TÍNH CÁNH
Đ 3 – 1 Phửụng phaựp tớnh caựnh cụa Glauert
ẹeơ thiẽt kẽ ủoụng cụ gioự, vieục quan trúng haứng ủaău laứ tớnh toaựn caực thođng sõ hỡnh húc cụa laự caựnh ( ủoụ daứi cung caựnh tỏi tửứng tiẽt dieụn, goực ủaịt caựnh tửụng ửựng). ẹeơ laứm vieục naứy caăn phại sửỷ dỳng ủẽn caực lyự thuyẽt veă ủoụng cụ gioự.
Maịc duứ ủoụng cụ gioự ủaừ toăn tỏi haứng nghỡn naớm nay nhửng lyự thuyẽt veă ủoụng cụ gioự chư thửùc sửù ủũnh hỡnh vaứ phaựt trieơn mỏnh meừ vaứo ủaău ủaău thẽ kyỷ 20 vụựi caực cođng trỡnh cụa Betz (1923) veă mođ hỡnh ủoụng cụ gioự lyự tửụỷng. Nhửừng lyự thuyẽt naứy dửùa tređn nhửừng giạ thiẽt lyự tửụỷng ( trửụứng vaụn tõc khođng bũ nhieờu loỏn, doứng khớ coi nhử doứng chãt lửu khođng bũ neựn…)
Tređn thửùc tẽ, trửụứng vaụn tõc phớa sau ủoụng cụ gioự chũu nhửừng biẽn ủoơi ủaựng keơ do sửù xuãt hieụn moụt sõ dỏng cuoụn xoaựy gađy toơn thãt ủẽn hieụu suãt khớ ủoụng.
Hieụu suãt thửùc tẽ cụa ủoụng cụ gioự (Cp) luođn luođn nhoỷ hụn hieụu suãt lyự
tửụỷng (CpBetz)
ẹeơ ủaựp ửựng caực nhu caău chớnh xaực hụn veă tớnh toaựn khạ naớng vaụn haứnh thửùc cụa caực ủoụng cụ gioự caăn phại dửùa tređn mođ hỡnh thửùc cụa baựnh xe gioự. ẹoự laứ cụ sụỷ cụa múi lyự thuyẽt veă ủođng cụ gioự thửùc ủaừ ủửụùc phaựt trieơn ủoăng thụứi ụỷ nhieău nửụực vụựi caực teđn tuoơi nhử : Stefaniak, Glauert…
Tãt cạ caực taực giạ noựi tređn ủeău xuãt phaựt tửứ vieục nghieđn cửựu caực mođ hỡnh cuoụn xoaựy vaứ sửù khaực nhau chư ụỷ nhửừng giạ thiẽt phỳ, nhửừng phửụng phaựp giại quyẽt baứi toaựn…
Caực kẽt quạ thu ủửụùc tửứ nhửừng lyự thuẽt naứy khođng cheđnh nhau ủaựng keơ vaứ ủeău khaự saựt vụựi thửùc tẽ. Trong ủoự vieục tớnh caựnh theo phửụng phaựp Glauert ủửụùc xem laứ hieụn ủỏi nhãt.
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE27
Phửụng phaựp Glauert dửùa tređn giạ thuyẽt veă mođ hỡnh doứng xoaựy 3 thaứnh phaăn :
1. Xoaựy trung tađm xuãt phaựt tửứ moayụ cuõn quanh trỳc cụa rotor vaứ
song song vụựi vaụn tõc.
2. Xoaựy ủaău caựnh : caực chửoời xoaựy xuãt phaựt tửứ ủaău caựnh tỏo thaứnh õng
xoay quanh rotor.
3. Xoaựy xung quanh bieđn dỏng caựnh :
Trửụứng vaụn tõc cạm ửựng coự theơ khạo saựt nhử moụt kẽt quạ choăng chãt 3 dỏng cuoụn xoaựy vaứ do vaụy vaụn tõc thửùc tỏi caực ủieơm seừ laứ tođ3ng hụùp cụa vaụn tõc gioự tửù nhieđn khođng nhieờu loỏn vaứ vaụn tõc gioự cạm ửựng gađy bụỷi cuoụn xoaựy.
ẹeơ khạo saựt caực vaụn tõc cạm ửựng, moụt sụ ủoă ủieụn tửụng ủửụng ủaừ ủửụùc sửỷ dỳng. Trong ủoự heụ thõng dađy daờn ủoựng vai troứ caực cuoụn xoaựy thođng qua tửứ trửụứng maứ noự sinh ra. Vieục tớnh toaựn nhụứ vaụy ủửụùc ủụn giạn hụn.
Trong lyự thuyẽt Gluaert vieục xaực ủũnh caực thođng sõ hỡnh húc caựnh ủửụùc tớnh toaựn trong ủieău kieụn tõi ửu : tỏi nụi maịt caĩt, cođng suãt cỳc boụ ủỏt giaự trũ
cửùc ủỏi vaứ khi ủoự caựnh ủửụùc coi nhử khođng coự lửùc khaựng(tg2 = CD/CL), ủửụùc
thửùc hieụn tređn cụ sụỷ xaực ủũnh caực heụ sõ biẽn thieđn vaụn tõc k vaứ h trong ủieău kieụn tõi ửu.
Khi ủoự, caực bieơu thửực k vaứ h coự dỏng :
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE28
K = cos 2 λ2 +1
Trong ủoự : 2 = 1/3 arcos 1 + π
λ2 + 1 3
ễÛ ủađy : λ = ri.λo
R
ri : baựn kớnh tiẽt dieụn khạo saựt
λo : Tyỷ tõc ủaău muựt caựnh thiẽt kẽ
R : Baựn kớnh cụa baựnh xe gioự
λi : Tyỷ tõc ủaău muựt caựnh tređn tiẽt dieụn khạo saựt.
h = 1+ 1-k2
λ2
Sau khi xaực ủũnh ủửụùc k vaứ h ta deờ daứng xaực ủũnh ủửụùc goực φ vaứ giaự trũ CL.BC
baỉng caực bieơu thửực : ri
cotgφ = λ . 1 + h = λe
1 + k
CL.B.c = 8π. ( 1 – k ) . 1
ri ( 1 + k ) λe. λ2e + 1
ễÛ ủađy : CL laứ lửùc nađng
B laứ sõ caựnh
c laứ ủoụ daứi cung caựnh
φ laứ goực nghieđng.
ẹeơ thuaụn tieụn cho ửựng dỳng, caực lửụùng λe, k,h,Cp, CL.BC vaứ φ ủaừ ủửụùc
tớnh ri
baỉng chửụng trỡnh maựy tớnh (OPTI) cho nhửừng giaự trũ cụa λ naỉm trong
khoạng 0,1 vaứ 10 vaứ ủửụùc theơ hieụn tređn bạng 7 cụa bạng taứi lieụu [3].
Sau khi tớnh ủửụùc caực ủỏi lửụùng tređn thỡ vụựi sõ caựnh vaứ profil caựnh ủaừ
chún ta coự theơ xaực ủũnh ủửụùc ủoụ daứi cung caựnh c vaứ goực ủaịt caựnh β = φ - α
α : goực tãn tõi ửu ửựng vụựi profil caựnh ủaừ chún
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE29
Đ 3 – 2 Phửụng phaựp thiẽt kẽ baựnh xe gioự cụa Kragten (CWD)
Dửùa tređn lyự thuyẽt cụ bạn cụa Glauert ( 1935), caực chuyeđn gia cụa toơ chửực CWD ( Haứ Lan) ủaừ ủửa ra caựch tớnh toaựn caực thođng sõ hỡnh húc cụa caựnh moụt caựch ủụn giạn hụn nhửng vaờn bạo ủạm ủửụùc caực ủieău kieụn tõi ửu hoaịc gaăn tõi ửu trong trong phỏm vi hieụu suãt sửỷ dỳng naớng lửụùng gioự (Cp) coự theơ ủỏt ủửụùc.
Tãt cạ rotor cụa caực maờu doụng cụ gioự CWD vaứ nhieău nhửừng ủoụng cụ gioự khaực ủaừ ủửụùc thiẽt kẽ theo caực cođng thửực maứ A. Kragten ủaừ ủửa ra trong taứi lieụu [4]. Kẽt quạ ủo trong õng khớ ủoụng cho thãy thođng sõ hỡnh húc cụa caực caựnh ủoụng cụ gioự CWD ủaừ ủỏt ủửụùc kẽt quạ tõt.
a. Caực thođng sõ cụa baựnh xe gioự :
Dỏng hỡnh húc cụa baựnh xe gioự ủửụùc xaực ủũnh baỉng nhửừng thođng sõ sau :
• Baựn kớnh baựnh xe gioự R
• Sõ caựnh (B).
• Tyỷ tõc ủaău muựt caựnh thiẽt kẽ (λd).
• Dỏng khớ ủoụng caựnh laứ moụt haứm cụa baựn kớnh cỳc boụ r.
• Cung caựnh (c) laứ haứm cụa baựn kớnh cỳc boụ r.
• Goực ủaịt caựnh β laứ haứm cụa baựn kớnh cỳc boụ r.
Dửụựi ủađy ta seừ giại thớch theđm veă nhửừng thođng sõ naứy :
- Baựn kớnh baựn xe gioự R :
Cođng suãt ủieụn ủửụùc tớnh tửứ cođng thửực : Pel = Cp.ηTr.ηgen. ẵ ρ.
V3.πR2 (W )
ễÛ ủađy : Cp, ηTr, ηgen, laăn lửụùt laứ : hieụu suãt sửỷ dỳng naớng lửụùng gioự ( Cp =
0,4 – 0,45), hieụu suãt truyeăn ủoụng vaứ hieụu suãt cụa maựy phaựt ủieụn. Caực ủỏi lửụùng naứy khođng phại laứ haỉng sõ maứ phỳ thuoục rãt nhieău vaứo sửù phõi hụùp tại giửừa baựnh xe gioự vaứ maựy phaựt.
Vụựi moụt sửù kẽt hụùp nhãt ủũnh giửừa baựnh xe gioự, boụ truyeăn ủoụng, maựy phaựt vaứ heụ thõng an toaứn seừ coự moụt ủửụứng cong naớng lửụùng – vaụn tõc tửụng ửựng
( Pel – V).
Naớng lửụùng sạn xuãt ra trong moụt khoạng thụứi gian nhãt ủũnh ( vớ dỳ nhử
moụt naớm) phỳ thuoục vaứo ủửụứng cong Pel – V vaứ sửù phađn bõ vaụn tõc gioự tỏi vũ trớ
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE30
maứ ủoụng cụ gioự ủửụùc laĩp ủaịt. Vỡ vaụy khođng theơ xaực ủũnh R moụt caựch ủụn giạn tửứ naớng lửụùng yeđu caău sạn xuãt haứng naớm.
Pel neđn tớnh toaựn ụỷ moụt vaụn tõc gioự thãp tửụng ủõi maứ Cp, ηTr, vaứ ηgen
vaờn hụùp lyự. Khi tớnh toaựn dỏng hỡnh húc cụa rotor ta giạ sửỷ R ủaừ ủửụùc xaực ủũnh.
- Sõ caựnh B : khođng coự moụt qui ủũnh chớnh xaực naứo ủeơ tớnh toaựn sõ
caựnh B. Thođng thửụứng, thỡ B giạm khi λd taớng:
λd B 1 12 – 36 1,5 6 – 18 2 4 – 12 3 3 – 6 4 2 – 4 5 – 8 2 – 3 8 – 15 1 – 2
Ta coự theơ chún sõ caựnh tređn nhửừng cụ sụỷ sau :
• Khi B taớng, sửù mãt maựt ủaău muựt caựnh giạm vaứ vỡ vaụy Cp
taớng vụựi sửù taớng cụa B. Hỡnh 2 [4] minh húa ạnh hửụỷng vụa B ủõi
vụựi Cp (Cp/ CL = 0). Tuy nhieđn, sửù khaực bieụt naứy chư lụựn ủõi vụựi
rotor 1 caựnh vaứ 2 caựnh coứn giửừa 3 vaứ 6 caựnh thỡ coự theơ boỷ qua.
• Nẽu B nhoỷ thỡ cung caựnh seừ lụựn vỡ vaụy sõ Reynold cỳc boụ
seừ lụựn. Giaự trũ cửùc tieơu cụa CD/CL thãp hụn khi caựnh khớ ủoụng coự
sõ Reynold cao vaứ vỡ vaụy Cp cuừng cao hụn. Coự nghúa laứ Cp taớng
theo sửù taớng cụa cung caựnh.
• ẹeơ cho caựnh coự theơ chũu ủửụùc moment xoaĩn vaứ moment
uõn vaứ chõng lỏi sửù rung ủoụng, khođng oơn ủũnh veă maịt khớ ủoụng thỡ cung caựnh khođng neđn quaự nhoỷ so vụựi chieău daứi caựnh.
• Vụựi nhửừng rotor quay chaụm thửụứng coự nhieău caựnh. Nẽu
duứng ớt caựnh thỡ cung caựnh c seừ lụựn vaứ ủieău naứy kẽt hụùp vụựi khoạng caựch yeđu caău giửừa rotor vaứ coụt seừ daờn ủẽn moment lụựn cụa lửùc beđn cụa rotor quanh tađm coụt. ẹieău naứy coự theơ gađy neđn tỡnh trỏng khođng oơn ủũnh cụa heụ thõng an toaứn.
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE31
• ẹoụng cụ gioự duứng ủuođi ủũnh hửụựng hay coự heụ thõng an toaứn
baỉng caựch quay baựnh xe gioự ra khoỷi hửụựng gioự thỡ phại coự sõ caựnh lụựn hụn 3.
- Tyỷ tõc ủaău muựt caựnh thiẽt kẽ (λd ) :
λd ủửụùc chún phỳ thuoục yeđu caău moment khụỷi ủoụng cụa maựy cođng
taực. Nẽu baựnh xe gioự phõi hụùp tại vụựi maựy phaựt thỡ caăn phại chún
λd cao vaứ nẽu phõi hụùp tại vụựi bụm piston coự moment khụỷi ủoụng
cao thỡ λd phại thãp. Heụ sõ moment khụỷi ủoụng cụa rotor taớng
nhanh vụựi sửù giạm λd.
- Dỏng profil cụa caựnh laứ haứm cụa baựn kớnh cỳc boụ r :
Dỏng khớ ủoụng cụa caựnh coự theơ khođng ủoơi hoaịc thay ủoơi nhử laứ 1 haứm cụa baựn kớnh cỳc boụ r. Vụựi rotor quay nhanh ủaău muựt caựnh moỷng bụỷi vỡ noự coự tư
sõ CD/CL thãp. Phaăn daăy thuuoục veă gõc caựnh bụứi vỡ caăn ủoụ beăn uõn
Ngoaứi ra, vieục lửùac chún profil caựnh cụa baựnh xe gioự coứn phại phuứ hụùp vụựi ủieău kieụn cođng ngheụ chẽ tỏo vaứ laĩp ủaịt. Baựnh xe gioự phại coự kẽt cãu ủụn giạn, deờ thaựo laĩp ủeơ coự theơ laĩp raựp maứ khođng ủoứi hoỷi caực phửụng tieụn phửực tỏp nhử caăn caơu… Coự nhử vaụy mụựi phuứ hụùp vụựi caực vuứng nođng thođn Vieụt Nam.
b. Tớnh toaựn thođng sõ hỡnh húc cụa caựnh :
Giạ sửỷ baựn kớnh rotor R, sõ caựnh B, λd vaứ dỏng profil caựnh ủaừ ủửụùc
chún trửụực.
Ta chia caựnh ra thaứnh moụt sõ tiẽt dieụn. Sõ tiẽt dieụn nhieău hay ớt tuyứ
thuoục vaứo ủoụ chớnh xaực yeđu caău. ễÛ moời tiẽt dieụn ủoự ta seừ tớnh (c) vaứ (β) .
Khoạng caựch giửừa nhửừng tiẽt dieụn naứy neđn nhoỷ hụn ụỷ gõc caựnh vaứ lụựn hụn ụỷ ủaău muựt caựnh. Giạ sửỷ caựnh kẽt thuực ụỷ khoạng O, 2R. Moụt lửùa chún tõt ủaău tieđn
laứ lãy 7 vũ trớ tửứ A → G nhử minh húa hỡnh dửụựi ủađy. Sau ủoự ta laụp thaứnh bạng
bieơu dieờn tãt cạ caực thođng sõ ủaừ tớnh toaựn cho tửứng vũ trớ khaực nhau.
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE32
Lửu yự : Baựn kớnh r gõc caựnh thửụứng ủửụùc lãy trong khoạng tửứ 0,2 – 0,3R. Baựn kớnh naứy tỏo neđn 1 khoạng trõng ụỷ gõc caựnh ủửụùc gúi laứ cửỷa soơ caựnh. Cửỷa soơ naứy laứ choờ gioự seừ thoaựt ra sau, noự coự taực dỳng laứm giạm trúng lửụùng caựnh (ủaịc bieụt laứ ủõi vụựi nhửừng ủoụng cụ gioự nhieău caựnh bụm nửụực). Nhieău khi do ủieău kieụn vaụt lieụu ngửụứi ta coự theơ laứm cửỷa soơ naứy lụựn hụn nhieău so vụựi tư leụ 0,2 – 0,3R.
Tửứ caực giaự trũ tớnh toaựn cụa cung caựnh (c) vaứ goực ủaịt β ủeơ ủạm bạo caựnh
coự kớch thửụực trieơn khai thuaụn lụùi, kinh tẽ, deờ gia cođng ta tiẽn haứnh tuyẽn tớnh hoaự caực thođng sõ hỡnh húc cụa caựnh. Vieục tuyẽn tớnh hoựa naứy seừ gađy neđn sửù mãt maựt nhoỷ veă cođng suãt nhửng nẽu ta tiẽn haứnh moụt caựch tinh tẽ thỡ phaăn traớm mãt maựt naứy seừ giạm.
Biẽt raỉng 75% cođng suãt laứ do rotor nhaụn ủửụùc tửứ nửỷa phaăn ngoaứi cụa caựnh vỡ dieụn tớch queựt biẽn thieđn tư leụ vụựi bỡnh phửụng cụa baựn kớnh rotor. Chớnh vỡ vaụy vieục tuyẽn tớnh hoựa cung caựnh vaứ goực ủaịt caựnh ủửụùc tớnh toaựn ụỷ 2 tiẽt
dieụn r1= 0,5R vaứ r2 = 0,4R. Coự nghúa laứ chieău daứi cung caựnh vaứ goực ủaịt caựnh
ủửụùc tớnh toaựn ụỷ 02 tiẽt dieụn tređn seừ ủửụùc giửừ nguyeđn coứn caực tiẽt dieụn khaực seừ ủửụùc tớnh lỏi. ẹeơ laứm vieục naứy ta giại heụ phửụng trỡnh sau :
Cr1 = a1.r1 + a2
Cr2 = a1.r2 + a2
Vaứ
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE33
βr1 = b1r1 + b2
βr2 = b1r2 + b2
Sau khi xaực ủũnh ủửụùc caực heụ sõ a1, a2, b1,b2 ta seừ laăn lửụùt tớnh lỏi caực
thođng sõ (c) vaứ (β) ụỷ múi tiẽt dieụn.
Tửứ caực giaự trũ cmụựi naứy ta tớnh ủửụùc heụ sõ choaựn : σ = Σ S caựnh
Squeựt
Ta phại kieơm tra giaự trũ cụa heụ sõ choaựn theo ủoă thũ hoaịc theo bạng. σ seừ phỳ
thuoục vaứo λ nẽu noự naỉm ngoaứi giụựi hỏn cho pheựp thỡ ta phại tiẽn haứnh lỏi vieục
tớnh toaựn baỉng caựch taớng hoaịc giạm sõ caựnh vaứ ủieău chưnh λ.
Coự theơ tớnh toaựn caực thođng sõ hỡnh húc cụa caựnh theo 02 trửụứng hụùp sau :
o Tớnh cho trửụứng hụùp heụ sõ lửùc nađng khođng ủoơi tređn suõt
chieău daứi caựnh (CL = const).
o Tớnh cho trửụứng hụùp cung caựnh c cõ ủũnh: Trửụứng hụùp naứy
chư sửỷ dỳng khi ủaừ coự saỹn loỏi tole laứm caựnh vụựi kớch thửụực cõ ủũnh.
ễÛ ủađy chuựng ta seừ tớnh toaựn caực thođng sõ hỡnh húc cụa ủoụng cụ gioự bụm
nửụực vaứ ủoụng cụ gioự phaựt ủieụn trong trửụứng hụùp CL = const.
ẹeơ tớnh toaựn caực thođng sõ hỡnh húc cụa baựnh xe gioự ta caăn caực thođng sõ ban ủaău vaứ caực cođng thửực tớnh toaựn sau:
ẹửụứng kớnh caựnh D Sõ caựnh B
Heụ sõ lửùc nađng Goực tãn tõi ửu Caực cođng thửực tớnh toaựn:
Tyỷ tõc tửứng tiẽt dieụn : λr = λ.r/R
Goực nghieđng : φ = 2/3arctan 1/λr
Goực ủaịt caựnh : β = φ - α
Cung caựnh : C = 8πr(1 - cosφ)/B.CL
Dieụn tớch queựt : S queựt =πD2/4
Dieụn tớch caựnh : Scaựnh = (C10 + C1). (r10 –
r)/2
Tyỷ sõ choaựn : σ = Scaựnh.B /Squeựt
BÁO CÁO TOƠNG KÊT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIÓ RECTERRE34
Đ 3 – 3 Tớnh toaựn thiẽt kẽ caựnh cụa ủoụng cụ gioự phaựt ủieụn vaứ bụm nửụực BP 350 – 12, BP 450 – 12, PD 280 – 3 vaứ PD 220 - 4