2.2.1 Phân tích kết câu
BCT turbine loại 500W cĩ kết cấu giống các BTC turbine khác cĩ kết cấu gồm: bản cánh (bầu cánh và bản cánh).
Bầu cánh cĩ nhiệm vụ truyền lực từ bản cánh lên trục của turbine, đồng thời nĩ cĩ tác dụng phân bố đều dịng chảy trong khoảng giữa nĩ và buồng turbine. Vì vậy bầu cần phải cĩ sự vững chắc để cho các bản cánh tựa lên nĩ khi làm việc khơng bị rung động. Bầu đồng thời cũng thuộc hệ thống làm việc trực tiếp với chất lỏng nên nĩ cũng cần phải cĩ độ bĩng nhất định để trong quá trình làm việc nĩ khơng tạo ma sát với dịng chất lỏng tạo xốy làm ảnh hƣởng xấu đến sự làm việc của turbine và cản trở sự quay của turbine. Các BCT turbine kiểu mới cĩ xu hƣớng làm nhỏ đƣờng kính bầu để giảm bớt các ảnh hƣởng xấu của nĩ đến dịng chảy và tăng khơng gian làm việc của các bản cánh nhằm tăng tỉ số mặt đĩa, tăng cơng suất và hiệu suất của BCT.
Phần quan trọng nhất của BCT turbine là các bản cánh, nĩ cĩ tác dụng thu nhận năng lƣợng của chất lỏng. Momen động lƣợng dịng chất lỏng truyền qua trục turbine thơng quá các bản cánh dạng cơng – xơn do đĩ bản cánh vừa phải đủ mỏng phù hợp với điều kiện thủy lực dịng chảy để cho hiệu suất cao, vừa địi hỏi cĩ độ cứng vững để đảm bảo ổn định trong quá trình turbine làm việc. Sự trao đổi năng lƣợng của dịng chất lỏng cĩ thể hồn tồn hay khơng là do kích thƣớc, hình dáng, chất lƣợng bề mặt,… của các bản cánh quyết định. Bởi vì trong quá trình làm việc, các bản cánh chuyển động quay trong chất lỏng, nếu khơng cĩ một hình dạng, kích thƣớc và chất lƣợng bề mặt thỏa mãn các yêu cầu về thủy lực sẽ gây ra các hiện tƣợng va đập rối dịng,… ảnh hƣởng xấu tới chất lƣợng làm việc của turbine. Ngồi ra, giống nhƣ các turbine phản kích khác, BCT turbine hƣớng trục luơn cĩ nguy cơ bị xảy ra xâm thực. Ngồi các nguyên nhân về dịng chảy, vị trí đặt máy,… một yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình ăn mịn này cĩ thể dẫn đến phá hủy các BCT (chủ yếu là mặt sau của bản cánh) là do vật liệu chế tạo bản cánh và chất lƣợng bề mặt của nĩ.
Trên đây, cịn chƣa nĩi đến khả năng truyền lực của bản cánh. Trong quá trình làm việc, bản cánh thực ra là các cánh tay địn của các momen quay trên trục. Tồn bộ bề mặt của bản cánh cĩ sự phân bố áp lực nhất định và tổng hợp lại đƣợc một hợp lực tại một vị trí trên bản cánh, tạo nên momen quay.
2.2.2 Phƣơng án cơng nghệ
Trƣớc hết, phải khẳng định dù sản xuất bằng phƣơng án nào đi chăng nữa thì cũng phải đảm bảo các kích thƣớc, hình dáng, sự tƣơng quan, chất lƣợng bề mặt cánh, đảm bảo khả năng làm việc.
Sản xuất turbine phổ biến và cổ điển nhất là cơng nghệ đúc bằng vật liệu kim loại. Với vật liệu phổ biến nhất là gang, phƣơng pháp đúc cổ điển trong khuơn cát – đất sét thích hợp với sản xuất loạt lớn. Phƣơng pháp đúc này cĩ đặc điểm: mẫu (thƣờng chế tạo bằng gỗ) làm bằng phƣơng pháp thủ cơng từ bản vẽ các biên dạng cánh. Từ bộ mẫu gỗ (giống hệt chi tiết thật) này, tiến hàng làm các hộp khuơn và thao bằng hỗn hợp cát, đất sét ẩm, bề mặt của khuơn và thao đƣợc quét một lớp nƣớc thủy tinh hoặc bằng bột phấn chì. Sau khi sấy khơ chúng đƣợc ghép với nhau và tiến hành rĩt kim loại lỏng vào.
Hình 2.2 Sản phẩm đúc trong khuơn cát
Phƣơng pháp này cĩ ƣu điểm: đơn giản, dễ sử dụng, giá thành rẻ. Nhƣợc điểm cơ bản của phƣơng pháp này là khơng đạt độ chính xác cao về hình dạng và kích
thƣớc các bề mặt khơng gia cơng (đây lại là phần làm việc trực tiếp với nƣớc và ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất của turbine), cĩ nhiều phế phẩm, tốn nhiều kim loại, năng lƣợng. Hơn nữa, khi đúc rất khĩ kiểm sốt hình dạng các mặt cắt cánh, chất lƣợng bề mặt cánh. Khi đúc xong thƣờng phải mài sửa bằng phƣơng pháp thủ cơng, năng suất thấp, độ chính xác kém.
Các sai số gồm rất nhiều yếu tố cấu thành này rất khĩ kiểm sốt nhƣ: sự biến dạng của mẫu theo thời tiết (nhiệt độ & độ ẩm), sự biến dạng của khuơn khi sấy khơ, tay nghề cơng nhân làm khuơn.
Hình 2.3 Sản phẩm được mài bớt để bù lượng mất cân bằng
Nếu BTC turbine mất cân bằng, phần nặng do tác dụng của trọng lực sẽ bị kéo xuống phía dƣới. Để bù lại lƣợng mất cân bằng này, dùng một khơi lƣợng phụ đắp lên phía đối diện của BCT hay hớt bớt khối lƣợng (xem Hình 2.3). Nhƣ vậy, khâu kiểm tra cũng nhƣ tinh chỉnh hết sức phức tạp.
Phƣơng pháp đúc gang chỉ thực sự phù hợp với sản xuất loạt lớn, yêu cầu cơng nghệ phức tạp.
Cịn đối với phƣơng pháp đúc bằng composite cĩ ƣu điểm cơ tính cao, khơng bị gỉ, xâm hại bởi thời tiết nhƣng giá thành vật liệu hiện rất đắt. Theo giá thị trƣờng 4/2013 giá composite dao động từ 180 – 190 ngàn/kg.
Nhƣ vậy, cơng nghệ đúc composite lẫn đúc gang đều khơng khả thi. Vì lẽ đĩ, phải chuyển sang phƣơng án: sản xuất bằng turbine vật liệu thép khơng gỉ. Giá thép khơng gỉ hiện rơi vào khoảng 35 – 40 ngàn/kg.
