Sự xâm thực chong chóng
18.4.Dự đoán xâm thực chong chóng.
Hình 18.11. Sơ đồ ống thử xâm thực.
Phương pháp dự đoán xâm thực chong chóng có hiệu quả nhất là thử mô hình trong ống thử hoặc bể thử xâm thực.
ống thử xâm thực (Xem H18.11) là một ống hình vòng khép kín, kín khí, kín nước với mặt cắt biến đổi và đặt thẳng đứng. Trong kênh nằm ngang cao nhất của ống bố trí đoạn thao tác 1, ở đó trên trục nằm ngang người ta lắp mô hình chong chóng cần thử. Trong đoạn thao tác, tại đây ống có mặt cắt ngang nhỏ nhất, tốc độ dòng chảy lớn nhất, còn áp suất và số xâm thực nhỏ nhất. Đoạn công tác được khoét miệng và các cửa sổ để lắp ráp và theo dõi mô hình. Ngay sau đoạn thao tác theo dòng chảy xuống phía dưới đặt đoạn ống khuếch tán 2, mặt cắt của nó tăng đều theo hướng dòng chảy, nghĩa là ở đây áp suất tăng và tốc độ giảm. Khuỷu lượn tròn thứ 3 đảm bảo việc chuyển tiếp từ kênh nằm ngang sang kênh thẳng đứng của ống, ngoài ra người ta luồn vào ống trục mô hình chong chóng 4. Phần thẳng đứng 5 có thể có dạng hình trụ hoặc chóp cụt (tuỳ theo kết cấu của ống khuếch tán). Qua khuỷu lượn thứ hai 6 thường luồn trục vành cánh bơm 8 nằm ở đoạn nằm ngang dưới cùng 7. Việc bố trí bơm ở phần dưới của ống phải cố gắng sao tránh được cánh bơm khỏi xâm thực vì ở đó áp suất tăng caọ Kênh nằm ngang được đấu vào khuỷu 3 của ống 9. Sau khuỷu thứ ba đoạn thẳng đứng cuối cùng thường có dạng hình trụ tròn, nhưng trong một số trường hợp bộ khuếch tán vẫn kéo dài lên cả đoạn ống đó. Sau khuỷu thứ tư 10 là đoạn nằm ngang 11, mà ở đầu cuối được lắp bộ nắn dòng để tránh dòng bị cuộn và để làm đồng đều dòng nước đó. Giữa bộ nắn dòng và đoạn thao tác đặt một ống loe 14 (bộ khuếch tán) có mặt cắt thay đổi đột ngột dọc theo chiều dàị Chức năng của ống loe là đảm bảo độ đồng đều của dòng chảy, tăng tốc độ của dòng và giảm áp suất tĩnh.
Trong vùng khuỷu thứ nhất đặt thiết bị đo trên dầm hẫng để theo dõi các đặc tính thuỷ động lực của chong chóng. Trong thiết bị đó gồm có thiết bị đo lực đẩy và mômen trên trục chong chóng và đồng hồ đo vòng quaỵ Cũng trên dầm hẫng đó hoặc trên bệ riêng đặt động cơ điện để quay mô hình chong chóng.
Như trên đã nói, tiêu chuẩn cơ bản để lập mô hình xâm thực là số xâm thực s. Trong ống xâm thực tốc độ được điều chỉnh bằng cách thay đổi vòng quay của bơm, còn điều chỉnh bằng cách tạo ra chân không trong hầm đặc biệt 12 nằm ở khuỷu thứ bạ
Trong quá trình thử mô hình người ta tiến hành công việc đo lực để xác định các đặc tính thuỷ động lực của chong chóng khi có xâm thực và ghi điểm khởi đầu của giai đoạn xâm thực thứ hai, đồng thời quan sát bằng mắt thời gian hình thành và phát triển xâm thực. Các đợt thử để đo lực thường được tiến hành khi cho tốc độ dòng chảy trong ống xâm thực cố định và số xâm thực khác nhau, mà chúng được xác định bằng thiết bị tạo chân không đặt ở đoạn thao tác của ống(Xem H18.11). Đôi khi các đợt thử được tiến hành với vòng quay cố định và tốc độ dòng thay đổị Trong trường hợp này số xâm thực được tính theo công thức: ( ) 2 2 v 0 n D n P P 2 r s = - (18.4.1)
Song song với các đợt thử lực người ta còn theo dõi bằng mắt để xây dựng các đồ thị xâm thực, dạng của đồ thị đó (Xem H18.12). Nhánh trái của đồ thị ứng với bước tiến bé của chong chóng được xác định bằng xâm thực kiểu xoáy hoặc xâm thực ở mặt hút gần mép đạp của cánh. Phần thấp nhất của đồ thị thường đặt căn bậc hai của số xâm thực tới hạn st; được tính:
Hình 18.12. Đồ thị xâm thực
tính toán thí nghiệm
( ) 2 2 2 v 0 t D n P P 2 rp s = - (18.4.2)
Từ đồ thị ta thấy số xâm thực tới hạn phụ thuộc khá nhiều vào chế độ làm việc của chong chóng.
Khi xây dựng đồ thị xâm thực thường người ta giả thiết chế độ làm việc của chong chóng theo bước tiến tương đối và thay đổi số xâm thực bằng cách điều chỉnh áp suất trong ống xâm thực. Như vậy, về nguyên tắc hình ảnh của xâm thực không ghi theo thời điểm xuất hiện mà ghi theo sự biến mất xâm thực dạng này hoặc dạng khác.
Qua các đợt thử lực kết hợp với quan sát bằng mắt cho phép nhận được các số liệu sau đây cần cho việc thiết kế và tính chong chóng:
Thời điểm xuất hiện xâm thực và tính chất phát triển của nó khi tăng tốc độ của tàu (giai đoạn thứ nhất).
Thời gian bắt đầu thay đổi các đặc tính thuỷ động lực do ảnh hưởng của xâm thực (giai đoạn thứ hai).
Các đặc tính thuỷ động lực của chong chóng khi xâm thực phát triển ở các mức độ khác nhaụ
Mặc dù ở giai đoạn thứ nhất của xâm thực, ảnh hưởng của nó tới các đặc tính thuỷ động lực vẫn chưa xuất hiện, nhưng dạng xâm thực này vẫn nguy hiểm, về mặt rỗ và ồn cũng như tăng thêm giao động. Vì vậy trong quá trình thiết kế cần phải có biện pháp để xâm thực không sảy ra trong các chế độ làm việc của chong chóng. Vì xâm thực xuất hiện do p vượt quá trị số tới hạn nào đó nên phải giảm p. Với hệ số CY đã biết thì phải làm cho biểu đồ giảm áp suất rất đồng đều hoặc giảm hệ số CY do cánh tạo rạ