Nghiên cứu tua bin xung kích hai lần nửa phản kích để nâng cao hiệu quả ứng dụng cho các trạm thuỷ điện nhỏ ở việt nam

bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi - ngun tïng phong Nghiªn cøu tua bin xung kích hai lần nửa phản kích để nâng cao hiệu ứng dụng cho trạm thuỷ điện nhỏ việt nam Luận án tiến sĩ kỹ thuật hà nội - 2004 giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - ngun tïng phong Nghiªn cứu tua bin xung kích hai lần nửa phản kích để nâng cao hiệu ứng dụng cho trạm thuỷ điện nhỏ việt nam Chuyên ngành: Máy thuỷ lùc M· sè: 01 37 LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt ng­êi h­íng dÉn khoa häc: PGS TS Võ sỹ Huỳnh TS Nguyễn thị Xuân Thu hà nội - 2004 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận án NCS Nguyễn Tùng Phong Mục lục phần Mở đầu ch­¬ng 1: Tỉng quan nghiên cứu chế tạo sử dụng tua bin xung kÝch hai lÇn 1.1 Tỉng quan vỊ nghiªn cøu tua bin XK2L trªn thÕ giíi 1.1.1 Ph¹m vi sư dơng tua bin XK2L 1.1.1.1 Nghiên cứu chế tạo tua bin XK2L HÃng Ossberger (Đức) 11 1.1.1.2 Nghiên cứu chế tạo tua bin XK2L cña H·ng CINK (CH SÐc) 13 1.1.1.3 Nghiên cứu chế tạo tua bin XK2L hÃng IREM (ý) 14 1.1.1.4 Nghiên cứu chế t¹o tua bin XK2L ë Trung Quèc 15 1.1.2 Những nghiên cứu thông số kÕt cÊu ¶nh h­ëng tíi hiƯu st tua bin XK2L 15 1.1.2.1 Xác định hướng nghiên cứu 16 1.1.2.2 Các thông số ảnh hưởng tới hoạt động hiệu suất tua bin XK 2L 17 1.2 Nghiên cứu chÕ t¹o tua bin XK2L t¹i ViƯt Nam .22 1.2.1 Ph¹m vi sư dơng .23 1.2.2 Công nghệ chế tạo .23 1.2.3 Nghiên cứu thiết kÕ tua bin XK2L .23 1.3 Một số nhận xét định hướng nghiên cøu 29 1.3.1 Mét sè nhËn xÐt 29 1.3.2 NhiƯm vơ nghiªn cøu cđa ln ¸n 30 chương 2: Cơ sở lý thuyết phương pháp thiÕt kÕ tua bin XK2L kÕt cÊu c¸nh h­íng kiĨu cung tròn ống hút 32 2.1 C¬ së lý thuyÕt tua bin xung kÝch hai lÇn [28] .32 2.2.1 Chuyển động dòng chảy qua bánh công tác tua bin XK2L 32 2.1.2 Xây dựng thông số BCT .36 2.1.2.1 Góc đặt cánh 36 2.1.2.2 Bề rộng đĩa cánh 37 2.1.2.3 §­êng kÝnh BCT 40 2.2 Më réng lý thuyÕt tua bin XK2L dòng chảy tuyệt đối qua tua bin [28] 41 2.3 Vßi phun 44 2.3.1 Lý thuyÕt vßi phun [28] 44 2.3.2 Xây dựng biên dạng vòi phun 45 2.4 Cánh hướng dòng hay cấu điều chỉnh lưu lượng 48 2.4.1 C¸nh h­íng kiĨu cung trßn cđa h·ng CINK 48 2.4.2 So sánh kết cấu vòi phun kép cánh hướng kiểu cung tròn 49 2.5 Nghiên cứu sư dơng èng hót cho tua bin XK2L c¸nh h­íng cung tròn .50 2.5.2 Nghiên cứu sử dụng ống hút cho tua bin XK2L 51 2.5.2.1 Đặc điểm kết cấu ống hút tua bin XK2L 52 2.5.2.2 So s¸nh èng hút tua bin phản kích tua bin XK2L 52 2.5.3 TÝnh to¸n tỉn thÊt èng hót .54 2.5.4 HƯ sè phơc håi cđa èng hót .58 2.6 Giíi thiƯu phÇn mỊm tÝnh to¸n, thiÕt kÕ tua bin XK2L .59 2.7 Tính toán độ bền cánh BCT 62 2.7.1 Xác định thông số kỹ thuật hình häc cña BCT tua bin 62 2.7.1.1 VËn tèc theo 64 2.7.1.2 Vận tốc tương đối 64 2.7.1.3 Vận tốc tuyệt đối dòng chảy vị trÝ bÊt kú 64 2.7.1.4 Gãc hợp Ci trục OY 64 2.7.2 Tính toán độ bền l¸ c¸nhBCT 65 2.7.3 Sử dụng phần mềm MATLAB để xác định lực tác dụng lên cánh .66 2.7.4 Sử dụng ANSYS tÝnh to¸n bỊn l¸ c¸nh 68 2.7.4.1 Chu kú biÕn ®ỉi cđa lùc tác dụng lên cánh .68 2.7.4.2 Xây dựng mô hình tính toán cánh ANSYS 69 2.7.4.3 Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn 70 2.7.4.4 Lựa chọn ràng buộc 70 2.7.5 TÝnh ®é bỊn tÜnh l¸ c¸nh 70 2.7.5.1 Đặt lực vào mô h×nh 70 2.7.5.2 Chạy chương trình lấy kết 71 2.7.6 Nghiªn cøu ¶nh h­ëng cđa ®­êng kÝnh (D1) BCT tíi ®é bỊn cánh 72 chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm tuabin mô hình 76 3.1 Phương pháp nghiên cứu 76 3.2 TÝnh to¸n thiÕt kế tua bin mô hình 77 3.2.1 Cơ sở mô hình hoá .77 3.2.2 ThiÕt kÕ tua bin thư nghiƯm 79 3.2 TÝnh to¸n thiết kế BCT tua bin mô hình 80 3.2.1 Chọn đường kính bánh công tác tua bin mô hình(D1) 80 3.2.2 Xác định số vòng quay .80 3.2.3 Các thông số kh¸c 81 3.2.4 Thiết kế biên dạng cánh 81 3.3 Tính toán thiết kế vòi phun .82 3.3.1 Biên dạng vòi phun 82 3.4.2 ChiỊu réng vßi phun 83 3.5 TÝnh toán lý thuyết ống hút cho tua bin mô hình 83 3.5.1 Tính toán giá trị tổn thất thuỷ lực ống hút .83 3.5.2 Mét sè nhËn xÐt 86 3.6 Thí nghiệm tua bin mô hình 86 3.6.1 Đường đặc tÝnh tỉng hỵp chÝnh .86 3.6.2 Gi¸ thư nghiƯm tua bin 87 3.6.2.1 M« t¶ chung hƯ thèng 87 3.6.1.2 Các hạng mục thiết bÞ hƯ thèng 88 3.6.3 Xác định thông số tua bin mô hình (cột nước thấp cột nước cao) hệ thèng thÝ nghiÖm .93 3.6.4 Phương pháp thực nghiệm Tua bin 93 3.6.4.1 C¸c sè liÖu thùc nghiÖm .93 3.6.4.2 Quá trình đo 94 3.6.4.3 Xư lý d÷ liƯu thÝ nghiƯm .95 3.6.4.4 Xư lý bé d÷ liÖu .97 3.7 KÕt qu¶ thùc nghiƯm 103 3.7.1 NhËn xét kết thực nghiệm 103 3.7.2 NhËn xÐt vỊ kÕt qu¶ nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm 107 3.7.2.1 Hệ số phản lực tua bin mô hình 107 3.7.2.2 HÖ sè vßi phun 107 3.7.2.3 ¶nh h­ëng cđa èng hót tíi phạm vi làm việc hiệu suất 109 chương 4: Đánh giá kết nghiên cứu kết luËn 113 4.1 KÕt cấu vòi phun cánh hướng cấu cánh hướng kiểu cung tròn 113 4.1.1 Vòi phun cánh h­íng cung trßn 113 4.1.1.1 NhËn xÐt 113 4.1.1.2 HƯ sè vßi phun .114 4.1.2 Xác định giá trị hệ số vòi phun Φ b»ng thùc nghiÖm 114 4.2 èng hót 115 4.2.1 NhËn xÐt 115 4.2.2 Phương pháp lựa chọn thông số èng hót .115 4.2.3 KÕt luËn vỊ th«ng sè cđa èng hót 116 4.3 Phương pháp tính toán bền c¸nh tua bin XK2L 117 4.3.1 NhËn xÐt 117 4.3.2 Phương pháp tính toán độ bền cánh 118 4.3.3 Kết luận tính toán độ bền l¸ c¸nh 118 KÕt luận đóng góp luận án 119 Tµi liƯu tham kh¶o 122 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt XK2L BCT B bvp D1 D2 e Fvp g H Hvp Hck Xung kích hai lần Bánh công tác Chiều rộng bánh công tác (mm) Chiều rộng vòi phun (m) Đường kính bánh công tác(mm) Đường kính bánh công tác(mm) Số logariths tự nhiên = 2,7183 Diện tích vòi phun (m2) Gia tèc träng tr­êng (m/s2) Cét n­íc cđa tua bin (m) Cột áp vòi phun (m) Cột áp chân không (m) H Sai số giới hạn tương đối cột áp (%) H* Sai số mạch động cđa cét ¸p (%) ∆H∑ Hth hWBH hms hloe hra L l/t M N Nra Nvµo Sai sè tỉng céng cột áp (%) N Sai số giới hạn tương đối công suất (%) N* Sai số mạch động cđa c«ng st (%) ∆N∑ n ns Sai sè tỉng cộng công suất (%) Cột áp chân không thuỷ ®éng (m) Tỉn thÊt èng hót (m) Tỉn thÊt ma s¸t cđa èng hót (m) Tỉn thÊt thay ®ỉi tiÕt diƯn cđa èng hót (m) Tỉn thÊt ®éng cửa ống hút (m) Chiều dài ống hút (m) Độ mau dẫy cánh Mô men (Nm) Công suất tua bin (kW) Công suất trục (kW) Công suất thuỷ lực (kW) Vòng quay (Vòng/phút) Số vòng quay đặc trưng (Vòng/phút) n1 Vòng quay quy dẫn (vòng/phút) p ¸p st (Kg/cm2) pa ¸p st khÝ qun (Kg/cm2) Pth áp suất chân không thuỷ động (at) pvp Qtt Qlt Q1 áp suất vòi phun (Kg/cm2) Lưu lượng thực tÕ (m3/s) L­u l­ỵng lý thut (m3/s) L­u l­ỵng quy dẫn (m3/s) Q Sai số giới tương đối lưu lượng (%) Q* Sai số mạch động lưu lượng (%) ∆Q∑ Qk R3 Re XM X z U W C So Sai sè tỉng céng cđa l­u l­ỵng (%) η HiƯu st tua bin (%) ηphh HƯ sè phơc håi èng hót ψ HƯ sè tỉn thÊt BCT o Góc ôm vòi phun Trọng lượng riêng (N/m3) Khối lượng riêng (Kg/m3) Vận tốc góc (rad/s) Φ HƯ sè vßi phun ϕ HiƯu st vßi phun Góc vào bánh công tác (độ) 1, Góc vận tốc tương đối mép vào/ra cánh (độ) Lưu lượng qua khe cánh bánh công tác (m3/s) Bán kính cong cánh (mm) Số Râynôn (không thứ nguyên) Giá trị đo tới hạn Giá trị đo thực Số lượng cánh BCT Vận tốc vòng (vận tốc theo) (m/s) Vận tốc tương đối (m/s) Vận tốc tuyệt đối (m/s) Chiều cao vòi phun (m) Góc loe cđa èng hót ξms HƯ sè tỉn thÊt ma sát (không thứ nguyên) loe Hệ số tổn thất thay đổi tiết diện (không thứ nguyên) Hệ số tổn thất động dòng (không thứ nguyên) X Sai số tương đối giá trị đo Y Sai số giới hạn tương đối kết đo m Cấp xác thiết bị đo Sai số giới hạn tương đối hiệu suất (%) Sai sè giíi h¹n tỉng céng cđa hiƯu st (%) Danh mục bảng biểu Bảng 1 Một số kết nghiên cứu lý thuyết hiệu suất tua bin XK2L [17] B¶ng 1.2 HiƯu st lín (max) tua bin XK2L đạt nghiên cøu thÝ nghiÖm [16,17,18] .6 B¶ng 1.3 Mét số TTĐ sử dụng tua bin XK2L điển hình Bảng 1.4 Một số nghiên cứu thay đổi góc vào 18 Bảng 1.5 Thông số số công trình thuỷ điện nhỏ giai đoạn 1990-2004 .24 Bảng 3.1 Các thông số thiết kế tua bin mô hình 79 Bảng 3.2 Thông số hình học ống hút tua bin mô hình 83 Bảng 3.3 Kết tính toán thuỷ lực ống hút mô hình .85 Bảng 3.4 Hệ số phản lực tua bin mô hình 107 Bảng 3.5 Một số thông số thực nghiệm tua bin mô hình chế độ mở hoàn toàn 108 Bảng 3.6 Quan hệ thông số cđa èng hót víi hiƯu st lín nhÊt cđa tua bin mô hình 109 110 Đường quan hệ ~ Q'1 Mô hình - a (ống hút có góc loe 11 độ) Mô hình - b (không ống hút) Q' 1(l/s) Đường quan hệ ~ Q'1 Mô hình - a (ống hút có góc loe 11 độ) Mô hình - b (không ống hút) Q' 1(l/s) Hình 3.16 So sánh đồ thị quan hệ =f(Q'I) mô hình 1; 1-b 2-a; 2-b 111 Đường quan hệ Q'1 ~ n'1 n' Kh«ng èng hót èng hót cã góc loe 18 độ Q' 1(l/s) Đường quan hệ Q'1 ~ n'1 Kh«ng èng hót n' èng hót cã góc loe 11 độ Q' 1(l/s) Hình 3.17 So sánh đồ thị quan hệ n'I = f(Q1) mô hình 1; 1-b 2-a; 2-b chế độ tối ưu 112 Theo tính toán lý thuyết, thay đổi kết cấu (thu hẹp ống hút) thay đổi thông số (góc loe) ống hút làm thay đổi tổn thất hƯ sè phơc håi èng hót, dÉn ®Õn hiƯu st tua bin thay đổi Theo tính toán lý thuyết, ống hút có kết cấu thu hẹp cửa vào (mô hình 1-b) góc loe 18o có hệ số tỉn thÊt nhá nhÊt, hƯ sè phơc håi vµ cét nước tăng thêm lớn Kết thực nghiệm cho thấy, mô hình có hiệu suất lớn nhất, hoàn toàn phù hợp với tính toán lý thuyết Quan he EtaMax tua bin - EtaH ong hut 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 Eta Max EtaH 10 15 20 25 30 Teta H×nh 3.18 So sánh hệ số phục hồi ống hút hiệu suất lớn tua bin mô hình 1-a, 1-b, 1-c Hiệu suất tua bin mô hình sử dụng ống hút cao mô hình không sử dụng ống hút Hiệu suất lớn tăng 4- 7,5% Đặc biệt, mô hình cột nước thấp, công suất tăng lên khoảng 30% (Phụ lục Đồ thị công suất N=f(nI) độ mở lớn tua bin mô hình) Đây sở quan trọng ®Ĩ sư dơng tua bin XK2L ë cét n­íc thÊp 113 Chương Đánh giá kết nghiên cứu đề xuất thông số 4.1 Kết cấu vòi phun cánh hướng cấu cánh hướng kiểu cung tròn 4.1.1 Vòi phun cánh hướng cung tròn 4.1.1.1 Nhận xét Biên dạng vòi phun đường cong logariths với kết cấu cánh hướng cung tròn có nhiều ưu điểm so với kết cấu cánh hướng truyền thống Do kết cấu dạng cung tròn nên đường dòng vào BCT có góc vào độ mở cánh hướng Do vậy, tua bin làm việc ổn định, êm hơn, không bị rung động dòng vào không bị phá vỡ thay đổi độ mở, kết cấu làm ổn định dòng vào BCT với chế độ tối ưu, qua góp phần làm tăng hiệu suất Phương trình đường dòng sở để xây dựng phân bố vận tốc vòi phun: (4-1) Cu.r = Const vµ R φ = D1 e tgα ( rad ) Hình 4.1 Mô tả đường dòng vòi phun cánh hướng kiểu cung tròn vòi phun kép phần mềm ANSYS 114 4.1.1.2 Hệ số vòi phun Các nghiên cứu lý thuyết cổ điển ®· nghiªn cøu tua bin XK2L nh­ mét tua bin xung kích hoàn toàn dựa nguyên lý dòng phun tự sử dụng công thức Toricheli để tính vận tốc dòng phun vào BCT theo công thức C = 2gH , với hệ số vòi phun, th­êng lÊy ϕ = 0,96 ÷ 0,98 Theo quan niệm này, lượng dòng chất lỏng truyền cho BCT hoàn toàn dạng động Lưu lượng theo lý thuyết dòng phun tự qua mũi phun xác định công thức: Q = C.F = ϕ 2gH F víi F – diƯn tÝch tiÕt diện vòi phun (4-2) Tuy nhiên, thực tế thiết kÕ cho thÊy, nÕu lÊy ϕ = 0,96 ÷ 0,98 công suất thực tế tua bin thường thấp công suất thiết kế lưu lượng thực tế thường nhỏ Các nghiên cứu Nakase (1982) Vadixhorm (1984) đưa nhận xét nghiên cứu thực nghiệm lưu lượng dòng chảy vòi phun thấp đáng kể so với lưu lượng tính theo lý thuyết 4.1.2 Xác định giá trị hệ số vòi phun thực nghiệm Các kết thực nghiệm mô hình có ống hút ống hút cho thấy rằng, giá trị áp suất cửa vòi phun lớn áp suất khí trời, dòng chảy BCT dòng liên tục Điều chøng tá r»ng tua bin XK2L lµ tua bin nưa phản kích, không đơn tua bin xung kích Hệ số động tua bin XK2L xác định theo áp suất sau vòi H phun với cột ¸p tua bin: Φ = ϕ pVP H γ = ϕ − pVP (4-3) γ H HÖ sè phản ánh tính logic dòng chảy có áp sau vòi phun Kết tính hệ số vòi phun so với hệ số vòi phun tính theo lưu lượng tiết diện thực vòi phun xấp xỉ nhau, nằm giới hạn = 0,65-0,68 Với giá trị này, hệ số phản ánh chất dòng chảy sau vòi phun đảm bảo khả thoát cđa tua bin Khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ tua bin XK2L chọn hệ số =0,65 để tính toán thiÕt kÕ vßi phun 115 4.2 èng hót 4.2.1 Nhận xét Từ tính toán lý thuyết kết thực nghiệm cho thấy ống hút giữ vai trò quan trọng việc cải thiện hiệu suất mở rộng phạm vi làm việc tua bin XK2L Thu hẹp cửa vào ống hút đà tạo dòng chảy liên tục tua bin Tính toán tổn thất ống hút đà xác định ảnh hưởng ống hút (góc loe) với tỷ lệ L/a định tíi hiƯu st cđa tua bin XK2L KÕt qu¶ thùc nghiệm cho thấy rằng, hiệu suất tua bin tăng hệ số phục hồi ống hút tăng tổn thất ống hút giảm Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu lý thuyết tính toán thuỷ lực cho ống hút mối liên hệ với hiệu suất tua bin XK2L 4.2.2 Phương pháp lựa chọn thông số ống hút Xuất phát từ công thức lý thuyết, kết hợp kết thực nghiệm, luận án đà xây dựng công thức tính toán lý thut vỊ tỉn thÊt vµ hƯ sè phơc håi èng hót sư dơng cho tua bin XK2L - Tỉn thÊt ma s¸t h mx a 1 + 1 −  λ b 2 n = 4sinθ   1 1 −    n      (C − C ) 2g    (4-4) - Tæn thÊt gãc loe h loe = 3,2.k.(tgθ ) 1, 25 (C − C )2 2g (4-5) - Tæn thÊt h = α5 L 4.  tg 2θ a x (C − C )2 2g (4-6) - Tæng tæn thÊt hWB = Σhma + hloe + hra Công thức (5-8) biểu thị quan hệ tổn thất thuỷ lực theo dạng hàm số với biến số gãc loe 116  a   + 1 +  α5 λ  b  n   + 3,2k.tg(θ )1,25 + f(θ ) = 4sinθ     L  − 4  tg 2θ   n    a (4-7) Để tổn thất nhỏ nhất, ta tìm cực trị hàm số L a   2α + λ.   + 1 +   a   b  n  = L 16k   a tg ( ) 3, Từ công thức tính toán trên, ta xác định đồ thị: ξ ξ 1−ξms 2−ξloe 3−ξra 4−Σξ θ θ H×nh 4.2 §å thÞ quan hƯ ξ ms = f(θ), ξ loe = f(θ), ξ = f(θ), ∑ ξ = f(θ) với L =3 a Hình 4.3 Đồ thị quan hệ ∑ ξ = f(θ) víi L thay ®ỉi a 4.2.3 KÕt ln vỊ th«ng sè cđa èng hót - èng hút đà mở rộng phạm vi làm việc cải thiện hiệu suất tua bin XK2L, đặc biệt cột nước thấp Từ đồ thị = f() với L/a = ta nhận thấy thông sè cđa èng hót (gãc loe θ vµ tû lƯ L/a) ¶nh h­ëng tíi hiƯu st cđa tua bin XK2L So víi ®­êng cong ξ = f(θ) víi L/a = xây dựng lý thuyết đường cong thị ξ = f(θ) víi L/a = 2,8 x©y dùng b»ng thực nghiệm phù hợp Do với L/a = 2,8 góc = 120 ữ 180 cho tổng tổn thất nhỏ hiệu suất đạt giá trị lớn với = 160 ữ 180 117 Từ kết tính toán lý thuyết thực nghiệm cho phép ta chọn thông số góc loe L/a tối ưu ®Ĩ tỉng tỉn thÊt lµ nhá nhÊt vµ hiƯu st tua bin đạt giá trị lớn nhất; - Sử dơng èng hót cho tua bin XK2L ë cét n­íc thấp với Hs/H=1,2/3,5 cho thấy tăng khả thoát tua bin sử dụng khoảng 70% lượng cột nước sau bánh công tác 4.3 Phương ph¸p tÝnh to¸n bỊn c¸nh tua bin XK2L 4.3.1 NhËn xÐt Ta cã: Q= Suy Q 'I = Q (4-8) D H B.D1 Π.λ0 ϕ gH sin α 360  B Q 'I = k. .arc(λ0 )  D1  (4-9) B  Q 'I = (0,8 ÷ 0,85)x  D1 (4-10) B bị ràng bc bëi mét sè ®iỊu kiƯn sau:  D1  TØ lÖ   B  D  1 Khả thoát (hay lưu lượng) tua bin phụ thuộc vào tỷ lệ Thông số làm việc (số vòng quay tua bin) kích thước tổ máy phụ B Do D1 tỷ lê nghịch với số vòng quay nên D1 lớn B giảm, D1 thuộc tỉ lệ số vòng quay giảm, gây khó khăn cho việc lựa chọn phương án truyền động lựa chọn máy phát điện B Nếu chọn D1 nhỏ B tăng, tỉ lệ phụ thuộc vào cường độ D1 chịu lực cánh Do vậy, việc tính toán bền cánh quan trọng để đảm bảo an toàn sức bền cho cánh BCT, đồng thời đảm bảo thông số làm viƯc tèi ­u cho tua bin 118 4.3.2 Ph­¬ng pháp tính toán độ bền cánh Lực tác dụng lên cánh lên BCT gồm: lực quán tính ly tâm lực gây nên dòng chất lỏng tác dụng lên cánh Sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn ANSYS ta xác định lực tác dụng lên phần tử thứ i công thøc: (4-11) Fy = [C i cos(ξ i ) - C i +1 cos(ξ i +1 )].Q k ρ Fx = [- C i sin (ξ i ) + C i +1 sin (ξ i +1 )].Q k ρ Fxi = F Fx ; Fyi = y m m m – Sè kho¶ng chia däc theo bề rộng cánh Với chiều dày cánh đà lựa chọn, sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán lực tác dụng lên cánh tua bin sử dụng phần mềm ANASYS tính toán bền cánh nhằm xác định biến dạng ứng suất phân bố tiết diện nguy hiểm cánh kiểm tra khả chịu lực cánh theo đường kính D1 Từ đó, xây dựng quan hệ phụ thuộc biến dạng ứng suất cánh với đường kính D1 4.3.3 Kết luận tính toán độ bền cánh Từ kết tính toán bền cánh, xây dựng quan hệ biến dạng ứng suất cánh với đường kính D1, ta lựa chọn đường kính D1 , chiều rộng B chiều dày cánh đủ bền, thoả mÃn ràng buộc thuỷ lực, thông số làm việc vµ kÕt cÊu tua bin 119 KÕt luËn vµ đóng góp luận án Trên sở nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kết luận đánh giá cấu vòi phun - cánh hướng hiệu qu¶ sư dơng èng hót cho tua bin XK2L, cã thể rút kết luận sau: Phạm vi ứng dụng tua bin XK2L: Bằng ưu điểm vốn có hiệu suất, kết cấu, độ bền, phù hợp với điều kiện địa hình, khả công nghệ chế tạo trình độ quản lý vận hành Việt nam, kết nghiên cứu gần cho thÊy, tua bin XK2L cã ph¹m vi øng dơng lớn cho phát triển thuỷ điện nhỏ miền nói ViƯt nam Cã thĨ sư dơng lo¹i tua bin để thay cho số loại tua bin phản kích Theo tài liệu điều tra thuỷ luân-thuỷ điện Viện khoa học thuỷ lợi có khoảng 300 vị trí lắp đặt thay tổ máy tua bin XK2L Luận án đà xây dựng phần mềm tính toán thiết kế tua bin XK2L phục vụ cho công tác thiết kế chế tạo tua bin XK2L Trung tâm thuỷ điện, Viện khoa học thuỷ lợi Trong trình nghiên cứu lận án, đà thiết kế chế tạo xuất 03 tua bin XK2L công suất 5, 10, 15 kw cho ấn độ 01 tua bin XK2L, công suất 14kW cho Canada Vòi phun cấu cánh hướng cung tròn: Kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm cho thấy với biên dạng đường cong logatiths cấu cánh hướng cung tròn đà cho dòng vào BCT ổn định so với kết cấu thiết kế cũ, làm giảm tổn thất va đập cải thiện hiệu suất tua bin XK2L Điều thể rõ qua phân bố đường dòng mũi phun chế độ làm việc, tổ máy làm việc êm, giảm rung động đảm bảo độ bền theo yêu cầu Hệ số vòi phun: Kết thực nghiệm cho thấy, lần va đập thứ nhất, dòng phun vào BCT dòng có áp, tua bin XK2L tua bin nửa phản kích Luận án đà xây dựng công thức tính hệ số vòi phun : H Φ = ϕ pVP H γ = ϕ − pVP γ H 120 Khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ, cã thể lựa chọn hệ số vòi phun = 0,65 để đảm bảo khả thoát tua bin công suất thiết kế Khi đó, công thức tính toán vận tốc dòng chảy tiết diện vào vòi phun C = 0,65 2gH ống hút: Trước đây, hầu hết TTĐ nhỏ sử dụng tua bin XK2L Việt nam thường không quan tâm tới việc sử dơng èng hót Trong ®ã, thùc tÕ cho thÊy TTĐ này, tua bin thường đặt cao mực nước hạ lưu trung bình từ 1.8m đến 2.2m với mục đích chống lũ Trên quan điểm xem xét tua bin XK2L nh­ mét tua bin nưa ph¶n kÝch, ln án đà nghiên cứu xây dựng kết cấu ống hút cho tua bin XK2L víi mơc ®Ých sư dơng cét nước sau BCT nhằm nâng cao hiệu suất mở rộng phạm vi sử dụng tua bin XK2L, đặc biệt cột nước thấp Luận án đà xây dựng công thức tính toán tổn thất ống hút, sở xác định ảnh hưởng thông số ống hút tới tổn thất, đà xây dựng công thức quan hệ góc loe với tỉ lệ L/a để lựa chọn thông sè tèi ­u cho èng hót cđa tua bin XK2L Tính toán độ bền cánh Luận án đà sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn phân tích lực tác dụng lên cánh sở ứng dụng phần mềm ANSYS MATLAB Từ đó, xây dựng chương trình tính toán bền cánh BCT làm sở để lựa chọn thông số tối ưu độ bền cánh, kích thước tổ máy thông số làm việc tua bin Đề xuất định hướng nghiên cứu Kết nghiên cứu luận án sở cho nghiên cứu ảnh hưởng giá trị góc vào khác tính chất dòng chảy bao cánh BCT nhằm khẳng định lý thuyết tÝnh chÊt ph¶n kÝch cđa tua bin XK2L, tiÕp tơc nâng cao hiệu suất mở rộng phạm vi sử dụng loại tua bin 121 Danh mục công trình đà công bố tác giả [1.] [2.] [3.] [4.] [5.] Nghiên cứu ảnh hưởng sè th«ng sè thiÕt kÕ tíi hiƯu st tua bin xung kích hai lần, Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thuỷ khí toàn quốc năm 2003, Trang 396-406,; “ Nghiªn cøu bng hót tua bin xung kích hai lần, Tạp chí khoa học công nghệ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Trang 1240-1242; ứng dụng phần mềm ANSYS MATLAB để tính toán bền cánh tua bin xung kích hai lần, Tạp chí khoa học - công nghệ Nông nghiệp Phát triển nông thôn, Trang 1245-1248; “Nghiªn cøu øng dơng tua bin xung kÝch hai lần cho thuỷ điện nhỏ, Tuyển tập kết khoa học công nghệ 1994-1999, Trang 323-330 Nghiên cứu øng dơng tua bin xung kÝch hai lÇn cho thủ điện nhỏ, Thông tin chuyên đề Khoa học Công nghệ Thuỷ lợi số 9-1999: Thuỷ điện Tua bin - Bơm, Trang 16-17 122 Tài liệu tham khảo Tiếng việt [1.] Đại học Tổng hợp Berkeley, Hướng dẫn lập trình SAP 4.0, California, Mỹ [2.] Đại học Tổng hỵp Berkeley, H­íng dÉn sư dơng SAPIN 9.0, California, Mü [3.] Học viện điện lực Trung Quốc (1969), Tài liệu Tua bin thủ lùc [4.] PTS Vâ SÜ Hnh, Nghiªn cứu ứng dụng tua bin XK2L vòi phun kép, Đại học Bách Khoa Hà Nội [5.] PTS TS Võ Sỹ Huỳnh, TS Nguyễn Thị Xuân Thu, Tua bin nước, Đại học Bách Khoa Hà Nội (Tài liệu dùng cho học viªn cao häc) [6.] TS Lª Danh Liªn, Lý thuyÕt cánh, Đại học Bách Khoa Hà Nội (Tài liệu dùng cho học viên cao học) [7.] Trần Văn Nghĩa (2004), Tin häc øng dơng thiÕt kÕ c¬ khÝ, NXB Giáo dục [8.] Lê Phu (1974), Tua bin nước, NXB Khoa học Kỹ thuật [9.] Hoàng Thắng (1996), Báo cáo nghiên cứu khoa học - Đề tài cấp Nhà nước KC 12- 10b “ Nghiªn cøu øng dơng tua bin XK2L cho TĐ nhỏ, Viện Khoa học Thuỷ lợi [10.] Hoàng Văn Thắng, Nguyễn Tùng Phong (1998), Báo cáo khoa học kỹ thuật Dự án cấp Nhà nước Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo tua bin XK2L cho trạm TĐN miền núi Tây Nguyên, Viện Khoa học Thuỷ lợi [11.] Hoàng Văn Thắng, Ngun Tïng Phong (2004), B¸o c¸o khoa häc kü tht Đề tài cấp Nhà nước KC 07-4, Hoàn thiện công nghệ thiết kế, chế tạo tua bin XK2L kiĨu CINK cho thủ ®iƯn nhá”, ViƯn Khoa häc Thủ lợi [12.] Trường Đại học thuỷ lợi (1982), Giáo trình tua bin thủ lùc, NXB N«ng nghiƯp [13.] H­íng dÉn lËp tr×nh Visual Basic 4.0 [14.] Sỉ tay lËp tr×nh Visual Basic 5.0 123 TiÕng Anh [15.] Nadim M Aziz, Venkappayya R Desai (1991), An Experimental Study of the Effect of Some Design Parameters on Cross-Flow Turbine, Clemson University U.S.A [16.] Nadim M Aziz, Venkappayya R Desai (1993), An Experimental Investigation of Cross-Flow Turbine Efficiency, Journal of Energy Engineering [17.] Nadim M Aziz, Venkappayya R Desai (1993), A Laboratory Study to Improve the Efficiency of Cross Flow Turbine, Clemson University U.S.A [18.] Nadim M Aziz, Venkappayya R Desai (1994), Parametric Evaluation of Cross-Flow Turbine Performance, Journal of Energy Engineering, Vol.120, No.1 [19.] Nadim M Aziz, Hara G.S Totalpally (1994), Design Parameter Refinement for Improved Cross – Flow Turbine Performance, Clemson University U.S.A [20.] Nadim M Aziz, Hara G.S Totalpally (1994), Refinement of Cross – Flow Turbine Design Parameters, Journal of Energy Engineering, Vol.120, No.3 [21.] Adrian Brian, Moshe Breiner (1996), Matlab for Engineers, AdditionWesley, London [22.] Cross Flow Turbine (1994), Osseberger Turbine [23.] Mohamad Durali (1976), Design of Small Water Turbines for Farms and Small Communities, Massachusetts Institute of Technology Cambridge [24.] EBARA Corporation, Micro Hydro Dower Generation [25.] Abbas A Fiuzat, Memember, ASCE (1993), Bhushan P Akerkar, Power Outputs of Two Stages of Cross-Flow Turbine, Journal of Energy Engineering [26.] G.A.T.E (Germany) (1980), Small water turbine: Instruction Manual for Cross Flow Turbine [27.] Duane Halsenman, Bruce Litltefield (1998), Master Matlab, University of Maine [28.] Harnessing Water Power on Small Scale, Volume2 (1990), Hydraulics Engineering Manual, SKAT 124 [29.] [30.] [31.] [32.] [33.] [34.] [35.] [36.] Hitachi corporation (1990), Hitachi Hydranlic Machinery Kubota Corporation (1995), Cross flow turbine Kubota Corporation (1995), Mini Hydro turbine Mekong River Commission (1997), Study in Hanoi in manufacturing of Electromechanical Equipment for Micro Hydro Projects (1998), ANSYS Structural Analysis Operation Guide, 3rd Edition, SAS IP (1998), ANSYS Basic Analysis Operation Guide, 3rd Edition, SAS IP CINK Hydro Turbines CINK (Tschechische) (1993), WASSERTURBINEN CINK SYSTEM BANKY TiÕng Nga [1.] В.В БАРЛИТ [2.] (1977), ΓИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТУРБИНЫ, “ВЫШАЯ ШКОЛА” КИЕВ Ε Β ΓУТОΒСКИЙ, Α Ю КОЛТОН (1974), ТΕОРИЯ И ΓИДРОДИНΑМИЧΕСКИЙ РΑСЧΕТ ΓИДРОТУРБИН, ЛΕНИНΓРΑД, “МΑШИНОСТРОΕНИΕ”, ЛΕНИНΓРΑДСКОΕ ОТДΕЛΕНИΕ [3.] Γ Φ ΓУБИН (1974), ОТЦАСУВАЮЦUЕ ТРУБУ ΓИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ [4.] Ю.У.ЭДЕЛЬ (1963), КОВШОВЬІЕ ΓИДΡОТУΡБИНЬІ, МΑШΓИЗ, МОСКΒΑ ... - ngun tïng phong Nghiªn cøu tua bin xung kích hai lần nửa phản kích để nâng cao hiệu ứng dụng cho trạm thuỷ điện nhỏ việt nam Chuyên ngành: Máy thuỷ lực Mà số: 01 37 LuËn ¸n tiÕn sÜ... Nghiên cứu ứng dụng tua bin XK2L có đặc tính nửa phản kích nhằm nâng cao hiệu sử dụng cho TĐN Việt nam " đề tài nghiên cứu nhằm góp phần giải vấn đề nêu trên, tận dụng nguồn thuỷ phong phú Việt nam. .. phần nâng cao hiệu suất mở rộng phạm vi ứng dụng cho TTĐ nhỏ cực nhỏ Việt nam Trên sở tổng hợp phân tích kết nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm tua bin XK2L, đề tài đà nghiên cứu xây dựng sở cho