua bin Hình 3.19: Các kích th-ớc để xác định đ-ờng kính dòng tia độ mở vòi phun Hình 3.19 bảng 3.4 ph-ơng pháp kết tính toán d điều chỉnh độ mở vòi phun TBTN mô hình nghiên cứu 113 Tại độ mở S bất kỳ, d xác định theo công thức: d0 2* a * b (3.9) đây: a, b đ-ờng kính trung bình, chiều dài đ-ờng sinh mặt nón thoát n-ớc vòi phun (Hình 3.19) Với số liệu thu thập đ-ợc trình nghiên cứu thực nghiệm, thiết lập đ-ợc quan hệ hiệu suất tua bin tỷ số D 1/d0 theo biểu đồ hình 3.20 Bảng 3.4 S (mm) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 d0 (mm) 60 58.5 56.5 54.0 51.1 47.6 43.4 38.3 31.9 D1/d0 4.5 4.6 4.8 5.0 5.3 5.7 6.2 7.0 8.5 Hieu suat tua bin ~ D1/do 0.800 0.780 Hieu suat tua bin 0.760 0.740 0.720 0.700 0.680 0.660 0.640 0.620 0.600 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 Ty so D1/do Hình 3.20: Biểu đồ quan hệ hiệu suất tua bin tỷ số D 1/d0 3.2.2.2 Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm: Từ biểu đồ hình 3.20, rót c¸c nhËn xÐt sau: 114 + Tua bin đạt hiệu suất làm việc cao với tỷ sè D1/d0=5; + Khi D1/d0 > 5, hiÖu suÊt tua bin cã xu h-íng gi¶m nhanh; + Khi D1/d0 < 5, hiƯu st tua bin gi¶m víi xu h-íng chËm hơn; + Vùng làm việc tối -u tua bin kho¶ng 4,5 < D1/d0 < (cã hiƯu st lớn 75%) Nh- so với tua bin gáo, TBTN cã tû sè D 1/d0 tèi -u nhá h¬n nhiều Đây -u hẳn TBTN so với tua bin gáo khoảng tỷ tốc từ n s từ 40 đến 70 Trong phạm vi tỷ tốc này, TBTN có kích th-ớc nhỏ gọn giá thành chế tạo thấp nhiều so với tua bin gáo Khi tỷ số D1/d0 lớn so với giá trị tối -u, có nghĩa đ-ờng kính dòng tia nhỏ đi, nguyên tắc lý thuyết, hiệu suất tua bin không giảm lớp dòng tia cánh BCT mỏng hơn, không xảy t-ợng chèn dòng va đập lối vào nh- lối Tuy nhiên, thực tế, yếu tố gây sụt giảm hiệu suất nêu trên, cã nhiỊu u tè kh¸c nh-: tỉn thÊt ma s¸t ổ trục, tổn thất khí BCT quay không khí, tổn thất ma sát dòng chảy với mặt cánh Các loại tổn thất ny nhỏ đường kính dòng tia nhá (c«ng st tua bin nhá), tû lƯ cđa chóng so với công suất tua bin tăng lên gây t-ợng giảm hiệu suất, đặc biệt D 1/d0 lớn (D1/d0 > 9) Tr-ờng hợp ng-ợc lại, D 1/d0 giảm, có nghĩa đ-ờng kính dòng tia tăng lên, lúc tỷ lệ tổn thất khí giảm công suất tua bin cao Tuy nhiên, đ-ờng kính dòng tia đạt tới giá trị đó, t-ợng chèn dòng va đập bắt đầu xảy ra, lúc hiệu suất tua bin giảm nhanh 3.3 Kết luận ch-ơng III Từ kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm thu đ-ợc, qua phân tích đánh giá, rút kÕt ln sau: 115 - Vßi phun sư dơng TBTN t-ơng tự nh- tua bin gáo nh-ng phạm vi cột n-ớc làm việc thấp hơn, vận tốc dòng tia nhỏ nên biên dạng tối -u TBTN loại 80 0/540 ; - Giá trị tối -u đ-ờng kính vào tâm trục dòng tia BCT tua bin mô hình nghiên cứu D 1o=270mm Với giá trị D1o này, hiƯu st lµm viƯc cđa tua bin cao nhÊt víi tất độ mở vòi phun Quan hệ giá trị đ-ờng kính vào tối -u D1o với đ-ờng kính bầu đ-ờng kính vành BCT xác định theo c«ng thøc: D1o Dv Db 2, 015 (3.10) , , - Các thông số qui dẫn n1 , Q1 số vòng quay đặc tr-ng ns tua bin ứng với giá trị đ-ờng kính vào tối -u D 1o=270mm cao so với giá trị đ-ờng kính vào theo mẫu thiết kế D 1=250mm Các giá trị có ý nghĩa quan trọng việc giảm giá thành chế tạo tổ máy, nâng cao hiệu sư dơng TBTN; - Tû sè D1/d0 tèi -u xÊp xỉ 5, phạm vi để tua bin làm việc víi hiƯu st cao nhÊt lµ D1/d0 = 4,5 ~ 116 Ch-¬ng IV KÕt luËn 4.1 KÕt luËn chung Kết nghiên cứu, phân tích động lực học dòng chảy vòi phun TBTN việc sử dụng phần mềm Fluent cho thấy phù hợp với nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tr-ớc Điều cho phép việc kiểm tra lựa chọn loại biên dạng vòi phun cho tổ máy TBTN nói riêng, tua bin xung kích nói chung đ-ợc tiến hành nhanh chóng xác mà không cần thực nghiệm mô hình vật lý Các kết tính toán máy tính có độ xác ch-a cao, song mang tính định h-ớng tốt Đặc biệt, cho phép nghiên cứu thay đổi, tối -u biên dạng vòi phun cách nhanh chóng mà thực nghiệm nhiều lần phòng thí nghiệm Điều giúp giảm thiểu thêi gian, chi phÝ nghiªn cøu, cã ý nghÜa lín nghiên cứu khoa học Đ-ờng kính vào D1 BCT TBTN thông số không mang tính qui -ớc, đ-ợc xác định theo mẫu BCT tính toán xác định sở lý thuyết qua thực nghiệm Nó định chất l-ợng phạm vi làm việc TBTN Qua kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy việc tăng hiệu suất làm việc tua bin xác định đ-ợc đ-ờng kính vào tối -u cho phép tăng tỷ tốc hay công suất vận hành TBTN, điều cã ý nghÜa thùc tiƠn cao cã thĨ gi¶m giá thành chế tạo tổ máy Qua nghiên cứu, tổng hợp phân tích tình hình nghiên cứu phát triển TBTN giới cho thấy loại tua bin với kết cấu hợp lý phù hợp với thủy điện nhỏ cực nhỏ điều kiện tự nhiên, kinh tế trình độ công nghƯ cđa ViƯt Nam hiƯn c«ng nghƯ chÕ tạo đơn giản, dễ lắp đặt, vận hành, bảo d-ỡng đặc tính vận hành tốt 117 Tổng hợp đ-ợc sở lý thuyết, lý thuyết đơn giản TBTN để từ rút nguyên tắc việc tính toán thiết kế Đồng thời dựa vào thực nghiệm đà đ-ợc nghiên cứu tr-ớc loại tua bin xung kích khác để làm sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm TBTN phòng thí nghiệm Đà sâu phân tích trình dòng chảy TBTN, đánh giá chất tổn thất l-ợng dòng chảy giai đoạn để đ-a ph-ơng pháp thiết kế phận cách hợp lý n©ng cao hiƯu st chung cđa tua bin Luận án đà giải đ-ợc nhiều vấn đề tồn trình nghiên cứu ứng dụng TBTN thực tế, với sở mẫu thiết kế tua bin cũ nhiều nh-ợc điểm đà sử dụng tr-ớc đây, đà tìm đ-ợc thông số -u việt ph-ơng pháp tính toán phù hợp để sử dụng cách hiệu loại tua bin phục vụ cho việc phát triển thủy điện nhỏ Việt Nam Qua trình thực ln ¸n, c¸c TBTN míi sư dơng cho c¸c tỉ máy thủy điện nhỏ cực nhỏ đà đ-ợc sản xuất đ-a vào sử dụng với chất l-ợng tốt nhiều nơi n-ớc, sản phẩm đà đ-ợc xuất nhiều n-ớc giới đ-ợc đánh giá cao 4.2 Những đóng góp luËn ¸n Đã đề xuất phương pháp nghiên cứu hợp lý biên dạng vòi phun tia nghiêng sở ứng dụng phần mềm Fluent cho phép rút ngn thi gian nghiờn cu Bằng ph-ơng pháp nghiên cứu lý thuyết, đà lựa chọn đ-ợc biên dạng vòi phun hợp lý cho tua bin (800/540); Trên sở mẫu cánh tham khảo, xác định đ-ợc mối quan hệ hình học phận quan trọng TBTN vòi phun BCT, tạo kiểu TBTN có hiệu suất cao hơn, phạm vi làm việc rộng Đ-a biểu thức quan hệ để xác định đ-ờng kính D1 tối -u: 118 D1 Xác định đ-ợc phạm vi tỷ số Dv Db ; 2, 015 D1 giới hạn phạm vi làm việc d0 TBTN làm sở để tÝnh to¸n thiÕt kÕ TBTN cho c¸c dù ¸n thùc tÕ: - Tû sè D1 tèi -u xÊp xØ b»ng d0 - Vïng lµm viƯc tèi -u: D1 = 4,5 ~ d0 4.3 Kiến nghị h-ớng nghiên cứu Để kiểm chứng đ-ợc xác hiệu suất vòi phun, cần có hệ thống thí nghiệm với phạm vi thí nghiệm lớn hơn, thiết bị đo đại để xác định xác vận tốc dòng tia vị trí khác mặt cắt ngang dòng tia, thay đổi cấu trúc dòng tia trình từ khỏi vòi phun đến tác động lên BCT Phối hợp với chuyên gia ngành học chất lỏng, nghiên cứu ph-ơng pháp giải số [23, 24, 25] ứng dụng phầm mềm tính toán thủy lực mạnh để nghiên cứu lý thuyết phân tích trình dòng tia chảy cánh gáo từ mép vào đến khỏi cánh gáo làm sở cho việc tối -u hóa biên dạng cánh gáo TBTN 119 DANH MC CC CễNG TRÌNH CƠNG BỐ Phùng Hồng Tuấn (2010) Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm xác định tỷ số D1/d0 tối ưu tua bin tia nghiêng Chuyên san Khoa học Công nghệ kỳ năm 2010, Tạp chí Cơng nghiệp Phùng Hồng Tuấn, Nguyễn Thế Mịch (2010) Kết Quả lựa chọn biên dạng vòi phun hợp lý cho tua bin tia nghiêng với ứng dụng phần mềm Fluent Tạp chí Nơng nghiệp phát triển nơng thôn số 5/2010 Phùng Hồng Tuấn, Nguyễn Vũ Việt (2010) Đánh giá kết nghiên cứu thực nghiệm xác định đường kính D1 tối ưu bánh cơng tác tua bin tia nghiêng Tạp chí Cơng nghiệp số 5/2010 Phùng Hồng Tuấn (2005) Phương pháp nghiên cứu kết thực nghiệm tổ máy thủy điện siêu nhỏ sử dụng tua bin tia nghiêng TN200 & TN500 Tạp chí tuyển tập cơng trình hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2004, Tr.648- 655 Phùng Hồng Tuấn, Hoàng Văn Thắng, Phạm Phúc Yên (2004) Nghiên cứu thiết kế tua bin tia nghiêng phục vụ cho việc phát triển thủy điện nhỏ cực nhỏ Việt Nam Tạp chí tuyển tập cơng trình hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc năm 2003, Tr.443- 450 Phùng Hồng Tuấn, Hoàng Văn Thắng (2004) Một số kết thí nghiệm mơ hình tua bin tia nghiêng Tạp chí tuyển tập cơng trình hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc nm 2003, Tr.451- 459 120 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Đề tài cấp nhà n-ớc mà số KC07-4 thủy điện nhỏ: Nghiên cứu thiết kế công nghệ chế tạo khảo nghiệm thiết bị toàn tổ máy thủy điện nhỏ có công suất từ hàng trăm ®Õn hµng ngµn kW’’ (1994) [2] Vâ Sü Huúnh - Nguyễn Thị Xuân Thu (1992), Tua bin n-ớc, Nhà xuất Giáo Dục, Hà nội [3] Vừ S Hunh, o Tấn Lộc (1976), Bơm quạt cánh dẫn tua bin nc, Tr-ờng Đại học Bách khoa Hà nội [4] Lờ Phu (1974), Tua bin nc, Nhà xuất Khoa hc k thut [5] Nguyễn Tài, L-u Công Đào (1984), Sổ tay tính toán thủy lực, Nhà xuất Nông nghiệp, Hµ néi [6] Đinh Ngọc Ái, Đặng Xuân Chi, Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Thuận (1972), Thủy lực máy thy lc, 1v 2, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp [7] Hoàng Văn Thắng (2006), Xây dựng gam tua bin xung kích để nâng cao hiệu sử dụng l-ợng cho trạm thuỉy ®iƯn nhá ë ViƯt nam, Ln ¸n tiÕn sü kü thuËt [8] Phùng Hồng Tuấn, Nguyễn Thế Mịch (10/2009) Kết bước đầu nghiêng cứu tối ưu hóa vịi phun tua bin tia nghiêng với ứng dụng phần mềm Fluent Tạp chí hoạt động khoa học- Bộ khoa học công nghệ, số 605, trang 36-38 121 [9] Phùng Hồng Tuấn (11/2009) Nghiên cứu xác định đường kính vào trục dịng tia bánh cơng tác tua bin tia nghiêng Tạp chí hoạt động khoa họcBộ khoa học công nghệ, số 606, trang 44-46 TiÕng Nga [10] ю.Y Эдель (1963), Kовшовыe гидpoтуpбины, гocyдapcтвeннoe тexничecкoе издaтельc вo мaшинocтpoитeльнoй литepaтypы нayчнo- мocква [11] Барлит В.В (1977), Гидравлические Турбины, Bысшая Школа Киев TiÕng Trung [12] 天 津 电 气 传 动 设 计 研 究 所 编（1971）, 水 轮 机 设 计 与 计 算, 中 国 科 学 出 版 社 TiÕng Anh [13] Luo Gaorong, Miao Qiubo (1995), Small hydro power in China experience & technology, Hangzhou Regional Center for Small Hydro Power, China [14] Pham khanh Toan (1996), Renewable energy in Vietnam, Ha noi [15] Gilbert Gilkes & Gordon Ltd, Gilkes Brochuers, United Kingdom [16] Tanaka Hydraulic Machinary works Co., Ltd, Tanaka Brochuers, Japan [17] Newmills Hydro Brochures [18] CKD Blansko (1990), Small hydro turbine, Blansko, Czech Republic [19] Dumont (1998), Mini - Hydro Neyrpic, Saint-Vallier [20] ESAC (2000), Hydrolic turbine Esac-Slous 122 [21] (2002), Mini and micro hydro turbine generators, Osaka, Japan [22] Toshiba engineering (2001), Micro hydro power generating equipment, Tokyo, Japan [23] John S Anagnostopoul, and Dimitrios E Papantonis Flow Modeling and Runner Design Optimization in Turgo Water Turbine World Academy of Sience, Engineering and Technology 28 (2007), pp 206-211 [24] S Bedi, G.W Vickers, Surface lofting and smoothing with skeletal-line North-Holand Computer Aided Geometric Design (1989), pp 87-96 [25] Mariana Simão, Helena M Ramos, Civil Engineering Department and CEHIDRO, Instituto Superior Técnico, Technical University of Lisbon, Av Rovisco Pais, 1049-001, Lisbon, Portugal Hydrodynamic and performance of low power turbines: conception, modelling and experimental tests International Journal of Energy Environment and Volume 1, Issue 3, (2010) pp.431-444 [26] Fluent, Inc (2004), GAMBIT 2.2 - Tutorial’s Guide [27] Fluent, Inc (2005), FLUENT 6.2 - Tutorial’s Guide [28] Fluent, Inc (2005), FLUENT 6.2 - User’s Guide C¸c trang WEB [29] www.gilkes.com [30] www.wkv-ag.com [31] www.newmillshydro.com 123 Phơ lơc Phơ lơc I: TrÝch dÉn sè liƯu nghiªn cứu thực nghiệm Phụ lục II: biểu đồ, đồ thị Phụ lục III: tóm tắt trình nghiên cứu vòi phun fluent Phụ lục IV: vẽ TBTN mô hình 124 ... luận án là: Nghiên cứu tua bin tia nghiêng phục vụ phát triển thủy điện nhỏ Việt Nam Đối t-ợng nghiên cứu TBTN có số vòng quay đặc tr-ng nS = 30 70 Phạm vi nghiên cứu Phần dẫn dòng TBTN gồm... nghiệm tua bin thuộc Viện Thủy điện l-ợng tái tạo - Viện Khoa học Thủy lợi Việt nam Mục đích, đối t-ợng phạm vi nghiên cứu luận án Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án là: Nghiên cứu tua. .. Tr-ờng đại học bách khoa hµ néi ****** Phïng hång tuÊn NGHI£N Cøu tua bin tia nghiêng phục vụ phát triển thủy điện nhỏ viêt nam Chuyên ngành: Kỹ thuật máy Thiết bị thủy khí Mà số: 62.52.16.01