Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của bơm chìm hướng trục ở Việt Nam

Chia sẻ: Tỉ Thành | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu: Đóng góp cho khoa học chuyên ngành các phương pháp tính toán, thiết kế bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với sự thay đổi thông số hình học, kết cấu của bơm và cung cấp cơ sở khoa học trong công tác thiết kế, lựa chọn góc loe hợp lý của bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với số vòng quay đặc trưng thông dụng và số lá cánh hướng dòng điển hình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của bơm chìm hướng trục ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH TUẤN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC VÀ KẾT CẤU CỦA BỘ PHẬN HƯỚNG DÕNG ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA BƠM CHÌM HƯỚNG TRỤC Ở VIỆT NAM Chuyênngành :KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mãsố: 62520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Côngtrìnhđượchoànthànhtại: BộmônVậtlý Tin học Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà N HÀ NỘI - 2016
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: HD1. GS. TS. NGUYỄN THẾ MỊCH HD2. PGS.TS. NGUYỄN VĂN BÀY Phản biện 1: P T Ngu n Đ c ướng Phản biện 2: P T Ngu n T ng Phong Phản biện 3: P T Đ ng u n Thi Luận án đã được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi … giờ … ngà … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Bày, ThS. Nguyễn Minh Tuấn (2014). Nghiên cứu thực nghiệm thiết kế máy bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu nông nghiệp và chống úng ngập đô thị.Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 12/2014. 2. GS.TS. Nguyễn Thế Mịch, PGS.TS. Nguyễn Văn Bày, ThS. Nguyễn Minh Tuấn (2015). Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của số lá cánh hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đến đặc tính năng lượng của bơm bằng phần mềm mô phỏng. Kỷ yếu Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí lần 4 năm 2015. 3. MSc. Tuan Nguyen Minh, Prof.Dr. Mich Nguyen The, Assoc.Prof.Dr. Bay Nguyen Van (2016). A study and evaluation of a vertical axial flow submersimble pump’s angle of the diffuser cone on it’s energy characteristics by simulation software. VietNam Mechanical Engineering Journal N0 5/2016. 4. ThS. Nguyễn Minh Tuấn, GS.TS. Nguyễn Thế Mịch, PGS.TS. Nguyễn Văn Bày (2016). Nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hưởng của hệ số tỷ tốc của máy bơm chìm hướng trục đứng đến đặc tính năng lượng của bơm bằng phần mềm mô phỏng. Tạp chí cơ khí số 5/2016. 3
Lời mở đầu 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là nước có nền nông nghiệp truyền thống, đến nay, đã vươn lên đứng thứ 2 thế giới về xuất khẩu gạo. Kinh tế nông nghiệp được xem là một trong những yếu tố chủ đạo để phát triển đất nước. Vấn đề ứng dụng các thiết bị cơ điện phục vụ sản xuất nông nghiệp luôn được quan tâm, trong đó, có các tổ máy bơm nói chung và máy bơm chìm nói riêng phục vụ công tác tưới tiêu, chống hạn và chống úng ngập. Các sản phẩm máy bơm chìm – động cơ điện chìm ở Việt Nam mới dừng lại ở dạng sản phẩm của các đề tài nghiên cứu và dự án sản xuất thử nghiệm, chưa có đơn vị nào thực sự đi sâu nghiên cứu các vấn đề về máy bơm chìm. Xuất phát từ nhu cầu thực của sản xuất và đời sống về máy bơm chìm hướng trục phục vụ tưới tiêu trong nông nghiệp và chống úng ngập, đề tài cho luận án tiến sỹ kỹ thuật đã đề xuất ” Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kích thước và kết cấu của bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của bơm chìm hướng trục ở Việt Nam” nhằm góp phần từng bước phát triển sản phẩm máy bơm chìm – động cơ điện chìm do Việt Nam thiết kế, chế tạo. 2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: Đóng góp cho khoa học chuyên ngành các phương pháp tính toán, thiết kế bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với sự thay đổi thông số hình học, kết cấu của bơm và cung cấp cơ sở khoa học trong công tác thiết kế, lựa chọn góc loe hợp lý của bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục với số vòng quay đặc trưng thông dụng và số lá cánh hướng dòng điển hình. Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của góc loe bầu bộ phận hướng dòng với các trị số của số vòng quay đặc trưng thông dụng và số lá cánh hướng dòng điển hình của bơm chìm hướng trục. 3. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp giữa tính toán lý thuyết, thực nghiệm và dùng phần mềm mô phỏng để nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hưởng của trị số góc loe bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục đến hiệu suất của bơm với các trị số số vòng quay đặc trưng thông dụng và số lá cánh hướng dòng điển hình của bơm đang được sử dụng tại Việt nam. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn a) Về lý thuyết: Đánh giá được sự ảnh hưởng của trị số góc loe bầu bộ phận hướng dòng máy bơm hướng trục đến hiệu suất của bơm, từ đó, xác định các phương pháp tính toán, thiết kế cho bộ phận hướng dòng, nhằm nâng cao hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục. b) Về thực tiễn: Cung cấp cho các nhà thiết kế các thông tin cần thiết, trên cơ sở đó, có thể lựa chọn được thông số hình học ( góc loe bầu cánh hướng dòng) hợp lý trong thiết kế bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục. 5. Cấu trúc của luận án Nội dung chính của luận án trình bày như sau: Chương 1 Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm chìm trên thế giới và ở Việt Nam; Chương 2. Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong bơm hướng trục và ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục; Chương 3. Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suất máy bơm hướng trục chìm bằng mô phỏng số; Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm mô hình máy bơm chìm hướng trục. Kết quả đạt được và bàn luận và phần kết luận và kiến nghị. 1
Chương 1. Tổng quan 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và thiết kế, chế tạo, sử dụng máy bơm chìm trên thế giới và ở Việt Nam 1.1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo v sử dụng máy bơm chìm trên thế giới 1.1.1.1. Tình hình thiết kế, chế tạo v sử dụng máy bơm chìm trên thế giới Máy bơm chìm - động cơ điện chìm đã được chú ý đầu tư nghiên cứu từ những năm 1920-1930 và đạt kết quả tốt vào những năm 1940–1950 phục vụ cho nhiều nhu cầu mục đích khác nhau: tưới tiêu trong nông nghiệp, bơm nước thải và cấp nước cho công nghiệp, sinh hoạt. Ngày nay, máy bơm chìm – động cơ điện chìm rất đa dạng, công suất N = 0,1– 5.000 kW, cột áp H=1-500m, lưu lượng Q = 0,1-30.000 m3/h. Như vậy, có thể thấy rằng, để phát triển đến ngày nay, vấn đề máy bơm chìm nói chung, máy bơm chìm hướng trục nói riêng với các yếu tố ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật bộ phận hướng dòng trong máy bơm không phải là vấn đề mới ở nước ngoài. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu đó không được công bố rộng rãi và chi tiết, do đó, phạm vi sử dụng, phương pháp tính toán, lựa chọn kết cấu hợp lý của bộ phận hướng dòng với góc loe lớn vẫn là bí quyết của từng hãng chế tạo máy bơm chìm và từng quốc gia trên thế giới. 1.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy bơm chìm ở Việt Nam Ở Việt Nam, Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương, Viện Khoa học thủy lợi Việt Nam, Trường Đại học thủy lợi Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Nghiên cứu cơ khí, các Tổng Công ty cơ điện - xây dựng nông nghiệp và thủy lợi là những đơn vị đã quan tâm nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sản xuất máy bơm, tuy nhiên, các sản phẩm máy bơm chủ yếu là các loại máy bơm truyền thống (máy bơm hướng trục, máy bơm ly tâm, máy bơm hỗn lưu) sử dụng động cơ điện thông thường. Các tổ máy bơm chìm - động cơ điện chìm được các đơn vị chuyên ngành trong nước nêu trên bước đầu quan tâm nghiên cứu từ đầu những năm 2000. Tuy nhiên, cũng mới chỉ dừng lại ở mức độ sản phẩm thử nghiệm của các đề tài nghiên cứu và dự án sản xuất thử nghiệm. Chưa có một công trình khoa học nào trong nước nghiên cứu chuyên sâu về ảnh hưởng của kết cấu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục đến hiệu suất của máy bơm. 1.2. Kết luận chương 1 - Vấn đề thiết kế, chế tạo và sử dụng máy bơm chìm nói chung và máy bơm chìm hướng trục nói riêng đã được các nước trên thế giới quan tâm từ những năm 1920. - Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số kích thước, kết cấu của bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trụcvới góc loe lớn không còn mới đối với các trường đại học, các viện nghiên cứu cũng như hãng sản xuất bơm trên thế giới. Tuy nhiên, đây vẫn thuộc bí quyết của mỗi hãng sản xuất, mỗi đơn vị nghiên cứu, do đó, không được công bố rộng rãi trên công luận. - Có nhiều phần mềm chuyên dụng được sử dụng để mô phỏng dòng chảy trong bơm, tuy nhiên, có thể thấy hầu hết các phần mềm này đều dựa trên công cụ CFD để thực hiện việc mô mỏng với thuật toán tương tự nhau và đều dựa vào công thức toán học Navia – Stốc. 2
- Việt Nam đã bước đầu quan tâm nghiên cứu máy bơm chìm từ năm 2.000. Chưa có cơ sở lý thuyết cho việc tính toán, thiết kế hệ thống dẫn dòng của máy bơm chìm hướng trục trong đó có bộ phận hướng dòng. Chương 2. Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong bơm hướng trục và ảnh hưởng của thông số k ch thước, kết cấu bộ phận hướng dòng đến hiệu suấtcủa máy bơm chìm hướng trục 2.1. Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong máy bơm hướng trục và bơm chìm hướng trục 2.1.1. Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong máy bơm hướng trục 2.1.2. Cơ sở lý thuyết dòng chảy trong máy bơm chìm hướng trục 2.1.2.1. Xây dường đường dòng đẳng tốc trong phần dẫn dòng của bơm chìm hướng trục 2.1.2.2. Xây dựng đường dòng đẳng thế trong phần dẫn dòng bơm hướng trục 2.1.3. Phương pháp dòng một chi u thiết kế lưới cánh hướng dạng côn 2.2. Cơ sở lý thuyết t nh toán lưới các profin của bơm hướng trục 2.2.1. Cơ sở lý thuyết t nh toán lưới các profin 2.3. Lý thuyết về hiệu suất máy bơm và vấn đề tổn thất trong bơm hướng trục 2.3.1. Lý thuyết v tính toán hiệu suất của máy bơm hướng trục 2.3.2. Các tổn thất trong máy bơm hướng trục Tổn thất trong máy bơm nói chung và máy bơm hướng trục cũng được phân ra làm 3 loại: tổn thất thuỷ lực, tổn thất lưu lượng và tổn thất cơ khí. Mỗi loại tổn thất được đánh giá bằng hiệu suất tương ứng. a) Tổn thất cơ khí: ck  0,96  0,98 b) Tổn thất lưu lượng: ll  0,97  0,99 . c) Tổn thất và hiệu suất thuỷ lực của bơm hướng trục (ηtl) Yếu tố mang tính quyết định đến hiệu suất toàn phần của máy bơm hướng trục là tổn thất thủy lực (hiệu suất thủy lực). Đối với máy bơm hướng trục, tl = (0,85  0,95). Tổn thất thủy lực trong máy bơm hướng trục: Σhw = (5-15)%Hlt (2.1) Để đơn giản, có thể đặt: k1 = (5-15)% = (0,05-0,15), nghĩa là: Σhw = k1 .Hlt (2.2) Trong đó: + Hlt - Cột áp lý thuyết của bơm (m). Theo kinh nghiệm thì nên lấy: Hlt = (1,07 – 1,1)Htk = k2Htk (2.3) Ở đây: Htk – Cột áp thiết kế (m). Đặt: k2 = (1,07-1,1) – Hệ số cột áp lý thuyết Kết hợp hai biểu thức (2.2) và (2.3), ta có tổn thất cột áp (hay tổn thất thủy lực) trong bơm hướng trục thông thường là: Σhw = k1 .k2.Htk (2.4) 2.4. Lý thuyết tính toán hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục Về mặt lý thuyết, máy bơm chìm hướng trục cũng tồn tại 3 loại tổn thất như đối với máy bơm hướng trục thông thường. Ngoài các giá trị tổn thất như ở máy bơm hướng trục thông thường, trong máy bơm chìm hướng trục còn phải kể đến tổn thất cục bộ do góc loe lớn γloe của bầu bộ phận hướng dòng (ký hiệu tổn thất này là hγloe). Trong máy bơm chìm hướng trục, tổn thất thủy lực được xác định bằng công thức (2.5): ΔH = Σhw + hγloe (2.5) Trong đó: Σhw – Tổng tổn thất thủy lực tính trong bơm hướng trục thông thường (m) 3
(không tính đến tổn thất do góc loe bộ phận hướng dòng). Mô hình tính toán lý thuyết tổn thất cột áp cho trường hợp ống mở dần dùng cho trường hợp của máy bơm chìm hướng trục có tính gần đúng. Do đó, cần thông qua mô phỏng số bằng phần mềm chuyên dụng và bằng thí nghiệm mô hình trên hệ thống thí nghiệm cho từng trường hợp tương ứng với các trường hợp tính toán bằng lý thuyết. Hình 2.1 Kết cấu phần dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục và máy bơm hướng trục thông thường 2.4.1. Nghiên cứu nguyên nhân gây tổn thất thủy lực v lý thuyết tính toán tổn thất thủy lực trong phần loe Để đánh giá ảnh hưởng của góc loe đến tổn thất thủy lực thường sử dụng các hệ số sau: 2 gh1 - Hệ số cản toàn phần:  tp  (2.55); Δh1 – tổn thất trong phần loe. v2 2 gh1 - Hệ số tổn thất φ trong phần loe, theo Boocda – Kano   . Giá trị φ cho ( v1  v 2 ) 2 1 phép xác định hệ số cản của loe ξ với sự phụ thuộc vào độ mở f2/f1 = s,  tp   (1  ) 2 s 2.4.2. Lý thuyết tính toán tổn thất cột áp do ảnh hưởng của góc loe γloe bộ phận hướng dòng máy bơm chìm hướng trục Xây dựng sơ đồ tính toán tổn thất thủy lực cho hệ thống dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng dòng (γloe) theo hình (2.2). Hình 2.2 Sơ đồ tính toán tổn thất thủy lực qua hệ thống dẫn dòng máy bơm chìm hướng trục có góc loe cánh hướng mở dần γloe (1. Buồng bánh công tác, 2. Bánh công tác, 3. Bộ phận hướng dòng, Tổn thất thủy lực trong trường hợp bộ phận hướng dòng có góc loe γloe : (V1  V2 ) 2 hloe  kloe . (2.6) 2g Tổn thất cột áp (tổn thất thủy lực) trong máy bơm chìm hướng trục: (V1  V2 ) 2 H =  h w + hloe = k1 .k 2 .H tk  kloe . (2.7) 2g 4
2.4.3. Hiệu suất thủy lực trong máy bơm chìm hướng trục Tổn thất thủy lực trong máy bơm chìm hướng trục được xác định theo công thức (2.8): H lt  H H tl  1 (2.8) H lt H lt Biến đổi và thay các giá trị tương ứng đã tính toán vào (2.9) ta có: 0,011.  loe 1,22 (V1  V2 ) 2  tl  1  k1  2 gk2 H tk (2.9) 2.4.4. Hiệu suất to n phần của máy bơm chìm hướng trục Hiệu suất toàn phần (sau đây sẽ gọi là hiệu suất máy bơm chìm hướng trục): 0,011.  loe 1,22 (V1  V2 ) 2 b  ck .ll .tl  ck .ll .(1  k1  ) 2 gk2 H tk (2.10) Biến đổi theo số vòng quay đặc trưng, ta có mối quan hệ giữa hiệu suất bơm với góc loe γloe và ns. Thay (2.10) vào biểu thức (2.9) và biến đổi ta có: 10 -4.  loe 1,22 (V1  V2 ) 2 ns4 b  ck .ll .tl  ck .ll .(1  k1  3 ) k2 (2.11) n 4Qtt2 Từ biểu thức trên, cho phép tính toán sơ bộ ban đầu hiệu suất bơm chìm hướng trục. 2.5. Ứng dụng kết quả nghiên cứu lý thuyết để t nh toán hiệu suất máy bơm chìm hướng trục 2.5.1. Tính toán hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục do ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng Trong phạm vi luận án này, tác giả trình bày tính toán lý thuyết hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục tại điểm thiết kế (áp dụng tương tự đối với các điểm khảo sát khác nếu cần) có các thông số kỹ thuật ban đầu như sau: Công suất động cơ điện chìm: N=55kW, số vòng quay: n = 590 v/ph, lưu lượng tính toán: Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3m. Số vòng quay đặc trưng của máy bơm chìm là: ns = 916. Theo công thức (2.11), để có thể xác định hiệu suất tính toán lý thuyết, với mỗi trường hợp góc loe, cần xác định kích thước,kết cấu cụ thể bộ phận hướng dòng của bơm chìm hướng trục. Kết quả cho từng trường hợp góc loe được trình bày trên bảng 2.4. Bảng 2.4. Kết quả tính toán lý thuyết hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục với các góc loe bộ phận hướng dòng khác nhau 5
Trong đó, các kích thước cơ bản của từng trường hợp góc loe được xác định theo các hình vẽ về kết cấu được thống kê trong bảng 2.5. Bảng 2.5. Các kích thước cơ bản của bộ phận hướng dòng với các trường hợp góc loe Từ các số liệu trong bảng 2.5, xây dựng đường quan hệ theo tính toán lý thuyết giữa hiệu suất bơm và góc loe cánh hướng dòng. Hình 2.19. Mối quan hệ giữa ηb = f (γloe ) xác định theo tính toán lý thuyết 2.5.2. Tính toán hiệu suất máy bơm chìm hướng trục do ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng trong trường hợp cùng trị số góc loe bộ phận hướng dòng Trong phạm vi luận án, tác giả trình bày tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm tại điểm thiết kế với 05 trường hợp số vòng quay đặc trưng thông dụng là: n s = 600, 900, 1.000, 1.200 và 1.400 với các thông số kỹ thuật ban đầu như sau: a) Trường hợp ns = 600: d) Trường hợp ns = 1.200: + Công suất động cơ điện chìm: N=55kW, + Công suất động cơ điện chìm: N=55kW, + Số vòng quay: n = 590 v/ph, + Số vòng quay: n = 1450 v/ph, 3 + Lưu lượng tính toán: Qtt = 2.600m /h, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 2.300m3/h, + Cột nước thiết kế: Htk = 4,5m + Cột nước thiết kế: Htk = 5,0m b) Trường hợp ns = 900: e) Trường hợp ns = 1.400: + Công suất động cơ điện chìm: N=55kW, + Công suất động cơ điện chìm: N=55kW, 6
+ Số vòng quay: n = 590 v/ph, + Số vòng quay: n = 1450 v/ph, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 3.300m3/h, + Lưu lượng tính toán: Qtt = 2.400m3/h, + Cột nước thiết kế: Htk = 3,0m + Cột nước thiết kế: Htk = 4,5m c) Trường hợp ns = 1.000: Xét các trường hợp nêu trên ở cùng trị + Công suất động cơ điện chìm: N=55kW, số góc loe bộ phận hướng dòng γloe = 420. + Số vòng quay: n = 590 v/ph, Kết quả tính toán được trình bày trên bảng + Lưu lượng tính toán: Qtt = 3.980m3/h, 2.6. + Cột nước thiết kế: Htk = 2,95m Bảng 2.6 Kết quả tính toán lý thuyết hiệu suất máy bơm chìm hương trục với các trường hợp ns khác nhau Từ kết quả trên bảng 2.3, tiến hành xây dựng đường quan hệ lý thuyết giữa hiệu suất máy bơm chìm và số vòng quay đặc trưng (hình 2. 32). Hình 2.32. Mối quan hệ giữa ηb = f (ns) 2.6. Kết luận chương 2 Luận án đã giới thiệu phương pháp tính toán các tổn thất trong bơm hướng trục thông thường, đặc biệt, tổn thất thủy lực trong của bơm. Đã trình bày cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán tổn thất thủy lực trong trường hợp ống loe mở dần. Trên cơ sở đó, áp dụng cho nghiên cứu, xác định các loại tổn thất trong máy bơm chìm hướng trục, có xét ảnh hưởng của thông số kích thước, kết cấu góc loe bộ phận hướng dòng γloe. Đã đưa ra được công thức lý thuyết chung xác định sự ảnh hưởng của trị số góc loe của bộ phận hướng dòng γloe và số vòng quay đặc trưng ns đến hiệu suất máy bơm. 7
Chương 3: Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của thông số k ch thước, kết cấu của bộ phận hướng dòng đến hiệu suất máybơm chìm hướng trục bằng mô phỏng số 3.1. Tổng quan v chương trình phần m m mô phỏng dòng chảy thủy lực trong bơm Hiện nay, công nghệ thông tin phát triển, do đó, có nhiều phần mềm mô phỏng số ra đời để đáp ứng nhu cầu dự đoán kết quả của dòng chảy thủy lực trong đó có máy bơm. Trong phạm vi luận án, để kiểm chứng độ tin cậy của cơ sở lý thuyết nêu trên, tác giả đã tiến hành khảo sát, phân tích, đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố góc loe bộ phận hướng dòng và số vòng quay đặc trưng đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục bằng phần mềm Pumpal, dựa vào công cụ CFD. 3.2. Khảo sát, đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số k ch thước, kết cấu máy bơm chìm hướng trục 3. 2.1. Mô phỏng dòng chảy trong máy bơm chìm hướng trục bằng phần m m mô phỏng số với sự ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng đến hiệu suấtcủa bơm Như đã trình bày trong chương 2, luận án tiến hành mô phỏng 05 số vòng quay đặc trưng khác nhau: ns = 600, 900, 1.000, 1.200 và 1.400, thông số cụ thể cho từng trường hợp xem tại 2.5.2. Kết quả mô phỏng trình bày cụ thể như sau: a) Mô phỏng dòng chảy qua phần dẫn dòng với số vòng quay đặc trưng ns = 600 Hình 3.2. Phân bố trường vận tốc của dòng chảy Hình 3.1. Lựa chọn kết cấu phần (từ tiết diện gốc đến tiết diện biên) trong hệ thống dẫn dòng ns = 600 cánh máy bơm chìm ns =600 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.3. Theo kết quả mô phỏng bằng phần mềm, trong trường hợp máy bơm có số vòng quay đặc trưng ns = 600, hiệu suất máy bơm qua mô phỏng số tại điểm thiết kế là Qtt = 2.600m3/h, Htk = 4,5m là ηb ≈ 73%. Hình 3.3. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có ns = 600 8
b) Mô phỏng dòng chảy qua phần dẫn dòng với số vòng quay đặc trưng ns = 900 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.4. Trong trường hợp máy bơm có ns = 900, kết quả mô phỏng số cho thấy máy bơm đạt hiệu suất ηb ≈ 73% tại điểm thiết kế 3 Qtt = 3.300m /h, Htk = 3,3m. Hình 3.4. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có ns = 900 c) Mô phỏng dòng chảy qua phần dẫn dòng với số vòng quay đặc trưng ns = 1.000 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.5. Hiệu suất theo mô phỏng của trường hợp ns = 1.000 đạt hiệu suất ηb,3 ≈ 70% tại điểm thiết kế 3 Qtt = 3.980m /h, Htk = 2,95m. Hình 3.5. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có ns = 900 d) Mô phỏng dòng chảy qua phần dẫn dòng với số vòng quay đặc trưng ns = 1.200 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.6. Kết quả theo mô phỏng bằng phần mềm cho thấy, hiệu suất của máy bơm đạt được tại điểm thiết kế đạt ηb,4 ≈ 57,5%. Hình 3.6. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có ns = 1.200 9
e) Mô phỏng dòng chảy qua phần dẫn dòng với số vòng quay đặc trưng ns = 1.400 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.7. Máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng cao ns = 1.400, hiệu suất của máy bơm giảm nhanh chóng, mô phỏng số Hình 3.7. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm trường hợp này cho kết có ns = 1.400 quả ηb,5 =55%. Kết luận : Kết quả phân tích trên mô phỏng, cho thấy, với giá trị số số vòng quay đặc trưng vừa và nhỏ ns ≤1.000, thì hiệu suất của bơm không thay đổi nhiểu ở các bơm hướng trục chìm có số vòng quay đặc trưng khác nhau và hiệu suất đều đạt η b>70%. Luận án lựa chọn giá trị phổ dụng ns = 900 để khảo sát các trường hợp tiếp theo. 3.2.2. Khảo sát đánh giá sự ảnh hưởng của số lá cánh đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục Để xem xét sự ảnh hưởng của số lá cánh (lá cánh bánh công tác và cánh hướng dòng) đến hiệu suất của máy bơm. Luận án sử dụng tổ máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng ns = 900 có các thông số kỹ thuật cụ thể như sau: N = 55kW, Htk = 3m, Qtt = 3.300m3/h, n = 590v/ph (γloe = 420 = const) để khảo sát. a) Trường hợp 1: Số lá cánh bánh công tác Z1 = 3, số lá cánh hướng dòng Z2 =8 b) Hình 3.8. Kết cấu phần dẫn Hình 3.9. Phân bố trường vận tốc của dòng chảy (từ dòng Z1 =3, Z2 = 8 tiết diện gốc đến tiết diện biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm có Z1 =3, Z2 = 8 10
Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.10. Với trường hợp này, hiệu suất thủy lực của máy bơm tại điểm thiết kế (Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3m), qua mô phỏng số, hiệu suất đạt ηb ≈ 72,5%. Hình 3.10. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =3, Z2 = 8 b) Trường hợp 2: Cũng với các thông số của máy bơm như trong trường hợp 1, nhưng số lá cánh bánh công tác Z1 = 4, số lá cánh hướng dòng Z2 =5. Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.11. Qua mô phỏng số trên hình 3.11, máy bơm chìm hướng trục có mẫu cánh với Z1 = 4; Z2 = 5, hiệu suất đạt ηb ≈ 73% tại điểm 3 Qtt = 3.300m /h, Htk = 3,0m. Hình 3.11. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =4, Z2 = 5 c) Trường hợp 3: Giữa nguyên số lá cánh bánh công tác Z1 = 4, số lá cánh hướng dòng Z2 =7. Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.12. Từ kết quả mô phỏng bằng phềm mềm chuyên dụng Pumpal, cho thấy máy bơm chìm hướng trục có mẫu cánh với Z1 = 4; Z2 = 7, Hình 3.12. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm hiệu suất đạt ηb ≈ 73,5% tại có Z1 =4, Z2 = 7 điểm Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,0m (hình 3.12). d) Trường hợp 4: Giữa nguyên số lá cánh bánh công tác Z1 = 4, số lá cánh hướng dòng Z2 =9 11
Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.13. Từ kết quả mô phỏng bằng phềm mềm chuyên dụng Pumpal, hiệu suất máy bơm qua mô phỏng số tại điểm thiết kế Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,3m đạt ηb ≈ 73%. Hình 3.13. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =4, Z2 = 9 e) Trường hợp 5: Giữa nguyên số lá cánh bánh công tác Z1 = 2, số lá cánh hướng dòng Z2 = 3. Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.14. Hiệu suất máy bơm thông qua mô phỏng số tại điểm thiết kế Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,3m đạt ηb ≈ 65%. Hình 3.14. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có Z1 =2, Z2 = 3 Kết luận: Thông qua kết quả mô phỏng của 5 trường hợp với số lá cánh khác nhau, ta thấy, thay đổi số lá cánh không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất máy bơm chìm hướng trục. Do đó, trong phạm vi luận án, tác giả lựa chọn số lá cánh Z 1 = 4, Z2 =5 để nghiên cứu các vấn đề tiếp theo. 3.2.3. Mô phỏng dòng chảy trong máy bơm chìm hướng trục bằng phần m m mô phỏng số với sự ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng đến đặc tính năng lượng của bơm Trong phạm vi luận án, tác giả sử dụng phần mềm Pumpal để mô phỏng dòng chảy trong máy bơm chìm hướng trục với các trị số góc loe như sau: γ loe,1 = 760; γloe,2 =600, γloe,3 = 420, γloe,4 = 300 và γloe,5 = 200. Ngoài ra, để đánh giá được sự chênh lệch hiệu suất bơm giữa máy bơm chìm hướng trục và máy bơm hướng trục thông thường, luận án mô phỏng cho cả trường hợp góc loe bộ phận hướng dòng bằng 0 độ (γloe,6 = 00). Kết quả mô phỏng được trình bày cụ thể dưới đây. 12
a) Trường hợp 1: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,1 = 760 Hình 3.15. Kết cấu hệ thống cánh máy bơm Hình 3.16. Phân bố trường vận tốc của chìm có góc loe cánh hướng γloe,1 = 760 dòng chảy (từ tiết diện gốc đến tiết diện biên) trong hệ thống cánh máy bơm chìm Đường cong hiệu suất của máy bơm góc loe γloe,1 = 760 chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.17. Hiệu suất máy bơm thông qua mô phỏng số tại điểm thiết kế trong trường hợp này đạt trị số ηb,1 ≈ 50%. Hình 3.17. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,1 = 760 b) Trường hợp 2: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,2 = 600 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.18. Hiệu suất bơm trong trường hợp này đạt trị số ηb,2 ≈ 62%. Hình 3.18. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,2 = 600 c) Trường hợp 3: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,3 = 420 Đây cũng chính là trường hợp 2 của phần nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của số lá cánh hướng dòng đến hiệu suất của máy bơm đã được trình bày ở phần trên, hiệu suất đạt ηb,3 ≈ 73% tại điểm Qtt = 3.300m3/h, Htk = 3,0m. 13
d) Trường hợp 4: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,4 = 300 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.19. Trong trường hợp này, hiệu suất máy bơm tăng lên khá nhiều so với các trường hợp trên, hiệu suất bơm theo mô phỏng số đạt ηb,4 ≈ 76% Hình 3.19. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,4 = 300 e) Trường hợp 5: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,5 = 200 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm hướng trục được trình bày trên hình 3.20. Trong trường hợp này, hiệu suất máy bơm tăng lên khá nhiều so với các trường hợp trên, hiệu suất bơm theo mô phỏng số đạt ηb,5 ≈ 79% Hình 3.20. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có góc loe γloe,5 = 200 f) Trường hợp 6: Dòng chảy qua phần dẫn dòng có góc loe cánh hướng γloe,6 = 00 Hình 3.21. Kết cấu hệ thống cánh máy bơm chìm có góc loe cánh hướng γloe,5 = 00 Đường cong hiệu suất của máy bơm chìm Hình 3.22. Phân bố trường vận tốc của hướng trục được trình bày trên hình 3.23. dòng chảy (từ tiết diện gốc đến tiết diện Trong trường hợp này, hiệu suất máy biên) trong hệ thống cánh có γloe,6 = 00 bơm tăng lên khá nhiều so với các trường hợp trên, hiệu suất bơm theo mô phỏng số đạt ηb,6 ≈ 81%. 14
Giữa kết quả mô phỏng số và kết quả theo tính toán lý thuyết cũng như những nhận định về khả năng ảnh hưởng của góc loe bộ phận hướng dòng đến hiệu suất của máy bơm là tương đương. Điều đó cho phép khẳng định tính đúng đắn và độ tin cậy của cơ sở lý thuyết về tính toán hiệu Hình 3.23. Đường cong hiệu suất máy bơm chìm có suất của máy bơm chìm hướng góc loe γloe,6 = 00 trục với sự ảnh hưởng của góc loe γloe Chương IV: Nghiên cứu thực nghiệm mô hình vật lý máy bơm chìm hướng trục 4.1. Giới thiệu hệ thống thử nghiệm máy bơm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 4.1.1. Các hệ thống thử nghiệm máy bơm hiện có tại Việt Nam 4.1.2. Giới thiệu chung v hệ thống thử nghiệm máy bơm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương Để nghiên cứu thực nghiệm máy bơm chìm hướng trục cần có hệ thống thí nghiệm máy bơm đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy, chính xác, hiện đại và thuận tiện cho việc theo tác, chỉnh lý số liệu. Với mục tiêu đó, luận án lựa chọn hệ thống thí nghiệm máy bơm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương. 4.2. Xác định sai số đo 4.3. Xây dựng quy trình thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục Quy trình thử nghiệm của hệ thống thí nghiệm bơm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương tuân theo quy trình thử nghiệm bơm hiện hành. Sơ đồ thử nghiệm trình bày trên hình 4.2. Hình 4.2. Sơ đồ lắp đặt tổng thể hệ thống thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương 15
4.4. Vấn đề thiết bị đo và hiệu chỉnh số liệu thử nghiệm 4.5. Tổng hợp các kết quả thử nghiệm và phân t ch đánh giá kết quả nghiên cứu thực nghiệm Do điều kiện thực tế, trong phạm vi luận án, tác giả chỉ lựa chọn một số trường hợp mô hình bơm để thử nghiệm. Các kết quả thử nghiệm sẽ được hiển thị trên màn hình hệ thống máy tính chuyên dụng tại phòng điều hành trung tâm (hình 4.3). Hình 4.3. Hệ thống máy tính tại phòng điều hành trung tâm hệ thống Hình 4.2. Hệ thống thử nghiệm máy bơm chìm thử nghiệm bơm của Công ty CP hướng trục tại Công ty Cp chế tạo bơm chế tạo bơm Hải Dương Hải Dương 4.5.1. Thử nghiệm xác định ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng trong máy bơm chìm hướng trục 4.5.1. Thử nghiệm xác định ảnh hưởng của số vòng quay đặc trưng trong máy bơm chìm hướng trục Đề tài lựa chọn 03 mẫu bơm chìm hướng trục có trị số n s = 600, 900 và 1400 để thử nghiệm. a) Thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng n s = 600 Kết quả thử nghiệm được trình bày trên bảng 4.1 và hình 4.4. Bảng 4.1. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 2.600-4,5. 16
Hình 4.4. Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục (ns = 600, γloe = 420) Từ kết quả thử nghiệm, với máy bơm chìm có ns = 600 đạt hiệu suất tại điểm thiết kế là: ηb = 71,34%. b) Kết quả thử nghiệm máy bơm chìm hướng trục có số vòng quay đặc trưng n s = 900 Bảng 4.2. Các thông số kỹ thuật của máy bơm chìm hướng trục (n s = 900) Hình 4.5. Đường đặc tính máy bơm chìm hướng trục HTCĐ 3300-3 (ns = 900, γloe = 420) 17