Thông tin tài liệu
MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong năm gần đây, ảnh hưởng biến đổi khí hậu, nhu cầu tưới tiêu cho nơng nghiệp thủy lợi, đặc biệt nhu cầu tiêu thoát nước lũ vào mùa mưa bão không ngừng tăng lên Nhiều trạm bơm có lưu lượng cơng suất lớn xây dựng để đáp ứng nhu cầu Hầu hết trạm bơm lớn đầu tư xây dựng với việc sử dụng loại bơm truyền thống, mà chủ yếu loại bơm hướng trục có số vịng quay đặc trưng (ns) vừa thấp (ns=500900 v/ph) Với việc sử dụng bơm hướng trục ns cao (ns >1000 v/ph) vào trạm bơm lớn này, chi phí đầu tư xây dựng chi phí vận hành khai thác giảm đánh kể so với việc sử dụng bơm hướng trục ns thấp nhờ ưu kích thước khối lượng tổ máy bơm ns cao nhỏ gọn (khối lượng nhỏ nhiều so với kiểu truyền thống), tuổi thọ độ bền cao Bên cạnh ưu điểm đó, bơm hướng trục ns cao phù hợp với địa bàn có cột nước địa hình thấp trung bình hầu hết tỉnh thành đồng ven biển nước ta, đặc biệt khu vực đồng sông Cửu Long Qua khẳng định, việc xây dựng trạm bơm điện công suất lớn với việc sử dụng máy bơm hướng trục ns cao đem lại hiệu kinh tế to lớn lâu dài, phù hợp với điều kiện Việt Nam Từ đặc điểm phạm vi ứng dụng thông số bơm hướng trục cột nước thấp với thực tiễn nghiên cứu năm qua nhiệm vụ việc nghiên cứu mở rộng vùng làm việc bơm hướng trục cột nước thấp xây dựng mơ hình bơm có ns cao tức tăng số vòng quay tăng khả mà đảm bảo bơm có khả chống xâm thực tốt có hiệu suất cao Hiện tại, có số nghiên cứu bơm hướng trục ns cao, dài ns1200v/ph nghiên cứu nhiều có nhiều kết ứng dụng vào thực tiễn Các nghiên cứu bơm hướng trục ns 1200v/ph có đề tài nghiên cứu lý thuyết lẫn thực nghiệm với nội dung chủ yếu là: đánh giá ảnh hưởng thơng số hình học (tỷ số bầu db/D, mật độ lưới cánh l/t, số cánh Z…) bánh công tác tới đặc tính làm việc hiệu suất bơm Tuy nhiên, mặt xâm thực, chưa có nghiên cứu chuyên sâu lý thuyết lẫn thực nghiệm Việc nghiên cứu mở rộng vùng làm việc cho bơm hướng trục ns cao chưa đề cập đến Để mở rộng phạm vi làm việc cho máy bơm hướng trục, có hai phương pháp bản: điều chỉnh số vòng quay xoay góc đặt cánh Với bơm hướng trục cơng suất lớn việc thay đổi góc đặt cánh (xoay cánh) phổ biến việc thay đổi số vịng quay gặp nhiều khó khăn kỹ thuật bị hạn chế cơng suất Như thấy việc nghiên cứu mở rộng phạm vi làm việc cho bơm hướng trục ns cao phương pháp xoay cánh nhu cầu cấp thiết Để mở rộng phạm vi làm việc xoay cánh có hiệu quả, cần nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh đến thông số làm việc bơm cột áp, lưu lượng, hiệu suất chiều cao hút bơm … , từ đưa khuyến cáo cần thiết để giúp cho nhà thiết kế chọn điểm thiết kế tối ưu giúp cho nhà quản lý chọn góc xoay cánh phù hợp để đảm bảo bơm vận hành hiệu Chính vậy, luận án chọn lĩnh vực “Nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh cơng tác lên đặc tính xâm thực hiệu suất thủy lực bơm hướng trục với ns cao (1000-1200 v/ph)” làm nội dung nghiên cứu Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng thơng số góc xoay cánh đến hiệu suất đặc tính xâm thực bơm hướng trục ns cao (1000 – 1200 v/ph) - Đưa khuyến cáo cho việc tính tốn thiết kế lựa chọn bơm cho khai thác vận hành trạm bơm lớn sử dụng bơm ns cao 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Bơm hướng trục có số vịng quay đặc trưng ns cao (1000-1200 v/ph) - Nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh cơng tác lên đặc tính xâm thực hiệu suất thủy lực bơm hướng trục với ns cao (10001200 v/ph) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học đề tài - Xây dựng đặc tính làm việc tổng hợp đặc tính tổng hợp khơng thứ ngun gam bơm hướng trục ns1200v/ph, bổ sung vào dãy gam bơm hướng trục thiết kế, sản xuất nước ta đáp ứng nhu cầu cấp thiết - Cung cấp kết nghiên cứu khảo sát trường dòng chảy bơm hướng trục ns cao, bổ sung cho khoa học lĩnh vực bơm hướng trục nói chung bơm hướng trục ns cao nói riêng 3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Mơ hình bơm hướng trục ns = 1200 v/ph chế tạo đáp ứng nhu cầu bơm nước tưới tiêu cho điều kiện cột nước địa hình thấp lưu lượng lớn - Các kết nghiên cứu ứng dụng để xây dựng qui trình vận hành với việc xác định vùng làm việc tối ưu bơm mở rộng phạm vi làm việc xoay cánh tham khảo để thiết kế tính tốn thiết kế bơm hướng trục ns cao Bố cục Luận án Luận án gồm phần mở đầu, chương phần kết luận với tổng số 117 trang (chưa kể phần phụ lục), 16 bảng, 107 hình vẽ đồ thị 33 tài liệu tham khảo Chương TỔNG QUAN 1.1 Bơm hướng trục vấn đề cần nghiên cứu - Về thiết kế - Về công nghệ - Về hiệu kinh tế - xã hội 1.2 Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính lượng xâm thực bơm hướng trục Phần nghiên cứu xoay cánh có sở lý thuyết rõ ràng phần ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính lượng Với phần đặc tính xâm thực nghiên cứu mang tính chất bó hẹp phạm vi mẫu cánh riêng biệt, chưa tổng quát hóa nâng tầm lên thành lý thuyết với lộ trình nghiên cứu rõ ràng Mặt khác, việc nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay đến đặc tính làm việc thực dễ dàng hệ thống thí nghiệm thơng thường Nhưng nghiên cứu xâm thực cần phải có hệ thống thí nghiệm thiết bị đo đạc đại nhiều Đây khó khăn khiến cho kết nghiên cứu xâm thực bị hạn chế 1.3 Vấn đề nghiên cứu luận án - Vấn đề thủy lực - Vấn đề lượng - Vấn đề thiết kế thủy lực tối ưu 1.4 Nội dung luận án 1/ Nghiên cứu sở tính tốn lý thuyết 2/ Nghiên cứu thiết kế lựa chọn mẫu bơm với ns cao khảo sát đánh giá mô 3/ Nghiên cứu ảnh hưởng góc đặt cánh đến đặc tính xâm thực hiệu suất bơm hướng trục mơ 4/ Nghiên cứu thí nghiệm 5/ Kết luận kiến nghị Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NC 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.1.1 Cơ sở lý thuyết thiết kế cánh bơm hướng trục theo phương pháp Vôzơnhexenski - Pêkin 2.1.2 Cơ sở lý thuyết để xây dựng đặc tính lượng ảnh hưởng góc xoay cánh 2.1.3 Cơ sở lý thuyết hình thành xâm thực bơm hướng trục ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính xâm thực Để đánh giá chất lượng xâm thực máy bơm nói chung, người ta dùng hệ số xâm thực Thomat: (2-44) 𝜎 = Điều kiện để xuất xâm thực bơm là: 1 gh (2-45) Đồ thị xác định gh theo KHtư: σth (l/t)min 1.4 3.5 1.2 (l/t)min σth 2.5 0.8 0.6 1.5 0.4 0.2 0.5 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 ( KH)tu 0.3 Hình 2-24 Đồ thị (L/T)D=f(KHtư) gh=f(KHtư) 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết Tác giả chọn sử dụng phương pháp Vonznhexenski - Pekin để thiết kế cánh mẫu thử nghiệm cho bơm mơ hình Đây phương pháp có độ phức tạp mức trung bình, dùng phổ biến ngành chế tạo bơm 2.2.2 Nghiên cứu mơ hình tốn Sử dụng phần mềm Ansys CFX để mơ phỏng, kiểm tra chất lượng thủy lực bơm mơ hình Trình tự tính tốn Ansys Flow (CFX) sơ đồ sau: 2.2.3 Nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý Thực giá thí nghiệm Viện Bơm Thiết bị thủy lợi 2.2.4 Lựa chọn mơ hình bơm cho nghiên cứu Để phù hợp với giá thí nghiệm có sẵn, bơm mơ hình phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm bơm hướng trục ngang có dải ns=10001200v/p Mặt ngồi bánh cơng tác mặt cầu có đường kính D cầu 352mm Vỏ buồng bánh cơng tác có dạng mặt cầu tương ứng với đường kính đảm bảo khe hở làm việc khoảng 0.001D có cấu tạo hai nửa để đảm bảo tháo lắp Trên vỏ cầu bố trí 02 cửa quan sát suốt mi ca có mặt mặt cầu trùng với mặt cầu vỏ buồng bánh công tác Chương NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG 3.1 Nghiên cứu thiết kế lựa chọn mẫu bơm với ns cao khảo sát đánh giá mô 3.1.1 Lựa chọn thông số thiết kế mẫu đặc trưng Các thông số bơm mô hình thí nghiệm : Dm = 340 mm nm = 980 v/ph Hm = 3.25.(980/498)2.(340/800)2 = 2,348m Qm = 9050.(980/490).(340/800)3 = 1390 m3/h = 0.386 m3/s ns = 1172 v/ph 3.1.2 Một số kết tính tốn thiết kế 51.62 48.26 45.04 42.26 28.4 27.13 27.3 27.15 30.68 55.96 Mép 70 93.5 119 144.5 Mép vào 170 Mép Mộp vo Bản vẽ cánh công tác mô hình D=340 mm Hình 3.1 Bản vẽ thiết kế cánh cơng tác mơ hình D340mm Solid Works Hình 3.2 Bản vẽ mơ 3D bánh cơng tác bơm mơ hình D340mm 3.1.2 Mơ hình phương pháp tính tốn mơ 3.1.2.1 Xây dựng mơ hình tính Solidworks chia lưới Hình 3.5 Bản vẽ thiết kế dẫn dịng bơm mơ hình Hình 3.6 Thiết kế mơ 3D phần dẫn dịng SolidWorks - Chia mơ hình thành vùng: Rotor (bánh cơng tác), Stator (phần đẩy), Suction (phần hút) Hình 3.8 Lưới cấu trúc Hình 3.9 Lưới cấu trúc cho stator (Phần đẩy) cho Rotor (BCT) Hình 3.10 Lưới cấu trúc phần Suction (hút) 3.1.2.2 Chọn mơ hình tính tốn thiết lập điều kiện biên a/ Mơ hình tính tốn: + Mơ hình rối + Mơ hình xâm thực b/ Thiết lập điều kiện biên: - Đơn vị toán (mm); - Chọn thuật giải: Solver CFX Type: Pressure-Based Velocity Formulation: Absolute Time: Transient Chiều tính tốn: 3D - Chọn vật liệu: nước, nhiệt độ 25oC; bọt khí, nhiệt độ 25oC áp suất bão hòa Pv=3173 Pa; - Đặt điều kiện biên: + Vùng bánh công tác: n = 980 (v/p) + Các vùng Stator, đầu vào áp suất dạng áp suất lưu lượng; chọn đầu lưu lượng nên cẩn thận bơm tạo lưu lượng tối đa vịng quay định, chọn sai kết tính khơng có giá trị Tuy nhiên thời gian hội tụ lại nhanh + Biên tường dạng biên không trượt No-slip wall + Áp suất tham chiếu: atm + Áp suất tĩnh đầu vào: Static pressure inlet= 0.9 (bar), áp suất lấy sát với thực tế kể đến chênh lệch mặt thoáng với tâm máy m Trong trường hợp không rõ đặt áp (pa) để khảo sát đặc tính lượng máy truyền cho chất lỏng + Lưu lượng đầu ra: Outlet= 1390/3600= 0.386 (m3/s); + Trong phần solver-setting phải thêm điều kiện biên periodic (tuần hoàn) cho mặt cắt + Các interface để dạng Rotor-Stator, Specific angle 120 độ cho Rotor (3 cánh bánh công tác), 90 độ cho Suction (4 cánh hướng dòng vào) 45 độ cho Stator (8 cánh hướng dòng ra) - Đặt tiêu chuẩn hội tụ: 0,00001 - Bước thời gian (Timestep size for pump): ∆t = 0.002s, lấy theo hướng dẫn CFX đánh giá hội tụ bước thời gian Nhận thấy với giá trị cho kết chạy mịn bị dao động đảm bảo tính tuần hồn mơ - Đặt Total time 100s bắt đầu tính tốn 3.1.2.3 Đánh giá hội tụ mơ hình lưới Hình 3.12 Độ nhạy cảm lưới 3.1.2.4 Tiến hành giải xuất kết Bảng 3.1 Các thông số mô điểm thiết kế H Q Ntr Ntl Hiệu suất (m) (m3/s) (kW) (kW) (%) 2.37 0.386 11.07 8.98 81.1 Hình 3.15 Phân bố đường dịng hệ thống 3.1.3 Phân tích kết mơ - Sai số cột áp điểm thiết kế là: H/H = (2,37-2,348)/2,37 0,9% Do kết mơ tương đối sát với yêu cầu thiết kế hoàn toàn tin cậy - Với kết mô xâm thực, ta nhận thấy điểm thiết kế khơng xảy xâm thực, khơng xuất bọt khí mép vào cánh 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính xâm thực hiệu suất bơm HT ns cao mơ 3.2.1 Mơ hình tính phương pháp tính tốn 3.2.1.1 Xây dựng mơ hình tính Solidworks chia lưới Các thơng số thiết kế cánh trụ mơ hình D352mm: H=2,517m; Q=0,4283m3/s; n=980v/ph; D=352mm; ns=1172 Hình 3.22 Bản vẽ thiết kế dẫn Hình 3.23 Mơ hình tính tốn cơng cụ thiết kế mơ hình (Design modler) dịng bơm MH Dcầu = 352mm 3.2.1.2 Lựa chọn mơ hình tính tốn thiết lập điều kiện biên: Tương tự mục 3.1.2.2 3.2.1.3 Đánh giá hội tụ mơ hình lưới Hình 3.28 Độ nhạy cảm lưới 3.2.2 Phân tích kết mô phân bố trường dịng chảy bơm điểm tối ưu mơ hình cánh cầu 3.2.2.1 Kết tính tốn thơng số làm việc điểm tối ưu Bảng 3.3 Kết mô phương án D352 trụ điểm thiết kế H (m) Q(m3/s) Ntr (kW) Ntl (kW) Hiệu suất (%) 2.54 0.428 13.160 10.674 81.10 Bảng 3.4 Kết mô phương án D352 cầu điểm tối ưu H (m) Q(m3/s) Ntr (kW) Ntl (kW) Hiệu suất (%) 2.517 0.405 13.39 10.0001 74.68 Nhận xét:Tại điểm tối ưu, hiệu suất cánh cầu nhỏ cánh trụ lượng: =81.1% -74.68% 6.42% 3.2.2.2 Các kết mô trường dịng chảy bơm Hình 3.29 Phân bố áp suất mặt lưng cánh Hình 3.39 Phân bố đường dịng bơm Hình 3.33 Phân bố bọt khí mặt lưng cánh Hình 3.37 Phân bố vận tốc khe hở đầu cánh View3D Hình 3.38 Hình ảnh chi tiết phân bố vận tốc buồng bánh công tác Hình 3.32 Phân bố áp suất tiết diện sát vành mịn R0.995 10 3.2.3 Phân tích ảnh hưởng góc đặt cánh tới trạng thái xâm thực hiệu suất bơm 3.2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng góc xoay cánh tới đặc tính làm việc bơm mơ số Hình 3.48 Đặc tính làm việc bơm ns 1200 góc xoay cánh Hình 3.49 Đồ thị tưf 3.2.3.2 Dự báo vùng bị xâm thực theo góc xoay cánh Bảng 3.11 Bảng dự báo vùng bị xâm thực dạng XT xoay cánh Q/Q tư Góc -6 -3 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 XT2 XT1 0 0 XT2 XT1 0 XT2 XT1 0 0 XT1 XT1 XT2 XT2 XT2 XT2 XT2 XT3 XT3 XT2 XT2 XT2 XT2 a) dạng XT1 ( =1.748) b) dạng XT2 ( =1.563) 1.05 1.1 1.15 1.2 XT2 c) Dạng XT3 ( =1.395) Hình 3.52 Hình ảnh mơ dạng xâm thực 11 3.2.3.3 Nhận xét kết luận kết mô - Nếu khơng tính đến yếu tố xâm thực, xoay góc đặt cánh từ -60 đến +60, vùng làm việc bơm mở rộng từ phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 (0.8÷1.1) lên phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 (0.7÷1.2) Vùng làm việc hiệu suất cao (vùng lân cận 5% hiệu suất điểm tối ưu, trường hợp vùng hiệu suất lớn 70%) mở rộng từ phạm vi 𝑄 (0.9÷1.1) lên phạm vi 𝑄 (0.8÷1.1) - Để đánh giá mức độ thay đổi cột áp bơm xoay độ (H/độ), tra đồ thị hình 3.51 tính nội suy sau: + Khi xoay sang góc âm: H = 0.0652()+ 2.54 + Khi xoay sang góc dương: H= 0.1093()+ 2.54 3.2.4 Kết luận việc lựa chọn mẫu khảo sát đánh giá góc xoay đặc tính thủy lực Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Chế tạo thiết bị xây dựng mơ hình thí nghiệm phục vụ nghiên cứu thực nghiệm 4.1.1 Chế tạo thiết bị Hình 4.2 Bản vẽ lắp bơm mơ hình cánh cầu Dcầu =352mm 4.1.2 Lắp đặt bơm mơ hình vào hệ thống thí nghiệm Hình 4.6 Máy bơm mơ hình lắp đặt hệ thống thí nghiệm 12 Hình 4.7 Cửa quan sát vỏ buồng cầu bánh công tác Hình 4.8 Quan sát thí nghiệm đèn tần số 4.2 Đo thông số máy bơm Các thơng số cần đo đạc q trình thí nghiệm bao gồm: Q, H, n, Ntr, 4.2.1 Trình tự thí nghiệm Tiêu chuẩn sử dụng q trình đo : ISO 9906 - 1999 4.2.1.1 Chuẩn bị đo: - Kiểm tra điều kiện làm việc hệ thống thí nghiệm máy cần kiểm tra + Kiểm tra mức nước hệ thống + Kiểm tra hoạt động máy bơm chân không, hệ thống van + Kiểm tra hiệu chỉnh điểm ‘O’ thiết bị đo lường - Khởi động máy bơm cần khảo nghiệm, theo dõi thông số hệ thống bàn điều khiển 4.2.1.2 Đo thông số Quá trình đo lấy số liệu thực giá trị đo ổn định Tiến hành đo điểm làm việc kể từ điểm có cột áp nhỏ tới lớn mà hệ thống đáp ứng ngược lại Các thông số cần đo bao gồm: 13 - Áp suất cửa hút máy bơm Ph (bar) - Áp suất cửa đẩy máy bơm Px (bar) - Lưu lượng máy bơm Q ( m3/s) - Tốc độ quay n (v/ph) - Momen trục M (N.m) - Công suất tiêu thụ N (KW) 4.2.2 Tính tốn xử lý số liệu Các tín hiệu đo đưa trung tâm máy tính để xử lý số liệu, tính tốn thơng số cần thiết xây dựng đường đặc tính Các thơng số tính tốn bao gồm: - Cột áp hút Hh (m) - Cột áp toàn phần Htp (m) - Công suất thuỷ lực Ntl (kW) - Công suất trục Ntr (kW) - Hiệu suất máy bơm (%) - Vẽ đường đặc tính H(Q); N(Q); (Q) Trên sở tính cột áp, cơng suất trục, cơng suất hữu ích hiệu suất bơm Với thơng số đo đạc tính tốn ta xây dựng đường đặc tính làm việc bơm Trên sở số liệu đo ta tính thơng số làm việc bao gồm cột áp, công suất trục, công suất thủy lực hiệu suất bơm tương ứng theo công thức (2-64), (2-65), (2-66) (2-67) trình bày chương Khi làm thí nghiệm, số liệu khảo nghiệm tính tốn ghi lại File liệu lưu máy tính Các File liệu in để lấy số liệu xây dựng đường đặc tính lượng bơm Dựa vào số liệu khảo nghiệm xây dựng đường đặc tính hiệu suất đường đặc tính tổng hợp bơm cần kiểm tra 4.2.3 Xác định sai số đo - Sai số cột áp: H = (0,5572 +0,4892)0.5 = 0,741% - Sai số lưu lượng: Q = (0,3162+ 0,4852)0.5 = 0,579% - Sai số công suất: N = (0,232+ 0,3332)0.5 = 0,405% - Sai số hiệu suất: = (0,7412 + 0,5792 +0.405 2)0.5 1% Phép khảo nghiệm tiến hành giá thí nghiệm cho sai số 1% 14 4.3 Thí nghiệm xây dựng đặc tính xâm thực, thủy lực quan hệ hiệu suất với góc xoay cánh thay đổi 4.3.1 Kết thí nghiệm xây dựng đặc tính làm việc góc xoay cánh khác Hình 4.14 Đặc tính làm việc bơm mơ hình ns 1200 v/ph góc xoay cánh khỏc ĐặC TíNH TổNG HợP BƠM MÔ HìNH ns = 1172 v/ph (D cÇu = 352mm; n =980 v/ph) H(m) 58 60 62 64 63 66 68 =71% 70 69 69 +30 68 66 64 00 -30 -60 +60 0.5 0.25 0.3 0.65 0.7 0.75 0.35 0.8 0.85 0.4 0.9 0.95 0.45 1.05 1.1 1.15 1.2 Q(m3/s) 0.5 Q/Qt Hình 4.15 Đặc tính tổng hợp bơm mơ hình ns 1200 v/ph với Dcầu=352mm; n=980v/ph 15 KH ĐặC TíNH TổNG HợP KHÔNG THứ NGUYÊN B¥M ns = 1172 v/ph 0.12 58 0.09 60 62 64 63 66 68 0.06 =71% 70 69 69 +30 68 +60 66 64 -30 -60 0.03 0.015 0.35 0.42 0.49 0.56 0.63 0.70 KQ Hình 4.16 Đặc tính tổng hợp khơng thứ ngun bơm ns 1200 v/ph Các vùng bị xâm thực quan sát xoay cánh để xây dựng đặc tính sau: 16 4.3.2 Kết thí nghiệm xâm thực góc xoay cánh khác Thí nghiệm xâm thực cách giảm cột áp hút lối vào bơm Dưới đặc tính xâm thực xây dựng từ thực nghiệm Bảng 4.2 Bảng tính gíá trị KHtư th góc xoay cánh khác 17 (độ) -3 -6 Htư (m) 2.38 2.24 2.08 2.7 2.99 D (m) 0.352 0.352 0.352 0.352 0.352 n (v/ph) 980 980 980 980 980 KHtư 0.072 0.068 0.063 0.082 0.090 th 2.3 2.5 2.7 2.2 1.9 Hình 4.24 Đồ thị biến thiên hệ số xâm thực tới hạn theo góc xoay cánh Khảo sát đồ thị ta nhận thấy giá trị L/Lc đạt ngưỡng L/Lc 0.4, cột áp bơm dao động mạnh sau giảm nhanh Giá trị ứng với ngưỡng L/Lc 0.4 xảy tượng tụt cột áp ký hiệu H Hình 4.25 Đồ thị biến thiên hàm số H = f() - Hình ảnh kết thí nghiệm xây dựng đặc tính Góc -3 độ: 18 - Hình ảnh kết thí nghiệm xâm thực Góc độ: - Hình ảnh kết thí nghiệm xâm thực Góc -3 độ: - Hình ảnh kết thí nghiệm xâm thực Góc -6 độ: 4.4 Nhận xét bàn luận kết thí nghiệm 19 Nhận xét 1: Khi chuyển từ cánh trụ sang cánh cầu (với đường kính D=352mm), hiệu suất bơm giảm đi: tn = 77.5% – 70.74% 6.76% ; Đối chiếu so sánh với độ chênh hiệu suất cánh trụ cánh cầu mô chương (xem mục 3.2.2.1) mp = 6.42%, ta thấy sai số thực nghiệm mô 6.76% - 6.42% = 0.34% Điều cho thấy kết thu từ việc nghiên cứu mơ mơ hình tốn đáng tin cậy Nhận xét 2: Chênh lệch kết mô thực nghiệm hiệu suất điểm tối ưu mơ hình cánh cầu D352 là: 74.68% - 70.74% 3.9% Chênh lệch kết mô thực nghiệm hiệu suất điểm thiết kế mơ hình cánh trụ D340 (trình bày mục 3.1.3) 3.6% Như độ chênh lệch hiệu suất tối ưu mô thực nghiệm hai mơ hình cánh trụ D340 cánh cầu D352 xấp xỉ (sai lệch khoảng 0.3%) Nếu tính đến sai số tổng hợp thực nghiệm ±1% sai lệch nhỏ hoàn toàn chấp nhận Các kết cho thấy tương đồng hợp lý việc lựa chọn mơ hình tính tốn mơ triển khai thực nghiệm Qua khẳng định độ tin cậy kết nghiên cứu Nhận xét 3: Nếu khơng tính đến yếu tố xâm thực, xoay góc đặt cánh từ -60 đến +60, vùng làm việc bơm mở rộng từ phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 (0.8÷1.1) lên phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 (0.7÷1.2) Vùng làm việc hiệu suất cao (vùng lân cận 5% hiệu suất điểm tối ưu, trường hợp vùng hiệu suất lớn 65%) mở rộng từ phạm vi 𝑄 (0.9÷1.1) lên phạm vi 𝑄 (0.8÷1.1) Nhận xét 4: Xét phạm vi = -6 độ ÷ +6 độ: Khi xoay sang góc âm, hiệu suất (tại điểm tối ưu) bơm giảm không đáng kể, quan hệ hiệu suất với góc xoay cánh gần tuyến tính với độ dốc nhỏ theo hàm số: = 0,24() + tư Khi xoay sang góc dương, hiệu suất có tụt giảm đáng kể, xoay sang góc dương lớn hiệu suất giảm, Quan hệ hiệu suất góc xoay cánh gần theo dạng đường cong parabol: = 0,1194()2 – 1,5617() + tư Trong tư hiệu suất làm việc tối ưu mơ hình Đối với mơ hình nghiên cứu luận án tư = 70,74 20 Để đánh giá mức độ thay đổi cột áp bơm xoay độ (H/độ), tra đồ thị hình 4.18 tính nội suy sau: + Khi xoay sang góc âm: H = 0,05() + Htư + Khi xoay sang góc dương: H = 0,1017() + Htư Trong Htư cột áp làm việc điểm tối ưu mơ hình Đối với mơ hình nghiên cứu luận án Htư = 2,38m Nhận xét 5: Kết khảo sát cho thấy rằng: - Vùng làm việc an tồn có hiệu suất cao bơm ns1200v/ph giới hạn vùng Q=(0.8-1.1)Qtư với phạm vi xoay cánh từ góc -3o đến góc 0o - Ưu tiên xoay sang góc âm để mở rộng phạm vi làm việc bơm ns1200v/ph Khi cần thiết phải xoay sang góc dương để tăng lưu lượng bơm, lựa chọn hai: xoay sang góc ≤ +3o với vùng làm việc có phạm vi (1.1÷1.15)Qtư xoay sang góc +6o với vùng làm việc có phạm vi (1.15÷1.2)Qtư Đây hai vùng có xâm thực nhỏ xoay cánh sang góc dương Nhận xét 6: Khi giảm áp suất phía cửa hút máy bơm (tăng Hck hút) điểm làm việc tối ưu ứng với góc xoay cánh khác nhau, khả xâm thực bơm tăng lên Khi Hck lớn, xâm thực tăng mạnh Càng xoay cánh sang phía góc âm, hệ số xâm thực lớn, khả bị xâm thực bơm giảm Càng xoay cánh sang phía góc dương, hệ số xâm thực nhỏ, khả bị xâm thực bơm tăng lên Căn vào kết khảo sát đặc tính xâm thực xây dựng được, đưa giới hạn phạm vi vận hành đảm bảo an toàn cho máy bơm thiết bị Nhận xét 7: Khi xoay cánh khoảng từ -6 độ đến +6 độ, hệ số xâm thực tới hạn bơm ns 1200v/ph biến thiên gần theo qui luật tuyến tính th = - 0,065(+ th-tư Trong th-tư hệ số xâm thực tới hạn điểm tối ưu mơ hình Đối với mơ hình nghiên cứu luận án th-tư = 2,3 Dựa vào qui luật tính giá trị gần hệ 21 số xâm thực tới hạn bơm xoay cánh, từ làm sở để tính chọn chiều cao đặt máy phù hợp nhằm tránh xâm thực cho bơm Nhận xét 8: Khi xoay cánh khoảng từ -6 độ đến +6 độ, hệ số xâm thực điểm xuất hiện tượng tụt cột áp bơm ns 1200v/ph biến thiên gần theo qui luật H = 0,0017(2–0,024(+ H-tư Trong H-tư hệ số xâm thực xảy tượng tụt cột áp điểm tối ưu mơ hình Đối với mơ hình nghiên cứu luận án H-tư = 1,27 Nhận xét 9: Bước đầu giải thích chế hình thành phát triển xâm thực bơm sau: Tại vùng áp suất thấp (pmin < pbh) mép vào phía mặt hút cánh cơng tác (điểm góc nhọn mép vào tiết diện biên) xuất bọt khí xâm thực đầu tiên, bọt khí phát triển tạo ra xốy quẩn Dịng chảy ngược qua khe hở chênh áp hai bên mặt cánh gây xoáy quẩn Khi kết hợp xoáy đủ lớn gây tượng tách thành khe hở đầu cánh, làm cho dòng chất lỏng xốy quẩn pha trộn bọt khí tăng, xâm thực mạnh thêm Khi xoay cánh, dạng xâm thực phát triển Bảng dự báo dạng xâm thực theo góc xoay (bảng 3.11, chương 3) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Hiện giới việc nghiên cứu áp dụng bơm hướng trục lưu lượng lớn ns cao đạt thành tựu lớn việc tính tốn thiết kế lẫn việc áp dụng công nghệ cao chế tạo Việc nghiên cứu chế tạo bơm hướng trục cơng suất lớn có ns cao u cầu thực tế nước ta nhằm đáp ứng nhu cầu nhiều lĩnh vực đời sống sản xuất 1.1 Kết đạt luận án 1) Máy bơm hướng trục nghiên cứu luận án với dẫn dòng thiết kế có chất lượng thủy lực tương đối tốt đạt hiệu suất cao (max 77.5% với mơ hình bánh cơng tác trụ) Kết nghiên cứu cung cấp thêm sản phẩm bơm hướng trục ns cao (1200v/ph), bổ sung vào dãy gam bơm hướng trục thiết kế, sản xuất nước ta 22 2) Trên sở nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm mơ hình cánh xoay bơm hướng trục ns 1200v/ph, luận án rút kết luận ảnh hưởng thơng số góc xoay cánh đến hiệu suất đặc tính xâm thực bơm sau: a/ Ảnh hưởng góc xoay cánh đến hiệu suất: Trong phạm vi xoay cánh từ góc -6o đến góc +6o: - Khi xoay sang góc âm ( = -6o ÷ 0o), hiệu suất bơm thay đổi gần theo qui luật: = 0,24() + tư - Khi xoay sang góc dương ( =0o ÷ +6o), hiệu suất bơm thay đổi gần theo qui luật: = 0,1194()2 – 1,5617() + tư Trong tư hiệu suất làm việc tối ưu mơ hình Đối với mơ hình nghiên cứu luận án tư = 70,74 b/ Ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính xâm thực: Khi xoay cánh phạm vi từ góc -6o đến góc +6o: - Hệ số xâm thực tới hạn bơm biến thiên gần theo qui luật tuyến tính: th = - 0,065(+th-tư - Hệ số xâm thực điểm xảy tượng tụt cột áp bơm biến thiên gần theo qui luật: H =0,0017(2 – 0,024( + H-tư Trong th-tư hệ số xâm thực tới hạn H-tư hệ số xâm thực xảy tượng tụt cột áp điểm tối ưu mơ hình Đối với mơ hình nghiên cứu luận án th-tư = 2,3 H-tư = 1,27 1.2 Đóng góp luận án - Về mặt khoa học: + Luận án đưa kết nghiên cứu đầy đủ tin cậy thủy lực dòng chảy bơm, đặc biệt kết khảo sát trực quan trường dòng chảy bơm hướng trục ns 1200v/ph + Bước đầu giải thích chế hình thành phát triển xâm thực bơm hướng trục ns 1200v/ph + Xây dựng đặc tính làm việc tổng hợp đặc tính tổng hợp khơng thứ ngun bơm hướng trục ns 1200v/ph + Xây dựng qui luật hàm số biểu diễn mối quan hệ góc xoay cánh với đặc tính xâm thực hiệu suất thủy lực bơm 23 - Về mặt ứng dụng: + Mơ hình bơm hướng trục ns 1200v/ph luận án chế tạo ứng dụng vào thực tiễn đáp ứng phần nhu cầu bơm nước tưới tiêu cho điều kiện cột nước địa hình thấp lưu lượng lớn + Các kết nghiên cứu luận án ứng dụng để xây dựng qui trình vận hành với việc xác định vùng làm việc tối ưu bơm mở rộng phạm vi làm việc xoay cánh tham khảo để thiết kế tính tốn thiết kế bơm hướng trục ns cao 1.3 Những vấn đề hạn chế, tồn luận án + Các kết nghiên cứu thực nghiệm chất trình hình thành xâm thực loại xâm thực bơm cịn hạn chế thiếu thiết bị thí nghiệm chuyên dụng tiên tiến + Do hạn hẹp mặt thời gian kinh phí nên luận án chưa thực nghiên cứu thực nghiệm nhiều mẫu cánh khác với phương pháp thiết kế khác cho dải ns bơm Kiến nghị Trong q trình nghiên cứu luận án cịn số vấn đề cần phải nghiên cứu tiếp, là: - Nghiên cứu sâu chất trình hình thành xâm thực loại xâm thực bơm hướng trục ns cao Đặc biệt nghiên cứu tượng tách thành gây bọt khí tạo xâm thực rung động làm việc máy bơm - Nghiên cứu ảnh hưởng số vịng quay đến đặc tính xâm thực hiệu suất thủy lực bơm hướng trục với ns cao (1000-1200 v/ph) - Nghiên cứu ứng dụng xoay cánh bơm hướng trục cỡ lớn để tối ưu hóa vùng làm việc cho trạm bơm lớn xây nhằm mục đích nâng cao hiệu khai thác vận hành - Nghiên cứu vấn đề thiết kế thủy lực tối ưu cho bơm có số vòng quay đặc trưng ns cao (1000 – 1200)v/ph theo hướng thu gọn kích thước, giảm giá thành chế tạo xây dựng cơng trình lắp đặt thiết bị, mang lại hiệu kinh tế cao 24 ... nghiên cứu đề tài - Bơm hướng trục có số v? ?ng quay đặc trưng ns cao (1000- 1200 v/ ph) - Nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh cơng tác lên đặc tính xâm thực hiệu suất thủy lực bơm hướng trục v? ??i ns cao. .. chọn góc xoay cánh phù hợp để đảm bảo bơm v? ??n hành hiệu Chính v? ??y, luận án chọn lĩnh v? ??c ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh cơng tác lên đặc tính xâm thực hiệu suất thủy lực bơm hướng trục v? ??i ns. .. quan nghiên cứu ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính lượng xâm thực bơm hướng trục Phần nghiên cứu xoay cánh có sở lý thuyết rõ ràng phần ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính lượng V? ??i phần đặc tính
Ngày đăng: 27/12/2021, 12:34
Xem thêm:
