Tua Bin Thủy Điện Cột Nước Thấp: Báo cáo Nghiên cứu, Thiết kế, Chế tạo Thử nghiệm

bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n

viÖn khoa häc thñy lîi

b¸o c¸o tæng kÕt chuyªn ®Ò

nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o thö nghiÖm tua bin

thñy ®iÖn cét n−íc thÊp

thuéc ®Ò tµi kc 07.04:

“nghiªn cøu, lùa chän c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®Ó khai th¸c vµ sö dông c¸c lo¹i n¨ng l−îng t¸i t¹o trong chÕ biÕn n«ng, l©m, thñy s¶n, sinh ho¹t n«ng th«n vµ b¶o vÖ m«i tr−êng”

Chñ nhiÖm chuyªn ®Ò: ThS nguyÔn vò viÖt

5817-2

16/5/2006

hµ néi – 5/2006

Môc lôc Më ®Çu Trang 1

Ch−¬ng I. Tæng quan vÒ thuû ®iÖn nhá cét n−íc thÊp.

2 2

1.1 Ph¹m vi lµm viÖc cña tuabin h−íng trôc: 1.2. Nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt tua bin h−íng trôc thñy ®iÖn nhá cña c¸c 3 n−íc.

1.2.1. Tuabin h−íng trôc thñy ®iÖn nhá cña Trung Quèc: 1.2.2. Tuabin h−íng trôc thñy ®iÖn nhá cña TiÖp kh¾c (cò). 1.2.3. Tuabin h−íng trôc cña Liªn X« (cò). 1.2.4. TBHT cña h·ng Kushiro (NhËt) [34]. 1.2.5. TBHT cña h·ng Toshiba (NhËt) [34]. 1.2.6. Gam TBHT cña h·ng Turboatom (Nga). 1.2.7. Gam tuabin h−íng trôc cña h·ng Sulzer (Thôy SÜ ) 1.2.8. Mét sè lo¹i kÕt cÊu ®Æc biÖt kh¸c:

1.3. Nghiªn cøu vµ s¶n suÊt tuabin h−íng trôc ë ViÖt Nam: 1.4 Tæng kÕt vÒ c¸c nghiªn cøu TBHT. 1.5 ¦u ®iÓm cña tæ m¸y tua bin h−íng trôc kiÓu dßng ch¶y th¼ng trôc 3 3 4 5 6 8 9 11 14 16 17

ngang.

1.6 NhiÖm vô nghiªn cøu khoa häc cña ®Ò tµi nh¸nh.

Ch−¬ng II. NC lý thuyÕt thiÕt kÕ tbht cét n−íc thÊp.

2.1. Chän ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ tua bin m« h×nh.

2.1.1. Tæng quan vÒ ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ tua bin h−íng trôc. 2.1.2. ThiÕt kÕ tua bin h−íng trôc theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

2.2. C¬ së lý thuyÕt cña ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y. 2.3. X¸c ®Þnh täa ®é ®−êng nh©n profile vµ x©y dùng profile cã ®é 17 19 19 19 23 25 31

dµy:

2.4. X¸c ®Þnh ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh: 2.5. §¸nh gi¸ tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña tua bin:

32 37 42 2.6. TÝnh to¸n b¸nh c«ng t¸c trªn m¸y vi tÝnh:

42 2.6.1 Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ profile c¸nh:

43 2.6.2. TÝnh to¸n profile c¸nh theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

46 2.6.3. X©u c¸nh (xÕp c¸c profile) theo ph−¬ng chiÕu ®øng vµ ph−¬ng

chiÕu b»ng.

46 2.6.4. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile

c¸nh.

2.6.5 Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña b¸nh c«ng t¸c:

2.7. KÕt luËn 49

Ch−¬ng III. ThiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ thö nghiÖm tua bin m« 52

h×nh.

3.1.Chän kÕt cÊu tæ m¸y. 52

3.1.1. Tua bin d¹ng capxun: 52

3.1.2 Tua bin dßng nöa th¼ng: 52

3.1.3. PhÇn dÉn dßng cña tua bin thÝ nghiÖm: 53

3.2. ThiÕt kÕ BXCT tuabin m« h×nh. 53

3.2.1. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña l−íi c¸nh vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc 53 cña dßng ch¶y qua BCT tua bin (cho mÉu c¸nh 4K84)

3.2.2. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña l−íi c¸nh vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc 57

cña dßng ch¶y qua BCT(cho mÉu c¸nh ΠΛΓ9a1).

3.2.3. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ profile c¸nh: 58

3.2.4.TÝnh to¸n hiÖu suÊt c¸c mÉu c¸nh. 60

62 3.3. Thö nghiÖm tua bin m« h×nh.

62 3.3.1. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin vµ c¸c th«ng sè cÇn

ph¶i ®o ®¹c.

63 3.3.2.Gi¸ thö nghiÖm tua bin.

63 3.3.2.1 M« t¶ chung hÖ thèng.

65 3.3.2.2. C¸c th«ng sè chÝnh cña c¸c bé phËn trong hÖ thèng.

68 3.3.3. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña tua bin m« h×nh cét n−íc thÊp vµ hÖ

thèng thÝ nghiÖm.

68 3.3.3.1 Chän ®−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c tua bin mÉu.

68 3.3.3.2 Chän c¸c th«ng sè chÝnh cña hÖ thèng thÝ nghiÖm.

69 3.3.4. Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm Tua bin.

69 3.3.4.1. C¸c sè liÖu thùc nghiÖm.

70 3.3.4.2. Qu¸ tr×nh ®o.

3.3.4.3. Xö lý d÷ liÖu thÝ nghiÖm. 70

3.3.4.4 Xö lý bé d÷ liÖu. 71

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

PhÇn më ®Çu

ViÖc sö dông c¸c nguån n¨ng l−îng míi vµ t¸i t¹o ®· vµ ®ang ®−îc nghiªn cøu

vµ triÓn khai ë ViÖt nam. N¨ng l−îng thuû ®iÖn cã nh÷ng −u ®iÓm næi bËt nh− hiÖu

suÊt cao, gi¸ thµnh thÊp vµ ®¶m b¶o vÖ sinh m«i tr−êng.

Tua bin thuû ®iÖn lµ bé phËn quan träng cña tr¹m thuû ®iÖn, kiÓu lo¹i tua bin

phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn thuû n¨ng nh− cét n−íc, l−u l−îng. C¸c vÞ trÝ cã ®iÒu kiÖn

thuû n¨ng thuËn lîi víi cét n−íc ®Þa h×nh cao cho c¸c tr¹m thuû ®iÖn nhá ®· ®−îc

khai th¸c nhiÒu. Cßn l¹i phæ biÕn lµ c¸c ®iÓm cã cét n−íc thÊp, l−u l−îng lín. MÆt

kh¸c x©y dùng c¸c tr¹m thuû ®iÖn cùc nhá cét n−íc thÊp lµ rÊt cÇn thiÕt phôc vô cho

nhu cÇu sinh ho¹t vµ s¶n xuÊt cña ®ång bµo vïng nói cao, xa l−íi ®iÖn quèc gia.

Tõ nh÷ng n¨m 1980 trë l¹i ®©y ®· cã nhiÒu c¬ së s¶n xuÊt vµ nghiªn cøu tham

gia vµo viÖc thiÕt kÕ chÕ t¹o thiÕt bÞ thuû ®iÖn nhá. Song kÕt cÊu vµ c¸c mÉu c¸nh

tua bin cét n−íc thÊp míi chØ ®−îc nghiªn cøu rÊt s¬ bé, chñ yÕu lµ viÖc sao chÐp tõ

c¸c b¶n vÏ n−íc ngoµi, nªn viÖc øng dông tua bin cét n−íc thÊp cßn rÊt h¹n chÕ.

XuÊt ph¸t tõ nhu cÇu thùc tÕ ®ã phÇn ®Ò tµi nh¸nh cña ®Ò tµi KC07 - 04 ®Ò cËp

®Õn c¸c néi dung sau:

- Nghiªn cøu tæng quan vÒ øng dông tua bin cét n−íc thÊp. PhÇn nµy ®Ò cËp

mét c¸ch kh¸i qu¸t ®Õn nhu cÇu khai th¸c n¨ng l−îng cét n−íc thÊp ë n−íc ta,

tãm t¾t qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ øng dông c¸c tæ m¸y cét n−íc thÊp cña c¸c

n−íc trªn thÕ giíi vµ ë ViÖt Nam.

- TÝnh to¸n thiÕt kÕ tua bin h−íng trôc. Trong phÇn nµy chóng t«i tr×nh bµy c¬

së lý thuyÕt cña ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ tua bin h−íng trôc, ®¸nh gi¸ tæn thÊt vµ

hiÖu suÊt cña tua bin. Còng nh− tæng kÕt viÖc ¸p dông c«ng cô m¸y tÝnh vµ

khai th¸c c¸c ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ®· ®−îc thiÕt lËp.

- ThiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ thö nghiÖm tæ m¸y thuû ®iÖn nhá cét n−íc thÊp. Víi

môc ®Ých thiÕt lËp mét qui tr×nh thiÕt kÕ chÕ t¹o tæ m¸y thuû ®iÖn cét n−íc thÊp

vµ ®¸p øng nhu cÇu cô thÓ vÒ tæ m¸y thuû ®iÖn cùc nhá, sau khi ph©n tÝch vµ

lùa chän kÕt cÊu chóng t«i thiÕt kÕ c¸nh b¸nh xe c«ng t¸c cã øng dông ph−¬ng

ph¸p tÝnh to¸n víi trî gióp cña m¸y tÝnh. C¸c kÕt qu¶ cña viÖc chÕ t¹o vµ thö

nghiÖm tæ m¸y cho phÐp kiÓm tra ®¸nh gi¸ qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ tæ m¸y

vµ kiÓm tra kh¶ n¨ng øng dông thùc tÕ cña tæ m¸y thuû ®iÖn nhá.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng I. Tæng quan vÒ thuû ®iÖn nhá cét n−íc thÊp.

1.1. Ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin h−íng trôc:

§Ó x¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña tuabin h−íng trôc, tr−íc hÕt cÇn ph¶i ph©n

lo¹i tua bin. Cã hai ph−¬ng ph¸p chÝnh ®Ó ph©n lo¹i tuabin hiÖn nay lµ:

- Ph©n lo¹i theo cét n−íc.

- Ph©n lo¹i theo hÖ sè tØ tèc Ns. Ph©n lo¹i tuabin theo cét n−íc chØ ®−îc ¸p dông cho c¸c tæ m¸y lín. ë c¸c

tr¹m thñy ®iÖn nhá viÖc ph©n lo¹i tuabin theo Ns lµ hîp lÝ v× víi cïng mét cét n−íc sÏ cã sù trïng lÆp c¸c vïng lµm viÖc cña c¸c tuabin kh¸c nhau vµ c¸ch ph©n lo¹i nµy

thÓ hiÖn ®Æc tÝnh x©m thùc, kh¶ n¨ng tho¸t, kh¶ n¨ng quay nhanh cña tuabin.

HÖ sè tØ tèc cña tua bin h−íng trôc.

§Ó lùa chän tua bin thñy lùc cÇn dùa vµo c¸c th«ng sè c«ng suÊt (N), cét n−íc

(H), sè vßng quay (n). Ng−êi ta dïng Ns lµm ®¹i l−îng ®Æc tr−ng tæng hîp cho 3 th«ng sè kÓ trªn.

HÖ sè tû tèc Ns ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sè vßng quay cña mét tuabin mÉu cã ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 = 1m, lµm viÖc víi cét n−íc lµ H=1m vµ ph¸t ra c«ng suÊt mét m· lùc.

N S =

HHD

Nn 4 1.

(1.1)

n 65,3

. Q η

TÝnh theo c¸c th«ng sè quy dÉn:

(1.2)

B¶ng 1. Ph©n lo¹i tuabin theo tû tèc NS

STT Lo¹i tuabin Tû tèc thÊp Tû tèc trung b×nh Tû tèc cao

1 Tuabin h−íng trôc 270 - 500 500 - 750 750 - 1000

2 Tuabin t©m trôc 60 - 150 150 - 220 220 - 350

3 Tuabin XK2 lÇn 42 - 80 80 - 120 120 - 170

4 Tuabin g¸o 19 35 60

5 Tuabin tia nghiªng 20 40 70

Nh− vËy tuabin h−íng trôc cã tû tèc NS n»m trong kho¶ng tõ 270 - 1000v/ph,

tuabin h−íng trôc cét n−íc thÊp cã tû tèc NS = 750 - 1000v/ph.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

1.2. Nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt tua bin h−íng trôc thñy ®iÖn nhá cña c¸c n−íc.

1.2.1. Tua bin h−íng trôc thñy ®iÖn nhá cña Trung Quèc:

Gam tua bin thuû ®iÖn nhá cña Tung Quèc bao gåm 5 lo¹i tuabin: ZZ760,

ZZ600, ZZ560, ZZ500, ZZ450 cã tû tèc t−¬ng øng: 760, 600, 560, 500, 450. C¸c

chØ tiªu kü thuËt ®−îc tr×nh bµy trªn b¶ng sau:

B¶ng .2. C¸c th«ng sè c¬ b¶n trong gam tua bin h−íng trôc cña Trung Quèc

Sè l¸ Tû sè ChiÒu §−êng KiÓu Ph¹m ChÕ ®é tèi −u

c¸nh bÇu cao kÝnh BCT vi cét L−u HiÖu suÊt Vßng

c¸nh BCT n−íc l−îng quay

h−íng m« quy quy

n−íc h×nh dÉn dÉn

do/D1 bo/D1 (m) (%) (v/ph) (m3/s) Z1

ZD760 250 0,45 0,35 4 3 - 8 ZZ600 195 4 142 1,03 85,5

6 - 15 ZZ560 460 0,40 0,33/0,38 4 140 1,06 89,0

15-22 ZZ560 460 0,40 0,35/0,40 4 140 1,08 88,3

18-30 ZZ500 460 0,40 0,40/0,44 5 128 0,98 89,5

25-40 ZZ450 350 0,375 0,45/0,50 6 120 0,92 90,5

KÕt cÊu cña c¸c lo¹i tua bin ë b¶ng trªn cã kÕt cÊu cæ ®iÓn lµ buång xo¾n bª

t«ng hoÆc buång xo¾n kim lo¹i, trôc ®øng, èng hót th¼ng hoÆc cong.

Tua bin h−íng trôc ®−îc bæ xung thªm mét sè mÉu c¸nh cét n−íc thÊp. C¸c

th«ng sè c¬ b¶n cña tua bin h−íng trôc kiÓu èng ®−îc nghiªn cøu ë Trung Quèc nh−

b¶ng 3.

B¶ng 3

'(v/ph)

'(l/s)

H(m) b/D1 Z1 db/D1 n1 Q1

< 7 0,4 3 0,35 172 - 175 1600 - 2800

< 12 0,35 4 0,40 150 - 155 1300 - 2400

< 18 0,32 5 0,43 135 - 142 1250 - 2000

1.2.2. Tua bin h−íng trôc thñy ®iÖn nhá cña TiÖp kh¾c (cò).

Tua bin h−íng trôc thñy ®iÖn nhá cña TiÖp Kh¾c chØ gåm 4 mÉu c¸nh trong ®ã

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

cã hai mÉu c¸nh dïng cho c¸c lo¹i tuabin cã kÕt cÊu trôc ®øng vµ trôc ngang cæ ®iÓn

lµ 4K84 vµ 4K69, cã hai mÉu c¸nh dïng cho tuabin h−íng trôc cã phÇn dÉn dßng

h×nh ch÷ S lµ 4PK - 10 vµ 4PK - 26.

1.2.3. Tua bin h−íng trôc cña Liªn X« (cò).

Tua bin h−íng trôc cña Liªn X« n¨m 1962 cho T§N, cã 3 lo¹i BCT, sö dông

trong ph¹m vi cét n−íc H < 30m. Cã sè hiÖu ΠΛ70, ΠΛ510, ΠΛ587. Sau ®ã b¸nh

c«ng t¸c ΠΛ510 ®−îc thay thÕ bëi b¸nh c«ng t¸c ΠΛ20/661, c¸c chØ tiªu kü thuËt

nh− ë b¶ng 4.

B¶ng 4

Lo¹i b¸nh c«ng t¸c C¸c chØ tiªu kü thuËt ΠΛ70 ΠΛ510 ΠΛ587

810 670 600

2150 1850 1700 HÖ sè tû tèc NS ’Max (l/s) QI

0,415 0,4 0,4 bO/D1

0,35 0,4 0,45 db/D1

2 - 7 Ph¹m vi cét n−íc (m) 4 - 16 16 - 30

Ph¹m vi c«ng suÊt 10 - 3000 10 - 5000 5000

(KW)

Vµo nh÷ng n¨m thËp kû 70 - thÕ kû XX Liªn X« (cò) ®· x©y dùng gam tua bin

h−íng trôc trôc ngang chñ yÕu dïng kÕt cÊu capxun bao gåm c¸c mÉu c¸nh

ΠΛΓ - gaI, ΠΛΓ - 11a, ΠΛΓ - 16, ΠΛΓ - 16 - 1 cã c¸c th«ng sè cña chÕ ®é tèi −u

nh− ë b¶ng 5:

B¶ng 5.

BXCT η (%) N’1 (v/ph) Q’1 (l/s) σkp

173 1680 88,5 1,3 ΠΛΓ - gaI

175 1550 86,5 1,5 ΠΛΓ - 11a

158 1760 87,5 1,17 ΠΛΓ - 16

157 1730 87,5 1,23 ΠΛΓ - 16 - 1

§Ó tr×nh bµy râ h¬n nh÷ng thay ®æi trong kÕt cÊu gam TBHT, trong phÇn nµy

giíi thiÖu mét sè h·ng tiªu biÓu vÒ T§N sau:

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

1.2.4. TBHT cña h∙ng Kushiro (NhËt) [34].

H×nh 1. Tua bin h−íng trôc hoµn thiÖn cña h·ng Kushiro.

H·ng Kushiro ®−a ra mét mÉu kÕt cÊu chung cho tua bin èng dïng cho c¸c

tr¹m thuû ®iÖn mini vµ micro. S¶n phÈm cña h·ng dïng c«ng nghÖ cao: dïng bé

b¸nh r¨ng hµnh tinh ®Ó dïng m¸y ph¸t cã vßng quay cao. Toµn bé tua bin, hép b¸nh

r¨ng hµnh tinh vµ m¸y ph¸t ®−îc ®Æt trong n−íc vµ ®−îc thÓ hiÖn ë h×nh 2.

H×nh 2. CÊu t¹o c¬ b¶n cña tua bin Kushiro.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 3. BiÓu ®å lùa chän s¶n phÈm tua bin cña h·ng Kushiro.

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 1 ÷ 35 m

L−u l−îng Q 0,3 ÷ 15 m3/s

C«ng suÊt P 10 ÷ 1000 kW

TB nµy còng sö dông 2 lo¹i BCT cã ph¹m vi nh− trªn, toµn bé tæ m¸y ®Æt trong

èng kÝn, nèi trùc tiÕp vµo èng ¸p lùc vµ èng x¶.

1.2.5. TBHT cña h∙ng Toshiba (NhËt) [34].

H×nh 4. Tua bin h−íng trôc hoµn thiÖn cña h·ng Toshiba.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 5. CÊu t¹o c¬ b¶n cña tua bin Toshiba.

H·ng Toshiba ®−a ra mÉu tua bin c¸p xun cã phÇn tua bin n»m trong n−íc

nh−ng m¸y ph¸t l¹i n»m ngoµi vµ dïng ®ai truyÒn ®éng. Lo¹i m¸y nµy cã thÓ l¾p rÊt

linh ho¹t, trªn bÊt kú mét ®−êng ång dÉn n−íc nµo cã thÕ n¨ng. BiÓu ®å lùa chän

s¶n phÈm tua bin cña h·ng thÓ hiÖn trªn h×nh 6

H×nh 6. BiÓu ®å lùa chän s¶n phÈm tua bin cña h·ng Toshiba.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 1 ÷ 50 m

L−u l−îng Q 0,1 ÷ 4 m3/s

C«ng suÊt P 5 ÷ 200 kW

Tuabin nµy còng sö dông 3 mÉu víi cïng ph¹m vi cét n−íc nh−ng cã ph¹m vi

l−u l−îng vµ c«ng suÊt kh¸c nhau.

1.2.6. Gam TBHT cña h∙ng Turboatom (Nga).

H×nh 7. CÊu t¹o c¬ b¶n cña tua bin Turboatom.

H·ng Turboatom ®−a ra mÉu tæ m¸y h×nh ch÷ S cã thÓ di chuyÓn c¬ ®éng

®−îc. KÕt cÊu tæ m¸y rÊt gän nhÑ, dïng m¸y ph¸t kh«ng ®ång bé 3 pha vµ ®iÒu tèc

η = η η

t¶i gi¶. §Æc tÝnh cña tæ m¸y ®−îc thÓ hiÖn ë h×nh 8.

H×nh 8. §Æc tÝnh cña tuabin Turboatom.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 2 ÷ 5m

L−u l−îng Q 0,1 ÷ 4m3/s

C«ng suÊt P 1,5 ÷ 5,5 kW

1.2.7. Gam tuabin h−íng trôc cña h∙ng Sulzer (Thôy SÜ )

1. TBHT trôc ®øng, buång kÝn benton:

So víi c¸c lo¹i TBHT buång xo¾n benton kiÓu cò, lo¹i TB nµy cã kÝch th−íc

gän nhÑ vµ buång TB ®¬n gi¶n h¬n, cho phÐp gi¶m gi¸ thµnh cña thiÕt bÞ, x©y dùng,

l¾p ®Æt vµ b¶o d−ìng. Buång xo¾n ®−îc thay thÕ b»ng lo¹i buång cã ¸p, chiÒu cao

kh«ng ®æi, tuabin nèi víi m¸y ph¸t qua bé truyÒn ®éng.

H×nh 9. TBHT buång benton cña h·ng Sulzer

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 10. Ph¹m vi lµm viÖc TBHT h·ng Sulzer

2. Tua bin èng trôc ®øng vµ xiªn:

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 2 ÷ 3 m

L−u l−îng Q 2 ÷ 100 m3/s

C«ng suÊt P 0,1 ÷ 10 MW

Víi ph−¬ng thøc truyÒn ®éng trùc tiÕp hoÆc th«ng qua bé truyÒn ®éng b¸nh

r¨ng.

3. Tua bin dßng th¼ng sö dông bé truyÒn ®ai hoÆc b¸nh r¨ng vu«ng gãc.

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 2 ÷ 12m

L−u l−îng Q 2,5 ÷ 45m3/s

C«ng suÊt P 0,1 ÷ 2,6MW

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 11. Bè trÝ c«ng tr×nh TBHT do h·ng Sulzer chÕ t¹o.

Bé truyÒn ®ai ®−îc sö dông trong ph¹m vi c«ng suÊt P < 600KW.

1.2.8. Mét sè lo¹i kÕt cÊu ®Æc biÖt kh¸c:

1. Tua bin èng cña h·ng Neyrpic(Ph¸p)

§Ó h¹ thÊp cao tr×nh l¾p m¸y, n©ng cao hiÖu suÊt tæ m¸y vµ gi¶m kÝch th−íc

Neyrpic ®· ®−a ra kÕt cÊu TB èng nh− h×nh 11.

H×nh 12. H×nh d¸ng hoµn thiÖn cña TB Neyrpic.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 13. Ph¹m vi lµm viÖc cña TB Neyrpic

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 5 ÷ 20m

L−u l−îng Q 3 ÷ 33m3/s

C«ng suÊt P 0,2 ÷ 3MW

§Æc biÖt lµ TB cña Neyrpic ®−a ra 5 kÝch th−íc bÇu BCT tiªu chuÈn, mçi bÇu

t−¬ng øng víi 2 BCT kh¸c nhau nh− ë b¶ng 6.

B¶ng 6. KÝch th−íc bÇu vµ ®−êng kÝnh BCT trong TB èng cña Neyrpic

750,850 950,1060 1180,1320 1500,1700 1900,2120 D1(mm)

D.db(mm) 320 405 500 640 810

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

2. Tua bin h−íng trôc kiÓu c¸p xun buång hë vµ buång xi ph«ng.

§Ó sö dông cho c¸c TTD cét n−íc thÊp, h·ng ESAC (ph¸p) ®−a ra ba kiÓu kÕt

cÊu: TBHT kiÓu bãng ®Ìn, buång hë.

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 1,5 ÷ 8m

L−u l−îng Q 3 ÷ 9m3/s

C«ng suÊt P 37 ÷ 1272MW

H×nh 14. Bè trÝ tæng thÓ cña tuabin kiÓu bãng ®Ìn buång hë.

• TBHT kiÓu bãng ®Ìn buång kÝn, ph¹m vi lµm viÖc víi cét n−íc lín h¬n.

Ph¹m vi lµm viÖc:

Cét n−íc H 8 ÷ 15m

L−u l−îng Q 4,5 ÷ 13,5m3/s

C«ng suÊt P 0,4 ÷ 1,6MW

CÊu tróc gièng nh− TB bãng ®Ìn cña h·ng Fuji Electric

• TBHT buång kÝn kiÓu Xiph«ng.

§Ó sö dông cho c¸c c«ng tr×nh ®Ëp cã sµn, nhiÒu h·ng ®· ®−a ra cÊu tróc

TBHT buång Xiph«ng, TB nµy cã thÓ l¾p ®Æt mµ kh«ng cÇn ph¸ vì cÊu tróc cña

c«ng tr×nh thñy c«ng cã s½n, cÊu t¹o cña phÇn tr¹m rÊt ®¬n gi¶n.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 15. TBHT buång xiph«ng

1.3. Nghiªn cøu vµ s¶n suÊt tuabin h−íng trôc ë ViÖt Nam:

TBHT ®−îc chÕ t¹o tõ nh÷ng n¨m 60. Lóc ®Çu chØ lµ nh÷ng tua bin hÕt søc

®¬n gi¶n, nh− tua bin gç, tua bin víi c¸nh b»ng thÐp tÊm cã bÒ dÇy kh«ng ®æi, hµn

víi bÇu c¸nh.

Vµo ®Çu nh÷ng n¨m 80, do nhu cÇu ph¸t triÓn T§N, phôc vô cho ph¸t triÓn

kinh tÕ - x· héi khu vùc miÒn nói, ®· thóc ®Èy nhanh chãng ph¸t triÓn T§N.

Bé ®å ¸n thiÕt kÕ thñy ®iÖn KÎ Gç cã c«ng suÊt 1000KW lµ b¶n thiÕt kÕ hoµn

chØnh ®Çu tiªn do ViÖn ThiÕt KÕ Thñy Lîi - Thñy §iÖn thùc hiÖn. Sau ®ã hµng lo¹t

c¬ quan ®· thiÕt kÕ, chÕ t¹o hµng tr¨m tæ m¸y cã c«ng suÊt 5-1000 KW. TT§ Phó

Ninh lµ c«ng tr×nh cì lín ®Çu tiªn ®−îc l¾p ®Æt tuabin vµ ®iÒu tèc s¶n suÊt trong

n−íc. Tr−êng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi còng nghiªn cøu vµ ®−a ra BCT míi nh−

mÉu BCT cña TBHT cã Ns ≈ 600 vµo n¨m 1982,…

C¸c TBHT s¶n suÊt trong n−íc, s¬ bé ®−îc thèng kª nh− sau:

B¶ng 7. Mét sè TBHT s¶n suÊt trong n−íc.

N Cét ¸p D1 TT Tªn thiÕt bÞ C¬ quan s¶n suÊt (kW) (m)

(cm)

1 4K - 69 Nhµ m¸y c«ng cô I 132 1000 8 - 13,6

“ 1000 14 - 18 2 ΠΛ30/587

CCQ - DK - 25 3 “ 16 - 20 8 - 18 25

BT - 40 4 NhiÒu c¬ quan 10 - 30 2 - 4 40

CC70 - 120 5 ViÖn nghiªn cøu m¸y 120 150 4

6 70 4,5 75 4K84 - DH - 75 ViÖn KH thñy lîi

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

80 7 CCQ661 - K - N - 80 “ 135 9,5

60 8 COQ587 - ON - 60 “ 80 9 - 12

4K84 - H - 30,40,60 NhiÒu c¬ quan 30 - 10 - 40 2 - 4 9 60

§H B¸ch Khoa vµ 20 - 2 - 10 1 - 40 Tuèc bin èng 10 40 nhiÒu c¬ quan D1 = 20 - 40

95 TBHT buång hë §¹i häc B¸ch Khoa 200 6 - 8 11 trôc ngang

C¸c thiÕt bÞ TBHT s¶n suÊt trong c¸c kiÓu kÕt cÊu nh− sau:

• TBHT, buång hë, trôc ®øng, ®−êng kÝnh BCT D1 = 12; 15; 20; 25; 30; 40; 60; 80cm, víi c«ng suÊt tõ 200W-90 kW, ViÖn Nghiªn cøu m¸y chÕ t¹o tæ

m¸y cã D1 = 120cm, c«ng suÊt 150KW víi cét n−íc H = 4,5m.

• TBHT, buång hë, trôc ngang: mét sè tr¹m thñy ®iÖn ®· sö dông kÕt cÊu

nµy, tr¹m cã c«ng suÊt lín nhÊt t¹i Qu¶ng Ninh do Tr−êng §¹i Häc B¸ch Khoa

nghiªn cøu, chÕ t¹o víi D1 = 95cm, cét n−íc H = 6 - 8m vµ c«ng suÊt P max = 200 kW.

• Tæ m¸y TBHT buång xo¾n + kim lo¹i trôc ®øng do nhiÒu c¬ quan chÕ t¹o:

Tæ m¸y cã khèi l−îng lín theo mÉu GANZ cña Hungari, cã c«ng suÊt P = 12 -

20KW, cét n−íc H = 10 - 20m. Tæ m¸y lín nhÊt t¹i TT§ Phó Ninh víi D1 = 132cm, c«ng suÊt tíi 1000kW.

• Tæ m¸y TB èng do nhiÒu c¬ quan chÕ t¹o nh−:§¹i Häc B¸ch Khoa, ViÖn

Khoa häc Thñy Lîi, ViÖn Nghiªn cøu m¸y, C«ng ty TB ®iÖn §«ng Anh. Quy

m« lín nhÊt ®¹t tíi 100 kW víi D1 = 80cm.

• C¸c tæ m¸y sö dông BCT ®−îc nhËp tõ rÊt nhiÒu nguån bao gåm: Πp70,

ΠΛ20/661, ΠΛ30/587, ΠΛ10 tõ Liªn X«. 4K - 84, 4K - 69 tõ TiÖp kh¾c, mÉu

CCQ - 25 sao tõ tæ m¸y cña Hungari.

VÒ tû tèc, c¸c BCT nµy cã thÓ ph©n lµm ba nhãm:

- Nhãm tû tèc cao: 4K - 84, Πp70, ΠΛ10.

- Nhãm tû tèc trung b×nh: ΠΛ20/661, 4K - 69.

- Nhãm tû tèc thÊp: ΠΛ30/587.

• C¸c cÊp BCT rÊt ®a d¹ng: D1 = 12, 13, 15, 18, 20, 25, 30, 60, 75, 80, 95,

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

100, 120, 132cm.

1.4. Tæng kÕt vÒ c¸c nghiªn cøu TBHT.

• Trong T§N, TBHT giíi h¹n trong ph¹m vi cét n−íc H< 20m. Trong ph¹m

vi nµy, tïy theo ®Æc ®iÓm cña tæ m¸y ®Ó x¸c ®Þnh tû sè Ns cña BCT kh¸c nhau: Víi c¸c lo¹i TB cã kÕt cÊu truyÒn thèng nh− TB buång hë buång xo¾n trôc ®øng.. cã thÓ

dïng BCT víi 2 cÊp:

- Vïng cét n−íc H ≤ 8m : Ns = 750 - 800

- Vïng cét n−íc H = 8 - 20m : Ns = 550 - 600

Mét sè kÕt cÊu míi cho phÐp h¹ thÊp cao tr×nh ®Æt m¸y nh−: TB kiÓu capxun,

TB èng cña h·ng Neyrpic (h×nh 10)…cã thÓ sö dông BCT cã Ns= 800 - 900.

Nh− vËy, trong ®iÒu kiÖn cô thÓ cña n−íc ta hiÖn nay, cã thÓ lùa chän hai lo¹i

BCT ®Ó hoµn thiÖn, trë thµnh 2 lo¹i BCT cña gam TBHT lµ BCT kiÓu 4K - 84 vµ

ΠΛ20/661. §Ó më réng cho ph¹m vi lµm viÖc cña tuabin, cã thÓ xem xÐt hai vïng

phô: - Vïng cã tû tèc thÊp: BCT ΠΛ30/587

- Vïng cã tû tèc cao: Vïng nµy ch−a cã BCT nµo

• Tæng kÕt rÊt nhiÒu xu h−íng nghiªn cøu vµ s¶n suÊt cho thÊy trong TBHT

cã mét sè d¹ng kÕt cÊu nh− ë b¶ng sau:

B¶ng 8.

Ph¹m vi Ph¹m vi

c«ng suÊt §Æc ®iÓm TT Lo¹i kÕt cÊu cét n−íc

(KW) (m)

KÕt cÊu buång hë trôc C«ng tr×nh tr¹m lín, trôc dµi dÔ 2 - 6 300 1 ®øng chÕ t¹o

KÕt cÊu buång hë trôc HiÖn nay Ýt sö dông 2 ngang

Buång xo¾n benton, §ang ®−îc sö dông, mét sè 3 6 - 20 5000 trôc ®øng n−íc ®· c¶i tiÕn

RÊt hay ®−îc sö dông 4 Buång kiÓu ch÷ S 3 - 18 5000

5 Tuabin èng trôc ®øng 5 - 18 2000

TB dßng th¼ng sö dông C¸c n−íc c«ng nghiÖp tiªn tiÕn 6 bé truyÒn

7 TB kiÓu bãng ®Ìn C¸c n−íc c«ng nghiÖp tiªn tiÕn

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

KÕt cÊu phÇn dÉn dßng cña tuabin thñy ®iÖn nhá rÊt phong phó, kh¸c víi c¸c

lo¹i tua bin h−íng trôc trôc ®øng kiÓu cò cã kh¶ n¨ng tho¸t kh«ng cao vµ cã kÕt cÊu

x©y dùng rÊt nÆng nÒ, tèn kÐm, mét sè tuabin h−íng trôc cã kÕt cÊu míi hiÖn nay,

cho phÐp t¨ng kh¶ n¨ng tho¸t vµ gi¶m ®¸ng kÓ gi¸ thµnh x©y dùng.

Do vËy trong ®Ò tµi chóng t«i tËp trung nghiªn cøu c¸c lo¹i tua bin trôc ngang

kiÓu míi: Nghiªn cøu tua-bin phÇn dÉn dßng TBHT kiÓu èng vµ tua bin c¸p xun.

1.5. ¦u ®iÓm cña tæ m¸y tua bin h−íng trôc kiÓu dßng ch¶y th¼ng trôc ngang.

Tua bin thuû lùc h−íng trôc kiÓu dßng ch¶y th¼ng trôc ngang do nã cã nhiÒu

−u ®iÓm:

- Cã kh¶ n¨ng qua n−íc lín, cã tû tèc cao, vïng hiÖu suÊt cao réng.

- So víi tæ m¸y h−íng trôc trôc ®øng truyÒn thèng cã cïng ®−êng kÝnh b¸nh

c«ng t¸c, cïng cét n−íc th× c«ng suÊt cã thÓ cao h¬n tíi 20 – 25%.

- Khi cã cïng c«ng suÊt, cïng cét n−íc th× ®−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c cña lo¹i

tua bin trôc ngang dßng th¼ng cã thÓ gi¶m nhá ®Õn 7 – 8%.

- Tua bin h−íng trôc dßng th¼ng kh«ng cÇn dïng ®Õn buång xo¾n v× thÕ

kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c tæ m¸y nhá, gi¶m ®−îc diÖn tÝch nhµ tr¹m, kh¸c víi kiÓu

tæ m¸y trôc ®øng, chiÒu cao cña cÇu trôc kh«ng cÇn ph¶i cao b»ng tæng chiÒu

cao cña tæ m¸y ph¸t ®iÖn, mµ chØ cÇn b»ng ®−êng kÝnh tua bin. Nh− vËy, so víi

tæ m¸y kiÓu trôc ®øng chiÒu cao nhµ x−ëng gi¶m ®i rÊt nhiÒu.

- Do tua bin kiÓu d¸ng th¼ng cã trôc m¸y n»m ngang, h×nh d¹ng khèi tæ m¸y

®¬n gi¶n, gi¶m ®−îc nhiÒu khèi l−îng ®µo ®Êt ®¸ khi x©y dùng c«ng tr×nh xÐt

vÒ hiÖu Ých kinh tÕ viÖc ®Çu t− cho tr¹m thuû ®Þªn kiÓu nµy so víi tæ m¸y trôc

®øng gi¶m kho¶ng 20%.

1.6. NhiÖm vô nghiªn cøu khoa häc cña ®Ò tµi nh¸nh.

Dùa vµo tæng quan ®· nªu trªn ta thÊy cã rÊt nhiÒu vÊn ®Ò cÇn nghiªn cøu ®Ó

øng dông cã hiÖu qu¶ tua bin h−íng trôc cét n−íc thÊp víi kÕt cÊu trôc ngang víi

c«ng suÊt tõ 5 ®Õn 200kW. C¸c c«ng viÖc chÝnh cÇn ph¶i lµm trong thiÕt kÕ, thö

nghiÖm tua bin thuû lùc lµ:

- Nghiªn cøu c¸c ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ, chän c¸c th«ng sè phï hîp ®Ó n©ng cao

hiÖu suÊt thuû lùc cña c¸nh c«ng t¸c.

- Nghiªn cøu thiÕt kÕ phÇn dÉn dßng cña tua bin.

Trong khu«n khæ cña ®Ò tµi chóng t«i nghiªn cøu chän mÉu phÇn dÉn dßng tua

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

bin trôc ngang vµ tËp trung nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè kÕt cÊu BCT tíi

®Æc tÝnh lµm viÖc cña tua bin h−íng trôc.

Ph−¬ng ph¸p luËn cña ®Ò tµi lµ:

B»ng lý thuyÕt x©y dùng mÉu c¸nh cã dùa trªn mét sè th«ng sè tham kh¶o cña

BCT cña n−íc ngoµi, Nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè kÕt cÊu BCT ®Õn tæn

thÊt thuû lùc. Dïng thùc nghiÖm ®Ó kiÓm chøng c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n lý thuyÕt, tõ

®ã vÏ ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp cña BCT vµ x¸c ®Þnh ®−îc ¶nh h−ëng cña c¸c

th«ng sè kÕt cÊu cña BCT ®Õn ®Æc tÝnh lµm viÖc cuÈ tua bin, cuèi cïng ®−a ra nhËn

xÐt vÇ kÕt luËn cña ®Ò tµi nh¸nh.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng II. Nghiªn cøu lý thuyÕt thiÕt kÕ tbht

cét n−íc thÊp.

2.1. Chän ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ tua bin m« h×nh.

2.1.1. Tæng quan vÒ ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ tua bin h−íng trôc.

Ngµy nay khi hiÖu suÊt chung cña nh÷ng tæ m¸y thuû ®iÖn cì lín v−ît qu¸

90% trong ®ã hiÖu suÊt cña c¸c tua bin thñy lùc ®¹t tíi 93 - 95% t¹i ®iÓm tÝnh to¸n

th× kh«ng thÓ kh«ng kÓ ®Õn nh÷ng ®ãng gãp cña nh÷ng nghiªn cøu tÝnh to¸n vµ thÝ

nghiÖm phÇn dÉn dßng tua bin thuû lùc. Ngay tõ nh÷ng n¨m 60 ng−êi ta thÊy r»ng

cã 4 ph−¬ng h−íng ®Ó lµm tèt h¬n n÷a c¸c chØ sè thñy lùc cña tua bin lµ :

- TÝnh to¸n tíi ®Æc tr−ng kh«ng gian cña dßng ch¶y vµ tæn thÊt kh«ng profile.

- ThiÕt kÕ b¸nh c«ng t¸c trªn dßng thùc ®−îc t¹o lËp bëi c¸nh h−íng dßng

nh−ng víi sù tÝnh tíi ¶nh h−ëng cña b¸nh c«ng t¸c lªn dßng tr−íc nã.

- Tæ chøc hîp lý dßng tr−íc b¸nh c«ng t¸c ®Ó ®¶m b¶o tæn thÊt nhá nhÊt trong

èng hót.

- TÝnh to¸n b¸nh c«ng t¸c trong tæng thÓ cña toµn phÇn dÉn dßng.

Nh− vËy ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt vµ chÊt l−îng x©m thùc cña tua bin ngoµi viÖc

tÝnh tíi ®Æc tÝnh kh«ng gian cña dßng ng−êi ta cÇn chó ý tíi sù t−¬ng t¸c gi÷a c¸c

phÇn tö cña phÇn dÉn dßng. Xu h−íng 2,3 vµ ®Æc biÖt lµ xu h−íng 4 ®Æt viÖc thiÕt kÕ

tÝnh to¸n b¸nh c«ng t¸c trong tæng thÓ toµn phÇn dÉn dßng. V× c¸c ph−¬ng tr×nh m«

t¶ dßng ch¶y trong tua bin cã d¹ng eliptic nªn sù lµm viÖc cña bÊt kú phÇn tö nµo

®Òu chÞu ¶nh h−ëng cña c¸c phÇn tö kh¸c trong phÇn dÉn dßng mét c¸ch trùc tiÕp

hay gi¸n tiÕp nªn ®©y lµ xu h−íng hiÖn ®¹i nhÊt vµ còng chØ ph¸t triÓn trong nh÷ng

n¨m 90 khi nh÷ng ph−¬ng ph¸p gi¶i sè nh− ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n hoÆc

ph−¬ng ph¸p phÇn tö biªn cã nh÷ng thµnh c«ng nhÊt ®Þnh. C¸c ph−¬ng ph¸p nµy ®ßi

hái ph¶i gi¶i lÆp nhiÒu lÇn hÖ ph−¬ng tr×nh cã Èn sè lªn tíi hµng chôc ngµn (nÕu

chia toµn phÇn dÉn dßng ra kho¶ng 3000 phÇn tö) do vËy cÇn cã m¸y tÝnh vµ c¸c

phÇn mÒm m¹nh. Cïng víi ®iÒu ®ã lµ c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm trªn m« h×nh ®Ó gióp

cho viÖc m« t¶ to¸n häc sù t−¬ng t¸c gi÷a c¸c phÇn tö ®−îc chÝnh x¸c. HiÖn nay

viÖc thùc hiÖn xu h−íng nµy chØ cã ®−îc t¹i c¸c trung t©m tÝnh to¸n m¹nh g¾n liÒn

víi phßng thÝ nghiÖm m¸y thuû lùc cã lÞch sö ho¹t ®éng ®ñ dµi ®Ó cã ®−îc mét

chuçi sè liÖu thÝ nghiÖm ®ñ lín. Do vËy d−íi ®©y chØ ®i s©u vÒ ®Æc tÝnh kh«ng gian

cña dßng vµ c¸c bµi to¸n thiÕt kÕ cã liªn quan.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

§Æc tÝnh kh«ng gian cña dßng ch¶y trong phÇn dÉn dßng.

KÕt cÊu dßng trong phÇn dÉn dßng tua bin rÊt phøc t¹p do c¸c nguyªn nh©n

- PhÇn dÉn dßng cã ®é cong thay ®æi däc theo dßng rÊt ®¸ng kÓ dÉn tíi sù

kh«ng ®Òu cña vËn tèc vµ ¸p suÊt ë c¸c tiÕt diÖn kh¸c nhau cña dßng.

- Sè l−îng h÷u h¹n cña c¸nh h−íng dßng vµ c¸nh b¸nh c«ng t¸c g©y ra sù thay

®æi vËn tèc vµ ¸p suÊt theo to¹ ®é vµ thêi gian ë c¸c tiÕt diÖn cña dßng.

- KÕt cÊu cña dßng phøc t¹p do ¶nh h−ëng cña ®é nhít, ®Æc biÖt ë trong c¸c

chÕ ®é kh¸c víi chÕ ®é tÝnh to¸n. Sù ph¸t triÓn cña líp biªn vµ sù t¸ch líp biªn

khái mÆt ch¶y bao dÉn tíi phøc t¹p ho¸ mÆt dßng do ®ã lµm thay ®æi rÊt ®¸ng

kÓ mÆt dßng so víi mÆt dßng ®èi xøng trôc.

§Ó nghiªn cøu dßng kh«ng gian trong phÇn dÉn dßng ng−êi ta th−êng sö dông

hÖ to¹ ®é cong ®Þa ph−¬ng q1, q2, q3. Trôc q1 lµ giao tuyÕn gi÷a mÆt kinh tuyÕn vµ mÆt dßng ®èi xøng trôc vµ h−íng theo dßng ch¶y. Trôc q3 lµ giao tuyÕn gi÷a mÆt ph¼ng vu«ng gãc víi ®−êng t©m trôc tua bin vµ mÆt dßng ®èi xøng trôc. Trªn mÆt

ph¼ng kinh tuyÕn trôc q2 lµ nh÷ng ®−êng vu«ng gãc víi ®−êng dßng cña dßng kinh tuyÕn.

Kh¸i niÖm vÒ c¸c bµi to¸n trong lý thuyÕt m¸y turbo.

C¸c nghiªn cøu tÝnh to¸n lý thuyÕt c¸c qu¸ tr×nh c«ng t¸c cña tua bin thuû lùc

(tÝnh to¸n sù trao ®æi n¨ng l−îng gi÷a dßng vµ b¸nh c«ng t¸c trong phÇn dÉn dßng

víi viÖc tÝnh tíi c¸c tæn thÊt thuû lùc ) liªn quan tíi viÖc sö dông ph−¬ng tr×nh

chuyÓn ®éng, n¨ng l−îng, ®éng l−îng trong dßng tuyÖt ®èi còng nh− t−¬ng ®èi. C¸c

nghiªn cøu tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ phÇn dÉn dßng tua bin dùa trªn viÖc sö dông c¸c s¬

®å thuû lùc víi c¸c gi¶ thiÕt lµm ®¬n gi¶n ho¸ h×nh ¶nh thùc tÕ cña dßng ch¶y ®Ó cã

thÓ m« t¶ b»ng c¸c ph−¬ng tr×nh to¸n häc.

Trong lý thuyÕt tua bin thuû lùc th−êng nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò sau:

- Nghiªn cøu tÝnh to¸n dßng chÊt láng lý t−ëng trong phÇn dÉn dßng ®· cho vµ

thiÕt kÕ c¸nh khi ®· biÕt d¹ng dßng (th−êng gäi lµ bµi to¸n thiÕt kÕ tÝnh to¸n

d·y c¸nh trªn mÆt dßng ®èi xøng trôc). Phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn cô thÓ mµ

ng−êi ta chia ra thµnh bµi to¸n thuËn vµ nghÞch.

+ Trong bµi to¸n thuËn gi¶ thiÕt r»ng ®· biÕt d¹ng cña vËt bÞ ch¶y bao vµ cho

c¸c ®iÒu kiÖn biªn cÇn thiÕt, x¸c ®Þnh ph©n bè vËn tèc, ¸p suÊt trong vïng ®−îc

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

kh¶o s¸t.

+ Trong bµi to¸n nghÞch th× cho biÕt c¸c sè liÖu nµo ®ã vÒ ®Æc tÝnh cña dßng ®ñ

®Ó gi¶i bµi to¸n x¸c ®Þnh ®−îc h×nh d¸ng vËt ch¶y bao. Trong lý thuyÕt tÝnh

to¸n m¸y turbo th× bµi to¸n thuËn ®−îc sö dông ®Ó tÝnh to¸n kiÓm tra ch¶y bao

hÖ c¸nh ®· cã víi môc ®Ých ®¸nh gi¸ c¸c chØ sè cña chóng cßn bµi to¸n nghÞch

dïng ®Ó thiÕt kÕ c¸nh trong c¸c ®iÒu kiÖn ®· cho.

- Nghiªn cøu dßng ch¶y thø cÊp : Lµ sù nghiªn cøu dßng ch¶y cã d¹ng mÆt

dßng kh¸c víi chuyÓn ®éng ®èi xøng trôc ®−îc thõa nhËn.

§Ó x¸c ®Þnh gÇn ®óng d¹ng dßng trong b¸nh c«ng t¸c víi c¸c gi¶ thiÕt ®−îc

thõa nhËn ng−êi ta sö dông bµi to¸n thuËn mÆt dßng ®èi xøng trôc. Sù lµm chÝnh x¸c

mÆt dßng trong qu¸ tr×nh gi¶i bµi to¸n thuËn cho phÐp t×m ra h−íng ®Ó lµm tèt h×nh

d¹ng h×nh häc phÇn dÉn dßng vµ lµm gi¶m tæn thÊt n¨ng l−îng phô.

Bµi to¸n nghÞch th× cho biÕt tr−íc ph©n bè rcun t¹i c¸c mÐp vµo vµ ra cña c¸nh

tiÕn hµnh x¸c ®Þnh dßng kinh tuyÕn.

- Nghiªn cøu dßng chÊt láng thùc vµ tæn thÊt thuû lùc nhê lý thuyÕt líp biªn.

Giai ®o¹n ®Çu tiªn lµ thùc hiÖn c¸c tÝnh to¸n ®èi víi dßng chÊt láng lý t−ëng trong

phÇn dÉn dßng, cho phÐp tÝnh gÇn ®óng ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn bÒ mÆt c¸nh.

Giai ®o¹n thø hai lµ tÝnh to¸n líp biªn vµ tæn thÊt profil c¸nh cho kh¶ n¨ng trªn c¬

së ph©n tÝch c¸c sè liÖu tÝnh to¸n nhËn ®−îc ®Ó chän lùa ph−¬ng ¸n tèi phÇn dÉn

dßng.

Nh−ng ®Ó cã sù lùa chän cuèi cïng cÇn ph¶i cã nh÷ng thÝ nghiÖm trªn m« h×nh

v× c¸c tÝnh to¸n ®Òu ph¶i dùa trªn c¸c gi¶ thiÕt gÇn ®óng m« t¶ qu¸ tr×nh c«ng t¸c

cña tua bin. C¸c thÝ nghiÖm cßn cho c¸c sè liÖu cho phÐp lµm chÝnh x¸c vµ hoµn

thiÖn h¬n c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n phÇn dÉn dßng.

Sù nghiªn tÝnh to¸n lý thuyÕt dßng ch¶y chØ cã khi thõa nhËn mét sè gi¶ thiÕt,

tõ ®ã cã thÓ m« t¶ vµ ph©n tÝch dßng nhê c«ng cô to¸n häc. Th«ng th−êng thõa nhËn

gi¶ thiÕt sau: dßng trong phÇn dÉn dßng lµ kh«ng nhít, kh«ng nÐn ®−îc, dßng trung

b×nh lµ æn ®Þnh, chuyÓn ®éng cña c¸c phÇn tö chÊt láng x¶y ra däc theo mÆt dßng

trßn quay. Trong lý thuyÕt m¸y tuabin phô thuéc vµ sè to¹ ®é mµ sù thay ®æi cña c¸c

th«ng sè cña dßng ®−îc tÝnh mµ chia ra dßng mét chiÒu, dßng hai chiÒu, dßng ba

chiÒu.

- Dßng mét chiÒu chØ tÝnh tíi sù thay ®æi cña c¸c th«ng sè däc theo mÆt dßng

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

tøc lµ däc theo to¹ ®é q1.

- Dßng hai chiÒu tÝnh tíi sù thay ®æi cña c¸c th«ng sè theo hai to¹ ®é q1 vµ q2. Dßng ®−îc coi lµ ®èi xøng trôc nghÜa lµ kh«ng tÝnh tíi sù thay ®æi vËn tèc vµ ¸p suÊt

däc theo to¹ ®é q3. Sù x¸c ®Þnh ®−êng dßng vµ ph¸p tuyÕn víi ®−êng dßng, ph©n bè vËn tèc trªn ®−êng dßng vµ ph¸p tuyÕn cña nã lµ nhiÖm vô c¬ b¶n khi x©y dùng

dßng kinh tuyÕn. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn trong thùc tÕ v× nã

m« t¶ t×nh h×nh dßng ch¶y chÝnh x¸c h¬n dßng mét chiÒu vµ còng ®ñ ®¬n gi¶n ®Ó

cho phÐp tÝnh b»ng tay.

- Dßng ba chiÒu: Trong dßng thùc cña m¸y turbo vËn tèc vµ ¸p suÊt thay ®æi

theo c¶ ba to¹ ®é. V× r»ng vËn tèc vµ ¸p suÊt thay ®æi theo khi gi÷a c¸c c¸nh nªn mÆt

dßng thùc tÕ kh«ng ph¶i lµ mÆt trßn quay. Do ®ã sù ch¶y bao x¶y ra kh«ng ph¶i trªn

mÆt ®èi xøng trôc Sm mµ theo mÆt dßng bËc S1. Ngoµi ra ë phÇn gi÷a cña kªnh gi÷a c¸c c¸nh mÆt dßng S2 kh«ng trïng víi mÆt c¸nh Sc. Sù tÝnh to¸n dßng kh«ng gian cã khã kh¨n lín vÒ mÆt to¸n häc. §Ó ®¬n gi¶n th−êng sö dông ph−¬ng ph¸p tùa ba

chiÒu. Khi ®ã viÖc gi¶i bµi to¸n ba chiÒu ®−îc chia ra thµnh hai bµi to¸n hai chiÒu:

x¸c ®Þnh mÆt dßng ®èi xøng trôc Sm; tÝnh d·y c¸nh profil cña b¸nh c«ng t¸c trªn mÆt dßng ®èi xøng trôc trong líp chiÒu dµy biÕn thiªn vµ x¸c ®Þnh d¹ng mÆt dßng S2 trong kªnh gi÷a c¸c c¸nh.

§èi víi Tua bin h−íng trôc: Th−êng thõa nhËn mÆt dßng ®èi xøng trôc lµ c¸c

mÆt trô cã trôc trïng víi trôc tua bin. C¸nh trªn mÆt trô ®−îc tÝnh theo c¸c ph−¬ng

ph¸p sau.

- Ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y: §−îc sö dông ®Ó tÝnh c¸nh máng v« cïng cã ®é

cong nhá. Sù t¸c ®éng cña c¸nh lªn dßng ®−îc thay thÕ b»ng c¸c xo¸y ph©n bè theo

mét quy luËt nhÊt ®Þnh trªn ®−êng nh©n profil. B−íc ®Çu tiªn th× xo¸y ®−îc ®Æt däc

d©y cung profil vµ trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n tiÕp theo x¸c ®Þnh d¹ng cña ®−êng nh©n.

Sù x©y dùng profil dÇy thùc hiÖn theo ph−¬ng ph¸p kh«ng tÝnh to¸n nghÜa lµ ®¾p

profil theo mét trong nh÷ng profil ®èi xøng sau khi biÕt ®é dµy c¸nh lín nhÊt tõ tÝnh

to¸n bÒn c¸nh

- Ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y nguån (ph−¬ng ph¸p Lªx«nkin): Sö dông ®Ó tÝnh

d·y c¸nh profil cã chiÒu dµy. Sù t¸c ®éng cña c¸nh lªn dßng ®−îc thay thÕ b»ng mét

hÖ thèng c¸c xo¸y, nguån, hót ph©n bè theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh trªn ®−êng nh©n

profil. §−êng dßng kÝn cña dßng hîp thµnh tõ hÖ thèng c¸c xo¸y, nguån hót nãi trªn

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

víi dßng t−¬ng ®èi ®−îc coi nh− profil c¸nh.

- Ph−¬ng ph¸p lùc n©ng: lµ ph−¬ng ph¸p lùa chän c¸c profil tõ atlat c¸c profil

thuû ®éng ®¶m b¶o gi¸ trÞ lùc n©ng yªu cÇu ®èi víi d·y c¸nh trong ®iÒu kiÖn ®· cho.

Ph−¬ng ph¸p nµy ngµy nay Ýt ®−îc sö dông v× phô thuéc vµo kinh nghiÖm cña ng−êi

thiÕt kÕ khi lùa chän c¸c hÖ sè trong tÝnh to¸n.

- Ph−¬ng ph¸p ¸nh x¹ b¶o gi¸c: ¸nh x¹ dßng trong d·y c¸nh lªn mÆt ph¼ng phô

nhê c¸c hµm ¸nh x¹ ®Æc biÖt råi tiÕn hµnh c¸c tÝnh to¸n vÒ lùc n©ng, m«men, ph©n

bè vËn tèc, ¸p suÊt.

Ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y ®ßi hái khèi l−îng tÝnh to¸n kh«ng lín, thuËn tiÖn

cho viÖc tÝnh to¸n b»ng m¸y tÝnh tay vµ lËp tr×nh trªn m¸y vi tÝnh. NÕu biÕt chän

®óng c¸c th«ng sè tÝnh to¸n, c¸c hÖ sè ¶nh h−ëng cña l−íi c¸nh cã chiÒu dµy h÷u

h¹n, ph−¬ng ph¸p nµy còng sÏ cho c¸c profile c¸nh phï hîp t¹o nªn c¸c b¸nh xe

c«ng t¸c cã chÊt l−îng cao. V× vËy chóng t«i ®· ®i s©u nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ c¸nh

tua bin h−íng trôc theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

Trªn c¬ së ph©n tÝch trªn cÇn ph¶i hoµn thiÖn c¸c phÇn mÒm trî gióp phÇn tÝnh

to¸n lý thuyÕt:

- TÝnh to¸n c¸nh tua bin, b¬m h−íng trôc theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

- Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt trong b¸nh c«ng t¸c tua bin.

- Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc trªn profil c¸nh trong líp chiÒu dµy

biÕn thiªn.

TÝnh to¸n tua bin h−íng trôc bao gåm: TÝnh to¸n thiÕt kÕ phÇn dÉn dßng nh−

buång, BCT, èng hót, c¸nh h−íng, trong ®ã quan träng nhÊt lµ BCT. PhÇn nµy ®i s©u

ph©n tÝch c¬ së lý thuyÕt cña ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ b¸nh c«ng t¸c cña tua bin h−íng

trôc.

2.1.2. ThiÕt kÕ tua bin h−íng trôc theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

B¸nh c«ng t¸c (BCT) lµ bé phËn quan träng nhÊt cña tua bin h−íng trôc, thùc

hiÖn chøc n¨ng biÕn ®æi n¨ng l−îng cña dßng chÊt láng thµnh c¬ n¨ng vµ ®iÖn n¨ng.

BCT cã ¶nh h−ëng quyÕt ®Þnh tíi hiÖu suÊt vµ chÊt l−îng cña m¸y. V× vËy thiÕt kÕ

BCT lµ 1 kh©u rÊt quan träng cÇn ph¶i ®−îc thùc hiÖn mét c¸ch chuÈn x¸c, khoa

häc.

Trong tÝnh to¸n tua bin h−íng trôc th−êng thõa nhËn mÆt dßng ®èi xøng trôc lµ

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

c¸c mÆt trô cã trôc trïng víi trôc tua bin. C¸nh trªn mÆt trô ®−îc tÝnh theo c¸c

ph−¬ng ph¸p sau:

- Ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y ®Ó thiÕt kÕ c¸c profile máng v« cïng vµ cã ®é

cong nhá.

- Ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y, c¸c nguån ®Èy vµ hót cßn gäi lµ ph−¬ng ph¸p

®iÓm kú dÞ, dïng ®Ó thiÕt kÕ c¸c profile cã chiÒu dµy h÷u h¹n.

- Ph−¬ng ph¸p lùc n©ng: lµ ph−¬ng ph¸p lùa chän c¸c profile tõ atlat c¸c

profile thñy ®éng ®¶m b¶o gi¸ trÞ lùc n©ng theo yªu cÇu ®èi víi d·y c¸nh trong

®iÒu kiÖn ®· cho. Ph−¬ng ph¸p nµy ngµy nay Ýt ®−îc øng dông v× phô thuéc

nhiÒu vµo kinh nghiÖm cña ng−êi thiÕt kÕ khi lùa chän c¸c hÖ sè trong tÝnh

to¸n.

- Ph−¬ng ph¸p biÕn h×nh b¶o gi¸c b»ng ¸nh x¹ dßng trong d·y c¸nh lªn mÆt

ph¼ng phô trî nhê c¸c hµm ¸nh x¹ ®Æc biÖt råi tiÕn hµnh c¸c tÝnh to¸n vÒ lùc

n©ng, m« men, ph©n bè vËn tèc.

Trong thùc tÕ thiÕt kÕ chÕ t¹o tua bin h−íng trôc, ng−êi ta th−êng sö dông hai

ph−¬ng ph¸p: Ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y vµ ph−¬ng ph¸p c¸c ®iÓm kú dÞ.

Néi dung c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y lµ thay thÕ t¸c ®éng cña c¸c

profile lªn dßng chÊt láng bëi c¸c xo¸y ph©n bè däc theo ®−êng nh©n profile theo

mét quy luËt x¸c ®Þnh. LÇn ®Çu c¸c xo¸y ®−îc ph©n bè däc theo d©y cung profile.

KÕt qu¶ tÝnh to¸n ta nhËn ®−îc h×nh d¹ng ®−êng nh©n profile. Trong lÇn tÝnh gÇn

®óng tiÕp theo c¸c xo¸y ®−îc ph©n bè theo ®−êng nh©n profile võa míi nhËn ®−îc

trong c¸c lÇn tÝnh tr−íc. Profile cã chiÒu dµy h÷u h¹n sÏ nhËn ®−îc b»ng ph−¬ng

ph¸p dùng h×nh dùa theo quy luËt ph©n bè ®é dµy cña profile mÉu ®èi xøng trªn c¬

së chiÒu dµy cùc ®¹i chän tr−íc cña profile thiÕt kÕ.

Ph−¬ng ph¸p c¸c ®iÓm k× dÞ cã néi dung t−¬ng tù nh− ph−¬ng ph¸p ph©n bè

xo¸y. Trong ph−¬ng ph¸p nµy t¸c ®éng cña profile lªn dßng chÊt láng thay thÕ bëi

c¸c xo¸y, c¸c nguån ®Èy vµ hót ph©n bè trªn ®−êng nh©n profile. §−êng dßng tæng

céng khÐp kÝn cña chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi chÝnh lµ chu tuyÕn cña propil cã chiÒu,

d·y h÷u h¹n. ViÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸nh tua bin h−íng trôc b»ng ph−¬ng ph¸p c¸c

®iÓm k× dÞ ®ßi hái mét khèi l−îng tÝnh to¸n rÊt lín cÇn nhiÒu thêi gian vµ c«ng søc.

Víi sù ph¸t triÓn cña kÜ thuËt tÝnh to¸n trªn m¸y tÝnh, ph−¬ng ph¸p nµy ngµy cµng

®−îc øng dông réng r·i.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y ®ßi hái khèi l−îng tÝnh to¸n Ýt h¬n so víi ph−¬ng

ph¸p c¸c ®iÓm k× dÞ thuËn tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n b»ng m¸y tÝnh tay vµ lËp tr×nh trªn

m¸y vi tÝnh. NÕu biÕt chän ®óng c¸c th«ng sè tÝnh to¸n, c¸c hÖ sè ¶nh h−ëng cña

l−íi c¸nh cã chiÒu dµy h÷u h¹n, ph−¬ng ph¸p nµy còng sÏ cho c¸c profile c¸nh phï

hîp t¹o nªn c¸c b¸nh xe c«ng t¸c cã chÊt l−îng cao.

V× vËy trong ph¹m vi luËn v¨n sÏ chØ ®i s©u nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ c¸nh tua bin

h−íng trôc theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

2.2. C¬ së lý thuyÕt cña ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

Trong chuyÓn ®éng cña dßng chÊt láng, c¸c profile cã ®é cong nhá trong l−íi

c¸nh cã thÓ thay b»ng c¸c xo¸y víi quy luËt ph©n bè x¸c ®Þnh däc theo ®−êng nh©n

profile.

Khi kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña chÊt láng tiÕp xóc trùc tiÕp víi bÒ mÆt c¸nh ta

cÇn ph¶i tÝnh tíi t¸c ®éng cña lùc nhít ë líp biªn, trªn bÒ mÆt c¸nh vËn tèc dßng

chÊt láng thay ®æi tõ kh«ng tíi gi¸ trÞ x¸c ®Þnh cña dßng ch¶y. Sù thay ®æi ®ét ngét

cña vËn tèc dßng chÊt láng lµ nguyªn nh©n t¹o thµnh xo¸y trong líp biªn. V× vËy,

líp biªn cã thÓ thay thÕ bëi líp xo¸y bao gåm c¸c xo¸y cã c−êng ®é nhÊt ®Þnh ph©n

bè liªn tôc däc theo bÒ mÆt c¸nh.

BÒ mÆt c¸nh ®−îc t¹o nªn bëi tËp hîp c¸c ®−êng dßng cña chuyÓn ®éng t−¬ng

®èi vµ c¸c xo¸y liªn hîp. V× vËy, ®Ó x¸c ®Þnh c¸c profile c¸nh cÇn ph¶i t×m ®−êng

dßng tæng hîp cña chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi.

VËn tèc tæng hîp cña dßng t−¬ng ®èi ë mét ®iÓm bÊt kú cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng

tæng vËn tèc dßng kh«ng nhiÔu vµ vËn tèc c¶m øng t¹o nªn bëi c¸c xo¸y ph©n bè

trªn tÊt c¶ c¸c profile t¹i ®iÓm ®ã. VËn tèc tæng hîp nµy ph¶i tiÕp tuyÕn víi cung.

VWW = ∞

Nãi c¸ch kh¸c, cung máng v« cïng ph¶i lµ mét trong c¸c ®−êng dßng

H×nh 16. S¬ ®å bè trÝ l−íi profile

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Trong ®ã:

∞W : VËn tèc dßng kh«ng nhiÔu cña dßng ch¶y, x¸c ®Þnh tõ ®iÒu kiÖn biªn.

W : VËn tèc t−¬ng ®èi cña dßng chÊt láng.

V : VËn tèc c¶m øng t¹o bëi c¸c xo¸y ph©n bè trªn c¸c profile trong l−íi.

ChiÕu lªn hai ph−¬ng x vµ y:

Wx = W∞x+Vx (2.1)

Wy = W∞y+Vy (2.2)

VËn tèc c¶m øng t¹o nªn bëi tÊt c¶ c¸c xo¸y trong l−íi t¹i mét ®iÓm bÊt kú täa

)( s

−

®é x0, y0 trªn profile tÝnh to¸n ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

(

2 π t

⎞ ⎟ ⎠

) ⎤ γ ⎥ ⎦

∫

1 2 t

−

Cos

(

)(

)

−

2 π t

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎣ ( ⎞ ⎟ ⎠

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎣

(2.3)

) ⎤ −⎥ ⎦

)( s

−

(

2 π t

⎞ ⎟ ⎠

⎤ ) γ ⎥ ⎦

∫

1 2 t

−

Cos

(

)(

)

−

(

2 π t

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎣ ⎞ ⎟ ⎠

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎣

⎤ ) −⎥ ⎦

(2.4)

Víi : x0, y0: Täa ®é ®iÓm tÝnh to¸n trªn profile.

x, y : Täa ®é ®iÓm t¹i ®ã cã ph©n bè xo¸y.

§Ó tÝnh vËn tèc c¶m øng t¹i c¸c ®iÓm tÝnh to¸n cña profile cÇn ph¶i cho tr−íc

quy luËt ph©n bè xo¸y däc theo profile.

Quy luËt ph©n bè xo¸y cã thÓ cho d−íi d¹ng chuçi l−îng gi¸c cña Glauert:

....

−

)( θγ

σ 2

σ −

σσσ 4

⎛ ⎜ ⎝

⎞ +⎟ ⎠

1 1

+ −

σ σ

(2.5)

σ : Täa ®é t−¬ng ®èi cña ®iÓm n»m trªn ®−êng nh©n profile - σ = s/(l/2).

Trong ®ã:

L−u sè vËn tèc bao quanh profile t¹o ra bëi c¸c xo¸y ph©n bè theo quy luËt x¸c

)( s

=Γ

2 γ

®Þnh däc theo profile ®−îc x¸c ®Þnh b»ng:

∫

−

(2.6)

Trong ®ã : γ(s) - c−êng ®é xo¸y ph©n bè theo profile

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

s - biÕn sè tÝch ph©n kh«ng thø nguyªn.

L - chiÒu dµi d©y cung cña profile.

H×nh 17. S¬ ®å bè trÝ profile trong l−íi

(

Ctg

Sin

Sink

)

2 θ

3 θ

Sin θθθ

=Γ

... ++

∫

L 2

θ ( ) 2

thÕ biÓu thøc l−îng gi¸c cña γ(s) vµo biÓu thøc l−u sè ta ®−îc:

Ctg

inkSink

Sin

d θθ

∫

∑ ∫ A

L 2

θ ( ) Sin 2

1 =

⎡ ⎢ ⎣

⎤ θθθ ⎥ ⎦

(2.7)

Ctg

Sin

Cos

d θθ

πθθ

TÝch ph©n ®Çu tiªn b»ng:

( 1

) d

= ∫

∫

θ ( ) 2

(2.8)

§Ó tÝnh tÝch ph©n thø hai ta dïng biÓu thøc tÝch ph©n l−îng gi¸c ®· biÕt, lîi

khi

≠

Sink

sin

θθθ

dông tÝnh chÊt trùc giao cña hµm l−îng gi¸c:

∫

;

khi

⎧ ;0 ⎪ ⎨ π ⎪ 2 ⎩

(2.9)

TÊt c¶ c¸c tÝch ph©n d¹ng nµy ®Òu b»ng kh«ng trõ mét sè h¹ng cã k = 1.

(

)

=Γ

Do vËy, ta cã l−u sè vËn tèc bao quanh profile b»ng:

A 0

A 1

Γ+Γ= s α

L π 2

1 2

(2.10)

Tõ biÓu thøc nµy ta thÊy r»ng l−u sè vËn tèc bao quanh profile ®−îc t¹o nªn

bëi gãc va α.Γ(α) = f(A0) vµ ®é cong cña profile f. Γs =f(A1).

C¸c thµnh phÇn cßn l¹i cña chuçi hµm γ(σ)chØ ¶nh h−ëng tíi ph©n bè vËn tèc

theo profile mµ kh«ng lµm thay ®æi l−u sè vËn tèc bao quanh profile ®ã.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

§èi víi c¸c l−íi c¸nh b¸nh c«ng t¸c h−íng trôc, quy luËt ph©n bè xo¸y th−êng

cho d−íi d¹ng kh«ng elip tøc lµ tån t¹i c¶ hai thµnh phÇn chøa A0 vµ A1 trong biÓu

( ) σ

) ( σγ

thøc ph©n bè xo¸yΓ(σ). Ta cã:

γσ α − =

1 1

+ −

σ σ

(2.11)

Trong ®ã:

( ) σγα

1 1

+ −

σ σ

víi A0 ≠ 0

Hµm xo¸y x¸c ®Þnh ch¶y bao b¶n ph¼ng ®Æt lÖch so víi dßng ph¼ng. Kh«ng

−

nhiÔu mét gãc b»ng gãc va α

γ σ ( )

1 1

= A

(2.12) víi A1 ≠ 0

Hµm xo¸y x¸c ®Þnh ch¶y bao cung parabol cña dßng ph¼ng kh«ng nhiÔu víi

1 +

(

d σ

=Γ

vËn tèc Wm, song song víi d©y cung. Khi ®ã, l−u sè vËn tèc bao quanh profile b»ng:

d ασ =

ΓΓ +

∫

1 1

L 2

L σ 2 −

+ −

σ σ

1 −

−

l 2 ) ρργ l 2

(2.13)

VËn tèc c¶m øng t¹o bëi γα(σ) vµ γs(σ) ký hiÖu t−¬ng øng lµ V α vµ Vs. Khi ®ã

vËn tèc c¶m øng tæng céng b»ng:

(2.14) V = Vα + Vs

1 +

(

)

(

)

d σ

x α

x ρ

VVV

σ −

∫

cos

1 1

A 1 T 2

cos

A 0 2 T

l 2 λ −

+ −

σ d σ σ

l 2 λ −

1 −

h×nh chiÕu trªn trôc x:

(

}(

)

−

(2.15)

(

)(

)

−

2 π T 2 π T

Trong ®ã biÕn sè

Khi tÝch ph©n theo c¸c ®−êng ph©n bè xo¸y víi gi¸ trÞ x = x0 vµ y = y0 hµm

0 0

d−íi dÊu tÝch ph©n cã d¹ng bÊt ®Þnh . §Ó cã thÓ tÝch ph©n ®−îc trong tr−êng hîp

nµy, vËn tèc c¶m øng t¹i mçi ®iÓm cña profile sÏ t¸ch thµnh hai thµnh phÇn:

- Thµnh phÇn vËn tèc c¶m øng V' t¹o nªn bëi c¸c xo¸y ph©n bè trªn profile

gèc.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

- Thµnh phÇn vËn tèc c¶m øng V'' t¹o nªn bëi c¸c xo¸y ph©n bè trªn tÊt c¶ c¸c

profile cßn l¹i.

Ta sÏ cã vËn tèc: V = V' + V'' (2.16)

(2.17)

H×nh chiÕu cña vËn tèc c¶m øng theo ph−¬ng trôc x:

V = V'x+V''x

H×nh chiÕu trªn ph−¬ng x cña vËn tèc c¶m øng t¹o bëi xo¸y γα(σ) ®−îc x¸c

A 0

(2.18a)

®Þnh b»ng biÓu thøc sau:

−

d σ

' x α

∫

sin 2 π

1( ) + σ 1( ) − σ (2 ) − σσπ 0

1 −

−

( ) σ

d σ

" x α

β A 0 sin = d σβ 1( 1)( ) + − σσ (2 ) − σσπ 0 −

d σ

(2.18b)

∫

cos

1 1

LA 0 2 T

2 T L

LA 0 2 T

+ −

1 2 λ

sin β − σσ

σ σ

1 1

−

1 −

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ 1 − ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

V − µ 2 σ

( ) σ

−

(2.19)

1 2

λ cos

sh −

τ 2 π

sin β σσ −

Víi hµm a(σ) b»ng:

Trong ®ã: τ = 2T/L

§−êng tÝch ph©n (d©y cung profile) ®−îc chia thµnh 6 phÇn b»ng nhau vµ ta sÏ

x¸c ®Þnh vËn tèc c¶m øng t¹i 7 ®iÓm 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, (-1, -2/3, -1/3, 0, +1/3, +2/3,

a = 0

+1) theo h×nh d−íi:

H×nh 18. S¬ ®å ph©n bè c¸c ®iÓm tÝnh to¸n trªn d©y cung profile.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

126(

460

180

630

334

−

(2.20)

a 1

'' Vx α

LA π 0 T 2560

Thµnh phÇn vËn tèc V''xα ®−îc x¸c ®Þnh theo tÝch ph©n D.A.Nepomniaxy:

T−¬ng tù ta cã h×nh chiÕu trªn ph−¬ng y cña vËn tèc c¶m øng t¹o bëi c¸c xo¸y

γα(σ) vµ γs(σ )®−îc x¸c ®Þnh b»ng:

cos

' y α

460

)

−

126(

120

180

630

(2.21b)

b 1

b 2

b 3

b 4

b 5

b 334 6

'' y α

(

460

−

'' ys

b 2

b 4

b 5

A 0 2 LA π 0 2560 T LA π 1 2560 T

(2.21a) V β

(2.21c)

V b 210 1 120 + b 3 120 210 )

−=

( ) σ

(2.22)

1 2

µ cos

sin λ −

τ 2 π

cos β σθ −

Trong ®ã hÖ sè b x¸c ®Þnh b»ng hµm :

(2.23a)

" x α

' x α

" x α

' x ρ

(2.23b)

H×nh chiÕu vËn tèc c¶m øng tæng hîp t¹i c¸c ®iÓm tÝnh to¸n cña profile b»ng:

" y α

' y α

' y ρ

V V V V V V V V

(

)

=Γ

=Γ+Γ=

(2.24)

A 0

A 1

L π 2

1 2

2 gH πη tl z ω

(2.25a)

V V C¸c hÖ sè A0 vµ A1 x¸c ®Þnh tõ biÒu thøc tÝnh l−u sè bao quanh profile ë trªn:

Γ= α

Γ= s

A 1

(2.25b)

A 0

L π 2 L π 4

X¸c ®Þnh l−u sè Γ theo cét ¸p vµ vËn tèc gãc, cho tr−íc quan hÖ Γα vµ Γs ta sÏ

x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ cña Γα vµ Γs .

Tû sè Γα /Γ = C’ cã thÓ cã gi¸ trÞ tõ 0 ®Õn 1 tïy theo tû tèc cña b¸nh c«ng t¸c.

§èi víi tiÕt diÖn gèc, gãc va α ®ãng vai trß quan träng trong viÖc t¹o ra l−u sè vËn

tèc cña profile. V× vËy, C' lÊy gi¸ trÞ lín. Cã thÕ lÊy C'= 0,3 - 0,6. §èi víi c¸c tiÕt

diÖn biªn lÊy C' < 0,1.

(2.26a)

A 0 2

BiÕt Γ vµ víi C' chän tr−íc, ta x¸c ®Þnh ®−îc Γα vµ Γs b»ng:

) =Γ

L π

(2.26b)

−=Γ s

A 1 4

C =Γ=Γ α L π

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

(2.27a)

A 0

)

A 1

(2.27b)

C 2 Γ L π 1(4 −Γ L π

Tõ ®ã cã:

Trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n c¸c hÖ sè ta hiÖu chØnh l¹i gãc ®Æt cña profile trong

l−íi:

β = βm - α

sin

(2.28)

αΓ LkWπ

Gãc va α x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc:

Trong ®ã K lµ hÖ sè ¶nh h−ëng cña profile trong l−íi.

C¸c hÖ sè a vµ b cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸c biÓu thøc to¸n häc ®· cho ë trªn

hoÆc b»ng to¸n ®å cho trong c¸c tµi liÖu thiÕt kÕ.

2.3. X¸c ®Þnh täa ®é ®−êng nh©n profile vµ x©y dùng profile cã ®é dµy:

Nh− phÇn trªn ta ®· biÕt, mét profile máng v« cïng cã thÓ xem nh− ®−êng

dßng tæng hîp cña chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. §Ó x¸c ®Þnh täa ®é c¸c ®iÓm tÝnh to¸n

cña ®−êng nh©n. T¹i mçi ®iÓm cÇn ph¶i x¸c ®Þnh vËn tèc cña dßng ch¶y tæng hîp vµ

c¸c h×nh chiÕu vËn tèc trªn ph−¬ng trôc x vµ y, gãc vµ chiÒu dµi ®o¹n d©y cung

profile. ChiÒu dµi d©y cung ®−îc chia lµm 6 ®o¹n b»ng nhau bëi c¸c ®iÓm cã täa ®é

t−¬ng ®èi: 6 = -1, -2/3, -1/3, 0, 1/3, 2/3, 1

Tr−íc tiªn ta x¸c ®Þnh gi¸ trÞ c¸c thµnh phÇn vËn tèc t−¬ng ®èi cña dßng tæng

hîp c¸c ®iÓm -1, -2/3, -1/3, - 0, 1/3, 2/3, 1 trªn c¸c ph−¬ng chiÕu x vµ y b»ng c¸c

(2.29a)

' mx

(2.29b)

' x α V

" x α V

' xs V

" x α V

WW = WW =

+ +

biÓu thøc sau:

' MY

' ys

' y α

" y α

V + +

Sau ®ã x¸c ®Þnh gãc β t¹o bëi ph−¬ng cña vËn tèc t−¬ng ®èi w vµ trôc x t¹i

mçi ®iÓm chia cña ®−êng nh©n:

sinβ =Wy/W

cosβ =Wx/W

2 x WW +

2 y

Trong ®ã:

vµ täa ®é c¸c ®iÓm chia ®ã c¸c gi¸ trÞ trung gian:

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

(cos

sin

x =∆ i

β n

1 +

(sin

sin

y =∆ i

β n

1 +

L 6 L 6

1 2 1 2

x ∆

∑ ∑ y ∆

c¸c gi¸ trÞ tæng céng:

Dùa vµo c¸c gi¸ trÞ täa ®é x, y ta x©y dùng ®−îc ®−êng nh©n cho c¸c tiÕt diÖn

tÝnh to¸n cña c¸nh trong mÆt ph¼ng x, y.

§−êng nh©n võa dùng ®−îc chÝnh lµ profile máng v« cïng trong lÇn tÝnh gÇn

®óng thø nhÊt. Trong lÇn tÝnh gÇn ®óng tiÕp theo c¸c xo¸y ®−îc ph©n bè trªn ®−êng

nh©n cña profile võa míi nhËn ®−îc. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n th−êng chØ cÇn tÝnh hai

lÇn lµ ®ñ.

Cuèi cïng, ®Ó ®−îc profile cã ®é dµy ta sö dông quy luËt ph©n bè ®é dµy cña

profile mÉu cã ®Æc tÝnh n¨ng l−îng vµ x©m thùc tèt vµ chän ®é dµy max cho tõng

tiÕt diÖn.

H×nh 19. X©y dùng profille cã ®é dÇy h÷u h¹n

§¾p ®é dµy trªn ®−êng nh©n theo quy luËt trªn, ta sÏ nhËn ®−îc c¸c profile

thùc cña c¸nh. X©u c¸c profile l¹i víi nhau theo mét quy luËt nhÊt ®Þnh ta nhËn ®−îc

c¸nh hoµn chØnh cña b¸nh c«ng t¸c.

2.4. X¸c ®Þnh ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh:

Sau khi x©y dùng xong profile c¸nh cho c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n cña c¸nh, ®Ó s¬

bé ®¸nh gi¸ chÊt l−îng c¸nh, ta tiÕn hµnh tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn

c¸c profile. §ã lµ mét trong c¸c nhiÖm vô chñ yÕu cña bµi to¸n thuËn trong lý thuyÕt

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

c¸nh.

Khi quan s¸t c¸c biÓu ®å ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn c¸c profile tÝnh to¸n,

nÕu ph©n bè vËn tèc ®Òu ®Æn, kh«ng cã c¸c b−íc nh¶y vµ ¸p suÊt kh«ng cã ®iÓm nµo

cã gi¸ trÞ nhá h¬n ¸p suÊt h¬i b·o hßa th× c¸nh c«ng t¸c sÏ cã hiÖu suÊt lµm viÖc tèt

vµ kh«ng bÞ x©m thùc trong qu¸ tr×nh lµm viÖc.

C¸c th«ng sè ban ®Çu ®Ó gi¶i bµi to¸n thuËn lµ kÝch th−íc h×nh häc cña c¸nh

c«ng t¸c, h×nh d¹ng profile, l−u l−îng, cét ¸p vµ vßng quay lµm viÖc cña m¸y. ViÖc

x¸c ®Þnh ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn c¸nh ®−îc thùc hiÖn dùa trªn c¬ së c¸c

ph−¬ng ph¸p m« t¶ chuyÓn ®éng cña dßng chÊt láng qua l−íi c¸nh.

Dßng chÊt láng chuyÓn ®éng qua l−íi c¸nh cã thÓ xem nh− tæng cña dßng thÕ

kh«ng nhiÔu vµ dßng c¶m øng t¹o bëi hÖ c¸c xo¸y thay thÕ cho t¸c dông cña profile

lªn dßng chÊt láng.

Trong tr−êng hîp chung bÒ mÆt dßng trong m¸y lµ bÒ mÆt cong trßn xoay vµ

líp dßng cã chiÒu dµy thay ®æi. §Ó gi¶i quyÕt bµi to¸n thuËn ng−êi ta sö dông biÕn

h×nh b¶o gi¸c ®Ó ®−a vÒ mÆt trô. §èi víi tua bin h−íng trôc, bÒ mÆt dßng trong

buång dÉn dßng lµ mÆt trô chiÒu dµy kh«ng ®æi, bµi to¸n sÏ trë nªn ®¬n gi¶n h¬n.

hdz

(2.30)

−=Ψ 0

∫

o h

ou H

oz H

Hµm dßng cña dßng kh«ng nhiÔu x¸c ®Þnh b»ng:

Trong ®ã:

V0z, V0u: C¸c thµnh phÇn vËn tèc cña dßng kh«ng nhiÔu t¹i ®iÓm z = 0. u: Täa ®é theo ph−¬ng quay.

z: Täa ®é ch¹y vu«ng gãc víi ph−¬ng u.

C0: H»ng sè tÝch ph©n.

T¸c ®éng cña c¸c profile lªn dßng chÊt láng ®−îc thay thÕ bëi c¸c xo¸y γs ph©n

bè theo chu tuyÕn profile vµ c¸c xo¸y γf ph©n bè trªn diÖn tÝch bao quanh bëi chu

tuyÕn.

T¹i ®iÓm víi täa ®é u, z hµm dßng c¶m øng t¹o bëi c¸c xo¸y ph©n bè theo chu

(

2ln

cos

( ) σ

−

tuyÕn x¸c ®Þnh b»ng:

[ ZZ −

]

[ uu −

=Ψ s γ

∫

2 π T

h ) ) σσγ 4 π

⎧ ch ⎨ ⎩

⎫ ] σσ d ( ) ⎬ ⎭

(2.31)

víi biÕn sè tÝch ph©n theo cung S cña chu tuyÕn profile.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

T - B−íc l−íi.

Hµm dßng cña dßng c¶m øng t¹o bëi c¸c xo¸y γf ph©n bè trong chu tuyÕn

) )( ηηξγ

2ln

cos

)( η

−

(2.32)

[ ZZ −

]

[ uu −

=Ψ f γ

∫∫

2 π T

4 π

⎫ ] ηξξ )( dd ⎬ ⎭

⎧ ch ⎨ ⎩

profile t¹i ®iÓm víi täa ®é u, z x¸c ®Þnh b»ng:

Trong ®ã:

ξ, η: biÕn sè tÝch ph©n theo diÖn tÝch tiÕt diÖn.

(

2 2)

cos αω

(2.33)

f =

r 0r

§èi víi l−íi quay ®Òu víi vËn tèc, ta cã:

2ln

cos

)( η

)( dd ηξξ

−

Ta cã:

[

]

[ uu −

∫∫ z ωγ =Ψ f

2 π T

)( cos )( ηαη 4 π

⎫ ] ⎬ ⎭

⎧ ch ⎨ ⎩

)( η r 0

⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

(2.34)

§Ó gi¶i bµi to¸n thuËn ta cã c¸c ®iÒu kiÖn biªn nh− sau:

(2.35)

z =

Vh 11 h 2

- T¹i tiÕt diÖn z = z1 ®ñ xa phÝa tr−íc l−íi, dßng kh«ng nhiÔu cã vÐc t¬ vËn tèc V1 víi c¸c h×nh chiÕu V1u vµ V1z - T¹i tiÕt diÖn z = z2 ®ñ xa phÝa sau l−íi ta cã thµnh phÇn vËn tèc h−íng trôc:

(2.36)

V = 1 u

Γ T

Thµnh phÇn vËn tèc Vzu ®−îc x¸c ®Þnh qua V1u vµ T b»ng:

DÊu (+) øng víi m¸y b¬m.

Γ : L−u sè vËn tèc bao quanh chu tuyÕn profile.

- Trªn chu tuyÕn profile:

Trong ch¶y bao kh«ng t¸ch dßng, chu tuyÕn profile chÝnh lµ ®−êng dßng cña

chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. Theo ph−¬ng u vµ z.

)]

)( duuC

)( zh

])([ uzh

=Ψ

−

(2.37)

)( zC 2

∫

C 1 zh )(

)( zh

)( zr r 0

([ uzr r 0

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

Tõ ®iÒu kiÖn nµy ta x¸c ®Þnh ®−îc hµm dßng trªn chu tuyÕn profile:

§èi víi l−íi kh«ng chuyÓn ®éng C1 = 0, C2 = 0

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

const

=Ψ

(2.38)

C L )(zh

−

)( zh

=Ψ

(2.39)

∫

L zh )(

)( zh

)( z r 0

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

§èi víi l−íi quay ®Òu C1 = 0, C2 = -ωr.

Hµm dßng tæng céng cña dßng kh«ng nhiÔu vµ dßng c¶m øng t¹o bëi c¸c

(

) ) σσγ

{2ln

)]

zu ),(

zh )(

−=

( σ

−

z ∫

z 0

2 π [ T

4 π

V z 0 zh )(

V u 0 zh )(

C 0 zh )(

∫+ L

(2.40)

),( )( ηηξγ

{2ln

cos

( )] η

−

−−

−

} d ( ]) σσ

} ηξξ dd ])(

z 0

2 π [ T

π uu [ − 0 T

2 π uu [ − 0 T

4 π

∫∫+ s

xo¸y:

Trong ®ã γf cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc theo kÝch th−íc h×nh häc vµ vËn tèc gãc ω.

VÊn ®Ò cßn l¹i lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc γs. Hµm xo¸y γs sÏ x¸c ®Þnh ®−îc dùa trªn c¬

së c¸c ®iÒu kiÖn biªn. Theo ®iÒu kiÖn thø 3- chu tuyÕn profile lµ ®−êng dßng trong

chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. Khi ®ã hµm dßng tæng céng ë mét ®iÓm bÊt kú trªn chu

tuyÕn sÏ b»ng hµm dßng t¹i ®iÓm ®ã cña chu tuyÕn víi ý nghÜa lµ ®−êng dßng trong

chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi.

Ψ=Ψ+Ψ+Ψ

Nh− vËy ta cã ph−¬ng tr×nh:

s γ

f γ

(

) ) σσγ

{2ln

[

)]

)( zh

( σ

−

∫

2 π T

4 π

0 )( zh

u 0 )( zh

z 0 )( zh

) )( ηηξγ

hay

{2ln

[

cos

[

)] ( η

−

} dd ])( ηξξ

cos

u [

−

} d ( ]) σσ

π T

2 π T

4 π

∫∫

π T

)]

zh )(

uzh ])([

duuC )(

−

zC )( 2

∫

zh )(

1 zh )(

zr )( r 0

uzr ([ r 0

⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦

(2.41)

BiÕn ®æi ph−¬ng tr×nh nµy vµ trong tr−êng hîp l−íi c¸nh quay ®Òu C1= 0, C2=0

ta ®−îc ph−¬ng tr×nh:

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

(

{2ln

[

)]

cos

( σ

−

[ uu −

} ( ]) d σσ

∫

2 π T

π T

) ) h σσγ 4 π

)( zh

−

(2.42)

∫∫ 2 ω

∫

)( cos )( ηαη 4 π

)( zh

)( z r 0

)( η r 0

∫ ω − z

⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

cos

2ln

)( η

−

[ uu −

[

]

2 π T

⎡ )( zhuVuV ⎢ o ⎢ ⎣ 2 π T

⎞ ] ξηξ )( d ⎟ ⎠

⎧ ch ⎨ ⎩

Trong ®ã: C = C0 - CL

Trong ph−¬ng tr×nh nµy Èn sè chØ cßn lµ hµm xo¸y γs(σ) vµ h»ng sè tÝch ph©n C

§Ó gi¶i ®−îc ph−¬ng tr×nh nµy ta cÇn cã thªm ®iÒu kiÖn ra cña dßng ch¶y ë

®u«i profile.

§iÒu ®ã m« t¶ nh− sau: Trong ®iÒu kiÖn ch¶y bao kh«ng t¸ch dßng vËn tèc

t−¬ng ®èi vÒ hai phÝa cña profile t¹i ®iÓm dêi (®iÓm ra) cña dßng ch¶y cã gi¸ trÞ

(2.43)

mat

lung

r 0 r

⎛ −= ⎜ ⎝

⎞ γ ⎟ s ⎠

⎛ ⎜ ⎝

⎞ γ ⎟ s ⎠

b»ng nhau vµ tr¸i dÊu. D−íi d¹ng biÓu thøc ta cã:

Víi hÖ hai ph−¬ng tr×nh trªn ta cã thÓ lËp vµ gi¶i ph−¬ng tr×nh øng víi tõng

®iÓm cña chu tuyÕn profile (sè ®iÓm th−êng lÊy lµ 64) ®Ó t×m gi¸ trÞ cña hµm xo¸y γs

L−u sè vËn tèc bao quanh profile cã thÓ x¸c ®Þnh th«ng qua c¸c hµm xo¸y

)

(

=Γ

ηξηξγσσγ

(2.44)

∫

∫∫+

b»ng:

BiÕt l−u sè Γ ta x¸c ®Þnh ®−îc vËn tèc V0U th«ng qua V1U vµ Γ b»ng ph−¬ng

(

)

−

(2.45)

V 1 u

∫

1 2 Γ

⎤ ∫∫ ηξηξγσσγ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

tr×nh:

ThÕ gi¸ trÞ cña V0U vµo ph−¬ng tr×nh tÝch ph©n ta nh©n ®−îc ph−¬ng tr×nh míi

(víi γf = (r/r0)22ωcosα )

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

(

{2ln

[

)]

cos

( σ

−

uu [ −

} d ( ]) σσ

∫

2 π T

π T

h ) ) σσγ 4 π

zh )(

cos

)( rzh

)( z

)( ηα

−

∫

∫∫ 2 ω

)( zh

ω r 0

)( η r 0

⎫ ⎬ ⎭

⎧ ⎨ ⎩

⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

⎡ )( zhuVuV ⎢ 1 ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

zh )(

∫

2ln

cos

−

)( η

)( ξ

dd ηξ

−

[

]

[ uu −

]

2 π T

h )( η 4 π

zhT 2 )(

⎧ ch ⎨ ⎩

⎫ ⎬ ⎭

⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

(2.46)

vµ ®iÒu kiÖn ra cña dßng ch¶y ë ®u«i profile :

(γS/r)mÆt = - (γS/r)l−ng

Hai hÖ ph−¬ng tr×nh nµy cho phÐp x¸c ®Þnh hµm γs(σ) vµ ®¹i l−îng C.

BiÕt c¸c ®¹i l−îng nµy ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c th«ng sè cÇn thiÕt lµ:

=Γ

- L−u sè bao quanh profile :

(2.47)

) dd

) d

(

∫

∫∫+

ηξηξγσσγ

(2.48)

W γ = s

Γ 0 Γ

- Ph©n bè vËn tèc theo chu tuyÕn profile :

- Ph©n bè ¸p suÊt theo chu tuyÕn tõ ph−¬ng tr×nh Becnuli trong chuyÓn ®éng

const

(2.49)

W 2 g

uP − 2 γ

t−¬ng ®èi:

2 uW

−

Γ t

⎛ Vu 2 ⎜ 0 1 u ⎝

⎞ ⎟ ⎠

−=

(2.50)

PP a − γγ H

Ta cã:

Trong ®ã u = ωr, u0= ωr0.

2.5. §¸nh gi¸ tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña tua bin:

Tæn thÊt thñy lùc trong m¸y thñy lùc c¸nh dÉn x¶y ra trªn suèt chiÒu dµi ®−êng

®i cña dßng chÊt láng tõ lèi vµo tíi lèi ra cña m¸y. Cã thÓ liÖt kª c¸c d¹ng tæn thÊt

thñy lùc nh− sau:

- Tæn thÊt ë buång dÉn dßng vµ c¸nh h−íng dßng vµo.

- Tæn thÊt ë c¸nh c«ng t¸c.

- Tæn thÊt ë buång dÉn dßng ra.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Trong ®ã tæn thÊt thñy lùc ë b¸nh c«ng t¸c chiÕm mét phÇn ®¸ng kÓ vµ viÖc

tÝnh to¸n rÊt phøc t¹p. V× vËy trong ph¹m vi luËn v¨n nµy chñ yÕu ®Ò cËp ®Õn viÖc

tÝnh to¸n lý thuyÕt tæn thÊt thñy lùc trong b¸nh c«ng t¸c cña tua bin h−íng trôc.

Tæn thÊt thñy lùc x¶y ra trong b¸nh c«ng t¸c lµ do cã ma s¸t cña dßng chÊt

láng víi c¸nh dÉn, do dßng vµo x¶y ra va ®Ëp hoÆc do chuyÓn ®éng xo¸y qua khe hë

gi÷a b¸nh c«ng t¸c vµ vá (trong m¸y h−íng trôc). Cã thÓ ph©n chia c¸c d¹ng tæn thÊt

nµy thµnh hai lo¹i: tæn thÊt profile vµ tæn thÊt qua khe ®Çu nót c¸nh (trong m¸y

h−íng trôc).

Tæn thÊt profile bao gåm tæn thÊt trong ch¶y bao l−íi c¸nh bëi dßng chÊt láng

thùc (nhít) vµ tæn thÊt do lùc c¶n ¸p suÊt sinh ra do sù chÌn Ðp dßng ngoµi cña líp

trªn. Trong tr−êng hîp l−íi ph¼ng c¸c profile, lùc c¶n líp biªn h−íng theo vÐc t¬

vËn tèc trung b×nh cña chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi, ®−îc biÓu thÞ b»ng tæn thÊt n¨ng

(2.51)

l−îng p' trong c«ng thøc sau:

= p’tsinβ∞

Trong ®ã:

Rx: lµ lùc c¶n cña profile,

t: b−íc c¸nh trong l−íi,

β∞ : gãc t¹o bëi ph−¬ng cña vËn tèc trung b×nh W∞ víi trôc l−íi.

(2.52)

C = ρ xp

2 W ∞ 2

Lùc c¶n cña profile nh− ta biÕt, cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

(2.53)

'2 = xp ρ

tWp z 3 LW ∞

Tõ hai biÓu thøc trªn ta rót ra:

Trong ®ã: Wz/W = sinβ∞,

Wz: VËn tèc theo ph−¬ng h−íng trôc,

L: ChiÒu dµi profile,

ρ: Khèi l−îng riªng cña chÊt láng.

Tõ ®ã ta cã biÓu thøc x¸c ®Þnh tæn thÊt n¨ng l−îng t−¬ng ®èi ζp do søc c¶n

(2.54)

ξ p

L t

3 W ∞ gHW

p H γ

profile cña l−íi c¸nh nh− sau:

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Trong ®ã:

H: Cét ¸p cña m¸y.

g: gia tèc r¬i tù do.

§Ó x¸c ®Þnh tæn thÊt n¨ng l−îng P' trong l−íi c¸nh cã thÓ øng dông ph−¬ng

ph¸p cña Loixenski. Víi gi¶ thiÕt, ë tiÕt diÖn z'-z' nµo ®ã sau l−íi c¸nh (H...) líp

(2.55)

2 z

** δ 2 sin β 2

biªn tiÕp gi¸p víi nhau, tr−êng vËn tèc trë nªn ®Òu h¬n, t¸c gi¶ t×m ®−îc c«ng thøc:

Trong ®ã chiÒu dµy tæn thÊt xung ë tiÕt diÖn kh¶o s¸t 2'- 2' ë "vÕt" sau l−íi

+∞

−

(2.56)

** δ '2

∫

u W

∞−

⎡ 1 ⎢ ⎣

⎤ dy ⎥ ⎦

c¸nh.

Víi u lµ vËn tèc theo ®−êng dßng trong vïng líp biªn

y lµ chiÒu dµy líp biªn.

Do kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®−îc trùc tiÕp ®¹i l−îng δk**, ng−êi ta ®−a ra mét quan

hÖ gÇn ®óng cña ®¹i l−îng nµy víi gi¸ trÞ chiÒu dµy tæn thÊt xung δk** (ë lèi ra cña

profile) dùa trªn viÖc øng dông ph−¬ng tr×nh xung ®èi víi vïng gi÷a c¸c tiÕt diÖn

2,3

(2.57)

Wk W

** δ '2 ** kδ

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

2'- 2' vµ k - k.

2,3

(2.58)

2 2

** δ k sin

W k W

β 2

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

ThÕ gi¸ trÞ δ2’** rót ra tõ ph−¬ng tr×nh nµy vµo c«ng thøc (2.55) ta ®−îc:

sin 2 β

sin ∞ β ∞

MÆt kh¸c ta cã:

2,3

2.0

(2.59)

2 W ∞

W W

W ∞ W

** δ k sin β ∞

∞

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

ThÕ vµo ph−¬ng tr×nh (2.56) ta ®−îc:

Thay biÓu thøc nµy vµo ph−¬ng tr×nh (2.53), ta t×m ®−îc biÓu thøc tÝnh hÖ sè

c¶n líp biªn:

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

2,3

2.0

(2.60)

W ∞ W

** δ k L

W W ∞

⎛ ⎜⎜ 2 ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠

Trong biÓu thøc nµy cã chiÒu dµy tæn thÊt xung δk** ë lèi ra cña profile. Nã

(2.61)

** d δ dx

** ' δ W

τ W

* δ ** δ

⎞ =⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

®−îc x¸c ®Þnh dùa trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh:

Trong ®ã:

* δ

−

∫

u W

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

δ*: ChiÒu dµy chÌn Ðp cña líp biªn.

Víi W lµ vËn tèc dßng ngoµi cña líp biªn.

Trong m¸y thñy lùc, do dßng ch¶y trong buång dÉn dßng lµ dßng rèi, nªn líp

biªn còng lµ líp biªn dßng rèi.

§Ó tÝch ph©n ph−¬ng tr×nh (2.61) sö dông ph−¬ng ph¸p mét th«ng sè cña

Loixenxki. Theo ph−¬ng ph¸p nµy, c¸c d¹ng profile vËn tèc kh¸c nhau trong líp

biªn u = ϕ(y) ®−îc quy vÒ mét tËp hîp profile víi mét th«ng sè f thay ®æi theo bÒ

u W

y **δ

⎛ ϕ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

mÆt profile.

(Re **

)

(2.62)

' ** δ W

Trong ®ã, f lµ th«ng sè h×nh thøc cã biÓu thøc:

(

(Re

)

) f ξ =

(2.63)

2 G

τ W

víi G (Re**) lµ mét hµm tæng hîp cho phÐp coi c¸c hµm:

vµ H(f) = δ*/δ** còng lµ c¸c hµm tæng hîp kh«ng phô thuéc vµo Re** = Wδ**/ν

( fF

)

( fH

)]

(2 = ξ

2[2) −

Ta ®−a thªm vµo hµm sè

fF (

)

(2.64)

df dx

W W

§Ó ®−a ph−¬ng tr×nh (2.61) vÒ d¹ng ®¬n gi¶n h¬n.

Thay hµm F(f) b»ng quan hÖ gÇn ®óng:

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

F(f) = 1,17 - 4,8f,

8,3

)( xf

dxxW

)(

(2.65)

∫

' 17,1 )( xW 8,4 )( xW

ta cã ph−¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh víi lêi gi¶i b»ng:

§Ó x¸c ®Þnh δ** ta gi¶ thiÕt r»ng, trong tr−êng hîp líp biªn dßng rèi, hµm

1**

(Re

)

Re2,153

(2.66)

quan hÖ G(Re**) trong hai tr−êng hîp l−íi profile c¸nh vµ l−íi b¶n ph¼ng nh− nhau:

8,3

** δ

xdxW )(

x )(

** δ

(2.67)

0153 1

∫

x )( L

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

1 3 xW )( 4

Khi ®ã ta t×m ®−îc :

víi Re = W∞ L/ν

Thay gi¸ trÞ chiÒu dµy tæn thÊt xung t−¬ng ®èi S** ë mÐp ra cña profile (2.67)

8,3

xdxW )()(

(2.68)

0306 1

∫

1 2,0 k

⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

vµo biÓu thøc (2.60) ta t×m ®−îc c«ng thøc:

§Ó tÝnh Cxp theo (2.68), sè h¹ng trong ngoÆc vu«ng ®−îc tÝnh riªng cho hai

phÝa l−ng vµ bông profile sau ®ã lÊy mò 6/7 vµ céng l¹i.

C«ng thøc (2.68) ®−îc dïng ®Ó tÝnh Cxp chØ trong tr−êng hîp ch¶y bao profile

kh«ng t¸ch dßng. Trong tr−êng hîp ng−îc l¹i ta cÇn ph¶i tÝnh thªm nhiÒu yÕu tè

kh¸c, bµi to¸n trë nªn phøc t¹p h¬n.

BiÕt ®−îc hÖ sè lùc c¶n Cxp, ta x¸c ®Þnh ®−îc hÖ sè tæn thÊt thñy lùc trong

ch¶y bao profile theo c«ng thøc (2.54).

Tæn thÊt qua khe ®Çu mót c¸nh (gäi t¾t lµ tæn thÊt mót c¸nh) lµ d¹ng tæn thÊt

®Æc tr−ng trong m¸y c¸nh dÉn h−íng trôc. D¹ng tæn thÊt nµy kh«ng thuéc d¹ng tæn

thÊt profile. Tæn thÊt mót c¸nh x¶y ra do ch¶y trµn chÊt láng qua khe hë gi÷a ®Çu

mót c¸nh vµ thµnh vá m¸y cïng víi viÖc xuÊt hiÖn c¸c xo¸y ë mót c¸nh.

(2.69)

h k

L t

ρ sin2

2W ∞ β ∞

Tæn thÊt thñy lùc qua mót c¸nh lùc ®−îc x¸c ®Þnh b»ng:

HÖ sè tæn thÊt Cxk phô thuéc vµo khe hë t−¬ng ®èi δ/b

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

δ b

−

2 δ D 1 md

Trong ®ã:

b = (D1- dm0)/2 - chiÒu dµi c¸nh theo ph−¬ng h−íng kÝnh

D1: §−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c

dm0: §−êng kÝnh may ¬ b¸nh c«ng t¸c

cos

(2.70)

2 y

∞β

1 4

L t

B λ

250 D 1 d

−

⎞ CC ⎟ y ⎠

⎞ ⎟ ⎛ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝

HÖ sè Cxk ®−îc x¸c ®Þnh b»ng:

Trong ®ã: B lµ hÖ sè thùc nghiÖm, B = 0,005

Cy: hÖ sè lùc n©ng cña

λ = b/L - hÖ sè kÝch th−íc

BiÕt Cxk ta x¸c ®Þnh ®−îc hk vµ do ®ã x¸c ®Þnh ®−îc tæn thÊt thñy lùc t−¬ng

(2.71)

L t

3 W ∞ gHW

h k H γ

®èi:

(2.72)

( C

)

ξξξ p p

L t

3 W ∞ gHW

Tæn thÊt thñy lùc trong b¸nh c«ng t¸c

2.6. TÝnh to¸n b¸nh c«ng t¸c trªn m¸y vi tÝnh.

§Ó gi¶m nhÑ viÖc tÝnh to¸n, viÖc thiÕt kÕ c¸nh tua bin ®· ®−îc lËp tr×nh trªn

m¸y vi tÝnh ch−¬ng tr×nh tÝnh c¸nh tua bin gåm c¸c ch−¬ng tr×nh lín.

Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ profile c¸nh.

Ch−¬ng tr×nh tÝnh ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh.

Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt trªn BCT.

2.6.1 Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ profile c¸nh:

Ch−¬ng tr×nh nµy gåm ba ch−¬ng tr×nh nhá

- Ch−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh th«ng sè c¬ b¶n cña d·y c¸nh.

- Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña profile c¸nh theo ph−¬ng ph¸p ph©n

bè xo¸y.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

- Ch−¬ng tr×nh x©u c¸nh theo ph−¬ng chiÕu ®øng vµ chiÕu b»ng.

X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña d·y c¸nh:

C¸nh BCT ®−îc chia thµnh n¨m tiÕt diÖn bëi c¸c mÆt trô ®ßng t©m víi trôc tua

bin. C¸c tÝnh to¸n sÏ tiÕn hµnh cho n¨m tiÕt diÖn nµy.

Sè liÖu ®−a vµo gåm:

- Sè vßng quay vµ l−u l−îng quy dÉn nI’ vµ QI’. - Sè l−îng tiÕt diÖn tÝnh to¸n Ntd (cã thÓ b»ng 5 hoÆc lín h¬n). - Tû sè bÇu db/D1 vµ ®−êng kÝnh tÝnh to¸n D1 (D1 = 1m). - B¸n kÝnh t−¬ng ®èi cña c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n: Ri = Ri/R.

- Sè c¸nh cña BCT Zct vµ cét n−íc tÝnh to¸n H (H = 1m). - MËt ®é d·y c¸nh L/T cho tõng tiÕt diÖn.

- HiÖu suÊt thuû lùc cña d·y c¸nh ηtl.

- HÖ sè ph©n bè l−u sè C’ cho mçi tiÕt diÖn.

- HÖ sè ph©n bè vËn tèc h−íng trôc Kzi. - HÖ sè ph©n bè chÌn dßng Kcdi.

- ChiÒu dµy t−¬ng ®èi lín nhÊt δmax/L cña mçi tiÕt diÖn.

C¸c th«ng sè nhËn ®−îc sÏ lµ:

- VËn tèc theo ph−¬ng U cña mçi tiÕt diÖn: Ui. - VËn tèc xo¸y tr−íc vµ sau d·y c¸nh: Vu1i vµ Vu2i. - VËn tèc h−íng trôc Vzi.

- Gãc cña dßng trung b×nh βmi.

- Gãc vµo vµ ra cña dßng ch¶y β1i vµ β2i.

- VËn tèc trung b×nh Wmi vµ c¸c h×nh chiÕu vËn tèc.

C¸c kÕt qu¶ nµy ®−îc ghi vµo hai file KQ1.KQ cã thÓ xem ®−îc trªn mµn h×nh

vµ ghi vµo file trung gian TQ1.TQ ®Ó phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n tiÕp theo.

S¬ ®å khèi cña ch−¬ng tr×nh nh− h×nh 20.

2.6.2. TÝnh to¸n profile c¸nh theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y.

Néi dung c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®−îc tr×nh bµy ë phÇn tr−íc. Trªn

c¬ së quy luËt ph©n bè xo¸y d−íi d¹ng kh«ng e-lip, ta sÏ x¸c ®Þnh vËn tèc c¶m øng

t¹o bëi c¸c xo¸y ph©n bè t¹i c¸c ®iÓm x¸c ®Þnh cña ®−êng nh©n vµ vËn tèc t−¬ng ®èi

cña dßng tæng hîp t¹i c¸c ®iÓm cho tr−íc lµ Wx vµ Wy. Trªn c¬ së ®ã ta x¸c ®Þnh

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

®−îc c¸c gãc β t¹o bëi ph−¬ng cña vËn tèc t−¬ng ®èi víi trôc X vµ to¹ ®é (x,y) c¸c

®iÓm cña ®−êng nh©n profile.

ViÖc tÝnh to¸n ®−îc lÆp l¹i nhiÒu lÇn sao cho sai sè to¹ ®é ®−êng nh©n nhá h¬n

gi¸ trÞ cho phÐp d−íi 3%.

KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−îc l−u trªn file TG2.TG vµ file sè liÖu cña ch−¬ng tr×nh 3.

C¸c profile c¸nh ë c¸c tiÕt diÖn kh¸c nhau còng ®−îc vÏ lªn mµn h×nh ®Ó tiÖn

quan s¸t.

Ch−¬ng tr×nh m« t¶ nh− h×nh 21:

i: = i+1

Vµo sè liÖu ban ®Çu Chän C

TÝnh to¸n c¸c th«ng sè

U,V,W, T/L, βm, Γ, A0, A1

Chän K theo T/L vµβm

βvct= βm - α

TÝnh sinα vµ gãc α

Chän K theo T/L vµβvct

TG1.TG

KQ1.KQ

α ≤ [α]

TÝnh ∆K %

Ch−¬ng tr×nh 2

H×nh 20. S¬ ®å khèi ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ profile c¸nh.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

TG1.T

i: = i+1

X¸c ®Þnh to¹ ®é c¸c ®iÓm tÝnh to¸n cña ®−êng nh©n

σ = -1, -2/3, -1/3, 0, 1/3, 2/3,1

X¸c ®Þnh hÖ sè a,b

V’xα; V’’xα; V’xs; V’’xs; V’yα; V’’yα; V’ys; V’’ys; Wx; Vy;

X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn vËn tèc

X¸c ®Þnh cosβ vµ sinβ - Gãc cña vËn tèc víi ®−êng nh©n

X¸c ®Þnh to¹ ®é ®−êng nh©n xi, yi

X¸c ®Þnh sai sè to¹ ®é ®−êng nh©n ∆xi, ∆yi

X©y dùng ®−êng nh©n & ®é dÇy cho profile c¸nh

TG2.TG

X¸c ®Þnh gãc va α = βm - β vµ ®é vâng f = f/L

HiÖu chØnh gãc ra α b»ng c¸ch thay ®æi C’ tõ sè liÖu vµo cña ch−¬ng tr×nh 1

Ch−¬ng tr×nh 3

H×nh 21. S¬ ®å khèi ch−¬ng tr×nh profile c¸nh theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

2.6.3. X©u c¸nh (xÕp c¸c profile) theo ph−¬ng chiÕu ®øng vµ ph−¬ng chiÕu

b»ng.

ViÖc s¾p xÕp c¸c profle ®−îc thùc hiÖn theo nguyªn t¾c mÐp ra cña c¸nh n»m

trªn cïng mét ®−êng th¼ng h−íng kÝnh vµ vu«ng gãc víi trôc. C¸nh ®−îc vÏ theo

ph−¬ng chiÕu ®øng vµ ph−¬ng chiÕu b»ng. Trong ch−¬ng tr×nh nµy to¹ ®é cña c¸c

®iÓm cña profle thùc ®−îc tÝnh theo ®−êng kÝnh thùc cña BCT. KÕt qu¶ viÖc tÝnh

to¸n ®−îc l−u gi÷ trong file KQ2.KQ. §ång thêi ch−¬ng tr×nh nµy t¹o ra file

TG3.TG lµ file sè liÖu dµnh cho ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tiÕp theo.

TG1.TG

S¬ ®å khèi cña ch−¬ng tr×nh 3 h×nh 22:

X©y dùng l−íi to¹ ®é khung trôc

X©u profile, dùng c¸nh ë mÆt chiÕu ®øng

Dùng c¸nh ë mÆt chiÕu b»ng

TG3.TG

KQ2.KQ

TÝnh to¹ ®é cña profile Cho ®−êng kÝnh thùc D cña BCT

Ch−¬ng tr×nh 4

H×nh 23. S¬ ®å khèi ch−¬ng tr×nh xÕp c¸c profile.

2.6.4. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh.

PhÇn tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profle c¸nh ®· ®−îc lËp tr×nh.

KÕt qu¶ tÝnh to¸n ph©n bè vËn tècW, ¸p suÊt P ®−îc l−u trong file KQ3.KQ.

Ph©n bè vËn tèc W vµ ¸p suÊt P sau khi tÝnh ®−îc sÏ biÓu diÔn d−íi d¹ng ®å thÞ

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

phô thuéc vµo to¹ ®é s cña chu tuyÕn profile h−íng b¾t ®Çu tõ ®u«i (m¸p ra) cña

profle theo h−íng bông c¸nh vßng qua l−ng c¸nh.

C¸c biÓu ®å vËn tèc W(s), W(s) = W(s)/V vµ ¸p suÊt p(s) = (p -pa)/γH ®−îc

x©y dùng cho c¶ n¨m tiÕt diÖn tÝnh to¸n.

S¬ ®å khèi cña ch−¬ng tr×nh nh− h×nh 23.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Sè liÖu vµoTG3.TG

TÝnh to¸n to¹ ®é ®iÓm nót Gaos¬ Sg vµ c¸c hÖ sè Gaos¬ t¹i c¸c ®iÓm nµy (a0)

TÝnh to¸n to¹ ®é ®iÓm nót Gaos¬ ug, zg trªn profile,gi¸ trÞ h0, r0 c¸c hµm γ0, fg, qg t¹i c¸c ®iÓm nµy

K = K1

TÝnh vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh

Gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh

KQ2.KQ

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

KQ1.KQ

S¬ ®å tæng qu¸t cña c¶ n¨m ch−¬ng tr×nh nh− sau:

TG1.TG

TG2.TG

Vµo sè liÖu Thø 1

KQ2.KQ

TG3.TG

Thø 2

KQ3.KQ

Thø 3

Thø 4

Thø 5

2.6.5. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña b¸nh c«ng t¸c:

Tæn thÊt thuû lùc ë b¸nh c«ng t¸c chiÕm mét phÇn ®¸ng kÓ trong tæng tæn thÊt

thuû lùc trong tua bin vµ viÖc tÝnh to¸n rÊt phøc t¹p. PhÇn trªn ®· ®Ò cËp ®Õn lý

thuyÕt tÝnh to¸n tæn thÊt trªn BCT bao gåm tæn thÊt líp biªn vµ tæn thÊt mót c¸nh.

Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt líp biªn cã s¬ ®å khèi nh− h×nh 24.

2.7. KÕt luËn.

còng nh− viÖc tÝnh to¸n cã sù hç trî tÝch cùc cña m¸y tÝnh.

ë phÇn trªn chóng t«i cã ®iÓm qua c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸nh BCT vµ

kh«ng lín nh− ph−¬ng ph¸p c¸c ®iÓm kú dÞ nh−ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n còng cho c¸c

BCT chÊt l−îng cao.

§Ó s¬ bé ®¸nh gi¸ chÊt l−îng c¸nh chóng t«i cã ®Ò cËp ®Õn ph−¬ng ph¸p gi¶i

profile.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Môc cuèi cña phÇn hai nªu lªn c¸ch ®¸nh gi¸ lý thuyÕt tæn thÊt vµ hiÖu suÊt

cña tua bin theo ph−¬ng ph¸p líp biªn.

TÝnh chiÒu dµi L phÇn l−ng c¸nh vµ bông c¸nh cña

Gi¶ thiÕt vËn tèc vßng VUGT ë mÐp ra, TÝnh vËn tèc W2 vµ W∞

TÝnh chuyÓn ®æi thµnh c¸c ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn

Vugt = V2u

U 2

UGT 2

≤

− V

U 2

yes

KQ2.KQ

TÝnh to¸n hÖ sè t¬n thÊt ζ, hiÖu suÊt thuû lùc cña d·y c¸nh, tÝnh vËn tèc V2U

H×nh 24. S¬ ®å khèi CT tÝnh to¸n tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña b¸nh c«ng t¸c

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Toµn bé c¸c phÇn tÝnh to¸n thiÕt kÕ trªn:

- TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸nh c«ng t¸c.

- TÝnh to¸n tæn thÊt líp biªn vµ tæn thÊt mót c¸nh ®· ®−îc lËp tr×nh tÝnh

to¸n trªn m¸y vi tÝnh.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng III: ThiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ thö nghiÖm tua bin

m« h×nh.

3.1. Chän kÕt cÊu tæ m¸y.

3.1.1. Tua bin d¹ng capxun:

§Ó phï hîp víi kh¶ n¨ng c«ng nghÖ trong n−íc chóng t«i kh«ng dïng ph−¬ng

¸n m¸y ph¸t ®Æt trong bÇu capxun mµ chØ ®Æt puli ®ai thang trong ®ã. KÝch th−íc

capxun to hay nhá phô thuéc vµo kÝch th−íc cña puli xÐt vÒ gãc ®é thuû lùc kÝch

th−íc capxun nhá h¬n ®−êng dßng sÏ th¼ng h¬n tæn thÊt thuû lùc sÏ nhá h¬n. Theo

kinh nghiÖm thiÕt kÕ cña n−íc ngoµi ®−êng kÝnh cña capxun th−êng lÊy d/D1=0.7-1,

trong ®ã d lµ ®−êng kÝnh cña capxun.

KÝch th−íc cña ®−êng èng dÉn n−íc vµo liªn quan mËt thiÕt ®Õn kÝch th−íc vµ

h×nh d¹ng cña capxun, khi thiÕt kÕ cÇn tho¶ m·n c¸c nguyªn t¾c sau:

§−êng èng dÉn ph¶i t¹o ra ®−îc dßng ch¶y thu hÑp dÇn, kh«ng ®−îc më réng

dßng ch¶y, ®Ó gi¶m bít tæn thÊt thuû lùc.

KÝch th−íc mÆt c¾t cöa vµo cña èng dÉn n−íc ph¶i ®¶m bo¶ gi¸ trÞ l−u tèc

trung b×nh vj = kVh, ®Ó chän kÝch th−íc mÆt c¾t nhá nh¨m gi¶m kÝch th−íc tæ m¸y

hÖ sè l−u tèc lÊy 1-1,2.

3.1.2. Tua bin dßng nöa th¼ng:

Trôc tæ m¸y ®i ra tõ phÇn cong cña phÇn ®Én dßng ®−êng kÝnh cöa vµo

D/D1=1,2 - 1,5.

Víi bé phËn h−íng dßng: Lùa chän sè c¸nh h−ính dßng: Z0 = 8 c¸nh. X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tõ c¸nh h−íng ®Õn BXCT vµ gãc nghiªng cña c¸nh

h−íng: Th«ng th−êng gãc nghiªng cña c¸nh b»ng 60 - 70o. PhÇn nhiªu dïng gãc

65o. Kho¶ng c¸ch cña giao ®iÓm ®−êng trôc c¸nh h−íng vµ ®−êng trôc tua bin ®Õn

- Lùa chän kÝch th−íc buång BXCT vµ èng hót:

§èi víi tæ m¸y cì nhá, c¸nh BXCT cè ®Þnh buång h×nh trô.

èng hót cña tua bin dßng th¼ng cã h×nh nãn. §é dµi vµ h×nh d¹ng h×nh häc cña

èng hót cã ¶nh h−ëng nhÊt ®Þnh tíi dßng ch¶y trong BXCT , dßng khuyÕch t¸n trong

èng x¶, ma s¸t gi÷a dßng ch¶y vµ èng… cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh n¨ng thuû lùc

cña tua bin. Qua c¸c thÝ nghiÖm cho thÊy nÕu èng hót qu¸ ng¾n d−íi 1.55dg cã thÓ

lµm gi¶m hiÖu suÊt thuû lùc tíi 0.5%. KÐo dµi èng x¶ h×nh nãn cã thÓ c¶i thiÖn tÝnh

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

n¨ng cña tua bin, kÝch th−íc chiÒu dµi tèi −u tuú thuéc vµo lo¹i tua bin, laäi c¸nh

BXCT, ®é dµi cña èng hót th−êng lÊy L = (4,5 - 5)D1.

H×nh d¹ng èng x¶ th−êng dïng h×nh nãn hoÆc èng vu«ng trßn, èng vu«ng trßn

dÔ chÕ t¹o vµ thuËn lîi trong thi c«ng l¾p ®Æt. NÕu dïng èng x¶ h×nh nãn cã thÓ lÊy

gãc nãn 10 - 120 , nÕu dïng èng vu«ng trßn gãc c«n lÊy theo biÓu ®å 2 - 57.

3.1.3. PhÇn dÉn dßng cña tua bin thÝ nghiÖm:

C¨n cø vµo c¸c nguyªn t¾c trong thiÕt kÕ ®· nªu ë trªn cho phÇn qua n−íc cña

tua bin dßng th¼ng vµ dßng nöa th¼ng trôc ngang chóng t«i ®· thiÕt kÕ c¸c tua bin cã

phÇn qua n−íc nh− ë c¸c h×nh d−íi. C¶ hai lo¹i tua bin nµy chóng t«i ®· chÕ t¹o ®Ó

®−a vµo thö nghiÖm.

§Ó lùa chän ®−îc mÉu c¸nh tua bin m« h×nh thö nghiÖm ta cÇn th«ng qua tÝnh

to¸n lý thuyÕt ®Ó chän ®−îc mÉu c¸nh tèt nhÊt. Dùa vµo c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña

kh¸c (cò) vµ mÉu c¸nh ΠΛΓ9a1 cña Liªn x« (cò), dïng ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n BCT

®Ó x¸c ®Þnh profile BCT vµ tÝnh to¸n tæn thÊt cho tõng mÉu c¸nh ®Ó chän ®−îc mÉu

c¸nh. Khi thö nghiÖm chóng t«i dïng phÇn dÉn dßng cña tua bin dßng nöa th¼ng cã

c¸nh h−íng cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc ®Ó thÝi nghiÖm c¸c mÉu c¸nh.

3.2. ThiÕt kÕ BXCT tuabin m« h×nh.

3.2.1. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña l−íi c¸nh vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc cña dßng

ch¶y qua BCT tua bin (cho mÉu c¸nh 4K84).

C¸c th«ng sè ban ®Çu dïng ®Ó tÝnh to¸n b¸nh c«ng t¸c lµ sè vßng quay, l−u

l−îng vµ ®−êng kÝnh bÇu db/D1, sè c¸nh cña b¸nh c«ng t¸c Zbct vµ tû lÖ chiÒu dµi

c¸nh trªn b−íc l−íi L/T. B¸nh c«ng t¸c ®−îc tÝnh to¸n cho 5 tiÕt diÖn t¹o bëi c¸c

- Sè c¸nh: ®−îc chän theo mÉu lµ 4.

- MËt ®é d·y c¸nh: l/t øng víi 5 tiÕt diÖn nh− sau:

TiÕt diÖn I II III IV V

l/t 0,946 0,828 0,730 0,646 0,579

- VËn tèc h−íng trôc cña dßng ch¶y (trong mÆt ph¼ng kinh tuyÕn) ch−a

kÓ ®Õn hÖ sè chÌn dßng :

' V z

)

' Q 4 I 2 D π − i

2 b

(3.1)

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

QKK

VKK

(3.2)

cdi

' z

cdi 1(

' I )

zi d −

2 D π i

2 b

b¸n kÝnh ta cã vËn tèc h−íng trôc b»ng:

§èi víi tiÕt diÖn gèc hÖ sè chÌn dßng cã gi¸ trÞ b»ng : Kcdi = 1,05 - 1,1 chän

Kcdi = 1,06.

§èi víi tiÕt diÖn biªn cã thÓ lÊy hÖ sè chÌn dßng b»ng: Kcdi=1,02 - 1,05 chän

Kcdi = 1,02

HÖ sè chÌn dßng cña c¸c tiÕt diÖn gi÷a lÊy theo quy luËt tuyÕn tÝnh:

TiÕt diÖn I II III IV V

HÖ sè chÌn dßng Kcd 1,06 1,05 1,04 1,03 1,02

(3.3)

K cd

−

δ sin

HÖ sè chÌn dßng cã thÓ kiÓm tra l¹i ë cuèi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n b»ng c«ng thøc:

Trong ®ã:

δ: lµ ®é dµy cña profile

β: gãc ®Æt cña profile ë ®iÓm tÝnh to¸n.

TiÕt diÖn I II III IV V

Kzi 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10

2 iUiU =

(3.4)

,π n 30

- VËn tèc vßng (theo ph−¬ng U) cña dßng chÊt láng:

V 2

η tl ui

(3.5)

V 2

- Thµnh phÇn vËn tèc xo¸y ë mÐp vµo vµ mÐp ra cña c¸nh b¸nh c«ng t¸c:

1 V i 1 V i

V η 1 ui tl

§èi víi tiÕt diÖn gèc hÖ sè vËn tèc xo¸y Kvzu cã thÓ lÊy b»ng 0, ®èi víi tiÕt

diÖn biªn Kvzu cã thÓ lÊy b»ng + 0,2; §èi víi c¸c tiÕt diÖn trung gian cã thÓ lÊy theo

quy luËt tuyÕn tÝnh.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

HÖ sè xo¸y sau b¸nh c«ng t¸c:

TiÕt diÖn I II III IV V

Kvzu 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

- Gãc cña dßng ch¶y bao kh«ng nhiÔu t¹o bëi h−íng cña vËn tèc Wm vµ trôc

(3.6)

l−íi :

(3.7)

−

V 2

1 ( 2 W V 12 zi

⎤ ) +⎥ ⎦

⎡ U ⎢ ⎣

- VËn tèc trung b×nh cña dßng song ph¼ng kh«ng nhiÔu:

=Γ

(3.8)

gH ,

60η tl nZ ct

- L−u sè vËn tèc bao quanh profile :

- L−u sè vËn tèc t¹o ra bëi gãc va α cña profile:

HÖ sè C' cho tiÕt diÖn gèc lÊy s¬ bé mét gi¸ trÞ nµo ®ã trong ph¹m vi 0,3 - 0,6

tïy tuéc lo¹i b¸nh c«ng t¸c. §èi víi tiÕt diÖn biªn hÖ sè C' th−êng lÊy b»ng 0,1. §èi

víi c¸c tiÕt diÖn trung gian C' lÊy theo quy luËt tuyÕn tÝnh. HÖ sè C' cho tiÕt diÖn gèc

®−îc lÊy s¬ bé øng víi c¸c tiÕt diÖn nh− sau:

TiÕt diÖn I II III IV V

C’ 0,45 0,34 0,26 0,18 0,10

(3.9)

Γsi = Γ - Γαi = Γ(1- C’i).

Trªn c¬ së ®ã ta x¸c ®Þnh ®−îc l−u sè Γαi vµ Γsi:

hÖ sè: A0i = 2xΓαi / ΠL, A1i = 4xΓsi / ΠLi

sin

(3.10)

=α i

A o kwm

vµ gãc va αi cña dßng ch¶y :

Trong ®ã: Ki lµ hÖ sè ¶nh h−ëng cña c¸c profile trong l−íi. HÖ sè Ki ®−îc

chän theo gãc ®Æt cña profile βi = βmi + αi vµ b−íc l−íi t−¬ng ®èi (L/T)i

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

NÕu gãc va α cña tiÕt diÖn gèc lín h¬n gi¸ trÞ cho phÐp [α] = 60 - 80 ta cÇn

chän l¹i hÖ sè C' ®Ó ®iÒu chØnh gãc va α.

Sau khi tÝnh ®−îc gãc va αi, ta cã gãc ®Æt míi cña profile βi = βmi + αi . HÖ

sè Ki chän l¹i theo βi vµ (L/T)i. Qu¸ tr×nh tÝnh lÆp kÕt thóc, khi hÖ sè Ki, chän

®−îc trong lÇn tÝnh to¸n tiÕp theo sai kh¸c kh«ng qu¸ 3% so víi hÖ sè Ki chän ®−îc

trong lÇn tÝnh tr−íc.

Gãc ®Æt βi cña profile sÏ ®−îc dïng cho lÇn tÝnh gÇn ®óng thø nhÊt trong qu¸

tr×nh tÝnh lÆp ®Ó thiÕt kÕ l−íi c¸nh.

C¸c th«ng sè tÝnh to¸n thÓ hiÖn trªn b¶ng sau:

- Sè tiÕt diÖn Ntd: 5

- Sè vßng quay vµ l−u l−îng quy dÉn: 170 v/ph; 1,770 m3/s

- §−êng kÝnh bÇu vµ ®−êng kÝnh tÝnh to¸n: 0,37m; 1,0m

- B¸n kÝnh t−¬ng ®èi c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n:

TiÕt diÖn I II III IV V

0,427 0,548 0,679 0,822 1,0

- Sè c¸nh vµ cét n−íc tÝnh to¸n: 4; 1m

- MËt ®é d·y c¸nh

TiÕt diÖn II III IV I V

0,946 0,828 0,730 0,646 0,79

TiÕt diÖn II III IV I V

0,45 0,34 0,26 0,18 0,1

- HÖ sè xo¸y sau b¸nh c«ng t¸c:

TiÕt diÖn II III IV I V

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

- HÖ sè vËn tèc h−íng trôc Vz:

TiÕt diÖn II III IV I V

0,90 0,95 1,00 1,05 1,10

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

- HÖ sè chÌn dßng Kcd:

I TiÕt diÖn II III IV V

1,06 1,05 1,04 1,03 1,02

- ChiÒu dµy t−¬ng ®èi lín nhÊt:

I TiÕt diÖn II III IV V

11,19 8,01 5,91 4,42 3,3

3.2.2. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña l−íi c¸nh vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc cña dßng

ch¶y qua BCT(cho mÉu c¸nh ΠΛΓ9a1).

T−¬ng tù nh− phÇn trªn ta lËp ®−îc b¶ng th«ng sè tÝnh to¸n cña l−íi c¸nh vµ

c¸c thµnh phÇn vËn tèc cho mÉu c¸nh PLG9a1 nh− sau :

- Sè tiÕt diÖn Ntd: 5

- Sè vßng quay vµ l−u l−îng quy dÉn: 170 v/ph; 1,800m3/s

- §−êng kÝnh bÇu vµ ®−êng kÝnh tÝnh to¸n: 0,35m; 1,0m

- B¸n kÝnh t−¬ng ®èi c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n:

TiÕt diÖn I II III IV V

0,384 0,538 0,692 0,846 1,10

- Sè c¸nh vµ cét n−íc tÝnh to¸n: 4; 1m

- MËt ®é d·y c¸nh

I TiÕt diÖn II III IV V

0,850 0,695 0,620 0,575 0,550

I TiÕt diÖn II III IV V

0,35 0,25 0,20 0,15 0,1

- HÖ sè xo¸y sau b¸nh c«ng t¸c:

I TiÕt diÖn II III IV V

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

- HÖ sè vËn tèc h−íng trôc Vz:

TiÕt diÖn II III IV V I

0,90 0,95 1,00 1,05 1,10

- HÖ sè chÌn dßng Kcd:

TiÕt diÖn II III IV V I

1,10 1,087 1,075 1,062 1,050

- ChiÒu dµy t−¬ng ®èi lín nhÊt:

TiÕt diÖn II III IV V I

10,00 8,04 6,07 4,11 2,15

3.2.3. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ profile c¸nh:

máng cña Lªx«khin. Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc m« t¶ trong ch−¬ng I.

chia lµm 6 ®o¹n b»ng nhau bëi c¸c ®iÓm cã täa ®é t−¬ng ®èi:

σ = -1 ; -2/3 ; -1/3 ; 0 ; 1/3 ; 2/3 ; 1

Nh− ta biÕt trong c¬ së lý thuyÕt c¸nh, mét profile máng v« cïng cã thÓ xem

nh− ®−êng dßng tæng hîp cña chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. V× vËy, ®Ó x¸c ®Þnh täa ®é

ch¶y tæng hîp vµ c¸c h×nh chiÕu vËn tèc trªn c¸c ph−¬ng trôc x vµ y.

H×nh chiÕu vËn tèc t−¬ng ®èi trªn ph−¬ng trôc x x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc:

' xs

" xs

' x α

(3.11) V V " WW V = + mx x α

Trªn ph−¬ng trôc y:

" ys

' ys

' y α

" y α

(3.12) WW V =

ý nghÜa c¸c vËn tèc thµnh phÇn vµ c¸ch tÝnh to¸n ®· tr×nh bµy trong phÇn II.

BiÕt c¸c thµnh phÇn vËn tèc Wx vµ Wy ta x¸c ®Þnh ®−îc gãc t¹o bëi ph−¬ng cña vËn

sin

β (3.13a)

cos

y W W x W

(3.13b) β

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Trong ®ã:

2 y

(3.14) W 2 x WW +

vµ täa ®é c¸c ®iÓm chia ®ã.

)

L 6

1 2

∆

x i

(3.15a) (cos β n cos β n

x =∆ i x (3.15b)

)

sin

β n

1 2

∆

(3.15c) (sin + β n y =∆

n ∑ 1 = L 6 n ∑ 1 =

(3.15d)

to¸n cña c¸nh trong mÆt ph¼ng x, y.

tÝnh hai lÇn lµ ®ñ.

profile thùc.

(%)

x =

1. 2. 5. 7. 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 1

y =

maxy

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0

mét ®−êng th¼ng h−íng kÝnh vµ vu«ng gãc víi trôc, ta ®−îc c¸nh hoµn chØnh cña

b¸nh c«ng t¸c.

Toµn bé qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ®−îc thùc hiÖn trªn m¸y vi tÝnh víi viÖc sö dông

ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tua bin h−íng trôc.

C¸c th«ng sè ban ®Çu vµ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n mÉu c¸nh trªn ®−îc cho trong

phô lôc cuèi ch−¬ng gåm:

- B¶ng c¸c sè liÖu tÝnh to¸n ban ®Çu.

- B¶n tÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tua bin.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

- B¶n vÏ c¸c profile trong täa ®é t−¬ng ®èi cho 5 tiÕt diÖn tÝnh to¸n trong mÆt

ph¼ng x, y. Trªn b¶n vÏ chØ râ gãc ®Æt cña profile, gãc va , ®é dµy t−¬ng ®èi , ®é

vâng t−¬ng ®èi fmax/L cña profile.

tÝnh to¸n.

C¸c biÓu ®å nµy ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ s¬ bé chÊt l−îng vµ kh¶ n¨ng lµm

viÖc cña l−íi c¸nh, ®ång thêi cã thÓ sö dông ®Ó x¸c ®Þnh tæn thÊt trong ch¶y bao

profile c¸nh.

PP − a H γ

c¸nh, tõ biÓu thøc tÝnh ¸p suÊt t−¬ng ®èi:

P P a + = γγ

ta x¸c ®Þnh ®−îc ¸p suÊt tuyÖt ®èi ë vÞ trÝ cã ®é gi¶m ¸p lín nhÊt trªn c¸nh:

¸p suÊt nµy lín h¬n ¸p suÊt h¬i b·o hßa cña chÊt láng nªn tua bin lµm viÖc

3.2.4. TÝnh to¸n hiÖu suÊt c¸c mÉu c¸nh.

Sau khi tÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn vËn tèc vµ tÝnh to¸n profile c¸nh b¸nh c«ng

t¸c , ta cã c¬ së tÝnh to¸n tæn thÊt trªn hai mÉu c¸nh 4K84vµ ΠΛΓ9a1®Ó chän mÉu

c¸nh thÝch hîp ®−a vµo thÝ nghiÖm .

Dïng ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n trªn m¸y vi tÝnh ®Ó tÝnh tæn thÊt t¹i b¸nh xe c«ng

t¸c cña hai ph−¬ng ¸n c¸nh 4K84 vµ ΠΛΓ9a1 víi c¸c sè liÖu ®Çu vµo thÓ hiÖn trªn

Phô lôc 2 , kÕt qu¶ tÝnh to¸n nh− sau

B¶ng 10. KÕt qña tÝnh to¸n tæn thÊt tua bin ΠΛΓ9a1

TiÕt diÖn R L/T Vz Vu1 Vu2

1 0,214 0,946 2,684 2,314 0,000

2 0,274 0,828 2,806 1,767 0,068

3 0,340 0,730 2,926 1,454 0,112

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

4 0,411 0,646 3,042 1,252 0,137

5 0,500 0,579 3,157 1,111 0,150

TiÕt diÖn thø 1 Cxn = 0,0202 Jeta = 0,0227

TiÕt diÖn thø 2 Cxn = 0,0142 Jeta = 0,0290

TiÕt diÖn thø 3 Cxn = 0,0118 Jeta = 0,0395

TiÕt diÖn thø 4 Cxn = 0,0101 Jeta = 0,0512

TiÕt diÖn thø 5 Cxn = 0,0081 Jeta = 0,0637

TrÞ sè tæn thÊt b¸nh c«ng t¸c 0,042706

Tæn thÊt mót

TrÞ sè λ = 0,659710

Cy = 0,351186

Cxk = 0,001796

Jetak = 0,014177

Tæng tæn thÊt: 0,05650

HiÖu suÊt b¸nh c«ng t¸c: η= 0,9435

B¶ng 11 . KÕt qña tÝnh to¸n tæn thÊt tua bin 4K84

TiÕt diÖn R L/T Vz Vu1 Vu2

1 0,192 0,850 2,684 2,314 0,000

2 0,269 0,695 2,806 1,767 0,070

3 0,346 0,62 2,926 1,454 0,108

4 0,423 0,575 3,042 1,252 0,133

5 0,500 0,550 3,157 1,111 0,150

TiÕt diÖn thø 1 Cxn = 0,0259 Jeta = 0,0207

TiÕt diÖn thø 2 Cxn = 0,0149 Jeta = 0,0244

TiÕt diÖn thø 3 Cxn = 0,0112 Jeta = 0,0335

TiÕt diÖn thø 4 Cxn = 0,0093 Jeta = 0,0454

TiÕt diÖn thø 5 Cxn = 0,0081 Jeta = 0,0605

TrÞ sè tæn thÊt b¸nh c«ng t¸c 0,045484

Tæn thÊt mót

TrÞ sè λ = 0,694494

Cy = 0,369703

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Cxk = 0,001890

Jetak = 0,016177

Tæng tæn thÊt: 0,061661

HiÖu suÊt b¸nh c«ng t¸c: η= 0,9383

v× ch−a tÝnh tíi tæn thÊt qua c¸c phÇn qua n−íc kh¸c nh− buång xo¾n ,c¸nh h−íng

tÝnh to¸n cho tr−íc ®Ó chän mÉu c¸nh thÝch hîp . Sau khi tÝnh tæn thÊt trªn c¸nh

c«ng t¸c cña hai lo¹i mÉu c¸nh trªn ta thÊy ®èi víi cét n−íc vµ l−u l−îng ®· chän th×

tæn thÊt trªn c¸nh c«ng t¸c cña mÉu 4K84 lín h¬n tæn thÊt trªn c¸nh c«ng t¸c cña

mÉu ΠΛΓ9a1, viÖc tÝnh to¸n hiÖu suÊt cña hai lo¹i tuabin sÏ ®−îc kiÓm chøng qua

thùc nghiÖm.

3.3. Thö nghiÖm tua bin m« h×nh.

3.3.1. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin vµ c¸c th«ng sè cÇn ph¶i ®o

®¹c.

Trong thùc tÕ vËn hµnh cña tua bin, th«ng th−êng cã nhiÒu th«ng sè thay ®æi

nªn cÇn ph¶i dïng mét lo¹i ®−êng ®Æc tÝnh biÓu thÞ quan hÖ gi÷a tÊt c¶ c¸c th«ng sè

®Æc tÝnh cña tua bin. §−êng ®Æc tÝnh biÓu thÞ gi÷a c¸c th«ng sè ®Æc tÝnh cña tua bin,

tøc lµ biÓu thÞ tæng hîp tÝnh chÊt lµm viÖc cña tua bin gäi lµ ®−êng ®Æc tÝnh tæng

hîp. Cã hai lo¹i ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp: ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh vµ ®−êng

®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh.

§−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh biÓu thÞ quan hÖ η=f(Q,n) hoÆc η=f(N,n) khi

®−êng kÝnh BXCT D1 vµ cét n−íc H kh«ng thay ®æi. Nhung th«ng th−êng c¸c ®¹i

l−îng n, Q vµ N ®−îc tÝnh ®æi thµnh c¸c ®¹i l−îng quy dÉn nI’, QI’ vµ NI’ b»ng c¸c c«ng thøc t−¬ng tù. Do ®ã ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh lµ ®−êng biÓu thÞ quan hÖ

η = f(QI’,nI’) hoÆc η = f(NI’,nI’) khi D1= 1m vµ H = 1m. Lo¹i ®−êng ®Æc tÝnh

η = f(QI’,nI’) hay ®−îc dïng h¬n c¶.

Thùc tÕ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh lµ c¸c ®−êng ®ång hiÖu suÊt ®−îc vÏ

trong hÖ to¹ ®é QI’ vµ nI’. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh ®−îc x©y dùng b»ng hµng lo¹t thÝ nghiÖm m« h×nh. §ã lµ t− liÖu quan träng nhÊt ®Ó t×m hiÓu ®Æc tÝnh cña tõng

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

lo¹i tua bin, lµ c¬ së ®Ó vÏ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp vËn hµnh cña tua bin còng nh− lµ

t− liÖu chÝnh ®Ó chän tua bin cho tr¹m thuû ®iÖn.

§−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh ®−îc vÏ trong hÖ to¹ ®é c¸c th«ng sè quy dÉn

' 1 , nQ

' = 1

( ) nªn ph¶i biÕn ®æi c¸c ®¹i l−îng thÝ nghiÖm ra c¸c ®¹i l−îng quy dÉn theo

nD 1 H

c«ng thøc vµ

Dùa vµo c¸c kÕt qu¶ cã ®−îc ë thÝ nghiÖm m« h×nh (hoÆc ë hiÖn tr−êng) ®Ó

tiÕn hµnh vÏ c¸c ®−êng ®Æc tÝnh tuyÕn cña tuèc bin. Trªn c¬ së ®ã vÏ ®−êng ®Æc tÝnh

tæng hîp chÝnh. Tr×nh tù vÏ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh nh− sau:

' 1 , nQ

- Trong hÖ to¹ ®é ( ) vÏ c¸c ®−êng liªn hÖ n’ = f(Q1’) øng víi c¸c ®é më

a0 kh¸c nhau.

- Trªn ®å thÞ bæ trî vÏ c¸c ®−êng η = f(n1’) cho tõng ®é më a0.

- VÏ c¸c ®−êng song song víi trôc hoµnh (η1 = const) chóng sÏ c¾t c¸c ®−êng

a0 t¹i c¸c ®iÓm b1,b1’, b2, b2’, b3, b3’ b4, b4’ vµ vv... Mang c¸c ®iÓm bt cã cïng mét trÞ sè hiÖu suÊt øng víi c¸c ®é më a0 kh¸c nhau nµy sang ta sÏ cã c¸c ®iÓm bi vµ bi’ t−¬ng øng.... Nèi c¸c ®iÓm ®ã l¹i víi nhau b»ng mét ®−êng cong tr¬n

' 1 , nQ

ta sÏ cã ®−êng ®ång hiÖu suÊt trong hÖ to¹ ®é ( ). Cø lµm nh− thÕ cho

c¸c ®é më a0 kh¸c, ta sÏ cã mét hä ®−êng cong ®ång hiÖu suÊt trong hÖ to¹ ®é

' 1 , nQ

( ). §ã lµ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin.

3.3.2. Gi¸ thö nghiÖm tua bin.

3.3.2.1. M« t¶ chung hÖ thèng.

§Ó nghiªn cøu thùc nghiÖm tua bin m« h×nh h−íng trôc cét n−íc thÊp cÇn ph¶i

cã gi¸ thö tua bin ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu chÝnh x¸c, hiÖn ®¹i, vµ thuËn tiÖn cho

viÖc thao t¸c, gia c«ng sè liÖu. Víi môc tiªu ®ã chóng t«i tiÕn hµnh thö tua bin m«

S¬ ®å gi¸ thÝ nghiÖm tua bin ®−îc giíi thiÖu trªn h×nh 25.

HÖ thèng thÝ nghiÖm tua bin h−íng trôc cét n−íc thÊp gåm c¸c danh môc sau:

1 - BÓ ngÇm cÊp n−íc.

2 - C¸c b¬m cÊp cho sµn thÝ nghiÖm.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

4 - BÓ th−îng l−u hÖ thèng thÝ nghiÖm tua bin cét n−íc thÊp.

5 - ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng.

6 - ThiÕt bÞ ®o ¸p ë cöa vµo tua bin.

7 - ThiÕt bÞ ®o m« men trªn trôc tua bin (®i cïng víi thiÕt bÞ ®o sè vßng quay).

9 - ThiÕt bÞ ®o møc bÓ h¹ l−u.

10 - Kªnh dÉn n−íc vÒ bÓ cÊp.

H×nh 25. S¬ ®å gi¸ thÝ nghiÖm tua bin .

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 26. S¬ ®å l¾p ®Æt tua bin thö nghiÖm .

3.3.2.2. C¸c th«ng sè chÝnh cña c¸c bé phËn trong hÖ thèng:

a. BÓ n−íc ngÇm vµ kªnh dÉn:

BÓ n−íc ngÇm cung cÊp n−íc cho hÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ víi dung tÝch 250m3

®¶m b¶o cho dßng ch¶y sau khi qua sµn thö cã ®ñ thêi gian æn ®Þnh tr−íc khi tiÕp

tôc mét chu tr×nh míi.

§èi víi tua bin cét n−íc thÊp, yªu cÇu l−u l−îng thö kh¸ lín do ®ã ®Ó ®¹t yªu

cÇu kinh tÕ trong thö nghiÖm cÇn lùa chän sao cho khi vËn hµnh hÖ thèng cã thÓ chØ

cÇn ch¹y mét m¸y b¬m hoÆc cã thÓ vËn hµnh nhiÒu m¸y b¬m khi yªu cÇu l−u l−îng

cao.

CÊp l−u l−îng chÝnh cho hÖ thèng thÝ nghiÖm nµy lµ 02 tæ m¸y b¬m HL600 - 5

Trong tr−êng hîp cÇn thiÕt cã thÓ vËn hµnh thªm tæ m¸y b¬m LT470-18 cña hÖ

thèng thÝ nghiÖm tua bin m« h×nh cét n−íc cao.

TÊt c¶ c¸c b¬m cÊp ®−îc thiÕt kÕ ho¹t ®éng trong m¹ng b»ng hÖ thèng ®−êng

thèng mét c¸ch linh ho¹t, kinh tÕ.

c. BÓ th−îng l−u (bÓ ¸p lùc):

V× hÖ thèng cÇn l−u l−îng lín trong khi vËn hµnh nªn bÓ ¸p lùc cÇn ph¶i ®¶m

b¶o mét sè yªu cÇu sau:

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

- §¶m b¶o æn ®Þnh dßng ch¶y tr−íc khi vµo tua bin.

- §¶m b¶o æn ®Þnh cét n−íc khi thay ®æi chÕ ®é t¶i cña tua bin m« h×nh.

- Cã nhiÒu møc x¶ trµn ®Ó t¹o ®−îc nhiÒu chÕ ®é trong thÝ nghiÖm tua bin m«

h×nh.

Tõ c¸c yªu cÇu trªn, bÓ ¸p lùc ®−îc thiÕt kÕ víi kÝch th−íc B x L x H = 2,5m x

3,5m x 4m cã l−íi æn ®Þnh dßng vµ 3 møc x¶ trµn.

d. Sµn thÝ nghiÖm:

Sµn thÝ nghiÖm ®−îc thiÕt kÕ cã ®é cao 2m so v¬Ý mÆt n−íc cña bÓ ngÇm. BÓ h¹

l−u phÝa d−íi sµn thö. N−íc sau khi thö qua hÖ thèng kªnh dÉn trë vÒ bÓ ngÇm. Trªn

kªnh dÉn cã bè trÝ cöa van ®Ó ®iÒu chØnh chiÒu cao hót cña tua bin trong khi thÝ

nghiÖm. ChiÒu cao hót Hs cã thÓ ®iÒu chØnh trong ph¹m vi tõ 0.5 ÷ 1.5 m.

e. Bé g©y t¶i:

mét chiÒu cã c«ng suÊt lín nhÊt 20 kW, ®iÒu khiÓn c«ng suÊt v« cÊp b»ng dßng kÝch

tõ.

f. ThiÕt bÞ ®o:

- ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng do h·ng Siemens (CH LB §øc) chÕ t¹o ho¹t ®éng trªn

nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ, ®é chÝnh x¸c ±0.5%, ph¹m vi ®o 0 ÷ 2000m3/h.

ThiÕt bÞ nµy cã ký hiÖu lµ 7ME2531φ400.

- ThiÕt bÞ ®o ¸p do h·ng HBM (CH LB §øc) chÕ t¹o. ThiÕt bÞ cã ®é chÝnh x¸c

±0.3% ph¹m vi ®o tõ 0 ÷ 1 bar. ThiÕt bÞ cã ký hiÖu PE200.

- ThiÕt bÞ ®o møc: do h·ng Omron ( NhËt b¶n) chÕ t¹o. ThiÕt bÞ cã ®é chÝnh

x¸c ±0.5% ph¹m vi ®o tõ 0 ÷ 2 m.

- ThiÕt bÞ ®o m« men do h·ng HBM (CH LB §øc) chÕ t¹o. §é chÝnh x¸c cña

thiÕt bÞ nµy lµ ±0.1%, ph¹m vi ®o 0 ÷ 200 Nm. ThiÕt bÞ nµy cã ký hiÖu lµ

T32FN.

- ThiÕt bÞ ®o vßng quay ®i kÌm theo thiÕt bÞ ®o m« men cã ®é chÝnh x¸c lµ ±

0.1%, ph¹m vi ®o 0 ÷ 10000 v/ph.

Trong khi thÝ nghiÖm, c¸c th«ng sè ®−îc ghi l¹i mét c¸ch tøc thêi t¹i mçi thêi

®iÓm.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

C¸c th«ng sè ®o bao gåm:

- ¸p suÊt: ®−îc ®o t¹i cöa vµo cña tua bin m« h×nh vµ thiÕt bÞ ®o møc

(x¸c ®Þnh mùc n−íc h¹ l−u, th«ng sè ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång hå hiÖn

trªn mµn h×nh m¸y tÝnh.

- Cét ¸p lµm viÖc thùc cña tua bin m« h×nh ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tæng cét

¸p ®o t¹i cöa vµo, cét ¸p ®éng (x¸c ®Þnh theo l−u l−îng) vµ cét n−íc h×nh

häc tõ ®iÓm ®o tíi mùc n−íc h¹ l−u.

- L−u l−îng: §o b»ng thiÕt bÞ ®o dùa trªn nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ.

Th«ng sè ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång hå hiÖn sè ®ång thêi ®−îc chuyÓn vÒ

- M« men: §o b»ng c¶m biÕn m« men dùa trªn nguyªn lý ®o biÕn d¹ng

vËt chuÈn. sè liÖu ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång hå hiÖn sè ®ång thêi ®−îc

tÝnh.

- Vßng quay: ®−îc ®o b»ng thiÕt bÞ ®o sè vßng quay trªn nguyªn t¾c ®Õm

xung ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c rÊt cao. Th«ng sè ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång

hiÓn thÞ trªn mµn h×nh m¸y tÝnh.

C¸c sè liÖu ®o sÏ ®−îc gia c«ng tÝnh to¸n ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÇn thiÕt

S¬ ®å ®o cña hÖ thèng cã thÓ m« t¶ nh− h×nh 27.

§o Q §o H §o Hs §o M §o n

Bé chuyÓn ®æi d÷ liÖu

XuÊt d÷ liÖu

H×nh 27. S¬ ®å hÖ thèng ®o ®¹c vµ xö lý sè liÖu.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

3.3.3. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña tua bin m« h×nh cét n−íc thÊp vµ hÖ thèng thÝ

nghiÖm.

®−îc nhµ n−íc ®Çu t− trong c¸c n¨m 2002-2003 nªn hÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ vµ l¾p

trong hÖ thèng thÝ nghiÖm

3.3.3.1. Chän ®−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c tua bin mÉu:

C¸c b¸nh c«ng t¸c m« h×nh thÝ nghiÖm tua bin cét n−íc thÊp ë n−íc ngoµi

th−êng cã ®−êng kÝnh 250mm, 300mm vµ 460mm ®Ó thÝ nghiÖm n¨ng l−îng vµ khÝ

Trung quèc dïng mÉu cã ®−êng kÝnh D1= 250mm, ViÖn nghiªn cøu m¸y thuû lùc

Liªn x« dïng mÉu cã D1=290mm, c¸c m« h×nh cã ®−êng kÝnh lín Dn=460mm còng

®−îc dïng nhiÒu ë c¸c gi¸ thÝ nghiÖm cña Liªn x« (cò), TiÖp kh¾c (cò), Ph¸p, Trung

quèc.

Do diÖn tÝch mÆt b»ng cã h¹n còng nh− ®Ó tiÕt kiÖm kinh phÝ ®Çu t− cho hÖ

thèng thÝ nghiÖm nªn ta chän ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c tua bin thÝ nghiÖm

D1 = 250mm, lµ ®−êng kÝnh nhá nhÊt mµ c¸c phßng thÝ nghiÖm trªn thÕ ¸p dông, ®Ó

thiÕt kÕ hÖ thèng.

3.3.3.2. Chän c¸c th«ng sè chÝnh cña hÖ thèng thÝ nghiÖm:

bin m« h×nh ë giíi h¹n trªn lµ:

L−u l−îng quy dÉn Q’I = 2,200 m3/s. Vßng quay quy dÉn: n’I = 200 v/ph Víi ®−êng kÝnh tua bin m« h×nh D1 = 0,25m, khi ®ã ta cã l−u l−îng vµ sè vßng

' HDQQ 1

1375

3 / sm

,01. =

( 25,02,2

)

1.200

800 v

' t

25,0

D 1

quay cña tua bin øng víi cét ¸p 1m b»ng.

1375

275

3 sm

990

3 hm

≈

NÕu chän cét ¸p tèi ®a cho hÖ thèng thö lµ 4m th× l−u l−îng cña m« h×nh lµ:

§Ó an toµn vµ ®Ó thö c¸c mÉu cã ®−êng kÝnh nhá h¬n ta chän 2 b¬m HL 600 -5

cã cét ¸p H = 5m, c«ng suÊt ®éng c¬ N = 11kW vµ 1 b¬m LT470 - 18 cã l−u l−îng

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Q = 470m3/h c«ng suÊt ®éng c¬: N =33kW.

3.3.4. Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm Tua bin:

3.3.4.1. C¸c sè liÖu thùc nghiÖm:

Trªn c¬ së c¸c ssè liÖu ®o ®−îc ta tÝnh c¸c th«ng ssè lµm viÖc sau cña tua bin

a. Cét ¸p lµm viÖc cña tua bin H (m).

Cét ¸p cña tua bin x¸c ®Þnh trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh Bernuli viÕt cho hai mÆt

c¾t vµo vµ ra khái tua bin :

(

)

−

2 V 1 2 g

P 1 γ

P 2 γ

(3.16) H H h HH =

Trong ®ã :

1P γ

2 V 1 2 g

: §éng n¨ng t¹i cöa vµo tua bin.

trÞ vËn tèc t¹i cöa vµo x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: V1 : Gi¸

V 1

Q d

Q F 1

víi d lµ ®−êng kÝnh èng t¹i mÆt c¾t cöa vµo tua bin.

2P : cét ¸p tÜnh t¹i bÓ x¶ (theo chØ sè cña thiÕt bÞ ®o møc 9). γ

l−u.

b. C«ng suÊt trªn trôc NT (KW).

C«ng suÊt trªn trôc tua bin x¸c ®Þnh theo m« men vµ vßng quay cña trôc tua

ω*M

bin b»ng:

N T =

= MΠn/30(Nm/s) (3.17)

M : m«men trªn trôc (kNm)

n: sè vßng quay tÝnh b»ng vßng/phót

ω : VËn tèc gãc (rad/s)

c. HiÖu suÊt cña tua bin :

HiÖu suÊt cña tua bin x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

(3.18) =η T NT **81,9 HQ

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Trong ®ã: Q lµ l−u l−îng qua tua bin (m3/s)

3.3.4.2. Qu¸ tr×nh ®o:

TiÕn hµnh ®o t¹i c¸c c¸c vÞ trÝ ®é më cña c¸nh h−íng 2 chiÒu tiÕn vµ lïi. Theo

chiÒu tiÕn, mçi lÇn t¨ng ®é më mét gi¸ trÞ 5mm, t¹i mçi gi¸ trÞ ®é më c¸nh h−íng,

t¶i), tÊt c¶ c¸c th«ng sè ®o ®−îc tù ®éng ghi vµo file kÕt qu¶ (t¹i mçi ®iÓm ®o, lÊy rÊt

nhiÒu gi¸ trÞ), c¸c sè liÖu nµy t¹o thµnh mét bé d÷ liÖu gióp cho qu¸ tr×nh xö lý ®¹t

®−îc ®é chÝnh x¸c cao h¬n.

Khi më hÕt c¸nh h−íng, thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®o ng−îc l¹i t−¬ng tù nh− chiÒu

tiÕn cho ®Õn khi ®ãng hoµn toµn.

3.3.4.3. Xö lý d÷ liÖu thÝ nghiÖm:

a. Sai sè dông cô ®o:

Sai sè dông cô ®o ®¸nh gi¸ theo c«ng thøc :

Kdc(%)= CÊp chÝnh x¸c (%) * Thang ®o / Gi¸ trÞ ®o

b. Sai sè bé d÷ liÖu ®o ®−îc :

Sai sè bé d÷ liÖu ®o ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

Kdl(%)= (Ymax- Ymin)/ YTB

Mét phÐp ®o t¹i chÕ ®é b×nh æn sÏ cho Kdl(%)< Kdc(%) ( nÕu kh«ng cã c¸c

yÕu tè ngo¹i lai t¸c ®éng vµo).

)

(3.19) = 2 xn x Σ−Σ )1 nn ( ( −

d. §−êng m« t¶ (Fit line) :

C¸c gi¸ trÞ ®o ®−îc, sau khi xö lý cã thÓ biÓu diÔn b»ng mét ®−êng cong hay

th¼ng trªn trôc to¹ ®é (x,y) - Fit line - cã gi¸ trÞ sai sè nhá nhÊt tõ c¸c ®iÓm ®o ®−îc.

C¸c ®−êng nµy l¹i cã thÓ m« t¶ b»ng c¸c hµm to¸n häc biÓu diÔn quan hÖ y= f(x). ë

Hµm bËc nhÊt : y = ax + b

Dµnh cho y lµ c¸c ®¹i l−îng cét ¸p tÜnh, l−u l−îng, m« men vµ x lµ tèc ®é vßng

quay n vµ tèc ®é qui dÉn n1’.

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

Hµm bËc 2 : y = ax2 + bx + c

Dµnh cho c¸c ®−êng biÓu diÔn c«ng suÊt trªn trôc, hiÖu suÊt víi tèc ®é.

hµm biÓu diÔn c¸c gi¸ trÞ quan hÖ.

Thanh sai sè : mçi ®iÓm ®o ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸c thanh sai sècho ¸c ®¹i

l−îng X, Y. Gi¸ trÞ cña c¸c thanh sai sè nµy cã thÓ ®−îc tÝnh b»ng ± Kdc. Xong do

sè d÷ liÖu cña thÝ nghiÖm ®ñ nhiÒu nªn ta tÝnh ®é lín cña thanh sai sè = SD ( §é

lµ ®Çu c¸c thanh sai sè.

Sai sè chuÈn SE:

Sai sè chuÈn dïng ®Ó ®o sai sè cña ®¹i l−îng y so víi x (gi÷a bé d÷ liÖu vµ

[ n

)

®−êng m« t¶).

] )

y 2

1 nn ( −

xy x ( )( Σ−Σ Σ 2 xn x ( ) Σ Σ−

⎡ ⎢ ⎣

⎡ ⎤ yn Σ⎥ ⎢ )2 ⎦ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

= ( Σ− − (3.20)

R-squared : lµ ®¹i l−îng biÓu diÔn tÝnh "trïng khÝt" cña Fit line vµ bé d÷ liÖu.

)(

(

)

R-squared cã gi¸ trÞ tõ 0 ®Õn 1, R-squared cµng gÇn 1 cã nghÜa lµ ®−êng m« t¶ cµng

)

(3.21)

[ Xn Σ

]2

X ( Σ− ][ Yn Σ

XY X ( Σ−

Y ( Σ−

®óng víi bé d÷ liÖu ®· cã. R-squared ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : n 2 R )

3.3.4.4. Xö lý bé d÷ liÖu :

B−íc 1 : Xö lý s¬ bé

Do qu¸ tr×nh thu thËp d÷ liÖu lµ liªn tôc, bao gåm c¶ thêi gian ®iÒu chØnh t¶i,

nªn mét sè lín c¸c sè liÖu ®−îc ghi nhËn lµ kh«ng n»m trong chÕ ®é b×nh æn cña tua

bin, vËy tr−íc khi ®−a c«ng cô vµo ®Ó xö lý, ®¸nh gi¸ ta cÇn cã b−íc xö lý s¬ bé ®Ó

g¹t bá c¸c gi¸ trÞ ngo¹i lai hoÆc c¸c gi¸ trÞ kh«ng ®¸ng tin cËy. ViÖc xö lý nµy ®−îc

lµm víi tõng ®iÓm lµm viÖc (n = const vµ cïng kho¶ng thêi gian ®o)

C¸c sè liÖu sau cÇn ®−îc xö lý :

C¸c sè liÖu cã d−íi 5 records cho cïng 1 ®iÓm lµm viÖc (chÕ ®é lµm viÖc

kh«ng æn ®Þnh).

ViÖn khoa häc Thuû Lîi

B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04

C¸c d÷ liÖu cã d−íi 20 records cho cïng 1 ®iÓm lµm viÖc (D÷ liÖu nµy kh«ng

®ñ ®é tin cËy - c¸c d÷ liÖu nµy cã thÓ gi÷ l¹i trong bé d÷ liÖu chuÈn nh−ng chØ víi t−

c¸ch ®Ó tham kh¶o).

Sau khi xö lý s¬ bé (dïng c«ng cô Excel). Ta cã bé d÷ liÖu chuÈn cho mç ®é

më cña tua bin S.

B−íc 2 : TÝnh to¸n

Sö dông phÇn mÒm SPSS ®Ó xö lý bé d÷ liÖu chuÈn. LËp b¶ng thèng kª bé d÷

liÖu víi c¸c gi¸ trÞ Trung b×nh, Max, Min, SE, SD t¹i mçi ®iÓm. Sè l−îng sè liÖu

trong c¸c file sè liÖu ®−îc ghi khi ®o vµ c¸c b¶ng thèng kª c¸c bé d÷ liÖu víi c¸c gi¸

trÞ kh¸c nhau, t¹i mçi ®iÓm do phÇn mÒm SPSS tù ®éng lËp ra cã khèi l−îng rÊt lín

kh«ng thÓ thèng kª hÕt ®−îc trong phô lôc. Do ®ã chØ thèng kª cã tÝnh chÊt vÝ dô vÒ

d¹ng c¸c sè liÖu vµ b¶ng.

TÝnh håi qui vµ vÏ c¸c ®−êng quan hÖ Q, H, M, NTL = f(n), NT = f(n), η =f(n),

Q1’, n1’, víi c¸c ®−êng biÓu diÔn gi¸ trÞ trung b×nh, ®−êng bao sai sè cña ®−êng trung b×nh vµ ®−êng bao sai sè cña toµn bé d÷ lÖu (lÊy víi ®é tin cËy 95%).

H×nh 28 ÷ 33 lµ mét bé c¸c ®−êng cong: cét ¸p, l−u l−îng, m« men, c«ng suÊt

thuû lùc, c«ng suÊt trªn trôc vµ hiÖu suÊt víi sè vßng quay t¹i mét cét n−íc thu ®−îc

khi thùc nghiÖm (H = 3,5m) do phÇn mÒm SPSS tù ®éng vÏ ra, víi H = 4m xem

trong phÇn phô lôc.

KÕt qu¶ thùc nghiÖm

H×nh 28. §å thÞ cét ¸p lµm viÖc (m) víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph)