TÍNH CAÙNH
Đ 3 – 1 Phửụng phaựp tớnh caựnh cụa Glauert
ẹeơ thieõt keõ ủoụng cụ gioự, vieục quan trúng haứng ủaău laứ tớnh toaựn caực thođng soõ hỡnh húc cụa laự caựnh ( ủoụ daứi cung caựnh tỏi tửứng tieõt dieụn, goực ủaịt caựnh tửụng ửựng). ẹeơ laứm vieục naứy caăn phại sửỷ dỳng ủeõn caực lyự thuyeõt veă ủoụng cụ gioự.
Maịc duứ ủoụng cụ gioự ủaừ toăn tỏi haứng nghỡn naớm nay nhửng lyự thuyeõt veă ủoụng cụ gioự chư thửùc sửù ủũnh hỡnh vaứ phaựt trieơn mỏnh meừ vaứo ủaău ủaău theõ kyỷ 20 vụựi caực cođng trỡnh cụa Betz (1923) veă mođ hỡnh ủoụng cụ gioự lyự tửụỷng. Nhửừng lyự thuyeõt naứy dửùa tređn nhửừng giạ thieõt lyự tửụỷng ( trửụứng vaụn toõc khođng bũ nhieờu loỏn, doứng khớ coi nhử doứng chaõt lửu khođng bũ neựn…)
Tređn thửùc teõ, trửụứng vaụn toõc phớa sau ủoụng cụ gioự chũu nhửừng bieõn ủoơi ủaựng keơ do sửù xuaõt hieụn moụt soõ dỏng cuoụn xoaựy gađy toơn thaõt ủeõn hieụu suaõt khớ ủoụng.
Hieụu suaõt thửùc teõ cụa ủoụng cụ gioự (Cp) luođn luođn nhoỷ hụn hieụu suaõt 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 thuyeõt veă ủođng cụ gioự thửùc ủaừ ủửụùc phaựt trieơn ủoăng thụứi ụỷ nhieău nửụực vụựi caực teđn tuoơi nhử : Stefaniak, Glauert…
Taõt cạ caực taực giạ noựi tređn ủeău xuaõt phaựt tửứ vieục nghieđn cửựu caực mođ hỡnh cuoụn xoaựy vaứ sửù khaực nhau chư ụỷ nhửừng giạ thieõt phỳ, nhửừng phửụng phaựp giại quyeõt baứi toaựn…
Caực keõt quạ thu ủửụùc tửứ nhửừng lyự thueõt naứy khođng cheđnh nhau ủaựng keơ vaứ ủeău khaự saựt vụựi thửùc teõ. Trong ủoự vieục tớnh caựnh theo phửụng phaựp Glauert ủửụùc xem laứ hieụn ủỏi nhaõt.
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ RECTERRE27
Phửụng phaựp Glauert dửùa tređn giạ thuyeõt veă mođ hỡnh doứng xoaựy 3 thaứnh phaăn :
1. Xoaựy trung tađm xuaõt phaựt tửứ moayụ cuoõn quanh trỳc cụa rotor vaứ song song vụựi vaụn toõc.
2. Xoaựy ủaău caựnh : caực chửoời xoaựy xuaõt phaựt tửứ ủaău caựnh tỏo thaứnh oõng xoay quanh rotor.
3. Xoaựy xung quanh bieđn dỏng caựnh :
Trửụứng vaụn toõc cạm ửựng coự theơ khạo saựt nhử moụt keõt quạ choăng chaõt 3 dỏng cuoụn xoaựy vaứ do vaụy vaụn toõc thửùc tỏi caực ủieơm seừ laứ tođ3ng hụùp cụa vaụn toõc gioự tửù nhieđn khođng nhieờu loỏn vaứ vaụn toõc gioự cạm ửựng gađy bụỷi cuoụn xoaựy.
ẹeơ khạo saựt caực vaụn toõc cạm ửựng, moụt sụ ủoă ủieụn tửụng ủửụng ủaừ ủửụùc sửỷ dỳng. Trong ủoự heụ thoõng 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 thuyeõt Gluaert vieục xaực ủũnh caực thođng soõ hỡnh húc caựnh ủửụùc tớnh toaựn trong ủieău kieụn toõi ửu : tỏi nụi maịt caĩt, cođng suaõt 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 soõ bieõn thieđn vaụn toõc k vaứ h trong ủieău kieụn toõi ửu.
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ 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 tieõt dieụn khạo saựt
λo : Tyỷ toõc ủaău muựt caựnh thieõt keõ R : Baựn kớnh cụa baựnh xe gioự
λi : Tyỷ toõc ủaău muựt caựnh tređn tieõt 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 soõ 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 soõ caựnh vaứ profil caựnh ủaừ chún ta coự theơ xaực ủũnh ủửụùc ủoụ daứi cung caựnh c vaứ goực ủaịt caựnh β = φ - α
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ RECTERRE29
Đ 3 – 2 Phửụng phaựp thieõt keõ baựnh xe gioự cụa Kragten (CWD)
Dửùa tređn lyự thuyeõt cụ bạn cụa Glauert ( 1935), caực chuyeđn gia cụa toơ chửực CWD ( Haứ Lan) ủaừ ủửa ra caựch tớnh toaựn caực thođng soõ hỡnh húc cụa caựnh moụt caựch ủụn giạn hụn nhửng vaờn bạo ủạm ủửụùc caực ủieău kieụn toõi ửu hoaịc gaăn toõi ửu trong trong phỏm vi hieụu suaõt sửỷ dỳng naớng lửụùng gioự (Cp) coự theơ ủỏt ủửụùc.
Taõt cạ rotor cụa caực maờu doụng cụ gioự CWD vaứ nhieău nhửừng ủoụng cụ gioự khaực ủaừ ủửụùc thieõt keõ theo caực cođng thửực maứ A. Kragten ủaừ ủửa ra trong taứi lieụu [4]. Keõt quạ ủo trong oõng khớ ủoụng cho thaõy thođng soõ hỡnh húc cụa caực caựnh ủoụng cụ gioự CWD ủaừ ủỏt ủửụùc keõt quạ toõt.
a. Caực thođng soõ cụa baựnh xe gioự :
Dỏng hỡnh húc cụa baựnh xe gioự ủửụùc xaực ủũnh baỉng nhửừng thođng soõ sau :
• Baựn kớnh baựnh xe gioự R
• Soõ caựnh (B).
• Tyỷ toõc ủaău muựt caựnh thieõt keõ (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 soõ naứy : - Baựn kớnh baựn xe gioự R :
Cođng suaõt ủieụn ủửụùc tớnh tửứ cođng thửực : Pel = Cp.ηTr.ηgen. ẵ ρ. V3.πR2 (W )
ễÛ ủađy : Cp, ηTr, ηgen, laăn lửụùt laứ : hieụu suaõt sửỷ dỳng naớng lửụùng gioự ( Cp = 0,4 – 0,45), hieụu suaõt truyeăn ủoụng vaứ hieụu suaõt cụa maựy phaựt ủieụn. Caực ủỏi lửụùng naứy khođng phại laứ haỉng soõ maứ phỳ thuoục raõt nhieău vaứo sửù phoõi hụùp tại giửừa baựnh xe gioự vaứ maựy phaựt.
Vụựi moụt sửù keõt hụùp nhaõt ủũnh giửừa baựnh xe gioự, boụ truyeăn ủoụng, maựy phaựt vaứ heụ thoõng an toaứn seừ coự moụt ủửụứng cong naớng lửụùng – vaụn toõc tửụng ửựng ( Pel – V).
Naớng lửụùng sạn xuaõt ra trong moụt khoạng thụứi gian nhaõt ủũnh ( vớ dỳ nhử moụt naớm) phỳ thuoục vaứo ủửụứng cong Pel – V vaứ sửù phađn boõ vaụn toõc gioự tỏi vũ trớ
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ 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 xuaõt haứng naớm.
Pel neđn tớnh toaựn ụỷ moụt vaụn toõc gioự thaõp tửụng ủoõi maứ Cp, ηTr, vaứ ηgen
vaờn hụùp lyự. Khi tớnh toaựn dỏng hỡnh húc cụa rotor ta giạ sửỷ R ủaừ ủửụùc xaực ủũnh. - Soõ caựnh B : khođng coự moụt qui ủũnh chớnh xaực naứo ủeơ tớnh toaựn soõ
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 soõ caựnh tređn nhửừng cụ sụỷ sau :
• Khi B taớng, sửù maõt maựt ủaău muựt caựnh giạm vaứ vỡ vaụy Cp
taớng vụựi sửù taớng cụa B. Hỡnh 2 [4] minh húa ạnh hửụỷng vụa B ủoõi vụựi Cp (Cp/ CL = 0). Tuy nhieđn, sửù khaực bieụt naứy chư lụựn ủoõi vụựi rotor 1 caựnh vaứ 2 caựnh coứn giửừa 3 vaứ 6 caựnh thỡ coự theơ boỷ qua.
• Neõu B nhoỷ thỡ cung caựnh seừ lụựn vỡ vaụy soõ Reynold cỳc boụ seừ lụựn. Giaự trũ cửùc tieơu cụa CD/CL thaõp hụn khi caựnh khớ ủoụng coự soõ 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 uoõn vaứ choõng 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. Neõu duứng ớt caựnh thỡ cung caựnh c seừ lụựn vaứ ủieău naứy keõt hụùp vụựi khoạng caựch yeđu caău giửừa rotor vaứ coụt seừ daờn ủeõn moment lụựn cụa lửùc beđn cụa rotor quanh tađm coụt. ẹieău naứy coự theơ gađy neđn tỡnh trỏng khođng oơn ủũnh cụa heụ thoõng an toaứn.
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ RECTERRE31
• ẹoụng cụ gioự duứng ủuođi ủũnh hửụựng hay coự heụ thoõng an toaứn baỉng caựch quay baựnh xe gioự ra khoỷi hửụựng gioự thỡ phại coự soõ caựnh lụựn hụn 3.
- Tyỷ toõc ủaău muựt caựnh thieõt keõ (λd ) :
λd ủửụùc chún phỳ thuoục yeđu caău moment khụỷi ủoụng cụa maựy cođng taực. Neõu baựnh xe gioự phoõi hụùp tại vụựi maựy phaựt thỡ caăn phại chún
λd cao vaứ neõu phoõi hụùp tại vụựi bụm piston coự moment khụỷi ủoụng cao thỡ λd phại thaõp. Heụ soõ 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 soõ CD/CL thaõp. Phaăn daăy thuuoục veă goõc caựnh bụứi vỡ caăn ủoụ beăn uoõn
Ngoaứi ra, vieục lửùac chún profil caựnh cụa baựnh xe gioự coứn phại phuứ hụùp vụựi ủieău kieụn cođng ngheụ cheõ tỏo vaứ laĩp ủaịt. Baựnh xe gioự phại coự keõt caõu 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 soõ hỡnh húc cụa caựnh :
Giạ sửỷ baựn kớnh rotor R, soõ caựnh B, λd vaứ dỏng profil caựnh ủaừ ủửụùc chún trửụực.
Ta chia caựnh ra thaứnh moụt soõ tieõt dieụn. Soõ tieõt dieụn nhieău hay ớt tuyứ thuoục vaứo ủoụ chớnh xaực yeđu caău. ễÛ moời tieõt dieụn ủoự ta seừ tớnh (c) vaứ (β) . Khoạng caựch giửừa nhửừng tieõt dieụn naứy neđn nhoỷ hụn ụỷ goõc caựnh vaứ lụựn hụn ụỷ ủaău muựt caựnh. Giạ sửỷ caựnh keõt thuực ụỷ khoạng O, 2R. Moụt lửùa chún toõt ủaău tieđn laứ laõy 7 vũ trớ tửứ A → G nhử minh húa hỡnh dửụựi ủađy. Sau ủoự ta laụp thaứnh bạng bieơu dieờn taõt cạ caực thođng soõ ủaừ tớnh toaựn cho tửứng vũ trớ khaực nhau.
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ RECTERRE32
Lửu yự : Baựn kớnh r goõc caựnh thửụứng ủửụùc laõy trong khoạng tửứ 0,2 – 0,3R. Baựn kớnh naứy tỏo neđn 1 khoạng troõng ụỷ goõc 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 ủoõi 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 teõ, deờ gia cođng ta tieõn haứnh tuyeõn tớnh hoaự caực thođng soõ hỡnh húc cụa caựnh. Vieục tuyeõn tớnh hoựa naứy seừ gađy neđn sửù maõt maựt nhoỷ veă cođng suaõt nhửng neõu ta tieõn haứnh moụt caựch tinh teõ thỡ phaăn traớm maõt maựt naứy seừ giạm.
Bieõt raỉng 75% cođng suaõt laứ do rotor nhaụn ủửụùc tửứ nửỷa phaăn ngoaứi cụa caựnh vỡ dieụn tớch queựt bieõn thieđn tư leụ vụựi bỡnh phửụng cụa baựn kớnh rotor. Chớnh vỡ vaụy vieục tuyeõn tớnh hoựa cung caựnh vaứ goực ủaịt caựnh ủửụùc tớnh toaựn ụỷ 2 tieõt dieụn r1= 0,5R vaứ r2 = 0,4R. Coự nghúa laứ chieău daứi cung caựnh vaứ goực ủaịt caựnh ủửụùc tớnh toaựn ụỷ 02 tieõt dieụn tređn seừ ủửụùc giửừ nguyeđn coứn caực tieõt dieụn khaực seừ ủửụùc tớnh lỏi. ẹeơ laứm vieục naứy ta giại heụ phửụng trỡnh sau :
Cr1 = a1.r1 + a2
Cr2 = a1.r2 + a2
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ RECTERRE33
βr1 = b1r1 + b2
βr2 = b1r2 + b2
Sau khi xaực ủũnh ủửụùc caực heụ soõ a1, a2, b1,b2 ta seừ laăn lửụùt tớnh lỏi caực thođng soõ (c) vaứ (β) ụỷ múi tieõt dieụn.
Tửứ caực giaự trũ cmụựi naứy ta tớnh ủửụùc heụ soõ choaựn : σ = Σ S caựnh
Squeựt
Ta phại kieơm tra giaự trũ cụa heụ soõ choaựn theo ủoă thũ hoaịc theo bạng. σ seừ phỳ thuoục vaứo λ neõu noự naỉm ngoaứi giụựi hỏn cho pheựp thỡ ta phại tieõn haứnh lỏi vieục tớnh toaựn baỉng caựch taớng hoaịc giạm soõ caựnh vaứ ủieău chưnh λ.
Coự theơ tớnh toaựn caực thođng soõ hỡnh húc cụa caựnh theo 02 trửụứng hụùp sau :
o Tớnh cho trửụứng hụùp heụ soõ lửùc nađng khođng ủoơi tređn suoõt chieău daứi caựnh (CL = const).
o Tớnh cho trửụứng hụùp cung caựnh c coõ ủũnh: Trửụứng hụùp naứy chư sửỷ dỳng khi ủaừ coự saỹn loỏi tole laứm caựnh vụựi kớch thửụực coõ ủũnh.
ễÛ ủađy chuựng ta seừ tớnh toaựn caực thođng soõ hỡnh húc cụa ủoụng cụ gioự bụm nửụực vaứ ủoụng cụ gioự phaựt ủieụn trong trửụứng hụùp CL = const.
ẹeơ tớnh toaựn caực thođng soõ hỡnh húc cụa baựnh xe gioự ta caăn caực thođng soõ ban ủaău vaứ caực cođng thửực tớnh toaựn sau:
ẹửụứng kớnh caựnh D Soõ caựnh B
Heụ soõ lửùc nađng Goực taõn toõi ửu Caực cođng thửực tớnh toaựn:
Tyỷ toõc tửứng tieõt 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
BAÙO CAÙO TOƠNG KEÂT ẹEĂ TAỉI KC 07 – 04 – PHAĂN NAÍNG LệễẽNG GIOÙ RECTERRE34
Đ 3 – 3 Tớnh toaựn thieõt keõ caựnh cụa ủoụng cụ gioự phaựt ủieụn vaứ bụm nửụực BP 350 – 12, BP 450 – 12, PD 280 – 3 vaứ PD 220 - 4