Nghiên cứu thiết kế thử nghiệm chế tạo tua bin xung lích 2 lần kiểu CINK

Những −u điểm và nh−ợc điểm của tua bin XK2L trong thuỷ điện nhỏ và cực nhá

Các kết quả nghiên cứu và thực nghiệm từ n−ớc ngoài cho thấy hiệu suất đỉnh của tua bin XK2L có thấp hơn các loại tua bin khác (ηmax = 86%), ví dụ nh− tua bin tâm trục (Francis) nh−ng bù lại là phạm vi của vùng hiệu suất cao rất rộng, do vậy mà điện l−ợng thu đ−ợc của tua bin XK2L cao hơn so với tua bin tâm trục. Theo kết cấu truyền thống và một số kết cấu mới thì hệ thống cánh h−ớng n−ớc của tua bin XK2L rất đơn giản (chỉ có 1 cánh hướng), do vậy ít bị hỏng hóc so với hệ cánh h−ớng nhiều cánh (8 ữ 20 cánh) của các loại tua bin khác.

Cột nước, lưu lượng, công suất và hiệu suất

Vì trị số động năng của dòng chảy khi ra khỏi tua bin phụ thuộc vào kết cấu tua bin (tua bin càng hoàn thiện thì đại l−ợng này càng nhỏ) nếu tỷ năng của dòng chảy ra khỏi tua bin chỉ tính phần thế năng còn toàn bộ phần động năng đ−ợc tính là tổn thất của tua bin. Do đó cao độ điểm cửa ra tính toán đ−ợc lấy ở một điểm trung bình nào đó: ở tua bin trục ngang lấy ở giao điểm của trục dòng phun với đường bán kính BXCT vuông góc với nó.

Tác dụng t−ơng hỗ giữa dòng tia và tấm bản

Các tài liệu nghiên cứu và thực nghiệm mới nhất của tr−ờng Đại học Clemson (Mỹ) cho thấy công suất đ−ợc truyền cho BCT chủ yếu ở lần tác dụng thứ nhất, tức là khoảng 75- 80% năng l−ợng của dòng chảy truyền cho BCT ở lần "va đập" thứ nhất. Để dòng chảy đi vào BCT d−ới một góc làm với vận tốc quay nh− nhau ở toàn bộ cung vào, vách của vòi phun phải có biên dạng cong với bán kính cong giống nhau trên cùng một phương song song với trục tua bin (sẽ đề cập kỹ ở các phần sau).

Mở rộng nghiên cứu lý thuyết cơ bản tua bin XK2L 1. Mở rộng lý thuyết tua bin XK2L

Vẽ hai tam giác bên trong cánh bằng cách dịch mép ra lá cánh thứ nhất và mép vào lá cánh thứ hai trùng vào 1 điểm (điểm C ≡ B), các tiếp tuyến trùng khớp nhau. Như vậy để xác định được đường đi của phần tử chất lỏng qua BCT, ta có thể chia lá cánh thành nhiều phần tử nhỏ, sử dụng phần lý luận và các công thức tính toán từ (3-74) đến (3-91) ta có thể vẽ được đường đi của tia nước trong BCT và xác định được thành phần vận tốc trung bình theo phương lớn nhất tại các điểm chia. Kết luận: Trong chương này đã trình bày tổng quan về lý thuyết cơ bản của tua bin XK2L, phân tích các ảnh h−ởng của các thông số và kết cấu chính tới hiệu suất của tua bin XK2L trên cơ sở phân tích chuyển động của dòng chất lỏng qua 2 quá trình va đập với BCT.

Đây cũng là cơ sở để lựa chọn, tính toán và thiết kế các bộ phận chính của tua bin XK2L như BCT, vòi phun và cơ cấu điều chỉnh lưu lượng nhằm tối ưu hoá các thông số thiết kế cho loại tua bin này. Tuy nhiên, với kết cấu cánh h−ớng cung tròn kiểu CINK thì hiện nay ch−a có báo cáo nghiên cứu nào sâu đề cập về giải chính xác bài toán động lực học bằng lý thuyết.

H−ớng nghiên cứu Tua bin XK2L kiểu CINK

Còn đối với tua bin vòi phun kép (Hình 22-c), việc điều chỉnh lưu lượng thực hiện nhờ đIều chỉnh cánh hướng (2), do đó chiều dày tia nước của tua bin nhờ đó tăng hay giảm, đồng nghĩa với số vòng quay BCT tăng hay giảm khi các thông số ban đầu H và Q là không. Vì vậy, biên dạng của vòi phun và cánh hướng phải được thiết kế sao cho chúng phải đ−ợc tạo thành một góc không đổi giữa tiếp tuyến tại một điểm trên biên dạng của chúng và bán kính véc tơ của nó nối với điểm gốc của biên dạng vòi phun và cánh h−ớng. Dựa vào các thông số tính toán và hình vẽ ta xây dựng đ−ợc đ−ờng cong thân khai cho cánh h−ớng và vòi phun, ph−ơng pháp này ít đ−ợc dùng vì phức tạp, tốn nhiều thời gian khi gia công.

Do vậy, các nghiên cứu để nâng cao hiệu suất của tua bin mới chỉ tập trung vào việc thay đổi các kích thước và kết cấu của tua bin XK2L mà ch−a quan tâm đến việc nghiên cứu sử dụng ống hút nh− là một giải pháp để sử dụng cột nước sau bánh xe công tác nhằm nâng cao hiệu suất của tua bin. Do vậy, trong đề tài này, ngoài việc nghiên cứu, thiết kế và thử nghiệm ảnh hưởng của cơ cấu điều chỉnh lưu lượng kiểu cung tròn đến hiệu suất và đặc tính năng lượng cua tua bin kiểu CINK, chúng tôi cũng bước đầu nghiên cứu và đánh giá khả.

Giới thiêu ch−ơng trình tính toán tua bin XK2L

Tuy nhiên, những kết quả nghiên cứu gần đây của các giáo s− của Tr−ờng Đại học Clemson, South Carolina, Mỹ đã cho thấy một quan điểm mới về tua bin XK2L. Phần này, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn xem trên màn hình (mặc nhiên), in trực tiếp ra máy in (nếu máy tính có nối trực tiếp với máy in), hoặc ghi kết quả ra file số liệu. Ch−ơng trình không in đ−ợc với máy in mạng; Và do ch−a thiết kế với tính th−ơng mại cao, nên nếu không có máy in, khi chọn in, WINDOWS9x có thể đ−a sang EXCHANGE.

Nếu muốn vẽ biên dạng vòi và quỹ đạo tia nước, nhất thiết phải chọn biên dạng cánh (do sử dụng lệnh APPEND trong phần vòi và quỹ đạo, nên nếu không có menufile về biên dạng cánh, chương trình sẽ báo lỗi). Bấm vào MYMENU chọn tab Menu Bar, chọn vị trí cho menu Xung kích xuất hiện trên màn hình, rồi bấm Insert, menu Xung kích sẽ xuất hiện trên menu của AUTOCAD.

Thiết kế Tua bin XK2L mô hình kiểu CINK

- Đường kính ngoai BCT D1=300mm (phù hợp với tiêu chuẩn qui định về thực nghiệm tua bin). Cơ sở lý thuyết và ph−ơng pháp xây dựng biên dạng lá cánh đã đ−ợc trình bày trong phần 4.1.2. Sử dụng phần mềm Tính toán tua bin XK2L, lựa chọn phần số liệu tính toán chuyển sang Auto CAD để tự động vẽ biên dạng lá cánh.

Nguyên lý tính toán và thiết kế biên dạng vòi phun đã được trình bày trong Chương 3. Sử dụng chương trình Tính toán tua bin XK2L để xác định toạ độ các điểm cơ sở trong bảng kết quả dưới đây để xây dựng biên dạng vòi phun.

Mô hình hoá tua bin

Khi tua bin mô hình và tua bin nguyên hình đáp ứng đ−ợc ba điều kiện đồng dạng trên thì chúng đ−ợc gọi là đồng dạng thuỷ động lực học. Với mục tiêu nghiên cứu tua bin XK2L phục vụ cho thủy điện nhỏ và cực nhỏ. Nh− vậy việc mô hình hoá để nghiên cứu cho phạm vi công suất và cột áp rộng như thế rất khó có thể đạt được đầy đủ các tiêu chuẩn tương tự.

Điều kiện tương tự xác định theo tương tự hình học và chuẩn số Râynôn. Do vậy, có thể cho phép đánh giá đặc tính các tua bin nguyên hình với độ chính xác chấp nhận đ−ợc.

Thực nghiệm tua bin mô hình

Khi có dây dẫn chuyển động trong từ trường cắt các đường sức, trong dây dẫn cảm ứng một sức điện động tỉ lệ với tốc độ chuyển động của dây dẫn. Tại mỗi vị trí của cánh hướng dòng, thay đổi số vòng quay của tua bin (bằng cách thay đổi công suất trên động cơ gây tải), tất cả các thông số đo đ−ợc tự động ghi vào file kết quả (tại mỗi điểm đo, lấy rất nhiều giá trị), các số liệu này tạo thành một bộ dữ liệu giúp cho quá trình xử lý đạt đ−ợc độ chính xác cao hơn. Các giá trị đo đ−ợc, sau khi xử lý có thể biểu diễn bằng một đ−ờng cong hay thẳng trên trục toạ độ (x,y) – Fit line – có giá trị sai số nhỏ nhất từ các điểm đo đ−ợc.

Do quá trình thu thập dữ liệu là liên tục, bao gồm cả thời gian điều chỉnh tải, nên một số lớn các số liệu đ−ợc ghi nhận là không nằm trong chế độ bình ổn của tua bin, vậy trước khi đưa công cụ vào để xử lý, đánh giá ta cần có bước xử lý sơ bộ để gạt bỏ các giá trị ngoại lai hoặc các giá trị không đáng tin cậy. Số l−ợng số liệu trong các file số liệu đ−ợc ghi khi đo và các bảng thống kê các bộ dữ liệu với các giá trị Trung bình, Max, Min, SE, SD tại mỗi.

Xây dựng đặc tính tổng hợp chính của tua bin mô hình

Phương pháp xây dựng đường đặc tính tổng hợp chính tua bin XK2L kiểu CINK.

Các kết luận rút ra từ thực nghiệm

- Vùng làm việc có hiệu suất cao tương đối rộng: lưu lượng qui dẫn (Q1’) thay. - Các kết quả thực nghiệm nói chung phù hợp với lý thuyết cơ bản của tau bin XK2L, nằm trong giới hạn cho phép. - Cần đi sâu nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về chế độ làm việc thực tế của tua bin XK2L kiểu CINK để khẳng định tính chất phản kích của loại tua bin này nhằm nâng cao hiệu suất và mở rộng phạm vi ứng dụng cho thủy.