Khảo sát ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và áp suất của máy

máy thủy lực thể tích kiểu Lobe với lưu chất là dầu

Trong phần này luận văn tiến hành khảo sát ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và áp suất của máy đối với lưu chất được sử dụng là dầu bằng phương pháp mô phỏng số trong môi trường Ansys.

Các thông số thiết kế của máy được khảo sát: Các thông số thiết kế của máy được lấy mục 3.4.

Các thông số khe hở khảo sát: Các kích thước khe hở khảo sát được lựa chọn như ở mục 3.4 với các kích thước khe hở như sau: Kích thước khe hở hướng kính

R = [0,070,15] mm với gia số R = 0,04 mm, kích thước khe hở cạnh rôto K

= [0,070,17] mm với gia số K = 0,04 mm, kích thước khe hở mặt đầu B = [0,110,15] mm với gia số B = 0,02 mm.

Thiết lập mô hình tính toán mô phỏng số

Mô hình tính toán: Luận văn sử dụng mô hình biên nhúng thông qua mô đun CFX trong môi trường Ansys. Trong đó stato được coi là một khối chất lỏng còn hai rôto là hai vật rắn tuyệt đối được nhúng trong môi trường lưu chất bao bởi stato.

Chia số phần tử lưới: Việc chia lưới trong bài toán được thực hiện thủ công với các phần tử tứ giác bằng công cụ ICEM CFD trong môi trường Ansys.

Cài đặt tham số dòng lưu chất: Áp suất tại cửa vào là p1 = 1 atm, áp suất tại cửa ra p2 = 4 atm, lưu chất được sử dụng trong nghiên cứu là dầu có thông số: khối lượng riêng d = 875 kg/m3, độ nhớt động lực học  = 0,86 kg/ms, nhiệt dung riêng c = 2625 J/kgK tại nhiệt độ 40oC và áp suất 1 atm. Mô hình chảy rối

82

sử dụng là mô hình k- với các hằng số lưu chất C1 = 1,44; C2 = 1,92; k = 1,0;

 = 1,3.

Cài đặt tham số động học: Tốc độ quay của trục dẫn động n1 = 1500

vòng/phút, tốc độ quay của rôto 2 được xác định thông qua hàm tỷ số truyền của cặp bánh răng ôvan dẫn động tựa elíp:

) ( 1 12 1 2  i n n  (3.52) Trong đó ) ( ) ( ) ( 1 12 12    E E r r A

i   là hàm tỷ số truyền của cặp bánh răng ôvan

dẫn động tựa elíp.

Kết quả mô phỏng số

Với các thông số thiết kế và cài đặt ở trên, thời gian đặt cho mỗi vòng quay của trục dẫn động là 0,04s (được xác định thông qua tốc độ quay của trục dẫn động), trên mỗi vòng quay lấy 180 điểm tính ta có kết quả tính toán mô phỏng số:

Trường hợp chỉ có khe hở hướng kính R

Hình 3.16 và Hình 3.17 dưới đây thể hiện lưu lượng tức thời và áp suất tức thời tại cửa ra của máy được lấy ở vòng quay thứ 5 trở đi (máy bắt đầu hoạt động ổn định).

Hình 3.16 Lưu lượng tức thời tại cửa ra của máy ứng với các trường hợp kích thước khe hở hướng kính R

Từ Hình 3.16 nhận thấy khi xuất hiện khe hở hướng kính thì giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm so với trường hợp không có khe hở.

0,160 0,167 0,173 0,180 0,186 0,193 0,200 70 80 90 100 110 t [s] Qtt [k g /s ] 0,1795 0,18 0,1804 0,1809 0,1813 0,1818 103,5 105,5 107,5 109,5 R = 0 R = 0,07 R = 0,11 R = 0,15

83 Khi kích thước khe hở hướng kính tăng dần thì giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm dần so với trường hợp không có khe hở.

Hình 3.17 Áp suất tức thời tại cửa ra của máy ứng với các trường hợp kích thước khe hở hướng kính R

Từ Hình 3.17 nhận thấy khi xuất hiện khe hở hướng kính thì giá trị lưu áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm so với trường hợp không có khe hở. Khi kích thước khe hở hướng kính tăng dần thì giá trị áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm dần so với trường hợp không có khe hở.

Từ Hình 3.16 và Hình 3.17 xác định được các giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất, giá trị áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất qua đó xác định được các giá trị lưu lượng trung bình, áp suất trung bình, tổn thất lưu lượng và áp suất của máy và được tổng hợp ở Bảng 3.5.

Bảng 3.5 Tổn thất lưu lượng và áp suất của máy do khe hở hướng kính gây ra

R (mm) 0,07 0,11 0,15

Ptb(atm) 5,905 5,899 5,887

%Ptổn thất 0,439 0,540 0,751

Qtổn thất (kg/s) 0,836 0,960 0,991

%Qtổn thất 0,928 1,065 1,099

Từ Bảng 3.5 nhận thấy khi kích thước khe hở hướng kính tăng dần từ 0,07 mm đến 0,15 mm thì tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất đều tăng dần. Tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất nhỏ nhất là %Qtổn thất = 0,928% và %Ptổn thất = 0,439% tại kích thước khe hở hướng kính R = 0,07mm. Tổn thất lưu lượng và

0,16 0,167 0,173 0,18 0,187 0,193 0,2 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 t [s] Ptt [a tm ] 0,1809 0,1818 0,1827 6,9 7,0 7,1 7,2 R = 0 R = 0,07 R = 0,11 R = 0,15

84

tổn thất áp suất lớn nhất là %Qtổn thất = 1,099% và %Ptổn thất = 0,751% tại kích thước khe hở hướng kính R = 0,15mm.

Trường hợp chỉ có khe hở cạnh rôto K

Hình 3.18 và Hình 3.19 dưới đây thể hiện lưu lượng tức thời và áp suất tức thời tại cửa ra của máy được lấy ở vòng quay thứ 5 trở đi (máy bắt đầu hoạt động ổn định).

Hình 3.18 Lưu lượng tức thời tại cửa ra của máy ứng với các trường hợp kích thước khe hở cạnh rôto K

Hình 3.19 Áp suất tức thời tại cửa ra của máy ứng với các trường hợp kích thước khe hở cạnh rôto K 0,16 0,167 0,173 0,18 0,187 0,193 0,2 4,5 5,5 6,5 7,5 t [s] ptt [a tm ] 0,180 0,1818 0,182 6.96 7.16 5 K=0,09 K = 0 K= 0,13 K = 0,17 0,16 0,167 0,173 0,18 0,187 0,193 0,2 70 80 90 100 110 t [s] Qtt [k g /s] 0,179 8 0,1806 0,1813 109 106 K= 0 K = 0,13 K = 0,17 K = 0,09

85 Từ Hình 3.18 nhận thấy khi xuất hiện khe hở cạnh rôto thì giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm so với trường hợp không có khe hở. Khi kích thước khe hở cạnh rôto tăng dần thì giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm dần so với trường hợp không có khe hở.

Từ Hình 3.19 nhận thấy khi xuất hiện khe hở cạnh rôto thì giá trị lưu áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm so với trường hợp không có khe hở. Khi kích thước khe hở cạnh rôto tăng dần thì giá trị áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm dần so với trường hợp không có khe hở.

Từ Hình 3.18 và Hình 3.19 xác định được các giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất, giá trị áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất qua đó xác định được các giá trị lưu lượng trung bình, áp suất trung bình, tổn thất lưu lượng và áp suất của máy trong trường hợp chỉ có khe hở cạnh rôto và được tổng hợp ở Bảng 3.6.

Bảng 3.6 Tổn thất lưu lượng và áp suất của máy do khe hở cạnh rôto gây ra

K (mm) 0,09 0,13 0,17

Ptb(atm) 5,921 5,909 5,899

%Ptổn thất 0,169 0,374 0,541

Qtổn thất (kg/s) 0,470 0,579 0,861

%Qtổn thất 0,521 0,642 0,955

Từ Bảng 3.6 nhận thấy khi kích thước khe hở cạnh rôto tăng dần từ 0,09 mm đến 0,17 mm thì tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất đều tăng dần. Tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất nhỏ nhất là %Qtổn thất = 0,521% và %Ptổn thất = 0,169% tại kích thước khe hở cạnh rôto K = 0,09mm. Tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất lớn nhất là %Qtổn thất = 0,955% và %Ptổn thất = 0,541% tại kích thước khe hở cạnh rôto K = 0,15mm.

Trường hợp chỉ có khe hở mặt đầu B

Hình 3.20 và Hình 3.21 dưới đây thể hiện lưu lượng tức thời và áp suất tức thời tại cửa ra của máy ứng với các kích thước khe hở mặt đầu được lấy ở vòng quay thứ 5 trở đi (máy bắt đầu hoạt động ổn định).

86

Hình 3.20 Lưu lượng tức thời tại cửa ra của máy ứng với các trường hợp kích thước khe hở mặt đầu B

Hình 3.21 Áp suất tức thời tại cửa ra của máy ứng với các trường hợp kích thước khe hở mặt đầu B

Từ Hình 3.20 nhận thấy khi xuất hiện khe hở mặt đầu thì giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm so với trường hợp không có khe hở. Khi kích thước khe hở mặt đầu tăng dần thì giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm dần so với trường hợp không có khe hở.

Từ Hình 3.21 nhận thấy khi xuất hiện khe hở mặt đầu thì giá trị lưu áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm so với trường hợp không có khe hở. Khi kích

0,16 0,167 0,173 0,18 0,187 0,193 0,2 4,5 5,5 6,5 7,5 t [s] ptt [k g /s ] 0,1804 0,1818 0,1831 6,89 7,21 B=0 B=0,11 B=0,13 B=0,15 0,16 0,167 0,173 0,18 0,187 0,193 0,2 65 80 95 110 t [s] Qtt [k g /s ] B= 0 B = 0,11 B = 0,13 B = 0,15

87 thước khe hở mặt đầu tăng dần thì giá trị áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất giảm dần so với trường hợp không có khe hở.

Từ Hình 3.20 và Hình 3.21 xác định được các giá trị lưu lượng tức thời lớn nhất và nhỏ nhất, giá trị áp suất tức thời lớn nhất và nhỏ nhất qua đó xác định được các giá trị lưu lượng trung bình, áp suất trung bình, tổn thất lưu lượng và áp suất của máy trong trường hợp chỉ có khe hở mặt đầu và được tổng hợp ở Bảng 3.7.

Bảng 3.7 Tổn thất lưu lượng và áp suất của máy do khe hở mặt đầu gây ra

B (mm) 0,11 0,13 0,15

Ptb(atm) 5,911 5,898 5,882

%Ptổn thất 0,341 0,560 0,824

Qtổn thất (kg/s) 0,981 2.029 3,382

%Qtổn thất 1,087 2,250 3,750

Từ Bảng 3.7 nhận thấy khi kích thước khe hở mặt đầu tăng dần từ 0,11 mm đến 0,15 mm thì tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất đều tăng dần. Tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất nhỏ nhất là %Qtổn thất = 1,087% và %Ptổn thất = 0,341% tại kích thước khe hở mặt đầu B = 0,11mm. Tổn thất lưu lượng và tổn thất áp suất lớn nhất là %Qtổn thất = 3,75% và %Ptổn thất = 0,824% tại kích thước khe hở mặt đầu B = 0,15mm.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Từ những trình bày và kết quả tính toán ở trên, trong chương 3 của luận văn đã đạt được một số kết quả sau đây:

(1) Xây dựng mô hình toán học xác định diện tích tiết diện của các khe hở trong máy thủy lực thể tích xyclôít ăn khớp ngoài kiểu Lobe rôto có bốn răng.

(2) Khảo sát ảnh hưởng của ba loại khe hở xuất hiện trong máy (khe hở cạnh rôto, khe hở hướng kính và khe hở mặt đầu) đến tổn thất lưu lượng và áp suất trong trường hợp lưu chất là chất khí: (i) Trong trường hợp chỉ có một khe hở thì khe hở hướng kính cho tổn thất lưu lượng là lớn nhất là Qton-that = 7,72% do trong quá trình hoạt động của máy khe hở hướng kính xuất hiện ở hai vị trí đỉnh của hai rôto với stato; (ii) Trong trường hợp có cả ba loại khe hở thì tổn thất lưu lượng lớn nhất là Qton-that = 17,91% tại các kích thước khe hở K = 0,17mm, R = 0,15mm, B =

88

0,15mm, để hiệu suất của máy đạt từ 85% trở lên thì nên lựa chọn các phương pháp gia công cũng như dung sai lắp ghép sao cho kích thước khe hở đạt được: K = [0,13  0,17] mm, R = [0,07  0,11] mm và B

= [0,11  0,15] mm hoặc K = 0,09 mm, R = [0,07  0,15] mm và B

= [0,11  0,15] mm.

(3) Khảo sát ảnh hưởng của ba loại khe hở xuất hiện trong máy (khe hở cạnh rôto, khe hở hướng kính và khe hở mặt đầu) đến tổn thất lưu lượng và áp suất với lưu chất là dầu: (i) Trường hợp chỉ có khe hở hướng kính, khi kích thước khe hở hướng kính tăng thì tổn thất lưu lượng và áp suất của máy tăng dần, cụ thể tổn thất lưu lượng lớn nhất là %Qtổn thất = 1,099% và tổn thất áp suất lớn nhất là %Ptổn thất = 0,751% tại giá trị kích thước khe hở hướng kính R = 0,15 mm; (ii) Trường hợp chỉ có khe hở cạnh rôto, khi kích thước khe hở cạnh rôto tăng thì tổn thất lưu lượng và áp suất của máy tăng dần, cụ thể tổn thất lưu lượng lớn nhất là %Qtổn thất = 0,955% và tổn thất áp suất lớn nhất là %Ptổn thất = 0,541% tại giá trị kích thước khe hở hướng kính K = 0,17 mm; (iii) Trường hợp chỉ có khe hở mặt đầu, khi kích thước khe hở mặt đầu tăng thì tổn thất lưu lượng và áp suất của máy tăng dần, cụ thể tổn thất lưu lượng lớn nhất là %Qtổn thất = 3,75% và tổn thất áp suất lớn nhất là %Ptổn thất = 0,824% tại giá trị kích thước khe hở mặt đầu B = 0,15 mm

89

CHƯƠNG 4.XÂY DỰNG BIỂU THỨC XÁC ĐỊNH ÁP LỰC VÀ MOMEN DO LƯU CHẤT TRONG BUỒNG ĐẨY TÁC ĐỘNG LÊN RÔTO

TRONG MỘT MÁY THỦY LỰC THỂ TÍCH XYCLÔÍT 4.1 Đặt vấn đề

Máy thủy lực thể tích xyclôít ăn khớp ngoài hoạt động dưới dạng là bơm hay các máy có chức năng nén thường phải hoạt động dưới giá trị áp suất tại buồng đẩy và cửa đẩy của máy rất cao. Với giá trị áp suất tại buồng đẩy của máy rất cao dẫn đến khối lưu chất trong buồng đẩy tác dụng lên bề mặt làm việc của rôto một giá trị áp lực tạo ra một momen có xu hướng cản trở chuyển động của