2.2 Cơ sở lý thuyết trong thiết kế bỏnh cụng tỏc thuận nghịch bơm-tuabin
2.2.2.1 Phương phỏp thiết kế
Đối tượng nghiờn cứu cứu của luận ỏn là mỏy thủy lực thuận nghịch PaT dạng ly tõm cú ns = (90-150). Đõy là vựng giao thoa giữa cỏnh trụ và cỏnh khụng gian. Do
vậy, ở bước ban đầu, nghiờn cứu này sử dụng phương phỏp điểm (Pfleiderer) trong thiết kế bơm ly tõm dạng cỏnh trụ làm cơ sở để thiết kế biờn dạng cỏnh. Đồng thời, để hài hũa và thuận tiện khi vận hành thuận nghịch, cỏc thụng số hỡnh học của BCT được xem xột và cõn nhắc về thủy lực trong cả hai chế độ. Cỏc điều kiện biờn và hàm mục tiờu được thiết lập theo cỏc thụng số biờn dạng cỏnh. Đú được xem là cơ sở để đỏnh giỏ và lựa chọn cỏc thụng số tớnh toỏn. Ngoài ra, một số tiờu chuẩn về phõn bố tải trọng và quy luật đắp độ dày cũng được ỏp dụng để đảm bảo cỏnh BCT cú thể làm việc hiệu quả nhất trong hai mụ hỡnh. Quy trỡnh tớnh toỏn và thiết kế được cho dưới hỡnh 2.9.
Hỡnh 2.9 Mụ hỡnh lý thuyết trong thiết kế bỏnh cụng tỏc thuận nghịch PaT
Nhỡn chung, để thiết kế cỏc thụng số hỡnh học chớnh của BCT bao gồm: số cỏnh (Z); đường kớnh (D1, D2); gúc va (); gúc đặt cỏnh (β1B; β2B). Trước tiờn ta sẽ tiến
hành khảo sỏt từng thụng số một (sẽ là biến chạy) trong khi cỏc thụng số cũn lại khụng đổi. Sau đú sẽ tỡm được vựng tối ưu của biến khảo sỏt đú theo mục tiờu đề ra. Tiếp tục lấy giỏ trị đú làm thụng số đầu vào để khảo sỏt cỏc thụng số tiếp theo. Quỏ trỡnh thiết kế cứ lặp đi lặp lại như vậy cho đến khi tỡm được bộ thụng số tốt nhất. Sau đõy, tỏc giải trỡnh bày một vớ dụ cho một quy trỡnh khảo sỏt thiết kế số cỏnh Z. Cỏc thụng số khỏc được thực hiện tương tự.
- Bước 1: Giải bài toỏn nghịch - Dựa vào lý thuyết thiết kế bơm ly tõm ns thấp,
thiết kế đầy đủ cỏc thụng số đầu vào của bỏnh cụng tỏc.
- Bước 2: Giải bài toỏn thuận - Lập bảng khảo sỏt ảnh hưởng của số cỏnh Z đến hiệu suất cho cả chế độ bơm và tuabin: Cho biến Z chạy trong khoảng từ Z ở chế độ bơm đến Z ở chế độ tuabin thụng thường trong khi cỏc thụng số hỡnh học khỏc sơ bộ lấy theo kết quả bước 1 và được giữ nguyờn khụng đổi (bảng 2.2). Sau đú, dựa vào cỏc phương trỡnh năng lượng về cột nước, cụng suất và hiệu suất đó được trỡnh bày trong mục 2.1.4, ta sẽ xõy dựng được cỏc quan hệ về Z(η); Z(H); Z(P); cho từng chế độ bơm và tuabin.
- Bước 3: Đỏnh giỏ và xỏc định vựng Z tối ưu – Dựa vào hàm mục tiờu của đề
tài và cỏc kết quả ở bước 2, ta sẽ xỏc định được giỏ trị Z tốt nhất. Trong nghiờn
cứu này, mục tiờu là hiệu suất trung bỡnh tại điểm thiết kế của bơm và tuabin là tốt nhất.
Bảng 2.2 Bảng túm tắt quỏ trỡnh khảo sỏt ảnh hưởng của Z đến đặc tớnh năng lượng của PaT trong chế độ bơm (chế độ tuabin làm tương tự)
Q (m3/s) Z Htl(m) hloss (m) Hnet(m) P(kW) η(%)
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
.... .... .... .... .... .... ....
Bảng 2.2 trỡnh bày túm tắt quỏ trỡnh khảo sỏt của một phương ỏn số cỏnh (Z) đến cỏc đặc tớnh năng lượng của chế độ bơm (chế độ tuabin tương tự). Trường hợp khi cần khảo sỏt Z tại điểm thiết kế thỡ ta cho biến Z chạy trong khi Q được lấy bằng lưu
lượng thiết kế và giữ nguyờn khụng đổi. Ngược lại, khi cần đỏnh giỏ ảnh hưởng của từng phương ỏn Z đến cỏc đường cong năng lượng thỡ ta cho Z khụng đổi và cho Q
chạy. Mỗi phương ỏn Z khỏc nhau là một bảng tớnh. Tổng hợp cỏc phương ỏn Z khỏc
nhau ta sẽ xỏc định được ảnh hưởng của cỏc phương ỏn Z đến cỏc đường cong năng lượng của từng chế độ. Cuối cựng là tổng hợp số liệu, vẽ cỏc đường cong đặc tớnh và lựa chọn kết quả.