4. Bố cục của Luận ỏn
4.2.3. Xỏc định sai số đo
Trong thớ nghiệm núi chung và khảo nghiệm bơm núi riờng, đo đạc lấy số liệu để xõy dựng cỏc đường đặc tớnh chỉ mới cho ta những khỏi niệm tương đối. Để đỏnh giỏ được mức độ đo, độ chớnh xỏc của phộp đo cần thiết phải xỏc định được sai số. Sai số của phộp đo phụ thuộc nhiều yếu tố, sau đõy chỳng tụi xin giới thiệu phương phỏp tớnh sai số trong cỏc phộp đo mà chỳng tụi đó thực hiện [19].
Sai số đo tương đối của cỏc giỏ trị đo xỏc định theo sai số của thiết bị đo bằng:
98 trong đú :
x : Sai số đo tương đối của giỏ trị đo
M : Cấp chớnh xỏc của thiết bị đo. XM : Giỏ trị đo giới hạn
x : Giỏ trị đo thực.
y: Sai số giới hạn của cỏc kết quả đo.
Trong trường hợp chung cỏc kết quả đo thường là một hàm của nhiều thụng số
y = f(a,b,...x ) (4-2)
Khi đo i số giới hạn tuyệt đối của kết quả đo được xỏc định bằng:
y = ((y/a)2a2 + (y/b)2b2 + ...+ (y/x)2 +X2x2)0.5 (4-3) Trong đú a , b ,... x sai số giới hạn đo tuyệt đối của cỏc thụng số đo tương ứng. Sai số giới hạn tương đối y = y/y được xỏc định theo cụng thức
y = 1/y.((y/a)2a2 + (y/b)2 b2b2 + ...+ (y/x)2 +X2x2)0.5 (4-4) Trong đú : a , b , .... x sai số giới hạn tương đối của cỏc thụng số đo
Khi làm khảo nghiệm, số vũng quay làm việc của bơm cú thể thay đổi với cỏc chế làm việc khỏc nhau . Để xõy dựng đường đặc tớnh làm việc của bơm ta phải tớnh quy chiếu về một số vũng quay làm việc (số vũng quay danh nghĩa hay vũng quay định mức). Vỡ vậy, sai số giới hạn của kết quả đo cũng phải tớnh quy chiếu về số vũng quay định mức.
- Sai số giới hạn tương đối của cột ỏp :
Cột ỏp tớnh quy chiếu về số vũng quay định mức bằng ;
H = Hi (n/ni )2=[Pm2-Pm1/+0,81Qi2( 1/d24- /d14 )+9,81(Z2-Z1 ](n/ni)2 (4-5) trong đú :
n và ni vũng quay định mức và vũng quay làm việc của bơm. Hi cột ỏp xỏc định ứng với số vũng quay làm việc.
PM1 và PM2 ỏp suất đo ở trước bỏnh cụng tỏc và sau cỏnh hướng dũng ra của bơm. Z1 và Z2 chiều cao tiết diện đo ỏp suất so với mặt chuẩn.
H = 1/Hi [P2M2 2PM+P2M1 2PM1 /2 +(2.0,81 )2( 1/d41-1/d14 )Q142Q+(4. 0,81)2
(2d2/d28+2d1/d18)Q14+(PM2-PM1 /)22+(9,81Z)22Z+4Hi22n ]1/2 %. (4-6) Trong đú : p, Q , n - Sai số giới hạn tương đối của cỏc thụng số đo xỏc định theo cấp chớnh xỏc của dụng cụ đo.
Z , d , Sai số giới hạn tương đối của thụng số đo xỏc định bởi dụng cụ đo của nhõn viờn thực hiện.
Bỏ qua ảnh hưởng của sai số khối lượng riờng ( ) và sai số kớch thước (d), đồng thời do khụng đo ỏp suất cửa vào (PM1) nờn ta cú
H = 1/Hi [P2M22PM / 2 +(2.0,81)2( 1/d41-1/d14 )Q142Q +( 9,81Z)22Z + 4Hi22n ]1/2 %. (4-7)
Khi tớnh toỏn ta cú thể xỏc định sai số cột ỏp theo cụng thức gần đỳng bằng :
99
- Sai số giới hạn tương đối của lương quy chiếu được xỏc định bằng :
Q = (2Q +2n)1/2 % (4-9)
trong đú :
Q; n sai số giới hạn đo lưu lượng và vũng quay phụ thuộc vào cấp chớnh xỏc của dụng cụ đo.
- Sai số giới hạn tương đối của cụng suất trục (quy chiếu về số vũng quay danh nghĩa):
Ntr = [(100M/M)2 + 2M +42n]1/2 (4-10) Trong đú :
M giới hạn độ nhạy của thiết bị đo mụ men.
M ;n sai số giới hạn đo tương đối của mụ men và vũng quay.
- Sai số giới hạn tương đối của hiệu suất được xỏc định bằng cụng thức:
= [2Q + (100M/M)2 + 2M +2n + 2PM ]1/2 (4-11) Hay: = (Q2+ H2 + N2tr )1/2 % (4-12) Về nguyờn tắc, ứng với mỗi giỏ trị đo cú một sai số khỏc nhau. Như vậy về mặt lý thuyết ta phải xỏc định sai số đo cho mọi giỏ trị. Song để đỏnh giỏ sai số một cỏch khỏi quỏt ta sẽ xỏc định sai số cho một chế độ làm việc đặc trưng ( = max) với số vũng quay danh nghĩa (n= ndn) chung cho mọi chế độ khảo nghiệm.
Sai số thực tế của cỏc số liệu đo được xỏc định theo hai yếu tố. - Sai số xỏc định theo cấp chớnh xỏc của thiết bị đo
- Sai số xỏc định theo sự mạch động của cỏc thụng số đo (sai số ngẫu nhiờn). Khi làm khảo nghiệm cỏc đại lượng đo hiển thị trờn cỏc thiết bị đo và trờn màn hỡnh mỏy tớnh cú sự mạch động nhất định. Sự mạch động này gõy ra sai số của cỏc số liệu đo. Sai số đo mạch động cú thể giảm bớt nếu người làm khảo nghiệm ghi số liệu khi chế độ làm việc đó ổn định và ghi được giỏ trị trung bỡnh của cỏc thụng số đo. Tuy nhiờn người làm việc khảo nghiệm khụng phải khi nào cũng lấy được giỏ trị trung bỡnh mạch động của thụng số đo và trong chế độ làm việc đó hoàn toàn ổn định. Vỡ vậy sai số này cần phải tớnh tới.
Ta sẽ xỏc định sai số cho chế độ làm việc tối ưu của bơm được đo (lấy điểm cú hiệu suất cao nhất khi thử nghiệm mụ hỡnh bơm OП6 để tớnh).
a) Sai số xỏc định theo cấp chớnh xỏc của thiết bị đo: Độ chớnh xỏc của cỏc thiết bị đo xem trong mục 2.2.3. - Sai số cột ỏp :
H = (2PM + 2Q +2Z + 42n)1/2 = (0,32 + 0,32 +0,32 + 4.0,12)1/2= 0,557% - Sai số lưu lượng :
Q = (2Q + 2n )1/2 = (0,32 +0,12)1/2 = 0,316% - Sai số đo cụng suất trờn trục.
Ntr = ((100M/M)2 + 2M+42)1/2 = (100 /194 .0,1)2 0,12+4.0,12)1/2 = 0,230% - Sai số hiệu suất
100
b) Sai số do mạch động cỏc thụng số đo (sai số ngẫu nhiờn) : - Sai số cột ỏp
H* = HM /Htb = 0,02/4,09 = 0,489%
Trong đú : HM : giỏ trị mạch động ỏp suất.
Htb : giỏ trị trung bỡnh của ỏp suất tại điểm đo. - Sai số lưu lượng :
Q* = QM /Qtr = 0,002/0,412 = 0,485 %.
Trong đú: QM : giỏ trị mạch động lưu lượng.
Qtr : giỏ trị trung bỡnh của lưu lượng tại điểm đo. - Sai số cụng suất: N* = NM/Ntrtb=0,1/30 =0,333%.
- Sai số hiệu suất: = (0,4892+ 0,4852 +0,3332)0.5 = 0,765%. c) Sai số tổng cộng
- Sai số cột ỏp: H = (0,5572 +0,4892)0.5 = 0,741%. - Sai số lưu lượng: Q = (0,3162+ 0,4852)0.5 = 0,579%. - Sai số cụng suất: N = (0,232+0,3332)0.5 = 0,405%.
- Sai số hiệu suất: = (0,7412 + 0,5792 +0.405 2)0.5 = 1,024% 1%. Như vậy cỏc phộp khảo nghiệm được tiến hành tại giỏ thớ nghiệm sẽ cho sai số là 1%. Do đú cỏc thụng số xõy dựng đường đặc tớnh làm việc là hoàn toàn tin cậy. 4.3. Thớ nghiệm xõy dựng đặc tớnh xõm thực, thủy lực và quan hệ hiệu suất với gúc xoay cỏnh thay đổi
Trỡnh tự nghiờn cứu thực nghiệm:
Thớ nghiệm trờn bơm mụ hỡnh được tiến hành tại 5 vị trớ gúc xoay cỏnh: 00, -30, -60, +30 và +60
Tại mỗi vị trớ gúc xoay, tiến hành thớ nghiệm đo đạc cỏc thụng số của bơm để xõy dựng đặc tớnh làm việc. Dựa vào đặc tớnh làm việc, xỏc định điểm làm việc tối ưu của bơm và tiến hành thớ nghiệm xõm thực tại điểm tối ưu này.
- Thớ nghiệm xõy dựng đặc tớnh làm việc: Ban đầu, van trờn đường ống xả mở hết cỡ, quỏ trớnh thớ nghiệm, ta đúng dần van trờn đường ống xả đến vị trớ đúng tối đa mà hệ thống cú thể đỏp ứng được (là vị trớ làm việc cú cụng suất rất lớn gõy quỏ tải động cơ hoặc vị trớ tại đú cú xõm thực rất mạnh gõy rung động mỏy quỏ mạnh). Khụng nờn đúng thờm van để chạy mỏy vỡ lý do an toàn.
- Thớ nghiệm xõm thực: Sau khi thớ nghiệm xõy dựng được đặc tớnh làm việc và xỏc định được điểm làm việc tối ưu. Điều chỉnh van trờn đường ống xả về vị trớ tương ứng với điểm làm việc tối ưu đó xỏc định và tiến hành thớ nghiệm xõm thực tại điểm tối ưu này. Thớ nghiệm xõm thực được tiến hành bằng cỏch đúng dần van phớa đường hỳt của bơm (bỡnh thường van này luụn được mở hết cỡ) cho đến vị trớ mà hệ thống cú thể đỏp ứng được (vị trớ cú xõm thực rất mạnh, gõy tiếng ồn và rung động rất lớn). Khi xõm thực quỏ mónh liệt, khụng nờn đúng thờm van hỳt để chạy mỏy vỡ lớ do an
101
toàn. Cỏc thớ nghiệm xõm thực sẽ gắn liền với kết quả đo rung động và độ ồn của bơm trong quỏ trỡnh chạy mỏy thớ nghiệm.
Tất cả cỏc điểm đo đều cú hỡnh ảnh và số liệu được lưu lại trong cỏc file để sử dụng trong quỏ trỡnh xử lý số liệu thớ nghiệm.
4.3.1. Kết quả thớ nghiệm xõy dựng đặc tớnh làm việc tại cỏc gúc xoay cỏnh khỏc nhau cỏnh khỏc nhau
Cỏc số liệu thớ nghiệm thu được tại cỏc vị trớ gúc xoay cỏnh khỏc nhau được xử lý và cho trong cỏc bảng kết quả thớ nghiệm trỡnh bày trong phần Phụ lục.
Trờn cơ sở cỏc kết quả đo, ta xõy dựng được đặc tớnh làm việc của bơm tại từng gúc xoay cỏnh và đặc tớnh làm việc cho tất cả cỏc gúc xoay cỏnh như trong cỏc đồ thị dưới đõy:
Hỡnh 4.9. Đặc tớnh làm việc bơm mụ hỡnh tại Gúc -6 độ
102
Hỡnh 4.11. Đặc tớnh làm việc bơm mụ hỡnh tại Gúc 0 độ
Hỡnh 4.12. Đặc tớnh làm việc bơm mụ hỡnh tại Gúc +3 độ
103
Hỡnh 4.14. Đặc tớnh làm việc bơm mụ hỡnh ns 1200 tại cỏc gúc xoay cỏnh khỏc nhau Ngoài cỏc đặc tớnh làm việc cho từng gúc xoay và tổng hợp cho tất cả cỏ gúc xoay, ta xõy dựng thờm đặc tớnh tổng hợp và đặc tớnh tổng hợp khụng thứ nguyờn bơm mụ hỡnh ns1200 như cỏc đồ thị dưới đõy:
Hỡnh 4.15. Đặc tớnh tổng hợp bơm mụ hỡnh ns 1200 với Dcầu=352mm; n=980v/ph
Q/Qtư 1 1.05 1.1 1.15 1.2 0.95 0.9 0.85 0.8 0.75 0.7 0.65 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 H(m) 1 2 3 4 Q(m3/s) 0.25 ĐặC TíNH TổNG HợP BƠM MÔ HìNH ns = 1172 v/ph (D cầu = 352mm; n =980 v/ph) =71% 70 69 68 66 64 62 60 58 69 68 66 64 63 -60 -30 00 +30 +60 0.5
104
Hỡnh 4.16. Đặc tớnh tổng hợp khụng thứ nguyờn bơm ns 1200 v/ph
Trong cỏc đồ thị tổng hợp ở trờn Q =Q/Qtư là lưu lượng tương đối với Qtư = 0.405 m3/s là lưu lượng của điểm tối ưu tại gúc 0 độ.
Để khảo sỏt sự biến thiờn của hiệu suất tại điểm làm việc tối ưu của bơm ứng với cỏc gúc xoay cỏnh khỏc nhau, ta dựng đồ thị = f() như hỡnh 4.17.
Hỡnh 4.17. Đồ thị biến thiờn hiệu suất bơm theo gúc xoay cỏnh =f() Để đỏnh giỏ mức độ thay đổi cột ỏp khi xoay 1 độ (H/độ), ta xõy dựng đồ thị quan hệ giữa cột ỏp với gúc xoay như hỡnh 4.18.
Hỡnh 4.18. Đồ thị biến thiờn cột ỏp bơm theo gúc xoay cỏnh H =f() = 0.24() + 70.74 = 0.1194()2-1.5617()+70.74 65 66 67 68 69 70 71 72 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 % (°) H = 0.05() + 2.38 H = 0.1017() + 2.38 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.93 3.1 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 H (m) (°)
105
Quỏ trỡnh thớ nghiệm xoay cỏnh để xõy dựng đặc tớnh đó quan sỏt được nhiều vựng bị xõm thực. Cỏc vựng xõm thực này được thống kờ trong bảng 4.1. Dựa vào bảng này ta dễ dàng xỏc định được vựng làm việc an toàn (khụng bị xõm thực) của mỏy bơm, từ đú cú sự tớnh toỏn lựa chọn gúc xoay cỏnh phự hợp tương ứng với cột ỏp bơm để mỏy bơm luụn làm việc ở vựng tối ưu nhất.
Bảng 4.1 . Bảng thống kờ cỏc vựng bị xõm thực khi xoay cỏnh
4.3.2. Kết quả thớ nghiệm xõm thực tại cỏc gúc xoay cỏnh khỏc nhau Thớ nghiệm xõm thực bằng cỏch giảm cột ỏp hỳt được tiến hành cho 3 trường hợp Thớ nghiệm xõm thực bằng cỏch giảm cột ỏp hỳt được tiến hành cho 3 trường hợp gúc xoay cỏnh 0 độ, -3 độ và -6 độ. Với 2 trường hợp gúc xoay +3 độ và gúc +6 vẫn tiến hành khảo sỏt xõm thực bằng cỏch sử dụng cỏc số liệu của giai đoạn xõy dựng đặc tớnh làm việc đồng thời tiếp tục giảm cột ỏp hỳt tại điểm xõm thực mạnh nhất để khảo sỏt sự biến thiờn cột ỏp. Bằng cỏch này chỳng ta vẫn đỏnh giỏ được mức độ xõm thực của bơm tại cỏc gúc xoay cỏnh, làm cơ sở để quyết định cú vận hành bơm tại cỏc gúc xoay đú hay khụng.
Hệ số xõm thực của bơm trong cỏc bảng tớnh là hệ số xõm thực Thomat được xỏc định theo cụng thức (2-44) và khảo sỏt điều kiện xảy ra xõm thực theo cụng thức (2- 45). Áp dụng cụng thức tớnh toỏn ỏp suất nhỏ nhất của phần mụ phỏng, kết hợp giỏ trị đo ỏp suất ống hỳt để tớnh toỏn cỏc giỏ trị số xõm thực ở cỏc trạng thỏi thực nghiệm. Cỏc bảng kết quả tớnh toỏn và đo đạc cỏc thụng số trong thớ nghiệm xõm thực được trỡnh bày trong phần Phụ lục.
Dưới đõy là cỏc đặc tớnh xõm thực xõy dựng được từ thực nghiệm.
106
Hỡnh 4.20. Đồ thị L/Lc=f() và H=f() tại Gúc -3 độ
Hỡnh 4.21. Đồ thị L/Lc=f() và H=f() tại Gúc -6 độ
Hỡnh 4.22. Đồ thị L/Lc=f() và H=f() tại Gúc +3 độ
107
Để đỏnh giỏ đặc tớnh xõm thực của bơm tại cỏc gúc xoay cỏnh khỏc nhau, cần phải tớnh được hệ số xõm thực tới hạn th của bơm tương ứng với từng gúc xoay đú. Để làm được việc này, trước hết cần tớnh giỏ trị KH tại điểm tối ưu theo cụng thức (2- 38), sau đú tra đồ thị trờn hỡnh 2.24 (chương 2) để cú được giỏ trị th.
Tớnh toỏn cụ thể với bơm mụ hỡnh ns1200v/ph đang nghiờn cứu, ta cú cỏc giỏ trị KHtư và th ứng với từng gúc xoay như trong bảng 4.2.
Bảng 4.2 . Bảng tớnh gớỏ trị KHtư và th tại cỏc gúc xoay cỏnh khỏc nhau
(độ) H(m) tư (m) D (v/ph) Kn Htư th 0 2.38 0.352 980 0.072 2.3 -3 2.24 0.352 980 0.068 2.5 -6 2.08 0.352 980 0.063 2.7 3 2.7 0.352 980 0.082 2.2 6 2.99 0.352 980 0.090 1.9
Dựa vào bảng này ta xõy dựng được đồ thị biến thiờn của hệ số xõm thực tới hạn
th theo gúc xoay cỏnh như hỡnh 4.24.
Hỡnh 4.24. Đồ thị biến thiờn của hệ số xõm thực tới hạn theo gúc xoay cỏnh Tại mỗi gúc xoay cỏnh, nếu điểm làm việc nào đú cú giỏ trị nhỏ hơn giỏ trị th
thỡ xõm thực sẽ xảy ra. Trong cỏc đồ thị trờn hỡnh 4.19 đến hỡnh 4.23, L là chiều dài tỳi hơi tại tiết diện biờn của cỏnh cụng tỏc, Lc là chiều dài tiết diện biờn. Khảo sỏt cỏc đồ thị ta nhận thấy khi giỏ trị L/Lc đạt ngưỡng L/Lc 0.4, cột ỏp bơm dao động mạnh và sau đú giảm nhanh. Giỏ trị ứng với ngưỡng L/Lc 0.4 tại đú xảy ra hiện tượng tụt cột ỏp ta ký hiệu là H.
Dựa vào cỏc kết quả thớ nghiệm thu được, ta xõy dựng được đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số xõm thực H với gúc xoay cỏnh . Đõy là cỏc kết quả thực nghiệm được đồ thị húa nhằm giỳp cung cấp thờm dữ liệu cho quỏ trỡnh nghiờn cứu sõu hơn về xõm thực. th= -0.065() + 2.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 th (độ) thf
108
Hỡnh 4.25. Đồ thị biến thiờn của hàm số H = f()
Tất cả cỏc số liệu thớ nghiệm và cỏc hỡnh ảnh quan sỏt dũng chảy và xõm thực trong bơm được tổng hợp và trỡnh bày trong phần Phụ lục.
Dưới đõy là một số hỡnh ảnh xõm thực điển hỡnh quan sỏt được trong quỏ trỡnh thớ nghiệm bằng đốn tần số:
Hỡnh 4.26. Xõm thực tại điểm làm việc tối ưu của Gúc 0 độ khi ỏp suất hỳt ở lối vào bơm giảm xuống cũn 0.847bar (H=2.77m, Q=0.325m3/s,
109 (Vị trớ 5,
(Vị trớ 6;
Hỡnh 4.27. Xõm thực tại điểm làm việc tối ưu Gúc-3 độ khi ỏp suất hỳt giảm cũn 0.832bar (H=2.9m, Q=0.32m3/svà 0,799 bar (H=2.48m, Q=0.278m3/s1.229)
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