Nhan đề : Nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở giữa đỉnh cánh quay với thân máy và khe hở dọc trục giữa cánh quay với cánh tĩnh tới hiệu suất của máy nén hướng trục đa cấp Tác giả : Nguyễn Đại Quý Người hướng dẫn: Phan Anh Tuấn Từ khoá : Máy nén khí; Phần mềm mô phỏng số; Máy nén hướng trục đa cấp Năm xuất bản : 2020 Nhà xuất bản : Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt : Tổng quan về máy nén khí; máy nén khí hướng trục đa cấp; phương pháp và phần mềm mô phỏng số; kết quả mô phỏng số.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy khe hở dọc trục cánh quay với cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp NGUYỄN ĐẠI QÚY Ngành Cơ Khí Động Lực Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Phan Anh Tuấn Viện: Cơ Khí Động Lực Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 8/2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: NGUYỄN ĐẠI QUÝ Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy khe hở dọc trục cánh quay với cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp Chuyên ngành: Cơ khí động lực Mã số SV: CA190065 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 12 tháng 08 năm 2020 với nội dung sau: Chỉnh sửa lại toàn lỗi chế bản, in ấn Bổ sung bảng ký hiệu từ viết tắt Trích dẫn tham khảo đầy đủ theo trình tự xuất luận văn Thay đổi hình ảnh, đồ thị mờ chữ, nét ……………………… ……………………………………………………………………… Ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn PGS.TS Phan Anh Tuấn Nguyễn Đại Quý CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TSKH Vũ Duy Quang Lời cảm ơn Với lòng biết ơn sâu sắc tình cảm chân thành cho phép tác giả gửi lời cảm ơn chân thành tới: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực, Bộ mơn Kỹ Thuật thủy khí Tàu thủy giảng viên PGS TS Phan Anh Tuấn người hướng dẫn tác giả suốt trình nghiên cứu hoàn thành đề tài nghiên cứu Mặc dù cố gắng nhiều, luận văn không tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến nhà khoa học, quý thầy cô Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 26 tháng năm 2020 Tóm tắt nội dung luận văn Lý chọn đề tài Máy nén khí đa cấp dùng phổ biến công nghiệp muốn tạo dịng khí với áp suất cao Đặc biệt ngành hàng không tàu thủy, máy nén đa cấp dùng tua bin khí để tạo lực đẩy cho máy bay tàu thủy Việc nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh với thân máy khe hở cánh quay cánh cố định giúp cho người thiết kế tối ưu, nâng cao hiệu suất cho máy nén khí Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy khe hở cánh quay cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén dọc trục đa cấp Nội dung đề tài: - Nghiên cứu tổng quan máy nén khí, máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp, - Mô số trạng thái ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Mô số trạng thái ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết truyền thống mô số phần mềm ANSYS Fluent để khảo sát, đánh giá mức độ ảnh hưởng tới hiệu suất tỷ số nén máy nén hướng trục đa cấp thay đổi khe hở đỉnh cánh động tầng với vỏ máy khe hở dọc cánh động cánh tĩnh HỌC VIÊN Nguyễn Đại Quý MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN KHÍ 12 1.1 Tổng quan máy nén khí 12 1.2 Phạm vi sử dụng máy nén khí 13 1.3 Ưu, nhược điểm máy nén khí 13 1.4 Động lực học chất khí 13 Các thơng số chất khí 13 Các định luật chất khí 14 Độ ẩm khơng khí 15 Nhiệt công học 15 Phương trình nhiệt động 15 Phương trình liên tục 16 Phương trình Bernoulli 17 Số Reynolds số Mach 17 Phương trình Euler 18 1.5 Kết luận chương 18 CHƯƠNG MÁY NÉN KHÍ HƯỚNG TRỤC ĐA CẤP 19 2.1 Kết cấu máy nén hướng trục đa cấp 19 2.2 Nguyên lý làm việc 20 2.3 Tam giác vận tốc dịng khí chuyển động máy 20 Công máy nén 23 Độ phản lực máy nén hướng trục 24 2.4 Đặc tính máy nén hướng trục 27 Đặc tính riêng 28 Đặc tính tổng hợp 30 2.5 Tính tốn máy nén hướng trục 31 Các thông số cho trước 31 Tính tốn sơ 31 Tính tốn tầng 34 Xây dựng biên dạng cánh 37 2.6 Các nghiên cứu khe hở cánh máy nén khí hướng trục đa cấp 41 Ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy 41 Ảnh hưởng khe hở dọc trục cánh quay với cánh tĩnh 42 2.7 Kết luận chương 43 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SỐ 44 3.1 Phương pháp mô số 44 Giới thiệu chung CFD (Computational Fluid Dynamics) 44 Ứng dụng CFD việc giải toán kỹ thuật 44 Những phương trình cần phải giải CFD 45 3.2 Phần mềm mô ANSYS Fluent 45 Cấu trúc phần mềm khả mô Fluent 45 Các bước giải toán Fluent 47 3.3 Mô số với máy nén hướng trục đa cấp 47 3.3.1 Lựa chọn phương pháp mô số 47 3.3.2 Mô hình rối 49 3.3.3 Xây dựng mơ hình lưới 52 3.3.4 Điều kiện biên 53 3.4 Kết luận chương 54 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ 55 4.1 Các trường hợp mô số nghiên cứu 55 4.2 Miền không gian tính tốn 55 4.3 Điều kiện biên 58 4.4 Kết mô số ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay vỏ máy 58 4.5 Kết mô số ảnh hưởng khe hở dọc trục cánh động cánh tĩnh 65 Trường hợp khe hở dọc trục R1 S1 tăng so với thiết kế gốc 65 Trường hợp khe hở dọc trục R1 S1 giảm so với thiết kế gốc 70 4.6 Kết luận chương 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Cấu tạo máy nén khí hướng trục 19 Hình 2 Lưới cánh máy nén hướng trục 21 Hình Tam giác vận tốc lưới cánh công tác 22 Hình Sơ đồ vận tốc lưới cánh công tác 22 Hình Tam giác vận tốc góc ρ = 0,5 25 Hình Tam giác vận tốc góc ρ = 26 Hình Tam giác vận tốc góc ρ = 0,75 27 Hình Đường đặc tính thực nghiệm máy nén hướng trục 28 Hình Đường đặc tính thực nghiệm máy nén hướng trục 29 Hình 10 Sự phụ thuộc lực nâng Cy lực cản Cx vào góc va i 29 Hình 11 Sự phụ thuộc lực nâng Cy lực cản Cx vào góc va i 30 Hình 12 Đường đặc tính tổng hợp máy nén hướng trục 31 Hình 13 Xây dựng đường nhân biên dạng cánh phương pháp đồ thị38 Hình 14 Xây dựng đường nhân biên dạng cánh 39 Hình 15 Xây dựng cánh phương pháp giải tích 40 Hình 16 Máy nén khí hướng trục đa cấp 41 Hình Sơ đồ thực tốn mơ Fluent 46 Hình Minh họa quy định “Interface” cho mơ hình MRF 48 Hình 3 Mơ hình lưới 52 Hình Điều kiện biên vị trí 53 Hình 4.1 Khe hở đỉnh cánh động thân máy khe hở dọc R1 với S1 56 Hình 4.2 Cấu tạo ba tầng cánh máy nén khí 57 Hình 4.3 Chia lưới mô số 58 Hình 4.4 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ 59 Hình 4.5 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ hai 59 Hình 4.6 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ ba 60 Hình 4.7 Đồ thị tải cánh tầng thứ 60 Hình 4.8 Đồ thị tải cánh tầng thứ hai 61 Hình 4.9 Đồ thị tải cánh tầng thứ ba 61 Hình 4.10 Đồ thị tải cánh động R1 61 Hình 4.11 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 62 Hình 4.12 Đồ thị tải cánh động R2 62 Hình 4.13 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 62 Hình 4.14 Đồ thị tải cánh động R3 63 Hình 4.15 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 63 Hình 4.16 Đồ thị ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh động đến tỷ số nén 64 Hình 4.17 Đồ thị ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh động đến hiệu suất 64 Hình 4.18 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ tăng khe hở R1 S1 65 Hình 4.19 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ hai tăng khe hở R1 S1 66 Hình 4.20 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ ba tăng khe hở R1 S1 66 Hình 4.21 Đồ thị tải cánh động R1 67 Hình 4.22 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 67 Hình 4.23 Đồ thị tải cánh động R2 67 Hình 4.24 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 68 Hình 4.25 Đồ thị tải cánh động R3 68 Hình 4.26 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 68 Hình 4.27 Đồ thị ảnh hưởng tăng khe hở dọc cánh R1 với S1 đến tỷ số nén 69 Hình 4.28 Đồ thị ảnh hưởng tăng khe hở dọc cánh R1 với S1 đến hiệu suất 69 Hình 4.29 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ giảm khe hở 70 Hình 4.30 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ hai giảm khe hở 70 Hình 4.31 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ ba giảm khe hở 71 Hình 4.32 Đồ thị tải cánh động R1 71 Hình 4.33 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 72 Hình 4.34 Đồ thị tải cánh động R2 72 Hình 4.35 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 72 Hình 4.36 Đồ thị tải cánh động R3 73 Hình 4.37 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 73 Hình 4.38 Đồ thị ảnh hưởng giảm khe hở dọc cánh R1 S1 đến tỷ số nén 74 Hình 4.39 Đồ thị ảnh hưởng giảm khe hở dọc cánh R1 S1 đến hiệu suất 74 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Các số lưới chất lỏng 52 Bảng 3.2 Thang tiêu chuẩn Orthogonal quality 53 Bảng 3.3 Thang tiêu chuẩn skewness 53 Bảng 3.4 Điện kiện biên cho mặt tương ứng 54 Bảng 4.1 Các trường hợp mô cho giá trị khe hở đỉnh cánh động R1 vỏ máy 55 Bảng 4.2 Các trường hợp mô cho giá trị khe hở dọc trục cánh R1 với S1 55 Bảng 4.3 Thông số máy nén hướng trục ba cấp 56 Bảng 4.4 Số lượng cánh cấp máy nén 57 KÝ HIỆU VÀ CHỈ SỐ SỬ DỤNG Ký hiệu A a C d D g G h k K L Tên đại lượng Khoảng cách Tốc độ âm Nhiệt dung riêng Đường kính Đường kính Gia tốc trọng trường Trọng lượng Chiều cao Số mũ đẳng entropi, đoạn nhiệt Hệ số, số Công kg, 1m3 m Ma n P Khối lượng Số Mach Số mũ đa biến Áp suất Thứ nguyên mm, m m s-1 kJ.kg-1.Độ-1 mm, m mm, m m.s-2 kG m Kgm Kg-1, nm/m3 kg Pa, kg, N.m2 Q R t T U V α (alpha) β (beta) ɛ (apsilon) η (eta) λμ (Mu) ω Lưu lượng thể tích, suất thể m3.ph-1, tích m3.s-1 Hằng số chất khí J.kg-1.Độ-1, kJ.kg-1 Độ-1 Thời gian s Nhiệt độ tuyệt đối (kelvin) ºK Tốc độ vịng m.s-1 Thể tích m3 Góc Độ (º) Góc Hệ số nén, tỷ số áp suất Độ (º) - Hiệu suất Hệ số dẫ nhiệt Độ nhớt (độ nhớt động lực, độ nhớt tuyệt đối) Tốc độ góc N.s.m-2p s-1 10 Hình 4.16 Đồ thị ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh động đến tỷ số nén Mối quan hệ tỷ số nén tổng lưu lượng khí nén thay đổi, tỷ số nén tăng nên giảm khe hở đỉnh cánh động Quan sát đồng thời đặc tính cơng tác tỷ số nén ta thấy giá trị khe hở 0.3mm ta có kết tốt Taị khe hở đỉnh cánh 1mm giá trị làm việc tỷ số nén giảm Tại giá trị 0.5mm khoảng làm việc cao so sánh với giá trị khe hở khác Tuy nhiên tỷ số nén nhỏ so với giá trị khe hở 0.3mm Hình 4.17 Đồ thị ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh động đến hiệu suất Thay đổi khe hở đỉnh cánh động với vỏ giá trị khác ta nhận tổng hiệu suất cấp nén tăng nên khe hở giảm Quan sát giải làm việc hiệu suất giá trị khe hở 0.3mm lựa chọn tốt nhất, nhiên khó để trì khe hở nhỏ 0.3mm Vậy khe hở 0.5mm cho hiệu suất lớn so với khe hở khác Tại khe hở 1mm hai giải công tác hiệu suất máy nén giảm Tại khe hở 0.7mm khoảng làm việc tốt so với khe hở khác nhiên hiệu suất lại thấp so với khe hở 0.3mm 64 Nhận xét 1: Từ kết mô số ta thấy tăng khe hở đỉnh cánh động R1 với vỏ máy tỉ số nén máy nén khí giảm hiệu suất máy nén khí giảm theo 4.5 Kết mô số ảnh hưởng khe hở dọc trục cánh động cánh tĩnh Mô số tiến hành cho khe hở dọc trục cánh động cánh tĩnh tầng bảng 4.2 Sau tiến hành mô số, kết tổng hợp hình vẽ từ Hình 4.18 - 4.39 Trường hợp khe hở dọc trục R1 S1 tăng so với thiết kế gốc Hình ảnh trường vận tốc giá trị hở dọc thiết kế 8,5 mm hở dọc điều chỉnh giá trị lớn + 7,5 mm Hình 4.18 hình ảnh trường vận tốc tương đối tầng cánh cấp Hình 4.19 hình ảnh trường vận tốc tương đối tầng cánh cấp Hình 4.20 trường vận tốc tương đối tầng cánh cấp a Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.18 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ tăng khe hở R1 S1 65 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 và cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.19 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ hai tăng khe hở R1 S1 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 và cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.20 Trường vận tốc dịng khí tầng thứ ba tăng khe hở R1 S1 Quan sát so sánh dải vận tốc tầng cánh từ Hình 4.18 tới Hình 4.20 ta thấy ngồi sóng xung kích mạnh lan truyền gần cạnh cánh động sóng nhẹ nằm đường dây cung phía bề mặt đẩy, ta quan sát độ suy giảm vận tốc dịng khí cấp nén hở dọc tăng + 7,5 mm Tại cấp nén thứ sóng xung kích có xu hướng lan truyền phía đầu cánh động Trong cánh tĩnh dịng chảy hài hịa khơng bị sáo trộn nhiều Các hình vẽ 4.21 – 4.26 thể đồ thị tải cánh tĩnh động tầng máy nén khí khe hở dọc trục cánh động cánh tĩnh máy nén giá trị thiết kế 8,5 mm giả định tăng trường hợp giá trị cao + 7,5mm 66 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.21 Đồ thị tải cánh động R1 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 +7,5 mm cánh tĩnh S1 8,5 mm Hình 4.22 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.23 Đồ thị tải cánh động R2 67 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.24 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.25 Đồ thị tải cánh động R3 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 +7,5 mm Hình 4.26 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 Sau tiến hành mô số, đồ thị ảnh hưởng khe hở dọc cánh động R1 cánh tĩnh S1 máy nén dựng lên Hình 68 4.27 4.28 Các đồ thị dựng cho độ lớn khoảng cách khe hở dọc R1 S1, bao gồm trường hợp giá trị khe hở gốc (8,5 mm) khoảng cách khe hở giả định cộng với hở dọc gốc + 2,5 mm, + 5,0 mm +7,5 mm Trong Hình 4.27, 4.28 trục hồnh giá trị lưu lượng khối lượng Q (kg/s) dịng khí vào máy nén Với Hình 4.27 trục tung giá trị tỷ số nén đạt máy nén khí với khoảng cách khe hở dọc cánh tương ứng cịn Hình 4.28 trục tung hiệu suất đạt máy nén ba cấp với khoảng cách khe hở dọc cánh tương ứng khác Hình 4.27 Đồ thị ảnh hưởng tăng khe hở dọc cánh R1 với S1 đến tỷ số nén Trong phần nghiên cứu khe hở dọc trục cánh động cánh hướng R1/S1 tăng nên giá trị, so sánh với tỷ số nén lưu lượng dịng khí nén với khe hở thiết kế ta thấy lưu lượng khối lượng khí nén tăng hở dọc tăng đạt giá trị cao hở dọc + 5,0 mm Hình 4.28 Đồ thị ảnh hưởng tăng khe hở dọc cánh R1 với S1 đến hiệu suất Tại đồ thị hiệu suất lưu lượng máy ta thấy Q đạt giá trị cao hở dọc + 5,0 mm so với giá trị thiết kế 8,5 mm Nhận xét 2: Từ kết mô số ta thấy tăng khe hở dọc trục cánh động R1 với cánh tính S1 lưu lượng tỉ số nén máy nén khí thay đổi hiệu suất máy nén thay đổi Sự tăng lưu lượng, tỉ số nén hiệu suất 69 làm việc máy đạt khe hở tăng lên +0,5 mm so với thiết kế gốc máy nén khí phạm vi cho phép tăng khe hở dọc trục lưu lượng khối lượng máy nén tăng hiệu suất giảm Trường hợp khe hở dọc trục R1 S1 giảm so với thiết kế gốc Hình ảnh trường vận tốc giá trị hở dọc thiết kế 8,5 mm hở dọc điều chỉnh giá trị thấp - 7,5 mm Hình 4.29là hình ảnh trường vận tốc tương đối tầng cánh cấp Hình 4.30 hình ảnh trường vận tốc tương đối tầng cánh cấp Hình 4.31 trường vận tốc tương đối tầng cánh cấp a Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 - 7,5 mm Hình 4.29 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ giảm khe hở a Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 - 7,5 mm Hình 4.30 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ hai giảm khe hở 70 a Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 - 7,5 mm Hình 4.31 Trường vận tốc dịng khí cấp nén thứ ba giảm khe hở Quan sát từ Hình 4.29 tới Hình 4.31 ta thấy sóng xung kích di chuyển tương tự hai trường hợp Các hình vẽ 4.32 – 4.37 thể đồ thị tải cánh tĩnh động tầng máy nén khí khe hở cánh động cánh tĩnh máy nén giả định giảm từ giá trị gốc 8,5 mm đến giá trị nhỏ -7,5mm a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 -7,5 mm Hình 4.32 Đồ thị tải cánh động R1 71 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 -7,5 mm Hình 4.33 Đồ thị tải cánh tĩnh S1 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 -7,5 mm Hình 4.34 Đồ thị tải cánh động R2 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 +7,5 mm cánh tĩnh S1 8,5 mm Hình 4.35 Đồ thị tải cánh tĩnh S2 72 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 -7,5 mm Hình 4.36 Đồ thị tải cánh động R3 a Khe hở dọc trục cánh động R1 b Khe hở dọc trục cánh động R1 cánh tĩnh S1 8,5 mm cánh tĩnh S1 -7,5 mm Hình 4.37 Đồ thị tải cánh tĩnh S3 Sau tiến hành mô số, đồ thị ảnh hưởng khe hở dọc cánh động R1 cánh tĩnh S1 máy nén dựng lên Hình 4.38 4.39 Các đồ thị dựng cho độ lớn khoảng cách khe hở bao gồm trường hợp giá trị khe hở gốc (8,5 mm) khoảng cách khe hở giảm giả định -2,5 mm, - 5,0 mm -7,5 mm Trong Hình 4.38, 4.39 trục hồnh giá trị lưu lượng khối lượng Q (kg/s) dòng khí vào máy nén hướng trục ba cấp Với Hình 4.38 trục tung giá trị tỷ số nén đạt máy nén khí với khoảng cách khe hở dọc tương ứng cịn Hình 4.39 trục tung hiệu suất đạt máy nén ba cấp với khoảng cách khe hở dọc cánh tương ứng khác 73 Hình 4.38 Đồ thị ảnh hưởng giảm khe hở dọc cánh R1 S1 đến tỷ số nén Trong phần nghiên cứu khe hở dọc trục cánh động cánh hướng R1/S1 giảm giá trị, so sánh với tỷ số nén lưu lượng dịng khí nén với khe hở thiết kế ta thấy lưu lượng khối lượng khí nén giảm tỷ số nén tăng hở dọc giảm Hình 4.39 Đồ thị ảnh hưởng giảm khe hở dọc cánh R1 S1 đến hiệu suất Tại đồ thị hiệu suất lưu lượng máy ta thất Q đạt giá trị cao hở dọc thiết kế 8,5 mm Khi giảm hở dọc lưu lượng khí nén giảm theo thấp khoảng cách – 7,5 mm hiệu suất máy nén tăng nên hở dọc trục giảm Nhận xét 3: Từ kết mô số ta thấy giảm khe hở dọc trục cánh động R1 với cánh tĩnh S1 lưu lượng khí nén giảm hiệu suất tỷ số nén tăng Tỷ số nén hiệu suất máy nén khí thay đổi Sự giảm lưu lượng máy nhiều khe hở giảm -0,75 mm so với thiết kế gốc máy nén khí 74 4.6 Kết luận chương Trong chương tác giả đánh giá ảnh hưởng khe hở cánh động R1 cánh tĩnh S1 tới tỉ số nén hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp Từ kết mô số ta thấy tăng khe hở đỉnh cánh động R1 với vỏ máy tỉ số nén máy nén khí tăng hiệu suất máy nén khí tăng lên Khi tăng khe hở dọc trục cánh động R1 với cánh tĩnh S1 lưu lượng tỉ số nén máy nén khí thay đổi hiệu suất máy nén thay đổi Sự tăng lưu lượng, tỉ số nén hiệu suất làm việc máy đạt khe hở tăng lên +0,5 mm so với thiết kế gốc máy nén khí Khi giảm khe hở dọc trục cánh động R1 với cánh tĩnh S1 lưu lượng tỉ số nén máy nén khí thay đổi hiệu suất máy nén thay đổi Sự giảm lưu lượng, tỉ số nén hiệu suất làm việc máy nhiều khe hở giảm lên -0,75 mm so với thiết kế gốc máy nén khí 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, thực đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy khe hở dọc trục cánh quay với cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp, tác giả giải vấn đề sau: - Nghiên cứu tổng quan máy nén khí, máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Mô số trạng thái ảnh hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Mô số trạng thái ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp Tác giả đánh giá ảnh hưởng khe hở đỉnh cách động với vỏ máy khe hở dọc trục cách động với cánh tĩnh máy nén khí hướng tục đa cấp thông qua mô số Bằng phương pháp nghiên cứu thông qua mô số, tác giả thu hình ảnh trực quan trường vận tốc, áp suất độ xốy dịng khí bao quanh cánh động, cánh tĩnh, trục thân vỏ máy nén khí hướng trục ba cấp Từ giúp tác giả đánh giá cách tổng thể đặc tính khí động học dịng khí di chuyển máy nén đưa khuyến cáo cho thiết kế phù hợp cho kích thước hình học tầng cánh máy nén khí đa cấp Trong nghiên cứu này, tác giả tiến hành mô số để đánh giá ảnh hưởng khoảng cách khe hở cánh động vỏ máy, khe hở dọc cánh động R1 cánh tĩnh S1 đến tỷ số nén hiệu suất làm việc máy nén khí đa cấp Đó máy nén khí hướng trục ba cấp Tác giả tiến hành thay đổi giá trị khe hở đỉnh cánh động tầng (R1) vỏ máy thay đổi khe hở dọc R1 S1 để xác định tỷ số nén hiệu suất máy nén khí khe hở thay đổi mà giữ nguyên thông số kỹ thuật khác máy nén khí miền khơng gian tính tốn tốn mơ số Kết nghiên cứu với khoảng cách từ đỉnh cánh động đến thân vỏ máy bé tỷ số nén tạo lớn hiệu suất làm việc máy nén khí cao Khe hở dọc trục cánh động cánh tĩnh tăng lưu lượng Q tăng tỷ số nén hiệu suất giảm Tuy nhiên, nghiên cứu tác giả chưa có điều kiện đánh giá đến ảnh hưởng độ rung cánh khe hở thay đổi Độ rung yếu tố cần phải tính đến thiết kế chế tạo máy nén khí Nó yếu tố ảnh hưởng đến chọn lựa vật liệu công nghệ chế tạo máy nén khí để tránh bị va chạm đỉnh cánh vỏ máy hoạt động bị rung khe hở chúng bé 76 Kiến nghị Do giới hạn thời gian kinh phí nên đề tài chưa có điều kiện tiến hành thực nghiệm máy nén khí dọc trục đa cấp Nếu có điều kiện nghiên cứu sâu hơn, tác giả kiến nghị để tài tiếp tục tiến hành thực nghiệm để so sánh kết mô số thực tế 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] B Q Thái, Máy nén khí, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [2] ANSYS, Tài liệu hướng dẫn người dùng, 2017 [3] Williams A.D, "The Effect of Tip Clearance Flows on Performance of Axial Flow Compressors," Aeronautical Engineering Thesis, California Institute of Technology, USA, 1960 [4] Hesselgreaves J E, "A correlation of tip clearance/efficiency measurements on mixed flow and axial flow turbimachines," Proceedings of the 3rd Conference on Hydraulics Machinery, Budapest, Hungary., 1969 [5] Lakshminarayana B, "Leakage and secondary flows in compressor cascades", Dissertation, Liverpool University, Liverpool, UK., 1963 [6] Smith G D J., Cumpsty N A., "Flow Phenomena in Compressor Casing Treatment," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, pp Vol 106, pp 532-541, ASME., 1984 [7] Wisler D.C, "Loss Reduction in Axial Flow Compressors Through LowSpeed Model Testing," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,, pp Vol 107, pp 354-363, ASME., 1985 [8] Jöcker, M., Hillion, F X., Fransson, T H., and Wåhlén, "Numerical unsteady flow analysis of a turbine stage with extremely large blade loads," In ASME Turbo Expo 2001: Power for Land, Sea, and Air, p pages V004T03A026–V004T03A026 American Societ, 2001 [9] L.H Smith Jr, "Casing boundary layers in multistage axial flow compressors,," in: L.S Dzung (Ed.), Proceedings of Symposium on Flow Research on Blading, Elsevier Publishing Company, 1970 [10] A.A.Mikolajczak, "The practical importance of unsteady flow,," AGARDCP-177, Unsteady Flow Phenomenon in Turbomachinery, p 1, 1976 [11] B Roy, M Chouhan, P.M Sivadas, "Aerodynamic studies on swept blades for axial flow fan/compressor," in: National Conf on Aerospace Eng., Ranchi, India, 2003 78 ... khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp, - Mô số trạng thái ảnh hưởng. .. cánh quay với thân máy khe hở cánh quay cánh tĩnh tới hiệu suất máy nén dọc trục đa cấp Nội dung đề tài: - Nghiên cứu tổng quan máy nén khí, máy nén hướng trục đa cấp - Nghiên cứu ảnh hưởng khe. .. hưởng khe hở đỉnh cánh quay với thân máy tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp - Mô số trạng thái ảnh hưởng khe hở cánh quay cánh cố định tới hiệu suất máy nén hướng trục đa cấp Phương pháp nghiên