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

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