Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh công tác lên đặc tính xâm thực và hiệu suất thủy lực của bơm hướng trục với ns cao (1000-1200 vph)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh công tác lên đặc tính xâm thực và hiệu suất thủy lực của bơm hướng trục với ns cao (1000-1200 vph)" là nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số góc xoay cánh đến hiệu suất và đặc tính xâm thực của bơm hướng trục ns cao (1000 – 1200 v/ph); Đưa ra các khuyến cáo cho việc tính toán thiết kế và lựa chọn bơm cho khai thác vận hành các trạm bơm lớn sử dụng bơm ns cao.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh công tác lên đặc tính xâm thực và hiệu suất thủy lực của bơm hướng trục với ns cao (1000-1200 vph)

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, dưới ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nhu cầu tưới tiêu cho nông nghiệp và thủy lợi, đặc biệt là nhu cầu tiêu thoát nước lũ vào mùa mưa bão không ngừng tăng lên. Nhiều trạm bơm có lưu lượng và công suất lớn đã và đang được xây dựng để đáp ứng nhu cầu đó. Hầu hết các trạm bơm lớn này được đầu tư xây dựng với việc sử dụng các loại bơm truyền thống, mà chủ yếu là các loại bơm hướng trục có số vòng quay đặc trưng (ns) vừa và thấp (ns=500- 900 v/ph). Với việc sử dụng bơm hướng trục ns cao (ns >1000 v/ph) vào các trạm bơm lớn này, chi phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành khai thác có thể giảm đánh kể so với việc sử dụng bơm hướng trục ns thấp nhờ ưu thế về kích thước và khối lượng tổ máy bơm ns cao rất nhỏ gọn (khối lượng nhỏ hơn nhiều so với kiểu truyền thống), tuổi thọ và độ bền cao. Bên cạnh các ưu điểm đó, bơm hướng trục ns cao còn phù hợp với các địa bàn có cột nước địa hình thấp và trung bình của hầu hết các tỉnh thành đồng bằng ven biển nước ta, đặc biệt là khu vực đồng bằng sông Cửu Long. Qua đó có thể khẳng định, việc xây dựng các trạm bơm điện công suất lớn với việc sử dụng máy bơm hướng trục ns cao sẽ đem lại hiệu quả kinh tế to lớn và lâu dài, rất phù hợp với điều kiện Việt Nam. Từ các đặc điểm về phạm vi ứng dụng và các thông số của bơm hướng trục cột nước thấp cùng với thực tiễn nghiên cứu trong những năm qua đã chỉ ra rằng nhiệm vụ cơ bản của việc nghiên cứu mở rộng vùng làm việc của bơm hướng trục cột nước thấp là xây dựng được mô hình bơm có ns cao tức là tăng số vòng quay và tăng khả năng thoát mà vẫn đảm bảo bơm có khả năng chống xâm thực tốt và có hiệu suất cao. Hiện tại, chúng ta đã có một số nghiên cứu về bơm hướng trục ns cao, trong đó dài ns1200v/ph được nghiên cứu nhiều nhất và có nhiều kết quả có thể ứng dụng vào thực tiễn. Các nghiên cứu về bơm hướng trục ns 1200v/ph có các đề tài nghiên cứu cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm với nội dung chủ yếu là: đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học (tỷ số bầu db/D, mật độ lưới cánh l/t, số là cánh Z…) của bánh công tác tới đặc tính làm việc và hiệu suất của bơm. Tuy nhiên, về mặt xâm thực, chúng ta chưa có nghiên cứu chuyên sâu cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm. Việc nghiên cứu mở rộng vùng làm việc cho bơm hướng trục ns cao cũng chưa được đề cập đến. 1
Để mở rộng phạm vi làm việc cho một máy bơm hướng trục, chúng ta có hai phương pháp cơ bản: điều chỉnh số vòng quay và xoay góc đặt cánh. Với các bơm hướng trục công suất lớn thì việc thay đổi góc đặt cánh (xoay cánh) là phổ biến vì việc thay đổi số vòng quay gặp nhiều khó khăn về kỹ thuật và bị hạn chế về công suất. Như vậy có thể thấy rằng việc nghiên cứu mở rộng phạm vi làm việc cho bơm hướng trục ns cao bằng phương pháp xoay cánh là nhu cầu hết sức cấp thiết hiện nay. Để mở rộng phạm vi làm việc bằng xoay cánh có hiệu quả, cần nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh đến các thông số làm việc của bơm như cột áp, lưu lượng, hiệu suất và chiều cao hút của bơm … , từ đó đưa ra được các khuyến cáo cần thiết để giúp cho nhà thiết kế chọn được điểm thiết kế tối ưu nhất cũng như giúp cho nhà quản lý chọn được góc xoay cánh phù hợp để đảm bảo bơm vận hành hiệu quả nhất. Chính vì vậy, luận án này đã chọn lĩnh vực “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh công tác lên đặc tính xâm thực và hiệu suất thủy lực của bơm hướng trục với ns cao (1000-1200 v/ph)” làm nội dung nghiên cứu cơ bản. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.1. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hưởng của thông số góc xoay cánh đến hiệu suất và đặc tính xâm thực của bơm hướng trục ns cao (1000 – 1200 v/ph). - Đưa ra các khuyến cáo cho việc tính toán thiết kế và lựa chọn bơm cho khai thác vận hành các trạm bơm lớn sử dụng bơm ns cao. 2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài - Bơm hướng trục có số vòng quay đặc trưng ns cao (1000-1200 v/ph). - Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh công tác lên đặc tính xâm thực và hiệu suất thủy lực của bơm hướng trục với ns cao (1000- 1200 v/ph). 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Xây dựng được đặc tính làm việc tổng hợp và đặc tính tổng hợp không thứ nguyên của gam bơm hướng trục ns1200v/ph, bổ sung vào dãy gam bơm hướng trục được thiết kế, sản xuất ở nước ta đáp ứng được nhu cầu cấp thiết hiện nay. 2
- Cung cấp các kết quả nghiên cứu khảo sát về trường dòng chảy trong bơm hướng trục ns cao, bổ sung cho khoa học cơ bản trong lĩnh vực bơm hướng trục nói chung và bơm hướng trục ns cao nói riêng. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Mô hình bơm hướng trục ns = 1200 v/ph được chế tạo sẽ đáp ứng được nhu cầu bơm nước tưới tiêu cho điều kiện cột nước địa hình thấp và lưu lượng lớn. - Các kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng để xây dựng qui trình vận hành với việc xác định vùng làm việc tối ưu của bơm khi mở rộng phạm vi làm việc bằng xoay cánh cũng như tham khảo để thiết kế tính toán thiết kế bơm hướng trục ns cao. 4. Bố cục của Luận án Luận án gồm phần mở đầu, 4 chương và phần kết luận với tổng số 117 trang (chưa kể phần phụ lục), 16 bảng, 107 hình vẽ và đồ thị cùng 33 tài liệu tham khảo. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Bơm hướng trục và các vấn đề cần nghiên cứu - Về thiết kế - Về công nghệ - Về hiệu quả kinh tế - xã hội 1.2. Tổng quan các nghiên cứu về ảnh hưởng của góc xoay cánh đến đặc tính năng lượng và xâm thực trong bơm hướng trục. Phần nghiên cứu xoay cánh và có cơ sở lý thuyết rõ ràng là phần ảnh hưởng góc xoay cánh đến đặc tính năng lượng. Với phần đặc tính xâm thực thì các nghiên cứu này vẫn mang tính chất bó hẹp trong phạm vi từng mẫu cánh riêng biệt, chưa tổng quát hóa và nâng tầm lên thành lý thuyết với một lộ trình nghiên cứu rõ ràng. Mặt khác, việc nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay đến đặc tính làm việc có thể được thực hiện dễ dàng trong các hệ thống thí nghiệm thông thường. Nhưng đối với nghiên cứu xâm thực thì cần phải có các hệ thống thí nghiệm và thiết bị đo đạc hiện đại hơn nhiều. Đây cũng là một khó khăn khiến cho các kết quả nghiên cứu về xâm thực bị hạn chế. 1.3. Vấn đề nghiên cứu của luận án. - Vấn đề thủy lực - Vấn đề năng lượng - Vấn đề thiết kế thủy lực tối ưu 3
1.4. Nội dung cơ bản của luận án 1/ Nghiên cứu cơ sở tính toán lý thuyết 2/ Nghiên cứu thiết kế và lựa chọn mẫu bơm với ns cao và khảo sát đánh giá bằng mô phỏng 3/ Nghiên cứu ảnh hưởng của góc đặt cánh đến đặc tính xâm thực và hiệu suất của bơm hướng trục bằng mô phỏng 4/ Nghiên cứu thí nghiệm 5/ Kết luận và kiến nghị Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NC 2.1. Cơ sở lý thuyết 2.1.1. Cơ sở lý thuyết thiết kế cánh bơm hướng trục theo phương pháp Vôzơnhexenski - Pêkin. 2.1.2. Cơ sở lý thuyết để xây dựng đặc tính năng lượng và ảnh hưởng của góc xoay cánh 2.1.3. Cơ sở lý thuyết sự hình thành xâm thực trong bơm hướng trục và ảnh hưởng của góc xoay cánh đến đặc tính xâm thực Để đánh giá chất lượng xâm thực của máy bơm nói chung, người ta dùng hệ số xâm thực Thomat: 𝜎 = (2-44) Điều kiện để xuất hiện xâm thực trong bơm là: 1  gh (2-45) Đồ thị xác định gh theo KHtư: (l/t)min σth 4 1.4 3.5 1.2 (l/t)min σth 3 1 2.5 0.8 2 0.6 1.5 0.4 1 0.2 0.5 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 ( KH)tu 0.3 Hình 2-24. Đồ thị (L/T)D=f(KHtư) và gh=f(KHtư) 2.2. Phương pháp nghiên cứu. 2.2.1. Nghiên cứu lý thuyết Tác giả chọn và sử dụng phương pháp Vonznhexenski - Pekin để thiết kế cánh mẫu thử nghiệm cho bơm mô hình. Đây là phương pháp 4
có độ phức tạp ở mức trung bình, được dùng phổ biến trong ngành chế tạo bơm. 2.2.2. Nghiên cứu trên mô hình toán. Sử dụng phần mềm Ansys CFX để mô phỏng, kiểm tra chất lượng thủy lực của bơm mô hình. Trình tự tính toán trong Ansys Flow (CFX) như trong sơ đồ sau: 2.2.3. Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật lý Thực hiện trên giá thí nghiệm của Viện Bơm và Thiết bị thủy lợi 2.2.4. Lựa chọn mô hình bơm cho nghiên cứu. Để phù hợp với giá thí nghiệm đã có sẵn, bơm mô hình phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm là bơm hướng trục ngang có dải ns=1000- 1200v/p. Mặt ngoài của bánh công tác là mặt cầu có đường kính D cầu 352mm. Vỏ buồng bánh công tác có dạng mặt cầu tương ứng với đường kính đảm bảo khe hở làm việc khoảng 0.001D và có cấu tạo hai 5
nửa để đảm bảo tháo lắp được. Trên vỏ cầu được bố trí 02 cửa quan sát trong suốt bằng mi ca có mặt trong là mặt cầu trùng với mặt cầu của vỏ buồng bánh công tác. Chương 3. NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG 3.1. Nghiên cứu thiết kế và lựa chọn mẫu bơm với ns cao và khảo sát đánh giá bằng mô phỏng 3.1.1. Lựa chọn thông số và thiết kế mẫu đặc trưng Các thông số của bơm mô hình thí nghiệm là : Dm = 340 mm nm = 980 v/ph Hm = 3.25.(980/498)2.(340/800)2 = 2,348m Qm = 9050.(980/490).(340/800)3 = 1390 m3/h = 0.386 m3/s ns = 1172 v/ph 3.1.2. Một số kết quả tính toán thiết kế Mép ra 55.96 51.62 48.26 45.04 42.26 27.13 27.15 30.68 27.3 28.4 70 Mép vào 93.5 119 144.5 170 Mép ra Mép vào B¶n vÏ c¸nh c«ng t¸c m« h×nh D=340 mm Hình 3.1. Bản vẽ thiết kế cánh công tác mô hình D340mm trên Solid Works Hình 3.2. Bản vẽ mô phỏng 3D bánh công tác bơm mô hình D340mm 6
3.1.2. Mô hình và phương pháp tính toán mô phỏng 3.1.2.1. Xây dựng mô hình tính trên Solidworks và chia lưới. Hình 3.5. Bản vẽ thiết kế bộ dẫn Hình 3.6. Thiết kế mô phỏng 3D dòng bơm mô hình phần dẫn dòng bằng SolidWorks - Chia mô hình thành 3 vùng: Rotor (bánh công tác), Stator (phần đẩy), Suction (phần hút). Hình 3.8. Lưới cấu trúc Hình 3.9. Lưới cấu trúc Hình 3.10. Lưới cấu cho Rotor (BCT) cho stator (Phần đẩy) trúc phần Suction (hút) 3.1.2.2. Chọn mô hình tính toán và thiết lập điều kiện biên a/ Mô hình tính toán: + Mô hình rối + Mô hình xâm thực b/ Thiết lập các điều kiện biên: - Đơn vị bài toán là (mm); - Chọn thuật giải: Solver CFX Type: Pressure-Based Velocity Formulation: Absolute Time: Transient Chiều tính toán: 3D - Chọn vật liệu: nước, nhiệt độ 25oC; bọt khí, nhiệt độ 25oC và áp suất hơi bão hòa là Pv=3173 Pa; - Đặt các điều kiện biên: + Vùng bánh công tác: n = 980 (v/p). + Các vùng Stator, đầu vào là áp suất và ra dạng áp suất hoặc lưu lượng; nếu chọn đầu ra là lưu lượng nên cẩn thận vì bơm chỉ tạo ra 7
một lưu lượng tối đa nào đó tại 1 vòng quay nhất định, nếu chọn sai kết quả tính không có giá trị. Tuy nhiên thời gian hội tụ lại nhanh. + Biên tường là dạng biên không trượt No-slip wall. + Áp suất tham chiếu: 1 atm + Áp suất tĩnh đầu vào: Static pressure inlet= 0.9 (bar), áp suất này lấy sát với thực tế kể đến sự chênh lệch mặt thoáng với tâm máy là 1 m. Trong trường hợp không rõ thì có thể đặt áp là 0 (pa) để khảo sát đặc tính năng lượng máy truyền cho chất lỏng. + Lưu lượng đầu ra: Outlet= 1390/3600= 0.386 (m3/s); + Trong phần solver-setting phải thêm các điều kiện biên periodic (tuần hoàn) cho các mặt cắt. + Các interface để dạng Rotor-Stator, Specific angle 120 độ cho Rotor (3 lá cánh bánh công tác), 90 độ cho Suction (4 lá cánh hướng dòng vào) và 45 độ cho Stator (8 lá cánh hướng dòng ra). - Đặt tiêu chuẩn hội tụ: 0,00001. - Bước thời gian (Timestep size for pump): ∆t = 0.002s, lấy theo hướng dẫn của CFX và đã đánh giá sự hội tụ về bước thời gian. Nhận thấy với giá trị này cho kết quả chạy ra mịn ít bị dao động và đảm bảo tính tuần hoàn trong mô phỏng. - Đặt Total time là 100s và bắt đầu tính toán. 3.1.2.3. Đánh giá sự hội tụ về mô hình lưới Hình 3.12. Độ nhạy cảm của lưới 3.1.2.4. Tiến hành giải và xuất kết quả Bảng 3.1. Các thông số mô phỏng tại điểm thiết kế H Q Ntr Ntl Hiệu suất (m) (m3/s) (kW) (kW) (%) 2.37 0.386 11.07 8.98 81.1 8
Hình 3.15. Phân bố đường dòng trong hệ thống 3.1.3. Phân tích kết quả mô phỏng - Sai số cột áp tại điểm thiết kế là: H/H = (2,37-2,348)/2,37  0,9%. Do đó kết quả mô phỏng là tương đối sát với yêu cầu thiết kế và hoàn toàn tin cậy. - Với kết quả mô phỏng xâm thực, ta có thể nhận thấy tại điểm thiết kế không xảy ra xâm thực, không xuất hiện bọt khí tại mép vào cánh. 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh đến đặc tính xâm thực và hiệu suất của bơm HT ns cao bằng mô phỏng 3.2.1. Mô hình tính và phương pháp tính toán 3.2.1.1. Xây dựng mô hình tính trên Solidworks và chia lưới. Các thông số thiết kế của cánh trụ mô hình D352mm: H=2,517m; Q=0,4283m3/s; n=980v/ph; D=352mm; ns=1172 Hình 3.22. Bản vẽ thiết kế bộ dẫn Hình 3.23. Mô hình tính toán trong công dòng bơm MH Dcầu = 352mm cụ thiết kế mô hình (Design modler) 3.2.1.2. Lựa chọn mô hình tính toán và thiết lập điều kiện biên: Tương tự như mục 3.1.2.2. 3.2.1.3. Đánh giá sự hội tụ về mô hình lưới Hình 3.28. Độ nhạy cảm lưới 9
3.2.2. Phân tích kết quả mô phỏng về sự phân bố của trường dòng chảy trong bơm tại điểm tối ưu của mô hình cánh cầu 3.2.2.1. Kết quả tính toán thông số làm việc tại điểm tối ưu Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng phương án D352 trụ tại điểm thiết kế H (m) Q(m3/s) Ntr (kW) Ntl (kW) Hiệu suất (%) 2.54 0.428 13.160 10.674 81.10 Bảng 3.4. Kết quả mô phỏng phương án D352 cầu tại điểm tối ưu H (m) Q(m3/s) Ntr (kW) Ntl (kW) Hiệu suất (%) 2.517 0.405 13.39 10.0001 74.68 Nhận xét:Tại điểm tối ưu, hiệu suất cánh cầu nhỏ hơn cánh trụ một lượng: =81.1% -74.68%  6.42% 3.2.2.2. Các kết quả mô phỏng về trường dòng chảy trong bơm Hình 3.29. Phân bố áp suất Hình 3.39. Phân bố đường dòng trên mặt lưng cánh trong bơm Hình 3.33. Phân bố bọt khí Hình 3.37. Phân bố vận tốc tại trên mặt lưng cánh khe hở đầu cánh View3D Hình 3.38. Hình ảnh chi tiết phân bố Hình 3.32. Phân bố áp suất tiết vận tốc trong buồng bánh công tác diện sát vành mòn R0.995 10
3.2.3. Phân tích sự ảnh hưởng của góc đặt cánh tới trạng thái xâm thực và hiệu suất bơm 3.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của góc xoay cánh tới đặc tính làm việc của bơm bằng mô phỏng số. Hình 3.48. Đặc tính làm việc bơm ns  1200 tại các góc xoay cánh Hình 3.49. Đồ thị tưf 3.2.3.2. Dự báo các vùng bị xâm thực theo góc xoay cánh Bảng 3.11 . Bảng dự báo các vùng bị xâm thực và các dạng XT khi xoay cánh Q/Q tư 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 Góc -6 XT2 XT1 0 0 0 0 -3 XT2 XT1 0 0 0 0 0 XT2 XT1 0 0 0 0 0 3 XT1 XT1 XT2 XT2 XT2 XT2 XT2 6 XT3 XT3 XT2 XT2 XT2 XT2 XT2 a) dạng XT1 b) dạng XT2 c) Dạng XT3 ( =1.748) ( =1.563) ( =1.395) Hình 3.52. Hình ảnh mô phỏng các dạng xâm thực 11
3.2.3.3. Nhận xét và kết luận về kết quả mô phỏng. - Nếu không tính đến yếu tố xâm thực, khi xoay góc đặt cánh từ -60 đến +60, vùng làm việc của bơm được mở rộng từ phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 ư  (0.8÷1.1) lên phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 ư  (0.7÷1.2). Vùng làm việc hiệu suất cao (vùng lân cận 5% hiệu suất điểm tối ưu, trong trường hợp này là vùng hiệu suất lớn hơn 70%) cũng mở rộng từ phạm vi 𝑄  (0.9÷1.1) lên phạm vi 𝑄  (0.8÷1.1). - Để đánh giá mức độ thay đổi cột áp bơm khi xoay 1 độ (H/độ), tra đồ thị trên hình 3.51 hoặc tính nội suy như sau: + Khi xoay sang góc âm: H = 0.0652()+ 2.54 + Khi xoay sang góc dương: H= 0.1093()+ 2.54 3.2.4. Kết luận việc lựa chọn mẫu khảo sát đánh giá về góc xoay và đặc tính thủy lực Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. Chế tạo thiết bị và xây dựng mô hình thí nghiệm phục vụ nghiên cứu thực nghiệm 4.1.1. Chế tạo thiết bị Hình 4.2. Bản vẽ lắp bơm mô hình cánh cầu Dcầu =352mm 4.1.2. Lắp đặt bơm mô hình vào hệ thống thí nghiệm Hình 4.6. Máy bơm mô hình đã lắp đặt trong hệ thống thí nghiệm 12
Hình 4.7. Cửa quan sát trên vỏ buồng cầu bánh công tác Hình 4.8. Quan sát thí nghiệm bằng đèn tần số 4.2. Đo các thông số của máy bơm Các thông số chính cần đo đạc trong quá trình thí nghiệm bao gồm: Q, H, n, Ntr,  4.2.1. Trình tự thí nghiệm Tiêu chuẩn sử dụng trong quá trình đo : ISO 9906 - 1999 4.2.1.1. Chuẩn bị đo: - Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống thí nghiệm và của máy cần kiểm tra + Kiểm tra mức nước trong hệ thống + Kiểm tra sự hoạt động của máy bơm chân không, hệ thống van + Kiểm tra và hiệu chỉnh điểm ‘O’ của các thiết bị đo lường - Khởi động máy bơm cần khảo nghiệm, theo dõi các thông số của hệ thống trên bàn điều khiển. 4.2.1.2. Đo các thông số Quá trình đo và lấy số liệu chỉ được thực hiện khi các giá trị đo được ổn định. Tiến hành đo tuần tự các điểm làm việc kể từ điểm có cột áp nhỏ nhất tới lớn nhất mà hệ thống đáp ứng được và ngược lại. Các thông số cần đo bao gồm: 13
- Áp suất tại cửa hút máy bơm Ph (bar) - Áp suất tại cửa đẩy máy bơm Px (bar) - Lưu lượng máy bơm Q ( m3/s) - Tốc độ quay n (v/ph) - Momen trên trục M (N.m) - Công suất tiêu thụ N (KW) 4.2.2. Tính toán xử lý số liệu Các tín hiệu đo được đưa về trung tâm máy tính để xử lý số liệu, tính toán các thông số cần thiết và xây dựng đường đặc tính. Các thông số tính toán bao gồm: - Cột áp hút Hh (m) - Cột áp toàn phần Htp (m) - Công suất thuỷ lực Ntl (kW) - Công suất trên trục Ntr (kW) - Hiệu suất máy bơm  (%). - Vẽ các đường đặc tính H(Q); N(Q); (Q). Trên cơ sở đó tính được cột áp, công suất trên trục, công suất hữu ích và hiệu suất của bơm. Với các thông số đo đạc và tính toán ở trên ta sẽ xây dựng được đường đặc tính làm việc của bơm. Trên cơ sở các số liệu đo được ta tính các thông số làm việc bao gồm cột áp, công suất trên trục, công suất thủy lực và hiệu suất bơm tương ứng theo các công thức (2-64), (2-65), (2-66) và (2-67) đã trình bày trong chương 2. Khi làm thí nghiệm, các số liệu khảo nghiệm và tính toán được ghi lại trong File dữ liệu và được lưu trong máy tính. Các File dữ liệu được in ra để lấy số liệu xây dựng đường đặc tính năng lượng của bơm. Dựa vào các số liệu khảo nghiệm xây dựng các đường đặc tính hiệu suất và đường đặc tính tổng hợp của bơm cần kiểm tra. 4.2.3. Xác định sai số đo - Sai số cột áp: H = (0,5572 +0,4892)0.5 = 0,741%. - Sai số lưu lượng: Q = (0,3162+ 0,4852)0.5 = 0,579%. - Sai số công suất: N = (0,232+ 0,3332)0.5 = 0,405%. - Sai số hiệu suất:  = (0,7412 + 0,5792 +0.405 2)0.5  1%. Phép khảo nghiệm được tiến hành tại giá thí nghiệm sẽ cho sai số là 1%. 14
4.3. Thí nghiệm xây dựng đặc tính xâm thực, thủy lực và quan hệ hiệu suất với góc xoay cánh thay đổi 4.3.1. Kết quả thí nghiệm xây dựng đặc tính làm việc tại các góc xoay cánh khác nhau Hình 4.14. Đặc tính làm việc bơm mô hình ns  1200 v/ph tại các góc xoay cánh khác nhau §ÆC TÝNH TæNG HîP B¥M M¤ H×NH ns = 1172 v/ph H(m) (D cÇu = 352mm; n =980 v/ph) 4 58 3 60 62 64 63 66 68 =71% 70 69 +60 2 +30 69 68 66 00 64 -30 -60 1 0.5 Q(m3/s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Q/Qt 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 Hình 4.15. Đặc tính tổng hợp bơm mô hình ns  1200 v/ph với Dcầu=352mm; n=980v/ph 15
§ÆC TÝNH TæNG HîP KH¤NG THø NGUY£N B¥M ns = 1172 v/ph KH 0.12 58 0.09 60 62 64 63 66 68 =71% 70 69 +60 0.06 +30 69 68 0 66 0 64 -30 -60 0.03 0.015 KQ 0.35 0.42 0.49 0.56 0.63 0.70 Hình 4.16. Đặc tính tổng hợp không thứ nguyên bơm ns  1200 v/ph Các vùng bị xâm thực quan sát được khi xoay cánh để xây dựng đặc tính như sau: 16
4.3.2. Kết quả thí nghiệm xâm thực tại các góc xoay cánh khác nhau Thí nghiệm xâm thực bằng cách giảm cột áp hút lối vào bơm. Dưới đây là các đặc tính xâm thực xây dựng được từ thực nghiệm. Bảng 4.2 . Bảng tính gíá trị KHtư và th tại các góc xoay cánh  khác nhau 17
(độ) Htư (m) D (m) n (v/ph) KHtư th 0 2.38 0.352 980 0.072 2.3 -3 2.24 0.352 980 0.068 2.5 -6 2.08 0.352 980 0.063 2.7 3 2.7 0.352 980 0.082 2.2 6 2.99 0.352 980 0.090 1.9 Hình 4.24. Đồ thị biến thiên của hệ số xâm thực tới hạn theo góc xoay cánh Khảo sát các đồ thị ta nhận thấy khi giá trị L/Lc đạt ngưỡng L/Lc 0.4, cột áp bơm dao động mạnh và sau đó giảm nhanh. Giá trị  ứng với ngưỡng L/Lc 0.4 tại đó xảy ra hiện tượng tụt cột áp ký hiệu là H.. Hình 4.25. Đồ thị biến thiên của hàm số H = f() - Hình ảnh kết quả thí nghiệm xây dựng đặc tính tại Góc -3 độ: 18
- Hình ảnh kết quả thí nghiệm xâm thực tại Góc 0 độ: - Hình ảnh kết quả thí nghiệm xâm thực tại Góc -3 độ: - Hình ảnh kết quả thí nghiệm xâm thực tại Góc -6 độ: 4.4. Nhận xét và bàn luận về kết quả thí nghiệm 19
Nhận xét 1: Khi chuyển từ cánh trụ sang cánh cầu (với đường kính D=352mm), hiệu suất của bơm giảm đi: tn = 77.5% – 70.74%  6.76% ; Đối chiếu và so sánh với độ chênh hiệu suất giữa cánh trụ và cánh cầu khi mô phỏng ở chương 3 (xem mục 3.2.2.1) là mp = 6.42%, ta thấy sai số giữa thực nghiệm và mô phỏng chỉ là 6.76% - 6.42% = 0.34%. Điều này cho thấy kết quả thu được từ việc nghiên cứu bằng mô phỏng trên mô hình toán là rất đáng tin cậy. Nhận xét 2: Chênh lệch kết quả giữa mô phỏng và thực nghiệm về hiệu suất tại điểm tối ưu của mô hình cánh cầu D352 là: 74.68% - 70.74%  3.9% Chênh lệch kết quả mô phỏng và thực nghiệm về hiệu suất tại điểm thiết kế của mô hình cánh trụ D340 (trình bày ở mục 3.1.3) là 3.6%. Như vậy độ chênh lệch hiệu suất tối ưu giữa mô phỏng và thực nghiệm của hai mô hình cánh trụ D340 và cánh cầu D352 là xấp xỉ nhau (sai lệch khoảng 0.3%). Nếu tính đến sai số tổng hợp khi thực nghiệm là ±1% thì sai lệch này là rất nhỏ và hoàn toàn chấp nhận được. Các kết quả này cho thấy sự tương đồng hợp lý trong việc lựa chọn mô hình tính toán mô phỏng và triển khai thực nghiệm. Qua đó khẳng định được độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu. Nhận xét 3: Nếu không tính đến yếu tố xâm thực, khi xoay góc đặt cánh từ -60 đến +60, vùng làm việc của bơm được mở rộng từ phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 ư  (0.8÷1.1) lên phạm vi 𝑄 = 𝑄/𝑄 ư  (0.7÷1.2). Vùng làm việc hiệu suất cao (vùng lân cận 5% hiệu suất điểm tối ưu, trong trường hợp này là vùng hiệu suất lớn hơn 65%) cũng mở rộng từ phạm vi 𝑄  (0.9÷1.1) lên phạm vi 𝑄  (0.8÷1.1) Nhận xét 4: Xét trong phạm vi  = -6 độ ÷ +6 độ: Khi xoay sang góc âm, hiệu suất (tại điểm tối ưu) của bơm giảm không đáng kể, quan hệ hiệu suất  với góc xoay cánh  gần như tuyến tính với độ dốc rất nhỏ theo hàm số:  = 0,24() + tư. Khi xoay sang góc dương, hiệu suất này có sự tụt giảm đáng kể, và khi xoay sang góc dương càng lớn thì hiệu suất càng giảm, Quan hệ giữa hiệu suất và góc xoay cánh gần đúng theo dạng đường cong parabol:  = 0,1194()2 – 1,5617() + tư. Trong đó tư là hiệu suất làm việc tối ưu của mô hình. Đối với mô hình nghiên cứu của luận án tư = 70,74. 20