Chương 4 .NGHIấN CỨU THỰC NGHIỆM
4.4.Nhận xột và bàn luận về kết quả thớ nghiệm
Từ cỏc kết quả thớ nghiệm và cỏc đặc tớnh xõy dựng được, ta rỳt ra cỏc nhận xột như sau:
Nhận xột 1:
Khi chuyển từ cỏnh trụ sang cỏnh cầu, cỏc thụng số làm việc của điểm thiết kế sẽ thay đổi. Việc xỏc định cỏc thụng số làm việc điểm tối ưu của cỏnh cầu bằng lý thuyết là rất khú khăn và khụng chớnh xỏc. Cỏc thụng số này chỉ cú thể xỏc định chớnh xỏc thụng qua thực nghiệm. Dựa vào cỏc kết quả thực nghiệm và cỏc đặc tớnh được xõy dựng như đó trỡnh bày ở trờn, ta xỏc định được điểm tối ưu của bỏnh cụng tỏc cầu D352 (với gúc xoay cỏnh 00) là điểm cú cỏc thụng số sau:
Htư = 2.38 m; Qtư = 0.405 m3/s; max = 70.74%;
So sỏnh với cỏc thụng số làm việc tại điểm thiết kế của cỏnh trụ D352 (xem trong mục 3.2.1.1) là: Htk=2.517 m; Qtk = 0.4283 m3/s; max-tk = 77.5%
Ta nhận thấy rằng: Khi chuyển từ cỏnh trụ sang cỏnh cầu (với đường kớnh D=352mm), hiệu suất của bơm giảm đi: tn = 77.5% – 70.74% 6.76% ;
110
Đối chiếu và so sỏnh với độ chờnh hiệu suất giữa cỏnh trụ và cỏnh cầu khi mụ phỏng ở chương 3 (xem mục 3.2.2.1) là mp = 6.42%, ta thấy sai số giữa thực nghiệm và mụ phỏng chỉ là 6.76% - 6.42% = 0.34%. Điều này cho thấy kết quả thu được từ việc nghiờn cứu bằng mụ phỏng trờn mụ hỡnh toỏn là rất đỏng tin cậy.
Việc nghiờn cứu độ chờnh hiệu suất giữa mụ hỡnh cỏnh trụ và cỏnh cầu giỳp cho nhà thiết kế cú thể lựa chọn phương ỏn xoay cỏnh hoặc khụng xoay cỏnh tựy thuộc vào từng điều kiện cụ thể: Với cỏc trạm bơm cú cột nước làm việc của bơm thay đổi khụng nhiều thỡ chắc chắn dựng phương ỏn cỏnh trụ sẽ hiệu quả hơn. Với cỏc trạm cú cột nước làm việc của bơm thay đổi quỏ lớn, ảnh hưởng nhiều đến thụng số và hiệu suất tổ mỏy thỡ sử dụng phương ỏn cỏnh cầu để xoay cỏnh sẽ hiệu quả hơn nhiều.
Nhận xột 2:
Chờnh lệch kết quả giữa mụ phỏng và thực nghiệm về hiệu suất tại điểm tối ưu của mụ hỡnh cỏnh cầu D352 là: 74.68% - 70.74% 3.9%
Chờnh lệch kết quả mụ phỏng và thực nghiệm về hiệu suất tại điểm thiết kế của mụ hỡnh cỏnh trụ D340 (trỡnh bày ở mục 3.1.3) là 3.6%.
Như vậy độ chờnh lệch hiệu suất tối ưu giữa mụ phỏng và thực nghiệm của hai mụ hỡnh cỏnh trụ D340 và cỏnh cầu D352 là xấp xỉ nhau (sai lệch khoảng 0.3%). Nếu tớnh đến sai số tổng hợp khi thực nghiệm là ±1% thỡ sai lệch này là rất nhỏ và hoàn toàn chấp nhận được. Cỏc kết quả này cho thấy sự tương đồng hợp lý trong việc lựa chọn mụ hỡnh tớnh toỏn mụ phỏng và triển khai thực nghiệm. Qua đú khẳng định được độ tin cậy của cỏc kết quả nghiờn cứu.
Nhận xột 3:
Dựa vào đặc tớnh tổng hợp xõy dựng được từ thực nghiệm, ta thấy rằng nếu khụng tớnh đến yếu tố xõm thực, khi xoay gúc đặt cỏnh từ -60 đến +60, vựng làm việc của bơm được mở rộng từ phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄ư (0.8ữ1.1) lờn phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄ư (0.7ữ1.2). Vựng làm việc hiệu suất cao (vựng lõn cận 5% hiệu suất điểm tối ưu, trong trường hợp này là vựng hiệu suất lớn hơn 65%) cũng mở rộng từ phạm vi 𝑄 (0.9ữ1.1) lờn phạm vi 𝑄 (0.8ữ1.1). Cú thể thấy rằng vựng làm việc hiệu suất cao của bơm được mở rộng hơn nhờ xoay cỏnh. So sỏnh với kết quả mụ phỏng ở Mục 3.2.3, ta thấy rằng kết quả khảo sỏt mở rộng phạm vi vựng hiệu suất cao là hoàn toàn tương đồng. Điều này càng khẳng định độ tin cậy của cỏc kết quả nghiờn cứu.
Nhận xột 4:
Xột trong phạm vi = -6 độ ữ +6 độ: Khi xoay sang gúc õm, hiệu suất (tại điểm tối ưu) của bơm giảm khụng đỏng kể, quan hệ hiệu suất với gúc xoay cỏnh gần như tuyến tớnh với độ dốc rất nhỏ theo hàm số: = 0,24() + tư. Khi xoay sang gúc dương, hiệu suất này cú sự tụt giảm đỏng kể, và khi xoay sang gúc dương càng lớn thỡ hiệu suất càng giảm, Quan hệ giữa hiệu suất và gúc xoay cỏnh gần đỳng theo dạng đường cong parabol: = 0,1194()2 – 1,5617() + tư. Trong đú tư là hiệu suất làm việc tối ưu của mụ hỡnh. Đối với mụ hỡnh nghiờn cứu của luận ỏn tư = 70,74.
Sở dĩ chỳng ta xõy dựng được cỏc quan hệ hàm số này là nhờ kết quả mụ phỏng với cỏc đồ thị hỡnh 3.49 và hỡnh 3.50 ở mục 3.2.3.1 đó cho chỳng ta biết được dạng phương trỡnh của cỏc hàm số này.
111
Như vậy, việc sử dụng gúc xoay dương ảnh hưởng đỏng kể và suy giảm hiệu suất của bơm mạnh hơn so với việc sử dụng gúc xoay õm. Nguyờn nhõn lớn nhất là do ảnh hưởng của chế độ chảy bao gõy ra xõm thực. Ở gúc xoay õm, quan hệ hiệu suất tối ưu với gúc xoay ở dạng hàm số tuyến tớnh, dễ dàng giỳp cho việc nội suy và điều khiển khi tớnh toỏn vận hành bơm ở nhiều chế độ. Cột ỏp suy giảm đỏng kể nhưng hiệu suất giảm chậm.
Để đỏnh giỏ mức độ thay đổi cột ỏp bơm khi xoay 1 độ (H/độ), cú thể tra đồ thị trờn hỡnh 4.18 hoặc tớnh nội suy theo cỏc quan hệ sau:
+ Khi xoay sang gúc õm: H = 0,05() + Htư
+ Khi xoay sang gúc dương: H = 0,1017() + Htư
Trong đú Htư là cột ỏp làm việc tại điểm tối ưu của mụ hỡnh. Đối với mụ hỡnh nghiờn cứu của luận ỏn Htư = 2,38m.
Tớnh toỏn sơ bộ cho thấy, tớnh từ mốc là gúc 0 độ, khi xoay một gúc + 1 độ thỡ cột ỏp bơm tăng thờm 12 -13%; khi xoay một gúc -1 độ thỡ cột ỏp bơm giảm 8-9%. Kết quả này rất hữu ớch cho thiết kế và điều khiển vận hành, đặc biệt là cỏc bơm lớn cần cú dải làm việc rộng.
Nhận xột 5:
Việc mở rộng vựng làm việc hiệu suất cao nhờ xoay cỏnh cần thiết phải xột đến yếu tố xõm thực để xỏc định rừ trong trường hợp nào cần xoay cỏnh, và phạm vi xoay cỏnh đến đõu để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho mỏy bơm. Dựa vào bảng khảo sỏt xõm thực bằng thực nghiệm (xem bảng 4.1) kết hợp với bảng kết quả dự bỏo xõm thực bằng mụ phỏng (xem bảng 3.11) hoàn toàn cú thể quyết định phạm vi vận hành của vựng làm việc mở rộng này. Kết quả khảo sỏt cho thấy rằng:
- Vựng làm việc an toàn và cú hiệu suất cao của bơm ns1200v/ph giới hạn trong vựng Q=(0.8-1.1)Qtư với phạm vi xoay cỏnh từ gúc -3o đến gúc 0o.
- Ưu tiờn xoay sang cỏc gúc õm để mở rộng phạm vi làm việc của bơm ns1200v/ph. Trong trường hợp thực sự cần thiết phải xoay sang gúc dương để tăng lưu lượng bơm, lựa chọn một trong hai phương ỏn: xoay sang gúc ≤ +3o với vựng làm việc cú phạm vi (1.1ữ1.15)Qtư và xoay sang gúc +6o với vựng làm việc cú phạm vi (1.15ữ1.2)Qtư. Đõy là hai vựng cú xõm thực nhỏ nhất khi xoay cỏnh sang gúc dương.
Nhận xột 6:
Khi giảm ỏp suất phớa cửa hỳt mỏy bơm (tăng Hck hỳt) tại cỏc điểm làm việc tối ưu ứng với cỏc gúc xoay cỏnh khỏc nhau, khả năng xõm thực trong bơm sẽ tăng lờn. Khi Hck càng lớn, xõm thực càng tăng mạnh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Càng xoay cỏnh sang phớa gúc õm, hệ số xõm thực càng lớn, khả năng bị xõm thực của bơm càng giảm đi. Càng xoay cỏnh sang phớa gúc dương, hệ số xõm thực càng nhỏ, khả năng bị xõm thực của bơm càng tăng lờn.
Căn cứ vào kết quả khảo sỏt cỏc đặc tớnh xõm thực xõy dựng được, cú thể đưa ra giới hạn phạm vi vận hành đảm bảo an toàn cho mỏy bơm và thiết bị.
Nhận xột 7:
Khi xoay cỏnh trong khoảng từ -6 độ đến +6 độ, hệ số xõm thực tới hạn của bơm ns 1200v/ph biến thiờn gần đỳng theo qui luật tuyến tớnh th = - 0,065(+ th-tư
112
Trong đú th-tư là hệ số xõm thực tới hạn tại điểm tối ưu của mụ hỡnh. Đối với mụ hỡnh nghiờn cứu của luận ỏn th-tư = 2,3
Dựa vào qui luật này cú thể tớnh được giỏ trị gần đỳng hệ số xõm thực tới hạn của bơm khi xoay cỏnh, từ đú làm cơ sở để tớnh chọn chiều cao đặt mỏy phự hợp nhằm trỏnh xõm thực cho bơm.
Nhận xột 8:
Khi xoay cỏnh trong khoảng từ -6 độ đến +6 độ, hệ số xõm thực tại điểm xuất hiện hiện tượng tụt cột ỏp của bơm ns 1200v/ph biến thiờn gần đỳng theo qui luật H = 0,0017(2 – 0,024( + H-tư. Trong đú H-tư là hệ số xõm thực tại đú xảy ra hiện tượng tụt cột ỏp tại điểm tối ưu của mụ hỡnh. Đối với mụ hỡnh nghiờn cứu của luận ỏn H-tư = 1,27.
Khi xõm thực đạt đến ngưỡng này, cột ỏp bơm dao động mạnh sau đú tụt giảm, cỏc thụng số khỏc của bơm cũng dao động mạnh. Trạng thỏi làm việc này sẽ làm cho mỏy bơm rung động rất mạnh và mất ổn định.
Nhận xột 9:
Căn cứ vào kết quả khảo sỏt xõm thực bằng thực nghiệm, kết hợp với cỏc kết quả mụ phỏng ở chương 3 cú thể bước đầu giải thớch cơ chế hỡnh thành và phỏt triển xõm thực trong bơm như sau: Tại vựng ỏp suất thấp (pmin < pbh) ở mộp vào phớa mặt hỳt của cỏnh cụng tỏc (điểm gúc nhọn của mộp vào và tiết diện biờn) xuất hiện cỏc bọt khớ xõm thực đầu tiờn, cỏc bọt khớ này phỏt triển tạo ra cỏc ra xoỏy quẩn. Dũng chảy ngược qua khe hở do chờnh ỏp hai bờn mặt cỏnh cũng gõy ra xoỏy quẩn. Khi sự kết hợp của cỏc xoỏy này đủ lớn sẽ gõy ra hiện tượng tỏch thành tại khe hở đầu cỏnh, làm cho dũng chất lỏng xoỏy quẩn pha trộn cỏc bọt khớ càng tăng, xõm thực càng mạnh thờm. Khi xoay cỏnh, dạng xõm thực phỏt triển như trờn Bảng dự bỏo cỏc dạng xõm thực xảy ra theo gúc xoay (bảng 3.11, chương 3).
Như vậy, thụng qua cỏc nhận xột trờn ta thấy rằng: để mở rộng phạm vi làm việc của bơm hướng trục lưu lượng lớn cú ns cao, việc thay đổi gúc xoay cỏnh là cú hiệu quả. Tuy nhiờn, việc mở rộng vựng làm việc hiệu suất cao nhờ xoay cỏnh cần thiết phải xột đến yếu tố xõm thực để xỏc định rừ trong trường hợp nào cần xoay cỏnh, và phạm vi xoay cỏnh đến đõu để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho mỏy bơm.
Trờn thực tế, cú những trường hợp khẩn cấp như bơm chống lũ, bơm tiờu thoỏt nước ngập ỳng do triều cường, người ta sẵn sàng chấp nhận vựng làm việc của mỏy bơm được chọn cú thể rơi vào vựng xõm thực miễn là bơm đạt được lưu lượng lớn nhất cú thể để đảm bảo bơm tiờu thoỏt trong thời gian ngắn nhất. Dĩ nhiờn, việc chấp nhận vận hành bơm ở chế độ xõm thực cần chỳ ý: xõm thực đang ở trạng thỏi nào, ổn định hay khụng ổn định, quỏ tải động cơ hay khụng quỏ tải, thời gian vận hành dài hay ngắn, mức độ rung động cho phộp hay khụng, … rồi mới cú thể kết luận là vẫn vận hành được hay khụng. Khi đú, giỏ trị số xõm thực tại điểm vận hành được kiểm tra chớnh là nhờ cỏc kết quả nghiờn cứu phải cú trước đú đối với mỗi gam bơm.
Cỏc kết quả thực nghiệm thu được chủ yếu phục vụ cho việc nghiờn cứu ứng dụng xoay cỏnh nhằm mở rộng phạm vi làm việc cho cỏc mỏy bơm hướng trục ns cao được lắp đặt trong thực tiễn, trong đú cú tớnh đến yếu tố xõm thực. Tuy nhiờn, để nghiờn cứu sõu hơn về bản chất và quỏ trỡnh hỡnh thành xõm thực cũng như cỏc loại xõm thực, cần phải cú cỏc nghiờn cứu chuyờn sõu dài hơi hơn với hệ thống thớ nghiệm cú cỏc thiết bị hiện đại hơn.
113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ