Luận án đã thực hiện một cách đầy đủ và tuân thủ đúng trình tự từ nghiên cứu lý thuyết đến thực nghiệm mô hình. Thông qua cơ sở lý thuyết để tìm hiểu bản chất vật lý của tình hình dòng chảy trong hệ thống dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục và sử dụng thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác của kết quả có được.
Với mục tiêu đó, luận án đã sử dụng lý thuyết cơ bản của dòng chảy thủy lực để nghiên cứu, phân tích và đưa ra công thức tính toán lý thuyết hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục khi chịu ảnh hưởng của các yếu tố kích thước, kết cấu góc loe của bộ phận hướng dòng γloe với
số vòng quay đặc trưng ns thông dụng của máy bơm và số lá cánh hướng dòng điển hình.
Kết quả cụ thể được tổng kết như sau:
4.7.1. Kết quả lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm về ảnh hưởng của góc loe đến hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục
4.7.1.1. Kết quả theo tính toán lý thuyết
TT γloe Hiệu suất bơm
(ηb) Htk Qtt
độ % m m3/h m3/s
1 76 51,07 0,5107 3,0 3.300 0,917 2 60 63,79 0,6379 3,0 3.300 0,917 3 42 74,95 0,7495 3,0 3.300 0,917 4 30 76,49 0,7649 3,0 3.300 0,917 5 20 79,27 0,7927 3,0 3.300 0,917 6 0 80,80 0,8080 3,0 3.300 0,917
137 4.7.1.2. Kết quả theo mô ph ng bằng phần mềm
TT γloe Hiệu suất
bơm (ηb) Htk Qtt
độ % m m3/h m3/s
1 76 50,00 3,0 3.300 0,917
2 60 62,00 3,0 3.300 0,917
3 42 73,00 3,0 3.300 0,917
4 30 76,00 3,0 3.300 0,917
5 20 79,00 3,0 3.300 0,917
6 0 81,00 3,0 3.300 0,917
4.7.1.3. Kết quả thực nghiệm trên hệ thống thí nghiệm
Trong điều kiện, phạm vi luận án, đề tài đã tiến hành thí nghiệm một số trường hợp góc loe khác nhau để kiểm chứng, cụ thể như sau:
TT γloe Hiệu suất bơm (ηb)
độ %
1 76 57,23
2 60 64,55
3 42 74,72
4 0 77,23
Từ kết quả đạt được về hiệu suất máy bơm được trình bày tại các bảng trong mục 4.7.1.1;
4.7.1.2 và 4.7.1.3, cho thấy, đối với máy bơm chìm hướng trục có trị số góc loe của bộ phận hướng dòng càng nhỏ thì sự trùng khớp giữa các kết quả hiệu suất bơm có được từ việc tính toán lý thuyết, mô phỏng bằng phần mềm và thực nghiệm càng cao (γloe<420). Khi trị số góc γloe tăng thì giữa các kết quả nêu trên có chênh lệch tăng theo.Tuy nhiên, sự chênh lệch này không nhiều và sai số giữa lý thuyết và thực nghiệm xảy ra ở những trường hợp máy bơm sử dụng bộ phận hướng dòng có góc loe lớn, cho hiệu suất máy bơm thấp (ηb<60%). Với những máy bơm chìm hướng trục sử dụng kết cấu bộ phận hướng dòng có góc loe lớn, hiệu suất thấp thì người thiết kế có thể loại bỏ để tính toán, thiết kế kết cấu máy bơm chìm hướng trục có hiệu suất cao hơn với việc tính toán hiệu suất sơ bộ ban đầu nhằm tạo ra các sản phẩm máy bơm chìm hướng trục có chất lượng tốt, đáp ứng được các nhu cầu thực tế.
Như vậy, thông qua kết quả thu được từ lý thuyết, mô phỏng bằng phần mềm và thử nghiệm trên hệ thống thí nghiệm thực tế, có thể kết luận rằng, hướng nghiên cứu của luận án là hoàn toàn phù hợp; cơ sở lý thuyết với các công thức tính toán hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được đề xuất trong luận án là chính xác và có độ tin cậy cao.
138
4.7.2. Kết quả lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm về ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng đến hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục
4.7.2.1. Kết quả theo tính toán lý thuyết TT ns
Hiệu suất bơm
(ηb) Htk Qtt
% m m3/h m3/s
1 600 72,20 0,7220 4,5 2.600 0,722 2 900 74,95 0,7495 3,0 3.300 0,917 3 1.000 70,40 0,7040 2,95 3.980 1,106 4 1.200 57,95 0,5795 5,0 2.300 0,639 5 1.400 57,47 0,5747 4,5 2.400 0,667 4.7.2.2. Kết quả theo mô ph ng bằng phần mềm
TT ns
Hiệu suất bơm
(ηb) Htk Qtt
% m m3/h m3/s
1 600 73,00 4,5 2.600 0,722
2 900 73,00 3,0 3.300 0,917
3 1.000 70,00 2,95 3.980 1,106
4 1.200 57,50 5,0 2.300 0,639
5 1.400 55,00 4,5 2.400 0,667
4.7.2.3. Kết quả thực nghiệm trên hệ thống thí nghiệm
Trong điều kiện, phạm vi luận án, đề tài đã tiến hành thí nghiệm một số trường hợp góc loe khác nhau để kiểm chứng, cụ thể như sau:
TT ns
Hiệu suất bơm (ηb)
%
1 600 71,34
2 900 74,72
3 1.400 55,23
Đối với trường hợp nghiên cứu ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng đến hiệu suất máy bơm (giữ nguyên một trị số góc loe: γloe = 420, thay đổi các thông số kỹ thuật ban đầu để có số vòng quay đặc trưng khác nhau), luận án tổng hợp các kết quả thu được từ tính toán lý thuyết, mô phỏng bằng phần mềm và thực nghiệm trên các bảng trong các mục 4.7.2.1; 4.7.2.2 và 4.7.2.3, cho thấy, các kết quả thu được là khá trùng hợp; sai số giữa các kết quả tính toán lý
139
thuyết, mô phỏng với thực nghiệm trên hệ thống thí nghiệm không đáng kể. Do đó, cũng như đối với trường hợp ảnh hưởng của góc loe, phương pháp nghiên cứu lý thuyết là hoàn toàn chính xác. Công thức luận án đề xuất để tính toán sơ bộ hiệu suất bơm chìm hướng trục do ảnh hưởng của ns là đáng tin cậy, có thể ứng dụng vào thực tế.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ a) Kết luận chung
+ Những kết quả chính đã đạt được
1. Đề tài đã tổng hợp được tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và sử dụng các máy bơm chìm nói chung và bơm chìm hướng trục nói riêng trên thế giới và ở Việt nam.
Trên cơ sở đó, xác định được sự cần thiết phải nghiên cứu vấn đề luận án đề xuất với phạm vi, đối tượng, mục tiêu và phương pháp nghiên cứu cụ thể.
2. Đã thu thập, phân tích các tài liệu kỹ thuật cần thiết , giới thiệu cơ sở l thuyết tính toán các profin cánh bánh công tác, cánh hướng dòng cũng như cách xác định các tổn thất, hiệu suất với sự ảnh hưởng của trị số góc loe bộ phận hướng dòng, số vòng quay đặc trưng của bơm hướng trục thông thường và đề xuất ứng dụng cho máy bơm chìm hướng trục .
3. Sử dụng phần mềm mô phỏng thủy lực chuyên dụng (Pumpal của hãng Concept Nrec – Mỹ) đã nghiên cứu, đánh giá được sự ảnh hưởng của thông số kích thước góc loe bộ phận hướng dòng, số vòng quay đặc trưng và số lá cánh hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục.
4. Đã xây dựng được quy trình thử nghiệm mô hình vật l máy bơm chìm hướng trục trên hệ thống thử nghiệm máy bơm trong phòng thí nghiệm, tiến hành thử nghiệm một số mô hình vật l , đo đạc các thông số kỹ thuật và xây dựng được các đường cong hiệu suất với đường đặc tính năng lượng của máy bơm chìm hướng trục.
5. Đã đánh giá được sự ảnh hưởng của kích thước và kết cấu bộ phận hướng dòng trong máy bơm chìm hướng trục và ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng ns tới hiệu suất của bơm.
6. Xác định được các trị số góc loe của bộ phận hướng dòng và số vòng quay đặc trưng nên lựa chọn đối với bơm chìm hướng trục, làm cơ sở cho việc tính toán, thiết kế bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu nông nghiệp cũng như các nhu cầu khác. Cụ thể như sau:
- Nên sử dụng các loại máy bơm chìm hướng trục có góc loe bộ phận hướng dòng γloe<600. - Đối với máy bơm chìm hướng trục, không nên sử dụng số vòng quay đặc trưng lớn (ns>1000), nên sử dụng số vòng quay đặc trưng thấp và trung bình (ns<1.000).
+ Những đóng góp mới của luận án
- Xây dựng được công thức xác định ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng (γloe) đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục (ηb). Cụ thể là:
) 2
) (
0,011.
1 .(
. .
.
2
2 2 1 1,22 loe 1
tk ll
ck tl ll ck
b gk H
V
k V
140
Trên cơ sở công thức nêu trên, có thể thông qua mối quan hệ của các thông số: lưu lượng, cột áp, số vòng quay, số vòng quay đặc trưng và hiệu suất của bơm, trên cơ sở đó, tính toán hiệu suất của bơm khi biết các thông số nêu trên.
- Đã đề xuất được cách sử dụng vấn đề nghiên cứu tính toán tổn thất thủy lực trong ống loe cho việc đi sâu nghiên cứu tính toán tổn thất thủy lực trong bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đạt kết quả tốt.
- Đánh giá được sự ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng (γloe), số vòng quay đặc trưng (ns), số lá cánh hướng dòng (Z2) đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục (ηb).
+ Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu
Luận án mới dừng lại ở việc đi sâu nghiên cứu sự ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng với góc loe γloe= 200, 300, 420, 600 và 760 trên cơ sở trị số số vòng quay đặc trưng đuược sử dụng rộng rãi trong sản xuất (ns = 900) và số lá cánh bánh công tác Z1 = 4, số lá cánh hướng dòng (Z2 = 5). Ngoài ra, luận án cũng đã triển khai nghiên cứu thêm các tường hợp số vòng quay đặc trưng khác ( ns = 600, 1.000, 1.200, 1.400) và số lá cánh bánh công tác (Z1 = 2, 3), số lá cánh hướng dòng (Z2 = 3, 7, 8, 9). Các nghiên cứu này đã cho kết quả tốt với những thông tin mới rất bổ ích cho những người quan tâm đên máy bơm chìm.
Do vậy, cần có những nghiên cứu chuyên sâu và rộng hơn nữa để đánh giá được đầy đủ về những ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất nói riêng và đặc tính năng lương nói chung của máy bơm chìm hướng trục.
b) Kiến nghị
+ Những kết quả đạt được của luận án cũng mới chỉ là những kết quả nghiên cứu ban đầu với một số thông số kích thước, kết cấu phổ dụng bộ phận hướng dòng của máy bơm chìm hướng trục. Do đó, trong thời gian tới cần có những nghiên cứu tiếp theo chuyên sâu hơn cho từng yếu tố (góc loe bộ phận hướng dòng, độ mau lưới cánh, góc đặt cánh, khoản cách giữa mép ra của cánh bánh công tác và mép vào lá cánh hướng dòng và số vòng quay đặc trưng) của máy bơm chìm hướng trục để đánh giá chính xác, đầy đủ hơn sự ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất cũng như đặc tính năng lượng của bơm.
+ Nhu cầu về máy bơm chìm nói chung, máy bơm chìm hướng trục nói riêng đang ngày càng lớn đối với công tác tưới tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập, đặc biệt, do tác động của biến đổi khí hậu đối với Việt Nam. Có thể nói, ngành chế tạo máy bơm Việt Nam còn hiểu biết rất hạn chế về vấn đề máy bơm chìm. Kết quả nghiên cứu của đề tài là đóng góp nhỏ cho ngành. Còn rất nhiều vấn đề kỹ thuật phức tạp đối với các máy bơm chìm nói chung và máy bơm chìm hướng trục nói riêng, cần được chú quan tâm nghiên cứu đầy đủ hơn trong thời gian tới.
141
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Bùi Quốc Thái, (2000), Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số kết cấu cánh hướng dòng bơm hướng trục đến đặc tính làm việc của bơm, Luận án tiến sỹ máy thủy lực, Hà nội.
[2] Bùi Quốc Thái, (2000), Phương pháp lựa chọn thông số tối ưu (Z) của cánh hướng dòng bơm hướng trục, Tuyển tập công trình hội nghị cơ học thủy khí toàn quốc lần thứ V, Đồng Hới.
[3 Đinh Ngọc Ái, Nguyễn Phú Vịnh, (1976), Giáo trình chuyển động thủy động, NXB ĐH TH CN, Hà nội.
[4 Кixêlep P.G, Asnun A.D,(1974), Sổ tay tính toán thuỷ lực, NXB Nông nghiệp, Hà nội.
[5] Lê Danh Liên,( 2014), Bơm, quạt cánh dẫn. NXB Bách khoa Hà Nội.
[6] Lê Danh Liên, (2014),Báo cáo khoa học kỹ thuật đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước:
“Nghiên cứu giải pháp nhằm đảm bảo lấy nước tưới chủ động cho hệ thống các trạm bơm ở hạ du hệ thống sông Hồng - Thái Bình trong điều kiện mực nước sông xuống thấp”.Hà Nội.
[7] Lê Danh Liên, Võ Sỹ Huỳnh, (1977), Lý thuyết cánh, NXB ĐH TH CN, Hà nội.
[8] Lômakin A. A,(1976), Bơm ly tâm và hướng trục, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
[9 Nguyễn Văn Bày, (1999), Máy bơm và trạm bơm trong nông nghiệp, Nhà xuất bản Nông nghiệp.
[10] Nguyễn Văn Bày, (2002), Báo cáo khoa học đề tài nghiên cứu cấp Nhà nước:
“Nghiên cứu chế tạo máy bơm chìm công suất lớn cho nông nghiệp”. Hà Nội.
[11] Nguyễn Văn Bày, (2011), Báo cáo khoa học đề tài nghiên cứu cấp thành phố do Sở Khoa học và công nghệ Hà Nội quản l : “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy bơm
chìm hướng trục đứng phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập cục bộ”.
Hà Nội.
[12] Nguyễn Văn Bày, (2011), Báo cáo khoa học đề tài nghiên cứu cấp Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quản l : “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy bơm chìm - động cơ điện chìm cỡ nhỏ kiểu di động có thể lắp với động cơ diezen phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập cục bộ ở các khu đô thị và vùng trồng cây ăn trái tập trung”.
Hà Nội.
142
[13] Nguyễn Văn Bày, (2015), Báo cáo khoa học dự án SXTN cấp thành phố do Sở khoa học và công nghệ Hà Nội quản l : “ Hoàn thiện thiết kế và công nghệ chế tạo tổ máy bơm chìm - động cơ điện chìm trục đứng phục vụ tưới tiêu nông nghiệp và chống úng ngập cho thành phố. Hà Nôi.
[14] Nguyễn Minh Tuấn, (2015), Báo cáo khoa học dự án STXN cấp Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn quản l : “Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo máy bơm chìm - động cơ điện chìm (trục đứng và trục ngang) cỡ nhỏ công suất (5-7,5)kW kiểu capsul và máy bơm hướng trục lắp với động cơ điezen công suất 20 mã lực di động, phục vụ tưới tiêu nông nghiệp và chống úng ngập cục bộ”, Hà Nội.
[15] Tập đoàn bơm Khải Tuyền, Thượng Hải, (2000), Máy bơm chìm loại GQ,
[16] Tập đoàn bơm Cam Tuyền, Công ty TNHH Thiên Tuyền Nam Thông , Thượng Hải, (2011). Máy bơm chìm hướng trục loại 500QZ,
[17] Trần Sỹ Phiệt, Vũ Duy Quang, (1978), Thủy động lực học kỹ thuật, tập 1 và tập 2, NXB ĐH TH CN, Hà nội.
Tiếng Anh
[18] Chen Bin, Zhang Lanjin, Peng Guangjie, (2009), The Study of Guide Vanes on Submersible Pump, Tsinghua Univesity, Beijing, China.
[19] Dai Jin, (2000), Sumersible motor - pump, Kyungki - Do, Korea.
[20] EBARA Coporation (1997), Pump system engineering hand book, Tokyo.
[21] EMU, (2002), sumersible pumps, Hof/Saale, Germany.
[22] Handbook of CFD, (2008), Washinton.
[23] Hashish M. (1987),Modified model for erosion. Proceedings of the7th International Conference on Erosion by liquid and solid impact, Cambridge, UK, pp. 461–
480, NewYork.
[24] Hosy A., Gjerstad S., Smaamo J. and Torbergsen E. (2005), ”Design and evelopment electric submersible pumps for large capacities”. Proceedings of the twenty – second international pump users symposium. Development Department Frank Mohn Flaty AS Oil & Gas Division Frekhaug, Norway.
[25] Japanese Industrial Standard JIS B8301-(1990).
[26] Lopez A, Stickland M.T, Dempster W. M., (1995), Comparative study of different erosion models in an Eulerian-Lagrangian frame using Open Source software,New York.
143
[27] Meng H.C, Ludema K.C.,(1995),Wear models and predictive equations: their form and content. Wear, 181: 443-457.
[28] Noguera R, Rey R, Massouh F.,(1993), Design and analysis of axial pumps [A], Proceedings of the ASME Second Pumping Machinery Symposium [C]. Washington:
ASME Fluids Engineering Division, 95-11
[29] Pumping station engineering handbook,(1991), Tokyo, Japan.
[30]Ramutham S. (1994), Hydraulíc fluid mechanícs and fluid machines Dahapat Rai and sons, Delhi.
[31] System pump ABS (1999), Sumersible motor - pump AFP – AL,installation and operating instruction. Germany.
[32] Stepanoff A. J., Ph.D (2009), Centrifugal and axial flow pumps theory, design and application, Krieger publishing company (2nd Edition) Malabar, Frorida (USA).
[33] Stepanoff A.J.,(1957), Centrìfugal and Axial Flow Pumps, John Wiley & Sons, INC, New York.
[34] Testing methods for centrifugal pumps, mixed flow pumps and axial flow pumps, (1999), New York.
[35] Yevtushenko A. A., Kochevsky A. N., Fedotova N. A., (2004), Department of Applied Fluid Mechanics, Sumy State University, Rimsky-Korsakov str., 2, 40007, Sumy, Ukraine. “Investigation of Flow Inside an Axial-Flow Pump of GV - IMP Type”.
[36] Zhang H. M., Zhang L. X.,(2015), Numerical Studies of Abrasion Wear on the Guide Vanes in a Sumersble Axial Flow Pump, Iternational Conference on Power Electronics and Energy Engineering (PEEE 2015), University of Science and Technology Kunming, China.
Tiếng Nga
[37] ГрянкоЛ.П. иПапирА.Н.,(1975), Лопастныенacocoы, Изд. “Машиностроение”, Л.
[38] ГоргиджанянС.А., Дягилев А.И.,(1968),Погружные насосы для водоснабжения и водопонижения, Изд. “Машиностроение”, Л.
[39 Киселев И. И., Герман А.Л., Леведев,Л.М.,Васильев В.В.(1977), Крупные осевые и цетробежные нacocoы, Изд.”Машиностроение”, М.
[40 Кocтeнko С. И., Хан А.М.,(1977), Эксплуатация погружных насосов, Россельхозиздат, М.
144
[41] Михайлов А.К., Малюшенко В.В. (1977), Лопастные нacocoы,Изд.
“Машиностроение”, М.
[42 Насосы и турбины, (2012), ОАО Энергомашкорпорация, М.
[43 Некрасов А. Я. , (2009), Насосы и турбины, Каталог “Уралгидромаш”.
[44] Папир А.Н. (1975), Водометные движители малых судов,Изд. “Судостроение”, Л.[45 Стpaльков А. Н, Апрecoв А. М. (1958) Погружные мoтop – нacocoы, М.
[46 Чиняев И.А. (1974), Лопастные нacocoы, Изд. “Машиностроение”, Л.
[47 Яроменко О. В.,(1976), Испытание насосов, Изд. “Машиностроение”, М.
145
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. PGS.TS. Nguyễn Văn Bày, ThS. Nguyễn Minh Tuấn (2014). Nghiên cứu thực nghiệm thiết kế máy bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu nông nghiệp và chống úng ngập đô thị.Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 12/2014.
2. GS.TS. Nguyễn Thế Mịch, PGS.TS. Nguyễn Văn Bày, ThS. Nguyễn Minh Tuấn (2015).
Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của số lá cánh hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đến đặc tính năng lượng của bơm bằng phần mềm mô phỏng. Kỷ yếu Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí lần 4 năm 2015.
3. MSc. Tuan Nguyen Minh, Prof.Dr. Mich Nguyen The, Assoc.Prof.Dr. Bay Nguyen Van (2016). A study and evaluation of a vertical axial flow submersimble pump’s angle of the diffuser cone on it’s energy characteristics by simulation software. VietNam Mechanical Engineering Journal N0 5/2016 .
4. ThS. Nguyễn Minh Tuấn, GS.TS. Nguyễn Thế Mịch, PGS.TS. Nguyễn Văn Bày (2016).
Nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hưởng của hệ số tỷ tốc của máy bơm chìm hướng trục đứng đến đặc tính năng lượng của bơm bằng phần mềm mô phỏng. Tạp chí cơ khí số 5/2016 .