Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm tua bin xung kích 2 lần kiểu Cink

Mục lục Trang Chương I. tổng quan và phạm vi ứng dụng Tua bin XK2L 1 1.1. Tua bin xung kích 2 lần (XK2L) và quá trình phát triển. 1 1.2. Phạm vi sử dụng của tua bin XK2L: 3 1.3. Những −u điểm và nh−ợc điểm của tua bin XK2L trong thuỷ điện nhỏ và cực nhỏ 8 1.3.1. Hiệu suất 8 1.3.2. Độ bền: 11 1.3.3. Giá thành chế tạo: 11 1.3.4. Hạn chế của tua bin XK2L 12 1.4. Kết luận 14 Chương II. lý thuyết tua bin xung kích 15 2.1. Cột n−ớc, l−u l−ợng, công suất và hiệu suất 15 2.2. Tác dụng t−ơng hỗ giữa dòng tia và tấm bản 18 Chương III. tổng quan nghiên cứu lý thuyết tua bin XK2L và XK2L kiểu CINK 26 3.1. Lý thuyết đơn giản của tua bin XK2L 26 3.1.1. Mô tả tua bin XK2L 26 3.1.2. Chuyển động của dòng chảy qua BCT: 27 3.1.3. Lý thuyết cơ bản của tua bin XK2L 31 3.2. Mở rộng nghiên cứu lý thuyết cơ bản tua bin XK2L 36 3.2.1. Mở rộng lý thuyết tua bin XK2L 36 3.2.2. Góc đặt cánh 39 3.2.3. Bề rộng đĩa cánh và góc ở tâm đĩa cánh. 40 3.2.4. Đ−ờng kính bánh xe và trục BCT 44 3.2.5. Mở rộng lý thuyết dòng chảy tuyệt đối qua tua bin XK2L. 45 Chương IV. Nghiên cứu thực nghiệm tuabin XK2L kiểu CINK 49 4.1. H−ớng nghiên cứu Tua bin XK2L kiểu CINK 49 4.1.1 Vòi phun và cơ cấu điều chỉnh l−u l−ợng 50 4.1.2. So sánh kết cấu cánh h−ớng của tua bin XK2L kiểu Ossberger và tua bin XK2L kiểu CINK 54 4.1.3 Bánh xe công tác 54 4.1.4. ống hút 58 4.2. Giới thiêu ch−ơng trình tính toán tua bin XK2L 59 4.3. Thiết kế Tua bin XK2L mô hình kiểu CINK 62 4.3.1 Lựa chọn kết cấu 62 4.3.2 Lựa chọn kích th−ớc, thông số cơ sở tua bin mô hình 63 4.3.3 Tính toán các thông số cơ bản của tua bin mô hình 63 4.3.4 Thiết kế bánh xe công tác 64 4.3.5. Vòi phun 65 4.3.6 ống hút 67 4.4. Mô hình hoá tua bin 68 4.5 Thực nghiệm tua bin mô hình 70 4.5.1 Hệ thống thí nghiệm 70 4.5.2 Thí nghiệm tua bin mô hình 74 4.6. Xây dựng đặc tính tổng hợp chính của tua bin mô hình 80 4.7. Các kết luận rút ra từ thực nghiệm 82 Chương V. Kết luận 84 5.1 Các kết quả đề tài đã đạt đ−ợc 84 2. H−ớng nghiên cứu tiếp theo 85 Phụ lục 86

pdf119 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 15/06/2013 | Lượt xem: 1499 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm tua bin xung kích 2 lần kiểu Cink, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
kh¸c C2 nÕu kh«ng cã sù tæn thÊt gi÷a c¸c ®iÓm nµy. C3 = [2gH2 + (C2) 2]1/2 (3-43) Gi¶ thiÕt β2 = 900 (h×nh 3-2) C3 sÏ kh«ng trïng nhau víi ®−êng tiÕp tuyÕn mÐp vµo thø hai cña c¸nh, cã nghÜa lµ ch¶y vµo cã sù va ®Ëp vµ g©y tæn thÊt. Nh»m tr¸nh ®iÒu nµy, β2 ph¶i >900. Tuy vËy sù kh¸c nhau gi÷a C2 vµ C3 lµ rÊt nhá do vËy β4 cã thÓ lÊy b»ng 900 H×nh 20: C¸c tam gi¸c vËn tèc khi ®iÓm B trïng C. α1 β1 α3 β3 α2β2 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 39 H×nh 21: Tam gi¸c vËn tèc. 3.2.3. BÒ réng ®Üa c¸nh vµ gãc ë t©m ®Üa c¸nh. Bá qua chiÒu dµy l¸ c¸nh, chiÒu dµy S1 (H×nh 19) tÝnh theo b−íc c¸nh: S1 = t.sinβ1 (3-44) Gi¶ thiÕt β2 = 900. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c l¸ c¸nh ë cöa ra lµ S2. S2 = t(r2/r1) (3-45) BÒ réng a sÏ cã giíi h¹n nhÊt ®Þnh. - NÕu a nhá qu¸ th× kh¶ n¨ng truyÒn n¨ng l−îng sÏ rÊt h¹n chÕ v× chÊt láng tõ mòi phun ch¶y vµo sÏ kh«ng ®iÒn ®Çy khe hë gi÷a c¸c l¸ c¸nh, b¾t buéc ph¶i gi¶m b−íc c¸nh (t) ®Ó ®¶m b¶o trÞ sè (l/t) nhÊt ®Þnh. - NÕu t¨ng a, th× S2 gi¶m do vËy a sÏ ®−îc giíi h¹n bëi c«ng thøc: 2 1 12 W SWS = (3-46) - NÕu a qu¸ lín th× kh¶ n¨ng tho¸t bÞ h¹n chÕ §Ó x¸c ®Þnh bÒ réng (a), cÇn ph¶i biÕt tèc ®é W2 do ¶nh h−ëng cña lùc ly t©m: (W1) 2 - (W2) 2 = (u1) 2 - (u1) 2 (3-47) hoÆc (W2) 2 = (u1) 2 - (u1) 2 + (W1) 2 (3-48) vµ tõ (3-46); (3-45); (3-46): α 3 β3 α2β2 α3 β3 α2 β2 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 40 1 2 1 1 2 1 12 sin βr rW S SWW =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= vµ 1 2 12 r ruu = Gäi 2 1 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= r rX Ta cã ph−¬ng tr×nh 01 1 2 1 1 2 1 12 =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−− β u Wa u WX (3-49) Tõ c«ng thøc (3-52) cho thÊy, nÕu vËn tèc cña BCT ë chÕ ®é tèi −u tøc lµ: 111 cos2 1 αCu = th× 11 1 cos 1 β=u W (3-50) vµ gi¶ thiÕt α1 = 600; β1= 300 th× 15,1 866,0 1 1 1 == u W Vµ ta cã: 332.01 2 1 1 −=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛− u W vµ 4 1sin 1 2 =β Khi ®ã ph−¬ng tr×nh (3-49) sÏ thµnh: X2 + 0,33X - 0.322 = 0 Gi¶i ra ta ®−îc X = 0,435 Cã 66,0 1 22/1 == r rX mµ 2r1 = D1 , do ®ã: a = 0,17 D1 (3-51) Trong ®ã: a- ChiÒu réng ®Üa c¸nh theo h−íng kÝnh cña BCT D1- §−êng kÝnh BCT. Gi¸ trÞ nµy cña bÒ réng ®Üa c¸nh (a) ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®iÓm c¾t nhau cña hai ®−êng cong nh− h×nh (20) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 41 Tõ c«ng thøc (3-59) ta cã: )(W )(u - )(u r r )(W 21 2 1 2 1 2 1 22 2 +⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= vµ sin r r W 1 1 2 12 β⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=W (3-52) Gãc ë t©m BOC (h×nh 20) cã thÓ x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh (3-58) vµ: 1 2 12 1 2 1 1 1 1 2 785,0 2 1]133,1)66,0[( 66,0 866,0cos 2 uuW r r uuW BOC =−+= = == = β α (3-53) 326,1 66,0 785,0 11 2 2 2 === uuu Wtgα (3-54) Ta ®−îc α2 = 530, do ®ã gãc ë t©m BOC = 1060 ChiÒu dÇy cña tia (y) ë bªn trong BCT cã thÓ ®−îc tÝnh to¸n tõ ph−¬ng tr×nh liªn tôc cña dßng ch¶y (3-34). C1.S0 = C2.y (3-55) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== 1 1 1 2 1 1 2 222 cos2 cos αα C r ru r ruC Do ®ã: 0 0 1 1 2 02 89,1 961,0 .6,0).03,3( cos.cos2 SS r rSy == =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= αα (3-56) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 42 H×nh 22: §−êng ®i cña dßng tia bªn trong BCT. Kho¶ng c¸ch gi÷a mÐp cña dßng tia bªn trong khi nã ®i qua BCT vµ trôc cña b¸nh xe lµ y1 (H×nh 22). 22 89,1)90sin(. 0221 dSry −−−= α (3-57) v× S0 = y.D1 nªn 2 )945,01986,0( 11 dDy −−= ϕ (3-58) Còng xÐt t−¬ng tù, ta cã kho¶ng c¸ch y2 gi÷a c¹nh ngoµi cña dßng tia vµ mÐp bªn trong c¸nh cã thÓ x¸c ®Þnh: 12 )945,01314,0( Dy ϕ−= (3-59) §a sè tr−êng hîp ϕ = 0,075 ÷ 0,1 th× 11 11 )369,00606,0( )104,028,0( 2 Dy Ddy ÷= ÷=+ 3.2.4. §−êng kÝnh b¸nh xe vµ trôc BCT VËn tèc vßng u x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: β2=90 0 α1 α3 β3=900 α2 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 43 6011 nDu π= (3-60) π α πα πα n gHK D nDgHK nDC 1 1 11 111 cos230 60 cos2 2 1 60 cos 2 1 = = = (3-61) víi α1 = 160; K = 0,98 n HD 8,391 = (3-62) Tõ (3-62) vµ (3-64) ta cã D2 = 0,66D1 (3-63) NhËn xÐt: Khi S0 lín th× tæn thÊt g©y ra bëi sù ch¶y vµo vµ ch¶y ra khái BCT sÏ nhá. Tuy vËy, nÕu S0 lín sÏ bÊt lîi ë chç gãc phun ë c¸c dßng ngoµi sÏ thay ®æi ®¸ng kÓ so víi α1 = 160. V× thÕ nã sÏ g©y ra tæn thÊt va ®Ëp t¹i mÐp vµo c¸nh. 3.2.5. Më réng lý thuyÕt dßng ch¶y tuyÖt ®èi qua tua bin XK2L. Dùa trªn c¸c tam gi¸c vËn tèc vµ c¸c c«ng thøc ®· tr×nh bµy ë trªn, dßng ch¶y qua BCT cã thÓ chØ ra ®−îc. Tuy nhiªn, trong môc nµy sÏ chøng minh mét c¸ch chi tiÕt dßng tuyÖt ®èi qua BCT ë lÇn va ®Ëp thø nhÊt vµ coi ®©y lµ c¬ së cho c¸c tÝnh to¸n nghiªn cøu sau nµy. Trong thêi gian cÇn thiÕt ®Ó mét dßng tia chuyÓn ®éng däc theo l¸ c¸nh tõ mÐp vµo ®Õn mÐp ra th× BCT quay. §Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c ®iÓm ra cña dßng tia, cÇn ph¶i tÝnh to¸n chÝnh x¸c gãc quay cña BCT trong thêi gian dßng t©m ®i qua BCT ë giai ®o¹n thø nhÊt. Hay nãi c¸ch kh¸c ta ph¶i x¸c ®Þnh ®−îc c¸c tam gi¸c vËn tèc trung b×nh gi÷a ®iÓm vµo vµ ra cña l¸ c¸nh BCT. Ta cã gHkC 21 = (3-64) §Ó thuËn tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n vµ kh«ng mÊt tæng qu¸t ta lÊy: C1 = 1 (3-65) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 44 Së dÜ ta cã thÓ lÊy nh− vËy v× ®èi víi c¸c th«ng sè H kh¸c nhau, vµ ®èi víi nh÷ng tua bin cã ®−êng kÝnh kh¸c nhau th× c¸c tam gi¸c vËn tèc cña chóng vÉn ®ång d¹ng trong qóa tr×nh tÝnh to¸n. Do vËy, c¸c th«ng sè chØ kh¸c nhau hÖ sè m. Khi ®ã gi¸ trÞ thùc cña c¸c th«ng sè sÏ lµ m.C1. Ta cã α1 = 160 Tõ (3-62) ta cã: u1tèi −u= 48063,02 cos 11 =αC (3-66) Tõ (3-45) ta cã: 1 111 1 cos cos β α uCW −= W1tèi−u= 1 11 11 1 11 cos 2 coscos cos cos β αα β α CCuC toiuu − =− hay W1tèi−u= 1 1 1 11 coscos 2 cos ββ α toiuuu C = (3-67) W1 tèi −u = 0,55498 (3-68) Gäi b¸n kÝnh ngoµi BCT lµ: R1 Gäi b¸n kÝnh trong BCT lµ: R2 Gäi b¸n kÝnh bÊt kú BCT lµ: Ri Do vËy vËn tèc vµo t¹i mÐp ra b¸n kÝnh R2 lµ u2, vËn tèc t¹i ®iÓm g÷a ®iÓm vµo vµ ra lµ ui Thµnh phÇn vËn tèc t−¬ng ®èi t¹i ®iÓm bÊt kú i ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc: 22 1 2 1 ii uuWW +−= (3-69) ®Æt KuW =− 2121 (3-70) 2 ii uKW += (3-71) Thay u1 = 0,48063;W1 = 0,55498 vµo (3-80) ta ®−îc K = 0,077 (3-72) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 45 Gãc vËn tèc t−¬ng ®èi βi t¹i ®iÓm bÊt kú gi÷a b¸n kÝnh trong vµ b¸n kÝnh ngoµi ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: 2 2 11.sinsin i i u uββ = (3-73) §Æt λβ =211.sin u (3-74) 2sin i i u λβ = (3-75) Víi u1 = 0,48063; β1=300 ta cã λ = 0,1155 (3-76) Thµnh phÇn vËn tèc tuyÖt ®èi h−íng t©m Cmi t¹i ®iÓm i bÊt kú lµ: Cmi = W1.sinβ1 (3-77) hay 2 2 i i mi u uk C += λ (3-78) VËn tèc tuyÖt ®èi trung b×nh h−íng t©m miC tõ ®iÓm vµo ®Õn ®iÓm thø i lµ: i u u i i i mi du u uk uu C i ∫ +−= 1 2 2 1 1 λ (3-79) Gãc quay BCT trong thêi gian mét dßng tia dÞch chuyÓn tõ b¸n kÝnh ngoµi ®Õn mét ®iÓm bÊt kú thø i ë gi÷a b¸n kÝnh ngoµi vµ b¸n kÝnh trong cña BCT lµ: πγ 2. 3601 01 101 mi i C u R R ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛− = (3-80) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 46 H×nh 23. §−êng ®i cña phÇn tö chÊt láng qua BCT. ViÖc tÝnh thµnh phÇn vËn tèc tuyÖt ®èi trung b×nh cña phÇn tö chÊt láng theo ph−¬ng lín nhÊt Cmi ®ßi hái ph¶i dïng ph−¬ng ph¸p tÝch ph©n ®¹i sè. Do vËy ®Ó thuËn tiÖn khi tÝnh to¸n, ta sö dông c«ng thøc Simpson. ∫ ++++++++−= −−b a bnna yyyyyyyyn abydx )42...2424( 3 124321 (3-81) Trong ®ã : a = ui ; b = u1; ya = Cmi; yb = Cm1. Nh− vËy ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng ®i cña phÇn tö chÊt láng qua BCT, ta cã thÓ chia l¸ c¸nh thµnh nhiÒu phÇn tö nhá, sö dông phÇn lý luËn vµ c¸c c«ng thøc tÝnh to¸n tõ (3-74) ®Õn (3-91) ta cã thÓ vÏ ®−îc ®−êng ®i cña tia n−íc trong BCT vµ x¸c ®Þnh ®−îc thµnh phÇn vËn tèc trung b×nh theo ph−¬ng lín nhÊt t¹i c¸c ®iÓm chia. Sè ®iÓm chia cµng nhiÒu th× cµng chÝnh x¸c. KÕt luËn: Trong ch−¬ng nµy ®· tr×nh bµy tæng quan vÒ lý thuyÕt c¬ b¶n cña tua bin XK2L, ph©n tÝch c¸c ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè vµ kÕt cÊu chÝnh tíi hiÖu suÊt cña tua bin XK2L trªn c¬ së ph©n tÝch chuyÓn ®éng cña dßng chÊt láng qua 2 qu¸ tr×nh va ®Ëp víi BCT. §©y còng lµ c¬ së ®Ó lùa chän, tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ c¸c bé phËn chÝnh cña tua bin XK2L nh− BCT, vßi phun vµ c¬ cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng nh»m tèi −u ho¸ c¸c th«ng sè thiÕt kÕ cho lo¹i tua bin nµy. γγγ β1 α1 βi2 βi1 αi 1 β NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 47 Ch−¬ng IV. Nghiªn cøu thùc nghiÖm tuabin XK2L kiÓu CINK Nh− ®· tr×nh bµy ë c¸c phÇn trªn, lý thuyÕt c¬ b¶n tua bin XK2L víi kÕt cÊu truyÒn thèng ®· ®−îc c¸c nhµ khoa häc nghiªn cøu t−¬ng ®èi kü. Nãi chung, c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ ®éng lùc häc cña tua bin XK2L ®Òu hoµn toµn ®óng víi tua bin XK2L kiÓu CINK. Tuy nhiªn, víi kÕt cÊu c¸nh h−íng cung trßn kiÓu CINK th× hiÖn nay ch−a cã b¸o c¸o nghiªn cøu nµo s©u ®Ò cËp vÒ gi¶i chÝnh x¸c bµi to¸n ®éng lùc häc b»ng lý thuyÕt. Do vËy, chóng t«i ®· sö dông ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu thùc nghiÖm m« h×nh ®Ó nghiªn cøu lo¹i tua bin nµy. Trong ®ã, viÖc nghiªn cøu ®Æc tÝnh cña c¸c tua bin nguyªn mÉu ®−îc thay thÕ b»ng viÖc nghiªn cøu ®Æc tÝnh t−¬ng tù trªn m« h×nh. C¸c nghiªn cøu n¨ng l−îng m« h×nh ®i ®Õn x¸c ®Þnh hiÖu suÊt tua bin phô thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc cña nã víi kÕt cÊu cña c¬ cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng cung trßn. Dùa vµo c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm trªn m« h×nh ®Ó kÕt luËn ®Æc tÝnh cña tua bin nguyªn mÉu. §Ó ®¹t ®−îc ®iÒu ®ã, khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm m« h×nh cÇn ph¶i tu©n theo c¸c tiªu chuÈn t−¬ng tù. 4.1. H−íng nghiªn cøu Tua bin XK2L kiÓu CINK C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng tíi hiÖu suÊt cña tua bin XK2L bao gåm : biªn d¹ng vßi phun vµ kÕt cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng (phÇn h−íng dßng), b¸nh c«ng t¸c, sè l−îng l¸ c¸nh, bÒ réng b¸nh c«ng t¸c. C¸c nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè nµy ®· ®−îc nhiÒu c¬ quan vµ nhµ khoa häc nghiªn cøu quèc tÕ thùc hiÖn vµ b−íc ®Çu còng ®· d−a ra c¸c kÕt luËn vÒ ¶nh h−ëng cña tõng th«ng sè tíi hiÖu suÊt tua bin XK2L. Tuy nhiªn, c¸c nghiªn cøu vÒ tua bin XK2L kiÓu CINK cßn rÊt h¹n chÕ, mÆt kh¸c tua bin XK2L kiÓu CINK chØ kh¸c víi tua bin XK2L truyÒn thèng ë kÕt cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng vµ sö dông èng hót, do vËy trong nghiªn cøu thùc nghiÖm sÏ tËp trung vµo nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña vßi phun vµ c¬ cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng vµ ¶nh h−ëng cña èng hót tíi hiÖu suÊt cña lo¹i tua bin nµy. 4.1.1 Vßi phun vµ c¬ cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng N−íc tõ èng ¸p lùc qua ®o¹n chuyÓn tiÕp tõ mÆt c¾t trßn sang mÆt c¾t ch÷ nhËt vµo mòi phun. Vßi phun cã t¸c dông h−íng dßng ch¶y theo ph−¬ng cã lîi ®Ó thu ®−îc hiÖu suÊt cao, ®ång thêi cã t¸c dông thu hÑp dÇn dßng ch¶y ®Ó chuyÓn toµn bé n¨ng l−îng sang d¹ng ®éng n¨ng truyÒn cho BCT. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 48 H×nh 22: C¸c kiÓu vßi phun vµ c¬ cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng truyÒn thèng. §èi víi vßi phun ®¬n (H×nh 22-a,b), viÖc ®iÒu chØnh l−u l−îng lµ nhê quay hoÆc tÞnh tiÕn mét tÊm ph¼ng, chiÒu dµy tia n−íc chØ lµ h. Cßn ®èi víi tua bin vßi phun kÐp (H×nh 22-c), viÖc ®iÒu chØnh l−u l−îng thùc hiÖn nhê ®IÒu chØnh c¸nh h−íng (2), do ®ã chiÒu dµy tia n−íc cña tua bin nhê ®ã t¨ng hay gi¶m, ®ång nghÜa víi sè vßng quay BCT t¨ng hay gi¶m khi c¸c th«ng sè ban ®Çu H vµ Q lµ kh«ng ®æi. §iÒu nµy rÊt quan träng ®èi víi tua bin nhá, më réng ph¹m vi tua bin nµy víi cét ¸p thÊp vµ l−u l−îng lín so víi tua bin vßi phun ®¬n. MÆt kh¸c kh¾c phôc ®−îc nh−îc ®iÓm cña tua bin Banki lµ sè vßng quay thÊp. H×nh 23 cho thÊy dßng lý t−ëng vµo BCT, ë ®ã c¸c ®−êng dßng cã vËn tèc vµ gãc vµo lý t−ëng ë t¹i bÊt kú ®iÓm nµo. Do vËy ®iÒu kiÖn ®Ó dßng kh«ng g©y tæn thÊt lµ m«men vËn tèc b»ng h»ng sè. Cu.r = const (4.1) H×nh 23: Gãc kh«ng ®æi cña ®−êng cong biªn d¹ng vßi phun. φ α NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 49 Gi¶ thiÕt r»ng c¸c ®iÒu kiÖn nµy tho¶ m·n th× tÊt c¶ c¸c ®−êng dßng vµo BCT cã b¸n kÝnh R1 cã vËn tèc vµo b»ng nhau Cu0. NÕu ta gi¶ thiÕt thªm lµ toµn bé n¨ng l−îng ®Òu chuyÓn thµnh ®éng n¨ng t¹i cöa vµo BCT th× vËn tèc tuyÖt ®èi C0 t−¬ng øng víi dßng phun tù do, khi ®ã Co t−¬ng øng víi gH2 . NÕu Cu vµ C cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi däc cöa vµo th× gãc vµo tèi −u α0 còng kh«ng thay ®æi. V× vËy, biªn d¹ng cña vßi phun vµ c¸nh h−íng ph¶i ®−îc thiÕt kÕ sao cho chóng ph¶i ®−îc t¹o thµnh mét gãc kh«ng ®æi gi÷a tiÕp tuyÕn t¹i mét ®iÓm trªn biªn d¹ng cña chóng vµ b¸n kÝnh vÐc t¬ cña nã nèi víi ®iÓm gèc cña biªn d¹ng vßi phun vµ c¸nh h−íng. Nh− vËy, ®iÒu kiÖn ®Ó dßng vµo ®¸p øng c¸c yªu cÇu vÒ hiÖu suÊt lµ: - VËn tèc vµo gHc 20 ϕ= - Gãc vµo α0 = 160 - Biªn d¹ng vßi phun kiÓu th©n khai. Biªn d¹ng th©n khai cña vßi phun vµ c¸nh h−íng n−íc ®−îc x©y dùng tõ vßng trßn c¬ së cã b¸n kÝnh: 2 sin. 11 0 αDR = (4-2) Víi α1 = 160 Ta sö dông c¸c c«ng thøc sau ®Ó tÝnh to¸n vµ x©y dùng ®−êng cong nµy: x x RR αcos 0= (4-3) 000 180 xxx tg ααπθ −= (4-4) 0 1 00 θθδ −= xx (4-5) 747418001 −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= tgπθ (4-6) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 50 H×nh 24: X©y dùng biªn d¹ng vßi phun th©n khai. Dùa vµo c¸c th«ng sè tÝnh to¸n vµ h×nh vÏ ta x©y dùng ®−îc ®−êng cong th©n khai cho c¸nh h−íng vµ vßi phun, ph−¬ng ph¸p nµy Ýt ®−îc dïng v× phøc t¹p, tèn nhiÒu thêi gian khi gia c«ng. - Biªn d¹ng vßi phun mét cung trßn §Ó ®¬n gi¶n trong c«ng nghÖ chÕ t¹o, ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn d¹ng vßi phun mét cung trßn th−êng ®−îc sö dông.. C¸ch x©y dùng nh− h×nh 25. C¸nh h−íng n−íc chia gãc bao cña vßi phun b»ng 1200 thµnh hai phÇn sao cho: a1 + a2 = 0,25D1 a1 ≈ a2 (4-7) 1800−θox δ θ 1 x δx δΒ α=150 α1α1 ρ0 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 51 H×nh 25: X©y dùng biªn d¹ng mòi phun mét cung trßn. Ta vÏ vßng trßn ®−êng kÝnh D1, lÊy gãc β1= 450; β2 = 200 so víi ph−¬ng th¼ng ®øng, tõ ®iÓm B lÊy BI = a1 = 0,125D1, kÎ ®−êng th¼ng theo ph−¬ng ngang qua I (Iz), tõ A lÊy β3 = 150 ®−îc ta Ax, qua A kÎ Ay vu«ng gãc víi Ax, cung trßn ph¶i dùng di qua I, A tiÕp xóc víi Iz, Ay. Ta kÎ ph©n gi¸c (Ct) cña gãc ACI, ph©n gi¸c nµy c¾t Ax t¹i ®©u, ®ã chÝnh lµ t©m cung trßn ph¶i dùng. Tõ t©m nµy kÎ cung trßn qua A hoÆc I ta ®−îc biªn d¹ng mòi phun (b¸n kÝnh R0), biªn d¹ng l−ìi gµ còng chÝnh lµ ®−êng cong nµy. 4.1.2. So s¸nh kÕt cÊu c¸nh h−íng cña tua bin XK2L kiÓu Ossberger vµ tua bin XK2L kiÓu CINK Nh×n vµo kÕt cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng kiÓu Ossberger vµ c«ng thøc (4.1) cã thÓ thÊy r»ng, gi¸ trÞ Cu.r chØ lµ h»ng sè ë chÕ ®é thiÕt kÕ. Khi ®ã, dßng tõ vßi phun vµo BCT sÏ lu«n ®¹t gi¸ trÞ gãc vµo α0 = 160 , kh«ng x¶y ra va ®Ëp vµ hiÖu suÊt ®¹t gi¸ trÞ tèi −u. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 52 Nh−ng chÕ ®é nµy sÏ bÞ ph¸ vì khi chÕ ®é lµm viÖc cña tua bin thay ®æi, tøc lµ khi ®iÒu chØnh thay ®æi vÞ trÝ c¸nh h−íng. Khi ®ã, gãc vµo c¸nh sÏ thay ®æi, g©y nªn hiÖn t−îng chÌn dßng, chÕ ®é tèi −u bÞ ph¸ vì, lµm gi¶m hiÖu suÊt tua bin. H×nh26: C¸nh h−íng dßng kiÓu Ossberger H×nh 27. KÕt cÊu c¸nh h−íng dßng kiÓu CINK §Ó kh¾c phôc nh−îc ®iÓm nµy, h·ng CINK ®· ®−a ra kÕt cÊu kiÓu cung trßn. KÕt cÊu nµy lu«n b¶o ®¶m cho dßng vµo c¸nh tua bin víi gãc vµo αo = 16o kh«ng ®æi ë mäi chÕ ®é lµm viÖc cña tua bin. Do vËy, hiÖu suÊt tèi −u cña tua bin lu«n ®−îc duy tr× ë c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau. Trªn ®å thÞ mµ h·ng CINK ®−a ra cã thÎ thÊy râ rµng chÕ ®é lµm viÖc cña tua bin XK2L kiÓu CINK æn ®Þnh h¬n, hiÖu suÊt cao h¬n . 4.1.3 B¸nh xe c«ng t¸c (i) Biªn d¹ng l¸ c¸nh. Mét trong nh÷ng th«ng sè quan träng cã ¶nh h−ëng lín ®Õn sù lµm viÖc cña tua bin lµ biªn d¹ng l¸ c¸nh cña BCT. §Õn nay, c¸c nhµ nghiªn cøu ®· ®−a ra ba kiÓu biªn d¹ng l¸ c¸nh: - Biªn d¹ng h×nh th©n khai Theo c¸c tµi liÖu nghiªn cøu cña Liªn x« (cò), cña Trung quèc, NhËt, Mü ... th× l¸ c¸nh cã biªn d¹ng biªn d¹ng th©n khai cho hiÖu suÊt cao h¬n c¶. Ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn d¹ng nµy b»ng c¸ch cho vßng trßn cã b¸n kÝnh r = 0,233D1 l¨n kh«ng tr−ît t¹i mét ®iÓm trªn ®Üa c¸nh (H×nh 28). NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 53 H×nh 28: Ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ biªn d¹ng c¸nh th©n khai. - Biªn d¹ng c¸nh hai cung trßn Theo ph−¬ng ph¸p trªn, c«ng t¸c thiÕt kÕ vµ gia c«ng chÕ t¹o th−êng kh«ng thuËn lîi. §Ó ®¬n gi¶n h¬n, ng−êi ta ®· ®−a ra ra ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn d¹ng l¸ c¸nh tõ 2 cung trßn. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc m« t¶ trªn h×nh 3-11 D’ = 0,684D1 D’’ = 0,586D1 (4-8) R = 0,236D1 r = 0,087D1 H×nh 29: Ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn d¹ng l¸ c¸nh hai cung trßn. β2 β1 ρ ρ' NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 54 Thùc nghiÖm cho thÊy, biªn d¹ng l¸ c¸nh hai cung trßn gÇn trïng víi ®−êng th©n khai, nh−ng dÔ chÕ t¹o h¬n. - Biªn d¹ng l¸ c¸nh mét cung trßn Theo c¸c tµi liÖu nghiªn cøu vµ thùc nghiÖm th× hiÖu suÊt cña tua bin sö dông BCT mét b¸n kÝnh sÏ nhá h¬n kho¶ng 5 ÷ 6% so víi tua bin biªn d¹ng l¸ c¸nh hai b¸n kÝnh. Nh−ng víi biªn d¹ng mét b¸n kÝnh c«ng nghÖ chÕ t¹o sÏ ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu. Gi¶ thiÕt r»ng c¸c th«ng sè cña dßng ch¶y ®−îc lùa chän trªn c¸c ®iÒu kiÖn thuû lùc vµ tam gi¸c vËn tèc yªu cÇu. Víi c¸c th«ng sè ®· biÕt: R1 - b¸n kÝnh vßng trßn ®i qua c¸c mÐp ngoµi cña c¸c l¸ c¸nh; R2 - b¸n kÝnh vßng trßn ®i qua c¸c mÐp trong cña c¸c l¸ c¸nh; β1 - gãc ngoµi cña c¸nh (theo tµi liÖu ®· tÝnh to¸n gãc β1 = 300 lµ tèt nhÊt). β2 - gãc trong cña c¸nh (β2= 900); rb - b¸n kÝnh cong cña c¸nh; rp - b¸n kÝnh ®−êng trßn ®i qua t©m cung trßn c¸nh; δ - gãc c¾t cña c¸nh. §Ó biÓu diÔn quan hÖ h×nh häc gi÷a c¸c th«ng sè R1; R2; β1; β2 vµ rb; rp ta ®−a vµo c¸c c«ng thøc sau: )cos(2 2121 2 2 2 1 ββ +−+= RRRRc (4-9) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ += c R )sin(arcsin 212 ββε (4-10) )(180 21 0 εββξ ++−= (4-11) )2180()( 021 ξββφ −−+= (4-12) )180sin(2 sin 0 1 ξ φ −= Rd (4-13) )(2180 1 0 εβδ +−= (4-14) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 55 )cos( 1 εβ += drb (4-15) 11 2 1 2 cos2 βRrRrr bbp −+= (4-16) H×nh30: Ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn d¹ng l¸ c¸nh mét cung trßn. Trªn h×nh 30 m« t¶ ph−¬ng ph¸p ®å gi¶i ®Ó x¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc h×nh häc cña BCT, ph−¬ng ph¸p nh− sau: Tõ t©m BCT vÏ gãc (β1 + β2) sao cho hai c¹nh cña gãc c¾t vßng trßn ngoµi (R1) t¹i A vµ vßng trßn trong (R2) t¹i C, ®−êng nèi hai ®iÓm A, C biÓu thÞ vËn tèc c. §−êng AC c¾t ®−êng trßn b¸n kÝnh R2 t¹i B, ®o¹n AB = 2d. Tõ ®iÓm gi÷a AB kÎ ®−êng vu«ng gãc víi AB. T©m cña cung trßn c¸nh sÏ ®−îc x¸c ®Þnh trªn ®−êng nµy. Tõ A vÏ AQ t¹o thµnh gãc β1 víi OA, giao ®iÓm O’ chÝnh lµ t©m cña cung trßn c¸nh. Nèi O’B, gãc BO’A = δ nèi BO, AO ta cã gãc AOB = φ. Nh− ®· ph©n tÝch ë c¸c phÇn trªn, viÖc nghiªn cøu ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè tíi hiÖu suÊt tua bin XK2L vÒ c¬ b¶n ®· ®−îc nghiªn cøu t−¬ng ®ãi hoµn chØnh. Do vËy trong nghiªn cøu m« h×nh tua bin XK2L kiÓu CINK, BCT còng ®−îc tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ nh− cña tua bin XK2L. ξ εβ 1 φ β 2 ξ δ β1 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 56 4.1.4. èng hót C¸c quan niÖm vµ c¸c lý thuyÕt tr−íc ®©y ®Òu coi tua bin XK2L lµ lo¹i tua bin xung kÝch, chñ yÕu sö dông ®éng n¨ng cña dßng chÊt láng. Do vËy, c¸c nghiªn cøu ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt cña tua bin míi chØ tËp trung vµo viÖc thay ®æi c¸c kÝch th−íc vµ kÕt cÊu cña tua bin XK2L mµ ch−a quan t©m ®Õn viÖc nghiªn cøu sö dông èng hót nh− lµ mét gi¶i ph¸p ®Ó sö dông cét n−íc sau b¸nh xe c«ng t¸c nh»m n©ng cao hiÖu suÊt cña tua bin. Tuy nhiªn, nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu gÇn ®©y cña c¸c gi¸o s− cña Tr−êng §¹i häc Clemson, South Carolina, Mü ®· cho thÊy mét quan ®iÓm míi vÒ tua bin XK2L. Theo c¸c nghiªn cøu nµy, tua bin XK2L kh«ng hoµn toµn lµ tua bin xung kÝch. ë c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau, tua bin XK2L lµm viÖc nh− mét tua bin nöa ph¶n kÝch. Tuy nhiªn, gi¶ thuyÕt nµy vÉn ch− ®−îc chøng minh b»ng lý thuyÕt vµ còng ch−a ®Ò cËp ®Õn viÖc nghiªn cøu sö dông èng hót nh− ®èi víi tua bin ph¶n kÝch. Do vËy, trong ®Ò tµi nµy, ngoµi viÖc nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ thö nghiÖm ¶nh h−ëng cña c¬ cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng kiÓu cung trßn ®Õn hiÖu suÊt vµ ®Æc tÝnh n¨ng l−îng cua tua bin kiÓu CINK, chóng t«i còng b−íc ®Çu nghiªn cøu vµ ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng sö dông èng hót cña lo¹i tua bin nµy. 4.2. Giíi thiªu ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tua bin XK2L §Ó thuËn lîi cho qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ tua bin XK2L vµ XK2L kiÓu CINK, chóng t«i x©y dùng ®· x©y dùng Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n Tua bin XK2L. Ch−¬ng tr×nh nµy cã thÓ trî gióp ng−êi thiÕt kÕ tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ c¸c bé phËn quan träng nhÊt trong tua bin XK2L lµ biªn d¹ng vßi phun vµ biªn d¹ng l¸ c¸nh cña b¸nh c«ng t¸c. ®ång thêi x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n kh¸c cña tua bin. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tua bin xung kÝch 2 lÇn lµ mét phÇn mÒm øng dông, ®−îc ph¸t triÓn tiÕp tõ phÇn mÒm viÕt cho ®Ò tµi . Ch−¬ng tr×nh ®−îc viÕt b»ng phÇn mÒm VISUAL BASIC 4.0, ch¹y trªn nÒn WINDOWS3.xx vµ WINDOWS9x. Giao diÖn t−¬ng ®èi dÔ dµng cho ng−êi sö dông. Tuy nhiªn, ®©y ch−a ph¶i lµ phÇn mÒm th−¬ng m¹i nªn ch−a cã tÝnh n¨ng hç trî cao cho ng−êi dïng (VD: Kh«ng cã phÇn HELP…), v× vËy ®ßi hái ng−êi sö dông ph¶i cã kiÕn thøc nhÊt ®Þnh vÒ chuyªn m«n. VÒ chuyªn m«n, ch−¬ng tr×nh gåm cã hai phÇn chÝnh: NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 57 - PhÇn tÝnh to¸n c¸c th«ng sè chÝnh cña tua bin nh− : D1, B, n. PhÇn nµy chØ hiÓn thÞ tr©n mµn h×nh. Tuy nhiªn, nÕu chän phÇn tÝnh to¸n thø hai, c¸c th«ng sè trªn sÏ ®−îc ghi ra file kÕt qu¶ hoÆc in trùc tiÕp ra m¸y in. - PhÇn tÝnh to¸n biªn d¹ng tua bin: Biªn d¹ng c¸nh c«ng t¸c, vßi phun vµ quü ®¹o tia n−íc qua b¸nh xe c«ng t¸c. PhÇn nµy, ng−êi sö dông cã thÓ lùa chän xem trªn mµn h×nh (mÆc nhiªn), in trùc tiÕp ra m¸y in (nÕu m¸y tÝnh cã nèi trùc tiÕp víi m¸y in), hoÆc ghi kÕt qu¶ ra file sè liÖu. Ch−¬ng tr×nh kh«ng in ®−îc víi m¸y in m¹ng; Vµ do ch−a thiÕt kÕ víi tÝnh th−¬ng m¹i cao, nªn nÕu kh«ng cã m¸y in, khi chän in, WINDOWS9x cã thÓ ®−a sang EXCHANGE. §©y lµ khuyÕt ®iÓm mµ t¸c gi¶ sÏ kh¾c phôc trong lÇn thiÕt kÕ sau. Khi ®−a kÕt qu¶ sang AUTOCAD, ch−¬ng tr×nh t¹o ra menufile, cã ®Þnh d¹ng *.MNU. Trong file nµy, sÏ t¹o ra mét MENUGROUP míi trong AUTOCAD. NÕu muèn vÏ biªn d¹ng vßi vµ quü ®¹o tia n−íc, nhÊt thiÕt ph¶i chän biªn d¹ng c¸nh (do sö dông lÖnh APPEND trong phÇn vßi vµ quü ®¹o, nªn nÕu kh«ng cã menufile vÒ biªn d¹ng c¸nh, ch−¬ng tr×nh sÏ b¸o lçi). Sau khi ch¹y xong ch−¬ng tr×nh, khëi ®éng AUTOCAD. Tõ dßng lÖnh cña AUTOCAD, gâ MENULOAD, xuÊt hiÖn cña sæ sau: Chän BROWESE Trong môc Files of type, chän Menu Template (*.mnu) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 58 Sau khi chØ ra Menufile, chän Open, tiÕp ®ã chän LOAD, x¸c nhËn YES, ta sÏ quay vÒ cöa sæ MENULOAD. BÊm vµo MYMENU chän tab Menu Bar, chän vÞ trÝ cho menu Xung kÝch xuÊt hiÖn trªn mµn h×nh, råi bÊm Insert, menu Xung kÝch sÏ xuÊt hiÖn trªn menu cña AUTOCAD. BÊm Close. ( Xem thªm c¸c h×nh sau) NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 59 VÒ kÕt cÊu ch−¬ng tr×nh, phÇn mÒm gåm 01 module vµ 8 form giao diÖn, ®ã lµ: - Module1.BAS : Chøa c¸c SUB, FUNCTION vµ khai b¸o chung. - BD_CANH.FRM : HiÖn kÕt qu¶ biªn d¹ng c¸nh. -BD_VOI.FRM : HiÖn kÕt qu¶ biªn d¹ng vßi phun. -KETQUA1.FRM : HiÖn kÕt qu¶ tÝnh s¬ bé c¸c kÝch th−íc chÝnh cña tua bin. -KETQUA2.FRM : HiÖn kÕt qu¶ tÝnh chÝnh x¸c kÝch th−íc tua bin. -NHAPLIEU.FRM : NhËp sè liÖu ban ®Çu (Q,H). -TO_ACAD.FRM : Lùa chän kÕt qu¶ sö dông cho AUTOCAD. -XK2L.FRM : Form chÝnh cña ch−¬ng tr×nh. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 60 4.3. ThiÕt kÕ Tua bin XK2L m« h×nh kiÓu CINK 4.3.1 Lùa chän kÕt cÊu §Ó thuËn tiªn cho qu¸ tr×nh thùc nghiÖm bao gåm: Bè trÝ c¸c thiÕt bÞ g©y t¶i, thiÕt bÞ ®o vµ trùc quan chän kÕt cÊu tua bin m« h×nh s¬ ®å H×nh .4.4 §©y còng lµ kÕt cÊu phæ biÕn cho c¸c tr¹m cã c«ng suÊt tõ 10 ÷ 10000 KW. 4.3.2 Lùa chän kÝch th−íc, th«ng sè c¬ së tua bin m« h×nh §Ó phï hîp víi qui m« phßng thÝ nghiÖm vµ theo c¸c tiªu chuÈn qui ®Þnh vÒ nghiªn cøu thùc nghiÖm tua bin, chän c¸c th«ng sè lµm viÖc cña tua bin m« h×nh nh− sau: - Cét ¸p lµm viÖc: Htt=10m. - C«ng suÊt tua bin: ®Ó phï hîp víi thiÕt bÞ g©y t¶i vµ c¸c thiÕt bÞ ®o vµ vïng lµm viÖc cña tua bin, chän N=8kW. - Tèc ®é vßng quay: chän n=430 v/ph 4.3.3 TÝnh to¸n c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tua bin m« h×nh §Ó thuËn tiÖn cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ tua bin XK2L, phÇn mÒm TÝnh to¸n tua bin XK2L ®· ®−îc x©y dùng, viÕt b»ng ng«n ng÷ VISUAL BASIC ch¹y trªn nÒn WINDOWS. PhÇn mÒm nµy cho phÐp x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè thiÕt kÕ c¬ b¶n cña tua bin nh− ®−êng kÝnh trong vµ ngoµi b¸nh c«ng t¸c, biªn d¹ng c¸c l¸ c¸nh, bÒ réng vßi phun… C¸c file sè liÖu sÏ ®−îc sö dông ®Ó dïng ®Ó tù ®éng vÏ ra biªn d¹ng l¸ c¸nh b¸nh xe c«ng t¸c vµ vßi phun b»ng AUTO CAD. Sau khi ch¹y ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm tÝnh to¸n tua bin XK2L, víi viÖc lùa chän ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ biªn d¹ng vßi phun vµ l¸ c¸nh b¸nh xe c«ng t¸c theo ph−¬ng ph¸p mét cung trßn, tua bin m« h×nh cã c¸c th«ng sè chÝnh nh− sau: NhËp c¸c sè liÖu ®Çu vµo: Cét ¸p: H=10m L−u l−îng: Q=0.15m3/s Ch¹y ch−¬ng tr×nh, ta ®−îc c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tua bin m« h×nh nh− sau: NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 61 - Cét n−íc H= 10m - L−u l−îng Q= 0.15m3/s - C«ng suÊt N=8.3 kW - Vßng quay n =430v/ph - §−êng kÝnh ngoai BCT D1=300mm (phï hîp víi tiªu chuÈn qui ®Þnh vÒ thùc nghiÖm tua bin) - BÒ réng b¸nh c«ng t¸c B=125mm - Gãc «m vßi phun Φ=110o 4.3.4 ThiÕt kÕ b¸nh xe c«ng t¸c §−êng kÝnh BCT tua bin m« h×nh D1=300mm. C¸c biªn d¹ng l¸ c¸nh ®−îc x©y dùng theo ph−¬ng ph¸p mét cung trßn. C¬ së lý thuyÕt vµ ph−¬ng ph¸p x©y dùng biªn d¹ng l¸ c¸nh ®· ®−îc tr×nh bµy trong phÇn 4.1.2. Sö dông phÇn mÒm TÝnh to¸n tua bin XK2L, lùa chän phÇn sè liÖu tÝnh to¸n chuyÓn sang Auto CAD ®Ó tù ®éng vÏ biªn d¹ng l¸ c¸nh. Biªn d¹ng l¸ c¸nh ®−îc x©y dùng dùa trªn to¹ ®é c¸c ®iÓm trong b¶ng kÕt qu¶ d−íi ®©y. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 62 a a H×nh 31. B¸nh c«ng t¸c cña tua bin m« h×nh Sè l¸ c¸nh cña tua bin m« h×nh: chän zc = 30. 4.3.5. Vßi phun Nguyªn lý tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ biªn d¹ng vßi phun ®· ®−îc tr×nh bµy trong Ch−¬ng 3. Sö dông ch−¬ng tr×nh TÝnh to¸n tua bin XK2L ®Ó x¸c ®Þnh to¹ ®é c¸c ®iÓm c¬ së trong b¶ng kÕt qu¶ d−íi ®©y ®Ó x©y dùng biªn d¹ng vßi phun. B¶ng tÝnh nµy còng ®−îc kÕt nèi víi phÇnmÒm AutoCAD ®Ó tù ®éng x©y dùng biªn d¹ng vßi phun. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 63 a a i i i - i H×nh 32. Biªn d¹ng c¬ cÊu c¸nh h−íng n−íc cung trßn cña Tua bin m« h×nh H×nh 33 . Biªn d¹ng vßi phun cña Tua bin m« h×nh NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 64 4.3.6 èng hót Theo c¸c tµi liÖu nghiªn cøu thùc nghiÖm cña Trung quèc th× diÖn tÝch mÆt c¾t èng hót ®−îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc: F= (Qmax/V4) + (50-100mm 2) Víi V4= (0.07 V1 2)1/2 = (0.071 x 2gH)1/2 èng hót cña tua bin m« h×nh ®−îc tÝnh to¸ndùa vµo c¸c c«ng thøc trªn vµ tham kh¶o thiÕt kÕ èng hót cña m« h×nh tua bin XK2L cña h·ng CINK. H×nh 34. èng hót cña tua bin m« h×nh NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 65 4.4. M« h×nh ho¸ tua bin Nghiªn cøu m« h×nh lµ giai ®o¹n kh«ng thÓ thiÕu ®−îc khi nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o míi mét chñng lo¹i thiÕt bÞ cña m¸y thuû khÝ nãi chung vµ tua bin nãi riªng. VÊn ®Ò lµ m« h×nh nh− thÕ nµo ®ã ®Ó b¶o ®¶m c¸c hiÖn t−îng vËt lý trong m« h×nh vµ nguyªn h×nh lµ hoµn toµn t−¬ng tù. Trªn c¬ së lý thuyÕt m« h×nh ho¸, lý thuyÕt t−¬ng tù chuçi kÝch th−íc vµ c¸c quy luËt ®ång d¹ng, chóng ta xÐt ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña chÊt láng nhít kh«ng nÐn ®−îc d−íi d¹ng kh«ng thø nguyªn nh− sau: )'( Re 1 2 2 2 2 2 2 z U y U x U x PEu z UW y UV x UU t USh ∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂−=∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂ )( Re 1 2 2 2 2 2 2 z V y V x V y PEu z VW y VV x VU t VSh ∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂−=∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂ )( Re 1 2 2 2 2 2 2 z W y W x W z PEu z WW y WV x WU t WSh ∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂−=∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂ vµ ph−¬ng tr×nh liªn tôc 0=∂ ∂+∂ ∂+∂ ∂ z W y V x U trong ®ã c¸c ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn Sè Shtrouhal 00tV lSh = ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh kh«ng dõng Sè Froud gl VFr 0= ®Æc tr−ng cho lùc träng tr−êng Sè Reynolds 0 0Re ν lV= ®Æc tr−ng cho lùc nhít Sè Euler 2 00 0 V P Eu ρ= ®Æc tr−ng cho ¸p lùc Trong ®ã: l - chiÒu dµi t - thêi gian V - vËn tèc ρ – Tû träng chÊt láng υ - §é nhít ®éng häc chÊt láng NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 66 g – Gia tèc träng tr−êng §iÒu kiÖn ®ång d¹ng cña m« h×nh vµ nguyªn h×nh khi chóng ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng sau: - §ång d¹ng h×nh häc - §ång d¹ng ®éng häc - §ång d¹ng ®éng lùc häc Khi tua bin m« h×nh vµ tua bin nguyªn h×nh ®¸p øng ®−îc ba ®iÒu kiÖn ®ång d¹ng trªn th× chóng ®−îc gäi lµ ®ång d¹ng thuû ®éng lùc häc. Víi môc tiªu nghiªn cøu tua bin XK2L phôc vô cho thñy ®iÖn nhá vµ cùc nhá. Do ®ã, kÝch th−íc, c«ng suÊt cña c¸c tua bin nguyªn h×nh lµ rÊt ®a d¹ng, n»m trong 2 gam c¬ b¶n lµ: thñy ®iÖn cùc nhá (0,2÷5kW) vµ thñy ®iÖn nhá (5 ÷500kW) víi cét ¸p tõ 10÷250m. Nh− vËy viÖc m« h×nh ho¸ ®Ó nghiªn cøu cho ph¹m vi c«ng suÊt vµ cét ¸p réng nh− thÕ rÊt khã cã thÓ ®¹t ®−îc ®Çy ®ñ c¸c tiªu chuÈn t−¬ng tù. ë ®©y, cÇn ph¶i chÊp nhËn mét phÇn sai sè trong viÖc x¸c ®Þnh ®Æc tÝnh cho mét lo¹i tua bin nguyªn h×nh cô thÓ. §iÒu kiÖn t−¬ng tù x¸c ®Þnh theo t−¬ng tù h×nh häc vµ chuÈn sè R©yn«n. Trong ph¹m vi c¸c tæ m¸y thñy ®iÖn nhá vµ cùc nhá, ®−êng kÝnh BCT giíi h¹n trong kho¶ng (D1=100÷750mm), sè vßng quay trong kho¶ng (n=500÷1500v/ph). Víi c¸c th«ng sè tua bin m« h×nh ®· tÝnh to¸n ®−îc (D1=300mm, n=430v/ph), ta cã: ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ↔= 3 3 1 1 1 M N D D ; ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ↔= 3 3 1 M N n n Do vËy, cã thÓ cho phÐp ®¸nh gi¸ ®Æc tÝnh c¸c tua bin nguyªn h×nh víi ®é chÝnh x¸c chÊp nhËn ®−îc. 4.5 Thùc nghiÖm tua bin m« h×nh 4.4.1 HÖ thèng thÝ nghiÖm HÖ thèng thÝ nghiÖm xuÊt ph¸t tõ c¸c th«ng sè yªu cÇu thö nghiÖm cña tua bin m« h×nh: - Cét n−íc thiÕt kÕ cña tua bin: H= 10 m - L−u l−îng qua tua bin: Q= 0.15m3/s - C«ng suÊt thiÕt kÕ: N = 8 kW NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 67 - Tua bin m« h×nh cã c¸c th«ng sè c¬ b¶n: + §−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c: D1=300mm + Sè vßng quay: n=430v/ph HÖ thèng thÝ nghiÖm ®−îc thiÕt kÕ vµ x©y dùng cã kÕt cÊu nh− h×nh 28: 1- BÓ tr÷ n−íc ngÇm: dung tÝch 250 m3. 2- B¬m cÊp: LT470 - 18 (l−u l−îng 130 l/s; cét ¸p 18m) 3- BÓ t¹o ¸p lùc: dung tÝch 10m3, t¹o ®−îc cét n−íc h×nh häc víi sµn thö 11m, cã ®−êng èng x¶ thõa vµ l−íi æn ®Þnh dßng. §−êng èng φ250 dÉn n−íc tõ bÓ ¸p lùc cÊp cho tua bin vµ van ®iÒu chØnh l−u l−îng trong khi thö. H×nh 35: S¬ ®å bè trÝ hÖ thèng thÝ nghiÖm 4, 5, 6, 7- Côm tua bin m« h×nh vµ c¸c thiÕt bÞ ®o trªn sµn thÝ nghiÖm (H×nh 36): Trong ®ã: 4- Tua bin XK2L m« h×nh 5- ThiÕt bÞ g©y t¶i: Bé truyÒn ®ai vµ m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu cã c«ng suÊt 20kW, ®iÒu chØnh v« cÊp c«ng suÊt b»ng dßng kÝch tõ. 6- ThiÕt bÞ ®o ¸p suÊt d−: do h·ng HBM (CH LB §øc) chÕ t¹o. ThiÕt bÞ này cã bé c¶m biÕn kiÓu mµng máng trªn cã d¸n c¸c tenx¬. Nguyªn 1 3 4,5,6,7 9 10 8 NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 68 t¾c lµm viÖc dùa trªn sù thay ®æi ®iÖn trë cña c¸c ®iÖn trë ®−îc d¸n trªn mµng máng. Sù thay ®æi ®iÖn trë vµ biÕn d¹ng ®−îc x¸c ®Þnh theo quan hÖ: l lk R R ∆=∆ τ ¸p kÕ nµy cã thÓ ®o ¸p suÊt tõ 0 ÷ 2 bar víi ®é chÝnh x¸c ±0,1%. Gi¸ trÞ ®o cã thÓ ®äc trùc tiÕp trªn mµn h×nh hiÖn sè cña thiÕt bÞ vµ cã thÓ truyÒn vÒ m¸y tÝnh ( tÝn hiÖu analog 4-20mA). ThiÕt bÞ cã ký hiÖu PE-200. H×nh 36. Côm c¸c thiÕt bÞ vµ tua bin m« h×nh thùc nghiÖm 7- ThiÕt bÞ ®o m« men vµ sè vßng quay: ®−îc bè trÝ trªn cïng thiÕt bÞ do h·ng HBM (CHLB §øc) chÕ t¹o. §o m« men: dùa trªn nguyªn lý ®o ®é biÕn d¹ng cña mét ®o¹n trôc mÉu nhê c¸c c¶m biÕn kiÓu tenx¬ d¸n trªn ®ã. ThiÕt bÞ cã ®é chÝnh x¸c ±0,1%, cã thÓ ®o ®−îc m« men tõ 0~200Nm. Gi¸ trÞ ®o cã thÓ ®äc trùc tiÕp trªn mµn h×nh hiÖn sè cña thiÕt bÞ vµ cã thÓ truyÒn vÒ m¸y tÝnh (tÝn hiÖu analog 4-20mA). §o vßng quay: lµm viÖc trªn nguyªn lý ®Õm xung tõ tr−êng nhê c¸c c¶m biÕn g¾n trªn trôc quay. §é chÝnh x¸c ±0,1%, cã thÓ ®o sè vßng quay tõ 0~10000v/ph. Gi¸ trÞ ®o cã thÓ ®äc trùc tiÕp trªn mµn h×nh hiÖn sè cña thiÕt bÞ vµ cã thÓ truyÒn vÒ m¸y tÝnh ( tÝn hiÖu digital ). ThiÕt bÞ cã ký hiÖu lµ T32FN. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 69 §o Q §o H §o M §o n Bé chuyÓn ®æi d÷ liÖu Trung t©m xö lý sè liÖu XuÊt d÷ liÖu 8- ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng: do h·ng Siemens (CH LB §øc) chÕ t¹o. ThiÕt bÞ ®o dùa trªn qui luËt c¶m øng ®iÖn tõ cña Pharaday. Khi cã d©y dÉn chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng c¾t c¸c ®−êng søc, trong d©y dÉn c¶m øng mét søc ®iÖn ®éng tØ lÖ víi tèc ®é chuyÓn ®éng cña d©y dÉn. NÕu ta dïng mét chÊt láng dÉn ®iÖn ch¶y qua gi÷a 2 cùc cña mét nam ch©m vµ ®o suÊt ®iÖn ®éng sinh ra trong chÊt láng , th× cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc tèc ®é dßng ch¶y hay l−u l−îng thÓ tÝch. SuÊt ®iÖn ®éng nµy cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: E=B.W.D=4BQ/(πD) Trong ®ã: B: c−êng ®é tõ c¶m W: tèc ®é trung b×nh cña dßng ch¶y D: ®−êng kÝnh trong cña èng dÉn Q: L−u l−îng thÓ tÝch cña chÊt láng L−u l−îng kÕ nµy cho phÐp ®o l−u l−îng tíi 1000 m3/h víi sai sè 0,5%. Gi¸ trÞ ®o cã thÓ ®äc trùc tiÕp trªn mµn h×nh hiÖn sè cña thiÕt bÞ vµ cã thÓ truyÒn vÒ m¸y tÝnh (tÝn hiÖu analog 4-20mA). ThiÕt bÞ cã ký hiÖu lµ 7ME2531φ250. 9- Kªnh dÉn n−íc sau thÝ nghiÖm vÒ bÓ cÊp. 10- Trung t©m thu thËp vµ xö lý sè liÖu: ThiÕt bÞ chuyÓn ®æi d÷ liÖu: gåm 16 cæng, cã thÓ thu thËp ®ång thêi 16 th«ng sè ®o, ®−a vµo m¸y vi tÝnh ®Ó xö lý. ThiÕt bÞ cã ký hiÖu lµ DEWEBOOK. H×nh 37. S¬ ®å hÖ thèng thu thËp vµ xö lý sè liÖu Trong khi thÝ nghiÖm, tÊt c¶ c¸c th«ng sè ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång hå hiÖn sè ®ång thêi ®−îc chuyÓn vÒ trung t©m thu thËp vµ xö lý sè liÖu, hiÓn thÞ trªn mµn h×nh m¸y tÝnh, ghi l¹i vµo file.xls mét c¸ch tøc thêi t¹i mçi thêi ®iÓm. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 70 S¬ ®å ®o cña hÖ thèng cã thÓ m« t¶ nh− H×nh 37. 4.5.2 ThÝ nghiÖm tua bin m« h×nh ƒ Tãm t¾t qu¸ tr×nh thùc nghiÖm o Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm: Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm dùa trªn nguyªn t¾c th«ng qua viÖc ®o ®¹c c¸c th«ng sè liªn quan ®Ó x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña tua bin. HiÖu suÊt cña tua bin x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (4.17) Trong ®ã: NT : c«ng suÊt trªn trôc tua bin (kW), x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : ω*MNT = (4.18) - M : m«men trªn trôc (kNm) - ω : VËn tèc gãc (rad/s) Q : l−u l−îng qua tua bin (m3/s) H : cét ¸p lµm viÖc cña tua bin (m) Cét ¸p cña tua bin x¸c ®Þnh t¹i cöa vµo tua bin x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (4.19) hMP Av +=γ Trong ®ã : γ vP : cét ¸p tÜnh t¹i vÞ trÝ t©m trôc tua bin. MA : gi¸ trÞ ¸p suÊt trªn ¸p kÕ h : Trªnh lÖch cao ®é ®iÓm ®Æt ¸p kÕ víi t©m trôc tua bin. g Vv 2 2 : ®éng n¨ng t¹i cöa vµo tua bin, trong ®ã : Vv : Gi¸ trÞ vËn tèc t¹i cöa vµo x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : v v F QV = (Fv : diÖn tÝch cöa vµo tua bin) HQ NT T **81,9 =η g VPHHH vvDT 2 2 +=+= γ NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 71 o Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm: TiÕn hµnh ®o t¹i c¸c c¸c vÞ trÝ hµnh tr×nh cña c¸nh h−íng n−íc cña vßi phun theo 2 chiÒu tiÕn vµ lïi. Theo chiÒu tiÕn, mçi lÇn t¨ng ®é më c¸nh h−íng mét gi¸ trÞ 20mm. T¹i mçi vÞ trÝ cña c¸nh h−íng dßng, thay ®æi sè vßng quay cña tua bin (b»ng c¸ch thay ®æi c«ng suÊt trªn ®éng c¬ g©y 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 (Ao max), thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®o ng−îc l¹i t−¬ng tù nh− chiÒu tiÕn cho ®Õn khi ®ãng hoµn toµn. Quy tr×nh thùc nghiÖm ®−îc tiÕn hµnh cho tr−êng hîp sö dông èng hót vµ kh«ng sö dông èng hót. o Qui tr×nh xö lý d÷ liÖu thÝ nghiÖm: *, Sai sè dông cô ®o: Sai sè dông cô ®o ®¸nh gi¸ theo c«ng thøc : Kdc(%)= δM (%) * XM / x (4.20) Trong ®ã: Kdc: Sai sè ®o t−¬ng ®èi cña gi¸ trÞ ®o δM : CÊp chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ ®o. XM : Gi¸ trÞ ®o giíi h¹n x : Gi¸ trÞ ®o thùc. *, Sai sè bé d÷ liÖu ®o ®−îc: Sai sè bé d÷ liÖu ®o ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Kdl(%)= (Ymax- Ymin)/ YTB (4.21) Trong ®ã: Kdl: Sai sè t−¬ng ®èi cña bé d÷ liÖu ®o Ymax: Gi¸ trÞ ®o ®−îc lín nhÊt cña bé d÷ liÖu Ymin: Gi¸ trÞ ®o ®−îc nhá nhÊt cña bé d÷ liÖu YTB: Gi¸ trÞ trung b×nh ®o ®−îc cña bé d÷ liÖu 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). *, §é ph©n t¸n chuÈn cña d÷ liÖu: §é ph©n t¸n chuÈn cña d÷ liÖu SD tÝnh theo c«ng thøc: NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 72 (4.22) Trong ®ã : n – sè sè liÖu t¹i mét gi¸ trÞ cña vßng quay xi - ®é lín cña gi¸ trÞ thø i *, §−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 ®©y ta sö dông chñ yÕu 2 lo¹i hµm : 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 ’. Hµm bËc 2 : y=ax2+bx+c Dµnh cho c¸c ®−êng biÓu diÔn c«ng suÊt trªn trôc, hiÖu suÊt víi tèc ®é. ë ®©y, ta dïng ph−¬ng ph¸p " diÖn tÝch nhá nhÊt" ®Ó tÝnh qui håi tõ bé d÷ liÖu ra hµm biÓu diÔn c¸c gi¸ trÞ quan hÖ. Thanh sai sè : mçi ®iÓm ®o ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸c thanh sai sè cho c¸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 ph©n t¸n chuÈn). §−êng m« t¶ ph¶i ®i qua tÊt c¶ c¸c h×nh elÝp cã t©m lµ gi¸ trÞ ®o ®−îc vµ ®Ønh 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 ®−êng m« t¶) )1( )( 2 11 2 − − = ∑∑ == nn xxn SD n i n i NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 73 (4.23) Trong ®ã: n – sè d÷ liÖu cña c¶ bé d÷ liÖu xi- gi¸ trÞ cña biÕn i yi – gi¸ trÞ cña d÷ liÖu theo biÕn i 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 ®óng víi bé d÷ liÖu ®· cã. R-squared ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : (4.24) o 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 : 1. Cã ®é ph©n t¸n d÷ liÖu lín h¬n sai sè cña dông cô ®o 2. C¸c sè liÖu cã d−íi 5 records cho cïng 1 ®iÓm lµm viÖc (chÕ ®é lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh). 3. 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). ⎥⎥ ⎥⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢⎢ ⎢⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ − −−⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= ∑∑ ∑∑∑ ∑∑ == === == 2 1 2 1 2 2 1112 11 2 )( ))(( )( )2( 1 n i n i n i n i n i n i n i xxn yxxyn yyn nn SE ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛−⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛− ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛− = ∑∑∑∑ ∑∑∑ ==== === 2 11 2 2 11 2 111 )( n i n i n i n i n i n i n i yynxxn yxxyn R NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 74 Sau khi xö lý s¬ bé (dïng c«ng cô Excel). Ta cã bé d÷ liÖu chuÈn cho mçi ®é më cña c¸nh h−íng tua bin. 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.TÝnh håi qui vµ vÏ c¸c ®−êng quan hÖ Q, H, M, NTL=f(n), NT=f(n), η=f(n), Q1’=f(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÷ liÖu (lÊy víi ®é tin cËy 95%). ƒ KÕt qu¶ thùc nghiÖm: ë mçi ®é më, sau khi xö lý sè liÖu ®o ®¹c ®−îc, b»ng phÇn mÒm SPSS ta x©y dùng ®−îc bé c¸c ®−êng quan hÖ ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l−îng vµ x©y dùng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin m« h×nh. 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 Trung b×nh, Max, Min, SE, SD 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 phÇn phô lôc. Do ®ã chØ thèng kª cã tÝnh chÊt vÝ dô vÒ d¹ng c¸c sè liÖu vµ b¶ng. H×nh 38; 39; 40; 41; 42 vµ 43 lµ mét bé c¸c ®−êng cong: cét ¸p, l−u l−îng, m« men, c«ng suÊt thñy lùc, c«ng suÊt trªn trôc vµ hiÖu suÊt víi sè vßng quay t¹i vÞ trÝ c¸nh h−íng më 140 mm ë hai chÕ ®é sö dông vµ kh«ng èng hót, thu ®−îc khi thùc nghiÖm do phÇn mÒm SPSS tù ®éng vÏ ra. Víi c¸c ®é më kh¸c vµ Ao max trong phÇn phô lôc. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 75 4.6. X©y dùng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin m« h×nh Khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm tua bin, ë mçi ®é më cña c¸nh h−íng Ao=const, ta x¸c ®Þnh ®−îc mét lo¹t c¸c th«ng sè Q, H, n, … ë c¸c chÕ ®é kh¸c nhau. §èi víi tua bin XK2L, nãi chung l−u l−îng phô thuéc vµo ®é më cña c¸nh h−íng, kh«ng phô thuéc vµo sè vßng quay. Riªng ®èi víi tua bin m« h×nh kiÓu CINK, do ®Æc ®iÓm kÕt cÊu kh¸c míi so víi c¸c tua bin XK2L truyÒn thèng vÒ vßi phun vµ c¬ cÊu ®IÒu chØnh l−u l−îng nªn chÕ ®é lµm viÖc cña tua bin nµy còng cã sù kh¸c biÖt. Víi mçi ®é më c¸nh h−íng kh«ng ®æi, khi sè vßng quay thay ®æi kÐo theo l−u l−îng vµo tua bin cung thay ®æi. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin CINK ®−îc xËy dùng tr×nh tù theo c¸c b−íc sau: - Víi mçi ®é më A0 cña bé phËn ng¾t dßng vßi phun ta sÏ ®o ®−îc mét lo¹t c¸c th«ng sè Q, H, n,…Tõ sè liÖu ®o ®−îc nµy ta sÏ x©y dùng ®−îc c¸c ®−êng cong Q = f(n’I), η = f(n’I) dùa vµo c¸c c«ng thøc quy dÉn: H nDn 1'1 = (4.25) HD QQ 2 1 ' 1 = (4.26) - §Ó x©y dùng c¸c ®−êng ®ång hiÖu suÊt, trªn ®å thÞ η = f(n’I) lÊy mét gi¸ trÞ hiÖu suÊt b»ng h»ng sè, vÝ dô η = 65%, víi c¸c ®é më ta sÏ ®−îc tËp hîp c¸c ®iÓm 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 . Dãng ng−îc lªn trªn víi c¸c ®−êng ®é më t−¬ng øng ta sÏ ®−îc c¸c ®iÓm 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, 6’, 7’, 8’. Nèi tÊt c¶ c¸c ®iÓm nµy l¹i ta sÏ ®−îc ®−êng ®ång hiÖu suÊt η = 65%. H×nh 44 m« t¶ ph−¬ng ph¸p x©y dùng c¸c ®−êng ®ång hiÖu suÊt. H×nh 45 vµ 46 lµ kÕt qu¶ x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin m« h×nh cã sö dông èng hót vµ kh«ng cã èng hót. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 76 n1, H×nh 44. Ph−¬ng ph¸p x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh tua bin XK2L kiÓu CINK Q1 , η(%) n1 , NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 77 4.7. C¸c kÕt luËn rót ra tõ thùc nghiÖm. Tõ c¸c sè liÖu thùc nghiÖm, kÕt qu¶ x©y dùng c¸c ®−êng cong quan hÖ vµ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh ta cã thÓ rót ra c¸c kÕt luËn sau: - Víi kÕt cÊu nµy, tua bin XK2L kiÓu CINK ®· lµm viÖc kh«ng nh÷ng chØ cã phÇn ®éng n¨ng dßng ch¶y t¸c dông lªn b¸nh xe c«ng t¸c mµ nã cßn tËn dông ®−îc c¶ mét phÇn thÕ n¨ng cña dßng ch¶y, thÓ hiÖn rÊt râ trong tr−êng hîp cã èng hót. §iÒu nµy ®−îc thÓ hiÖn bëi hiÖu suÊt tua bin XK2L kiÓu CINK t−¬ng ®èi cao (78%), nhÊt lµ khi cã sö dông èng hót. Cao h¬n nhiÒu so víi c¸c tua bin XK2L truyÒn thèng (th−êng kho¶ng ≤ 65%) trong cïng vïng lµm viÖc, phï hîp víi lý thuyÕt tÝnh to¸n. - Khi lµm viÖc t¹i mét ®é më nhÊt ®Þnh, khi phô t¶i thay ®æi, tøc lµ thay ®æi sè vßng quay sÏ dÉn ®Õn l−u l−îng vµo tua bin còng sÏ thay ®æi. §©y lµ mét trong nh÷ng ®iÓm kh¸c biÖt lín nhÊt cña tua bin nµy so víi c¸c tua bin XK2L kh¸c vµ b−íc ®Çu kh¼ng ®Þnh tÝnh “ph¶n kÝch” cña tua bin XK2L. - HiÖu suÊt tua bin ë c¸c ®é më A0 kh¸c nhau phô thuéc vµo sè vßng quay. HiÖu suÊt tèi −u (ηmax) t−¬ng øng víi sè vßng quay tèi −u: • Khi tua bin kh«ng cã èng hót: - A0 = 100 ηmax =64% n = 380v/ph - A0 = 140 ηmax =69% n = 400v/ph - A0 = Max ηmax =70% n = 380v/ph • Khi tua bin cã èng hót: - A0 = 100 ηmax =69% n = 390v/ph - A0 = 120 ηmax =72% n = 400v/ph - A0 = 140 ηmax =75% n = 400v/ph - A0 = 160 ηmax =78% n = 400v/ph - A0 = Max ηmax =77% n = 400v/ph - Gi¸ trÞ hiÖu suÊt tèi −u (ηmax) thay ®æi theo ®é më Ao vµ ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt b»ng 78% t¹i ®é më Ao = 160. T¹i ®é më nµy, gi¸ trÞ l−u l−îng qui dÉn lµ 1100m3/h vµ sè vßng quay quy dÉn kho¶ng n'I = 40v/ph t−¬ng ®u¬ng víi sè vßng quay ®Æc tr−ng ns = 71v/ph phï hîp víi lý thuyÕt tÝnh to¸n. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 78 - Vïng lµm viÖc cã hiÖu suÊt cao t−¬ng ®èi réng: l−u l−îng qui dÉn (Q1’) thay ®æi tõ 950 ÷ 1250 m3/h, sè vßng quay quy dÉn (n'I) thay ®æi tõ 35 ÷ 42v/ph chªnh lÖch rÊt Ýt so víi tÝnh to¸n. Tæng hîp c¸c kÕt luËn trªn cho thÊy: - C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm nãi chung phï hîp víi lý thuyÕt c¬ b¶n cña tau bin XK2L, n»m trong giíi h¹n cho phÐp. - CÇn ®i s©u nghiªn cøu thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt vÒ chÕ ®é lµm viÖc thùc tÕ cña tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ó kh¼ng ®Þnh tÝnh chÊt ph¶n kÝch cña lo¹i tua bin nµy nh»m n©ng cao hiÖu suÊt vµ më réng ph¹m vi øng dông cho thñy ®iÖn nhá. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 79 KÕt luËn 5.1 C¸c kÕt qu¶ ®Ò tµi ®· ®¹t ®−îc 1. Nhãm nghiªn cøu ®Ò tµi ®· tæng hîp vµ ®¸nh gi¸ l¹i ph¹m vi sö dông vµ kh¶ n¨ng më réng viÖc øng dông tua bin XK2L . C¸c nghiªn cøu cho thÊy r»ng lo¹i tua bin nµy víi kÕt cÊu míi sÏ rÊt phï hîp víi thñy ®iÖn nhá vµ cùc nhá trong ®iÒu kiÖn tù nhiªn, kinh tÕ vµ tr×nh ®é c«ng nghÖ cña ViÖt Nam do c«ng nghÖ chÕ t¹o ®¬n gi¶n, dÔ l¾p ®Æt, vËn hµnh, b¶o d−ìng vµ ®Æc tÝnh vËn hµnh tèt. 2. Tæng hîp ®−îc c¬ së lý thuyÕt tua bin xung kÝch, lý thuyÕt ®¬n gi¶n vµ má réng nghiªn cøu lý thuyÕt tua bin XK2L, tõ ®ã x©y dùng ®−îc kÕt cÊu tua bin XK2L kiÓu CINK víi kÕt cÊu ®iÒu chØnh l−u l−îng míi nh»m ®¹t ®−îc chÊt l−îng lµm viÖc æn ®Þnh h¬n vµ hiÖu suÊt cao h¬n. §−a ra c¸c nguyªn t¾c vµ ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ tua bin XK2L kiÓu CINK dùa trªn c¸c c¬ së tèi −u ho¸ c¸c th«ng sè thiÕt kÕ tua bin XK2L truyÒn thèng. 3..X©y dùng ph−¬ng ph¸p vµ ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tua bin XK2L cho tr¹m thñy ®iÖn trªn m¸y tÝnh gióp cho c«ng viÖc tÝnh to¸n ®−îc nhanh chãng vµ thuËn tiÖn. 5. ThiÕt kÕ vµ ®−a vµo thùc nghiÖm t¹i phßng thÝ nghiÖm tua bin m« h×nh XK2L kiÓu CINK. MÆc dï c¸c ®iÒu kiÖn vµ thiÕt bÞ cña phßng thÝ nghiÖm ch−a thËt phï hîp nh−ng ®Ò tµi còng ®· ®−a ra ®−îc ®Æc tÝnh n¨ng l−îng vµ ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin XK2L kiÓu CINK ë ViÖt Nam ë c¸c chÕ ®é cã vµ kh«ng sö dông èng hót víi ®é tin cËy cã thÓ chÊp nhËn ®−îc. 6. C¨n cø vµo c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm cã thÓ thÊy r»ng r»ng tua bin XK2L kiÓu CINK lµm viÖc nh− mét tua bin nöa ph¶n kÝch ë mét sè chÕ ®é lµm viÖc. §ång thêi, nghiªn cøu thùc nghiÖm còng kh¼ng ®Þnh vai trß cña èng hót. Víi chÕ ®é sö dông èng hót, hiÖu suÊt cña tua bin m« h×nh ®· n©ng lªn kho¶ng 8%. §©y lµ c¬ së ®Ó më réng c«ng t¸c nghiªn cøu lo¹i tua bin nµy trªn quan ®iÓm míi nh»m n©ng cao h¬n n÷a hiÖu suÊt vµ ph¹m vi sö dông lo¹i tua bin XK2L kiÓu CINK cho thuû ®iÖn nhá. 5.2. H−íng nghiªn cøu tiÕp theo H−íng nghiªn cøu tiÕp theo cÇn tËp trung vµo c¸c vÊn ®Ò sau: NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 80 1. Dùa trªn c¸c phÇn mÒm m¹nh vÒ tÝnh to¸n ®éng lùc häc chÊt láng (ANSYS, FLUENT...) ®Ó nghiªn cøu vµ ph©n tÝch dßng ch¶y trong vßi phun vµ trªn BCT nh»m kh¼ng ®Þnh vÒ lý thuyÕt tÝnh chÊt ph¶n kÝch trong tua bin XK2L kiÓu CINK. 2. Thùc nghiÖm ®Ó ®¸nh gi¸ ¶nh h−ëng c¸c yÕu tè ®Õn hiÖu suÊt chung cña tua bin XK2L nh−: vßi phun,BCT vµ èng hót. 3. Nghiªn cøu, tÝnh to¸n ®é bÒn c¸c l¸ c¸nh cña BCT nh»m tèi −u ho¸ csc th«ng sè thiÕt kÕ lo¹i tua bin nµy. NC, thiÕt kÕ, chÕ t¹o & thö nghiÖm tua bin XK2L kiÓu CINK ®Ò tµi Kc07-04 ViÖn khoa häc thuû lîi 81 Phô lôc

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm tua bin xung kích 2 lần kiểu Cink.pdf