CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT KẾ ĐẾN LƯU LƯỢNG TRUNG BÌNH VÀ HIỆU SUẤT THỂ TÍCH
3.5 Ảnh hưởng của thông số đến kích thước quạt thổi
Với a1, b1: kích thước bán trục lớn, bán trục nhỏ của elip lăn; a2, b2: kích thước bán trục lớn, bán trục nhỏ của elip sinh. Khi đó E - khoảng cách trục của hai rôto, R - kích thước hướng kính được xác định như sau:
1
1 b
a E
2
1 2a
a
R
O2
O1
b2 R
a2
a1
b1
E
Hình 3.10 Thông số quạt thổi Roots
Hình 3.9 Lưu lượng trung bình khi thay đổi hệ số 1, 2
[lít/s]
1 = [0.61.0], 2 = 0.8 1 = 0.6, 2 = [0.61.0]
26.0 29.54
33.36
37.62
38.78 40.46 42.32 44.32 42.346.46
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
1.0 0.9 0.8 0.7 0.6
39 Để đánh giá ảnh hưởng của thông số thiết kế đến kích thước quạt, ta tiến hành khảo sát lần lượt các bộ thông số khác nhau của 1, 2 đồng thời cố định kích thước hướng trục B = 150 mm; chọn lưu lượng trung bình Q của quạt thổi Roots của Palmer [8] làm lưu lượng mẫu.
Nhận được các kích thước khoảng cách trục của hai rôto: E và kích thước hướng kính R của các mẫu thiết kế ứng với mỗi bộ 1, 2
a1
[mm]
b1
[mm]
a2
[mm]
b2
[mm]
lưu lượng [lít/s]
B [mm]
1 = 1.0 2 = 1.0 48 48 12 12 9.79 150 Bảng 3.5 Bộ thông số mẫu theo thiết kế Pamel
a1
[mm]
b1
[mm]
a2
[mm]
b2
[mm]
1 = 0.7
2 = 1.0 45.698 31.988 9.858 9.858
2 = 0.9 44.641 31.248 10.130 9.117
2 = 0.8 43.562 30.493 10.409 8.327
2 = 0.7 42.479 29.735 10.698 7.488
2 = 0.6 41.390 28.973 10.989 6.593 d) Bộ thông số 1 = 0.7, 0.6 ≤ 2 ≤ 1.0
a1
[mm]
b1
[mm]
a2
[mm]
b2
[mm]
1 = 0.8
2 = 1.0 46.456 37.165 10.516 10.516
2 = 0.9 45.273 36.219 10.780 9.702
2 = 0.8 44.081 35.265 11.053 8.842
2 = 0.7 42.883 34.306 11.332 7.932
2 = 0.6 41.687 33.350 11.614 6.968 c) Bộ thông số 1 = 0.8, 0.6 ≤ 2 ≤ 1.0
a1 [mm]
b1 [mm]
a2 [mm]
b2 [mm]
1 = 0.9
2 = 1.0 47.221 42.499 11.230 11.230
2 = 0.9 45.901 41.311 11.483 10.334
2 = 0.8 44.578 40.120 11.743 9.394
2 = 0.7 43.258 38.932 12.009 8.406
2 = 0.6 41.948 37.753 12.278 7.366 b) Bộ thông số 1 = 0.9, 0.6 ≤ 2 ≤ 1.0
a1
[mm]
b1
[mm]
a2
[mm]
b2
[mm]
1 = 1.0
2 = 1.0 48 48 12 12
2 = 0.9 46.527 46.527 12.235 11.011
2 = 0.8 45.058 45.058 12.477 9.982
2 = 0.7 43.605 43.605 12.725 8.908
2 = 0.6 42.176 42.176 12.976 7.785 a) Bộ thông số 1 = 1.0, 0.6 ≤ 2 ≤ 1.0
Bảng 3.6 Khảo sát bộ thông số
40 a) Ảnh hưởng của thông số thiết kế đến kích thước hướng kính
b) Ảnh hưởng của thông số thiết kế đến khoảng cách trục
Từ hình 3.11 và hình 3.12 ta có một số nhận xét sau:
Hình 3.11 Ảnh hưởng của thông số thiết kế đến kích thước hướng kính 56
58 60 62 64 66 68 70 72
2 = 1.0 2 = 0.9 2 = 0.8 2 = 0.7 2 = 0.6
1 = 1.0 72.000 70.998 70.0136 69.057 68.129
1 = 0.9 69.683 68.867 68.066 67.278 66.505
1 = 0.8 67.489 66.835 66.188 65.548 64.916
1 = 0.7 65.415 64.901 64.381 63.875 63.369
1 = 0.6 63.460 63.059 62.658 62.258 61.864 [mm]
2
Hình 3.12 Ảnh hưởng của thông số thiết kế đến khoảng cách trục 0
20 40 60 80 100
2 = 1.0 2 = 0.9 2 = 0.8 2 = 0.7 2 = 0.6
1 = 1.0 96.000 93.054 90.116 87.211 84.352
1 = 0.9 89.721 87.212 84.699 82.191 79.702
1 = 0.8 83.621 81.492 79.346 77.190 75.037
1 = 0.7 77.686 75.889 74.055 72.214 70.363
1 = 0.6 71.912 70.392 68.841 67.265 65.682 [mm]
2
a1
[mm]
b1
[mm]
a2
[mm]
b2
[mm]
1 = 0.6
2 = 1.0 44.945 26.967 9.257 9.257
2 = 0.9 43.995 26.397 9.5323 8.579
2 = 0.8 43.025 25.815 9.816 7.853
2 = 0.7 42.040 25.224 10.108 7.076
2 = 0.6 41.051 24.631 10.406 6.243 e) Bộ thông số 1 = 0.6, 0.6 ≤ 2 ≤ 1.0
41 i) Khi lưu lượng trung bình không đổi (Q = 9.79 lít/s), kích thước hướng trục cố định (B = 150mm), giá trị thông số thiết kế đặc trưng 1, 2 càng nhỏ thì giá trị kích thước hướng kính, khoảng cách của 2 rôto càng giảm. Cụ thể, khi 1 giảm từ 1.0 về 0.6 còn 2 giảm từ 1.0 về 0.5 thì kích thước hướng kính giảm 0.854 lần; giá trị khoảng cách trục giảm 0.668 lần
ii) Kích thước hướng kính lớn nhất tại bộ thông số thiết kế 1 = 1.0, 2 = 1.0 có giá trị 72.000mm, kích thước hướng kính nhỏ nhất tại bộ thông số 1 = 0.6,
2 = 0.5 có giá trị 61.477 mm.
iii) Khoảng cách của 2 rôto lớn nhất tại bộ thông số thiết kế 1 = 1.0, 2 = 1.0 có giá trị 96.000mm, khoảng cách của 2 rôto nhỏ nhất tại bộ thông số 1 = 0.6, 2 = 0.5 có giá trị 64.109mm.
Kết luận chương 3
Việc nghiên cứu, xác định ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến các kích thước đặc trưng, lưu lượng, hiệu suất thể tích của quạt thổi Roots đã làm sáng tỏ tính ưu việt của thiết kế mới so với mẫu thiết kế truyền thống [2]:
+ Trong hai thông số thiết kế thì thông số 1 ảnh hưởng một cách rõ rệt về mặt kích thước, đặc tính làm việc của quạt thổi lượng như lưu lượng, hiệu suất thể tích so với thông số 2.
+ Thông số thiết kế 1, 2 ảnh hưởng trực tiếp tới biên dạng rôto. Khi các thông số này càng nhỏ thì kích thước chân rôto r cũng giảm tương ứng đồng thời kích thước hướng kính R tăng lên.
+ Hệ số 1, 2 giảm dần về giá trị 0.6 thì lưu lượng, hiệu suất thể tích, tối ưu về mặt kích thước tăng dần.
+ Các giá trị lưu lượng, hiệu suất thể tích, tối ưu về mặt kích thước đạt cực đại khi 1 = 2 = 0.6
Thiết kế Palmer Thiết kế mới
Hình 3.13 Mặt cắt của mẫu quạt thổi có cùng thông số lưu lượng và kích thước hướng trục
42 CHƯƠNG 4. KHẢO SÁT LƯU LƯỢNG TỨC THỜI VÀ BIẾN THIÊN ÁP
SUẤT CỦA QUẠT THỔI
Lưu lượng tức thời và biến thiên áp suất là những đặc trưng rất quan trọng thể hiện tính liên tục của dòng chảy trong quá trình hoạt động của quạt thổi Roots.
Trong quá trình làm việc, thể tích khoang đẩy và thể tích khoang hút liên tục thay đổi xuất phát từ việc vào khớp và ra khớp của cặp rôto, từ đó gây nên chênh lệch áp suất giúp tạo ra lực đẩy và hút của quạt thổi, tại cửa hút thể tích của khoang làm việc sẽ tăng liên tục dẫn đến tạo ra lực hút, ngược lại thì thể tích của khoang làm việc tại cửa đẩy sẽ giảm liên tục đồng nghĩa với việc áp suất đẩy sẽ được tạo ra. Với loại quạt thổi kiểu Roots này, một đặc điểm được quan tâm là rung động và tiếng ồn do sự thay đổi tức thời của áp suất, gây ra các xung lực, áp lực đột ngột tác động lên rôto. Đây là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến công suất làm việc, cũng như tuổi thọ của quạt thổi. Vì vậy, việc nghiên cứu lưu lượng tức thời và biến thiên áp suất là cần thiết để tối ưu về mặt thiết kế cũng như làm giảm dao động về lưu lượng. Các tính toán sẽ được trình bày rõ hơn ở các mục dưới đây.