Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm tua bin thủy điện cột nước thấp

h W∞ víi trôc l−íi. Lùc c¶n cña profile nh− ta biÕt, cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc: LWCR xpx 2 2 ∞= ρ (2.52) Tõ hai biÓu thøc trªn ta rót ra: 3 '2 ∞ = LW tWpC zxp ρ (2.53) Trong ®ã: Wz/W = sinβ∞, Wz: VËn tèc theo ph−¬ng h−íng trôc, L: ChiÒu dµi profile, ρ: Khèi l−îng riªng cña chÊt láng. Tõ ®ã ta cã biÓu thøc x¸c ®Þnh tæn thÊt n¨ng l−îng t−¬ng ®èi ζp do søc c¶n profile cña l−íi c¸nh nh− sau: z xpp gHW W t LC H p 2 3' ∞== γξ (2.54) B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 39 Trong ®ã: H: Cét ¸p cña m¸y. g: gia tèc r¬i tù do. §Ó x¸c ®Þnh tæn thÊt n¨ng l−îng P' trong l−íi c¸nh cã thÓ øng dông ph−¬ng ph¸p cña Loixenski. Víi gi¶ thiÕt, ë tiÕt diÖn z'-z' nµo ®ã sau l−íi c¸nh (H...) líp biªn tiÕp gi¸p víi nhau, tr−êng vËn tèc trë nªn ®Òu h¬n, t¸c gi¶ t×m ®−îc c«ng thøc: 2 ** 22, sin β δρ t Wp z= (2.55) Trong ®ã chiÒu dµy tæn thÊt xung ë tiÕt diÖn kh¶o s¸t 2'- 2' ë "vÕt" sau l−íi c¸nh. dy W u W u∫+∞ ∞− ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= 22 ** '2 1δ (2.56) Víi u lµ vËn tèc theo ®−êng dßng trong vïng líp biªn y lµ chiÒu dµy líp biªn. Do kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®−îc trùc tiÕp ®¹i l−îng δk**, ng−êi ta ®−a ra mét quan hÖ gÇn ®óng cña ®¹i l−îng nµy víi gi¸ trÞ chiÒu dµy tæn thÊt xung δk** (ë lèi ra cña profile) dùa trªn viÖc øng dông ph−¬ng tr×nh xung ®èi víi vïng gi÷a c¸c tiÕt diÖn 2'- 2' vµ k - k. 2,3 2 ** ** '2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= W Wk kδ δ (2.57) ThÕ gi¸ trÞ δ2’** rót ra tõ ph−¬ng tr×nh nµy vµo c«ng thøc (2.55) ta ®−îc: 2,3 22 ** 2 2 ' sin ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= W W t Wp kk β δρ (2.58) MÆt kh¸c ta cã: zWWW == ∞∞ ββ sinsin 22 ThÕ vµo ph−¬ng tr×nh (2.56) ta ®−îc: ∞⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= ∞ ∞ ∞ β δρ sin **2.0 2 2,3 2' tW W W WWp kk (2.59) Thay biÓu thøc nµy vµo ph−¬ng tr×nh (2.53), ta t×m ®−îc biÓu thøc tÝnh hÖ sè c¶n líp biªn: B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 40 LW W W WC kkxp **2.0 2 2,3 2 δ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= ∞ ∞ (2.60) Trong biÓu thøc nµy cã chiÒu dµy tæn thÊt xung δk** ë lèi ra cña profile. Nã ®−îc x¸c ®Þnh dùa trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh: 2** ***'** 2 WW W dx d ρ τ δ δδδ =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ (2.61) Trong ®ã: δ*: ChiÒu dµy chÌn Ðp cña líp biªn. ∫ ⎟⎠⎞⎜⎝⎛ −= δ δ 0 * 1 dy W u Víi W lµ vËn tèc dßng ngoµi cña líp biªn. Trong m¸y thñy lùc, do dßng ch¶y trong buång dÉn dßng lµ dßng rèi, nªn líp biªn còng lµ líp biªn dßng rèi. §Ó tÝch ph©n ph−¬ng tr×nh (2.61) sö dông ph−¬ng ph¸p mét th«ng sè cña Loixenxki. Theo ph−¬ng ph¸p nµy, c¸c d¹ng profile vËn tèc kh¸c nhau trong líp biªn u = ϕ(y) ®−îc quy vÒ mét tËp hîp profile víi mét th«ng sè f thay ®æi theo bÒ mÆt profile. ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= fy W u **δϕ Trong ®ã, f lµ th«ng sè h×nh thøc cã biÓu thøc: )(Re ** **' G W Wf δ= (2.62) víi G (Re**) lµ mét hµm tæng hîp cho phÐp coi c¸c hµm: )(Re)( **2 GW f ρ τξ = (2.63) vµ H(f) = δ*/δ** còng lµ c¸c hµm tæng hîp kh«ng phô thuéc vµo Re** = Wδ**/ν Ta ®−a thªm vµo hµm sè ffHffF )](2[2)(2)( +−= ξ §Ó ®−a ph−¬ng tr×nh (2.61) vÒ d¹ng ®¬n gi¶n h¬n. f W WfF W W dx df ' "' )( += (2.64) Thay hµm F(f) b»ng quan hÖ gÇn ®óng: B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 41 F(f) = 1,17 - 4,8f, ta cã ph−¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh víi lêi gi¶i b»ng: dxxW xW xWxf ∫= 1 0 8,3 8,4 ' )( )( )(17,1)( (2.65) §Ó x¸c ®Þnh δ** ta gi¶ thiÕt r»ng, trong tr−êng hîp líp biªn dßng rèi, hµm quan hÖ G(Re**) trong hai tr−êng hîp l−íi profile c¸nh vµ l−íi b¶n ph¼ng nh− nhau: 6 1**** Re2,153)(Re =G (2.66) Khi ®ã ta t×m ®−îc : 7 6 0 8,3 4 3 7 1 **** )( )( 1 Re 0153,0)()( ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡== ∫ xdxW xWL xx xδδ (2.67) víi Re = W∞ L/ν Thay gi¸ trÞ chiÒu dµy tæn thÊt xung t−¬ng ®èi S** ë mÐp ra cña profile (2.67) vµo biÓu thøc (2.60) ta t×m ®−îc c«ng thøc: 7 6 1 0 8,3 2,0 7 1 )()( 1 Re 0306,0 ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡= ∫ xdxW W C k xp (2.68) §Ó tÝnh Cxp theo (2.68), sè h¹ng trong ngoÆc vu«ng ®−îc tÝnh riªng cho hai phÝa l−ng vµ bông profile sau ®ã lÊy mò 6/7 vµ céng l¹i. C«ng thøc (2.68) ®−îc dïng ®Ó tÝnh Cxp chØ trong tr−êng hîp ch¶y bao profile kh«ng t¸ch dßng. Trong tr−êng hîp ng−îc l¹i ta cÇn ph¶i tÝnh thªm nhiÒu yÕu tè kh¸c, bµi to¸n trë nªn phøc t¹p h¬n. BiÕt ®−îc hÖ sè lùc c¶n Cxp, ta x¸c ®Þnh ®−îc hÖ sè tæn thÊt thñy lùc trong ch¶y bao profile theo c«ng thøc (2.54). Tæn thÊt qua khe ®Çu mót c¸nh (gäi t¾t lµ tæn thÊt mót c¸nh) lµ d¹ng tæn thÊt ®Æc tr−ng trong m¸y c¸nh dÉn h−íng trôc. D¹ng tæn thÊt nµy kh«ng thuéc d¹ng tæn thÊt profile. Tæn thÊt mót c¸nh x¶y ra do ch¶y trµn chÊt láng qua khe hë gi÷a ®Çu mót c¸nh vµ thµnh vá m¸y cïng víi viÖc xuÊt hiÖn c¸c xo¸y ë mót c¸nh. Tæn thÊt thñy lùc qua mót c¸nh lùc ®−îc x¸c ®Þnh b»ng: ∞ ∞= β ρ sin2 2W t LCh xkk (2.69) HÖ sè tæn thÊt Cxk phô thuéc vµo khe hë t−¬ng ®èi δ/b B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 42 0 1 1 2 md D b −== δ δδ Trong ®ã: b = (D1- dm0)/2 - chiÒu dµi c¸nh theo ph−¬ng h−íng kÝnh D1: §−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c dm0: §−êng kÝnh may ¬ b¸nh c«ng t¸c HÖ sè Cxk ®−îc x¸c ®Þnh b»ng: 2 0 1 cos 4 11 1 250 1 yy m xk CCt L d DBC ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ −+= ∞β δ λ (2.70) Trong ®ã: B lµ hÖ sè thùc nghiÖm, B = 0,005 Cy: hÖ sè lùc n©ng cña λ = b/L - hÖ sè kÝch th−íc BiÕt Cxk ta x¸c ®Þnh ®−îc hk vµ do ®ã x¸c ®Þnh ®−îc tæn thÊt thñy lùc t−¬ng ®èi: z xk k gHW W t LC H h 2 3 ∞== γς (2.71) Tæn thÊt thñy lùc trong b¸nh c«ng t¸c ( ) z xkxppp gHW W t LCC 2 3 ∞+=+= ξξξ (2.72) 2.6. TÝnh to¸n b¸nh c«ng t¸c trªn m¸y vi tÝnh. §Ó gi¶m nhÑ viÖc tÝnh to¸n, viÖc thiÕt kÕ c¸nh tua bin ®· ®−îc lËp tr×nh trªn m¸y vi tÝnh ch−¬ng tr×nh tÝnh c¸nh tua bin gåm c¸c ch−¬ng tr×nh lín. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ profile c¸nh. Ch−¬ng tr×nh tÝnh ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt trªn BCT. 2.6.1 Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ profile c¸nh: Ch−¬ng tr×nh nµy gåm ba ch−¬ng tr×nh nhá - Ch−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh th«ng sè c¬ b¶n cña d·y c¸nh. - Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña profile c¸nh theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y. B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 43 - Ch−¬ng tr×nh x©u c¸nh theo ph−¬ng chiÕu ®øng vµ chiÕu b»ng. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña d·y c¸nh: C¸nh BCT ®−îc chia thµnh n¨m tiÕt diÖn bëi c¸c mÆt trô ®ßng t©m víi trôc tua bin. C¸c tÝnh to¸n sÏ tiÕn hµnh cho n¨m tiÕt diÖn nµy. Sè liÖu ®−a vµo gåm: - Sè vßng quay vµ l−u l−îng quy dÉn nI’ vµ QI’. - Sè l−îng tiÕt diÖn tÝnh to¸n Ntd (cã thÓ b»ng 5 hoÆc lín h¬n). - Tû sè bÇu db/D1 vµ ®−êng kÝnh tÝnh to¸n D1 (D1 = 1m). - B¸n kÝnh t−¬ng ®èi cña c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n: Ri = Ri/R. - Sè c¸nh cña BCT Zct vµ cét n−íc tÝnh to¸n H (H = 1m). - MËt ®é d·y c¸nh L/T cho tõng tiÕt diÖn. - HiÖu suÊt thuû lùc cña d·y c¸nh ηtl. - HÖ sè ph©n bè l−u sè C’ cho mçi tiÕt diÖn. - HÖ sè ph©n bè vËn tèc h−íng trôc Kzi. - HÖ sè ph©n bè chÌn dßng Kcdi. - ChiÒu dµy t−¬ng ®èi lín nhÊt δmax/L cña mçi tiÕt diÖn. C¸c th«ng sè nhËn ®−îc sÏ lµ: - VËn tèc theo ph−¬ng U cña mçi tiÕt diÖn: Ui. - VËn tèc xo¸y tr−íc vµ sau d·y c¸nh: Vu1i vµ Vu2i. - VËn tèc h−íng trôc Vzi. - Gãc cña dßng trung b×nh βmi. - Gãc vµo vµ ra cña dßng ch¶y β1i vµ β2i. - VËn tèc trung b×nh Wmi vµ c¸c h×nh chiÕu vËn tèc. C¸c kÕt qu¶ nµy ®−îc ghi vµo hai file KQ1.KQ cã thÓ xem ®−îc trªn mµn h×nh vµ ghi vµo file trung gian TQ1.TQ ®Ó phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n tiÕp theo. S¬ ®å khèi cña ch−¬ng tr×nh nh− h×nh 20. 2.6.2. TÝnh to¸n profile c¸nh theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y. Néi dung c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®−îc tr×nh bµy ë phÇn tr−íc. Trªn c¬ së quy luËt ph©n bè xo¸y d−íi d¹ng kh«ng e-lip, ta sÏ x¸c ®Þnh vËn tèc c¶m øng t¹o bëi c¸c xo¸y ph©n bè t¹i c¸c ®iÓm x¸c ®Þnh cña ®−êng nh©n vµ vËn tèc t−¬ng ®èi cña dßng tæng hîp t¹i c¸c ®iÓm cho tr−íc lµ Wx vµ Wy. Trªn c¬ së ®ã ta x¸c ®Þnh B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 44 ®−îc c¸c gãc β t¹o bëi ph−¬ng cña vËn tèc t−¬ng ®èi víi trôc X vµ to¹ ®é (x,y) c¸c ®iÓm cña ®−êng nh©n profile. ViÖc tÝnh to¸n ®−îc lÆp l¹i nhiÒu lÇn sao cho sai sè to¹ ®é ®−êng nh©n nhá h¬n gi¸ trÞ cho phÐp d−íi 3%. KÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−îc l−u trªn file TG2.TG vµ file sè liÖu cña ch−¬ng tr×nh 3. C¸c profile c¸nh ë c¸c tiÕt diÖn kh¸c nhau còng ®−îc vÏ lªn mµn h×nh ®Ó tiÖn quan s¸t. Ch−¬ng tr×nh m« t¶ nh− h×nh 21: H×nh 20. S¬ ®å khèi ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ profile c¸nh. Chän C Vµo sè liÖu ban ®Çu i: = i+1 TÝnh to¸n c¸c th«ng sè U,V,W, T/L, βm, Γ, A0, A1 Chän K theo T/L vµβm TÝnh sinα vµ gãc α βvct= βm - α Chän K theo T/L vµβvct TÝnh ∆K % TG1.TG Ch−¬ng tr×nh 2 KQ1.KQ α ≤ [α] B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 45 H×nh 21. S¬ ®å khèi ch−¬ng tr×nh profile c¸nh theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y TG1.T i: = i+1 X¸c ®Þnh to¹ ®é c¸c ®iÓm tÝnh to¸n cña ®−êng nh©n σ = -1, -2/3, -1/3, 0, 1/3, 2/3,1 X¸c ®Þnh hÖ sè a,b X¸c ®Þnh cosβ vµ sinβ - Gãc cña vËn tèc víi ®−êng nh©n X¸c ®Þnh to¹ ®é ®−êng nh©n xi, yi X¸c ®Þnh c¸c thµnh phÇn vËn tèc V’xα; V’’xα; V’xs; V’’xs; V’yα; V’’yα; V’ys; V’’ys; Wx; Vy; X¸c ®Þnh sai sè to¹ ®é ®−êng nh©n ∆xi, ∆yi X¸c ®Þnh gãc va α = βm - β vµ ®é vâng f = f/L X©y dùng ®−êng nh©n & ®é dÇy cho profile c¸nh TG2.TG Ch−¬ng tr×nh 3 HiÖu chØnh gãc ra α b»ng c¸ch thay ®æi C’ tõ sè liÖu vµo cña ch−¬ng tr×nh 1 i<Nt® B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 46 2.6.3. X©u c¸nh (xÕp c¸c profile) theo ph−¬ng chiÕu ®øng vµ ph−¬ng chiÕu b»ng. ViÖc s¾p xÕp c¸c profle ®−îc thùc hiÖn theo nguyªn t¾c mÐp ra cña c¸nh n»m trªn cïng mét ®−êng th¼ng h−íng kÝnh vµ vu«ng gãc víi trôc. C¸nh ®−îc vÏ theo ph−¬ng chiÕu ®øng vµ ph−¬ng chiÕu b»ng. Trong ch−¬ng tr×nh nµy to¹ ®é cña c¸c ®iÓm cña profle thùc ®−îc tÝnh theo ®−êng kÝnh thùc cña BCT. KÕt qu¶ viÖc tÝnh to¸n ®−îc l−u gi÷ trong file KQ2.KQ. §ång thêi ch−¬ng tr×nh nµy t¹o ra file TG3.TG lµ file sè liÖu dµnh cho ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tiÕp theo. S¬ ®å khèi cña ch−¬ng tr×nh 3 h×nh 22: H×nh 23. S¬ ®å khèi ch−¬ng tr×nh xÕp c¸c profile. 2.6.4. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh. PhÇn tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profle c¸nh ®· ®−îc lËp tr×nh. KÕt qu¶ tÝnh to¸n ph©n bè vËn tècW, ¸p suÊt P ®−îc l−u trong file KQ3.KQ. Ph©n bè vËn tèc W vµ ¸p suÊt P sau khi tÝnh ®−îc sÏ biÓu diÔn d−íi d¹ng ®å thÞ TG1.TG X©y dùng l−íi to¹ ®é khung trôc X©u profile, dùng c¸nh ë mÆt chiÕu ®øng TÝnh to¹ ®é cña profile TG3.TG Ch−¬ng tr×nh 4 Cho ®−êng kÝnh thùc D cña BCT Dùng c¸nh ë mÆt chiÕu b»ng KQ2.KQ B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 47 phô thuéc vµo to¹ ®é s cña chu tuyÕn profile h−íng b¾t ®Çu tõ ®u«i (m¸p ra) cña profle theo h−íng bông c¸nh vßng qua l−ng c¸nh. C¸c biÓu ®å vËn tèc W(s), W(s) = W(s)/V vµ ¸p suÊt p(s) = (p -pa)/γH ®−îc x©y dùng cho c¶ n¨m tiÕt diÖn tÝnh to¸n. S¬ ®å khèi cña ch−¬ng tr×nh nh− h×nh 23. B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 48 H×nh 23. S¬ ®å khèi CT tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh Sè liÖu vµoTG3.TG TÝnh tÝch ph©n kÐp TÝnh ®iÓm ®Æc biÖt vµ vïng l©n cËn TÝnh vÕ ph¶i cña ph−¬ng tr×nh X©y dùng c¸c cét cña ma trËn X©y dùng hµng cuèi cña ma trËn biÓu thÞ ®iÒu kiÖn ra cña dßng ch¶y ë ®u«i profile Gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh KQ2.KQ TÝnh to¸n to¹ ®é ®iÓm nót Gaos¬ Sg vµ c¸c hÖ sè Gaos¬ t¹i c¸c ®iÓm nµy (a0) TÝnh to¸n to¹ ®é ®iÓm nót Gaos¬ ug, zg trªn profile,gi¸ trÞ h0, r0 c¸c hµm γ0, fg, qg t¹i c¸c ®iÓm nµy TÝnh diÖn tÝch tiÕt diÖn, gi¸ trÞ h,r, c¸c hµm phô ®Ó tÝnh tÝch ph©n kÐp. T¸ch c¸c ®iÓm ®Æc biÖt cña tÝch ph©n kÐp K = K1 TÝnh l−u sè vËn tèc Γ, ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 49 S¬ ®å tæng qu¸t cña c¶ n¨m ch−¬ng tr×nh nh− sau: 2.6.5. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña b¸nh c«ng t¸c: Tæn thÊt thuû lùc ë b¸nh c«ng t¸c chiÕm mét phÇn ®¸ng kÓ trong tæng tæn thÊt thuû lùc trong tua bin vµ viÖc tÝnh to¸n rÊt phøc t¹p. PhÇn trªn ®· ®Ò cËp ®Õn lý thuyÕt tÝnh to¸n tæn thÊt trªn BCT bao gåm tæn thÊt líp biªn vµ tæn thÊt mót c¸nh. Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tæn thÊt líp biªn cã s¬ ®å khèi nh− h×nh 24. 2.7. KÕt luËn. Sù ph¸t triÓn v−ît bËc trong nh−ng n¨m gÇn ®©y trong lÜnh vùc tua bin cét n−íc thÊp, ®Æc biÖt hiÖu suÊt vµ tÝnh n¨ng chèng x©m thùc cña c¸c c¸nh c«ng t¸c thÕ hÖ míi ®−îc n©ng cao kh«ng thÓ kh«ng kÓ ®Õn ®ãng gãp cña viÖc hoµn thiÖn lý thuyÕt còng nh− viÖc tÝnh to¸n cã sù hç trî tÝch cùc cña m¸y tÝnh. ë phÇn trªn chóng t«i cã ®iÓm qua c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸nh BCT vµ chän ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y v× ph−¬ng ph¸p nµy ®ßi hái khèi l−îng tÝnh to¸n kh«ng lín nh− ph−¬ng ph¸p c¸c ®iÓm kú dÞ nh−ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n còng cho c¸c BCT chÊt l−îng cao. §Ó s¬ bé ®¸nh gi¸ chÊt l−îng c¸nh chóng t«i cã ®Ò cËp ®Õn ph−¬ng ph¸p gi¶i bµi to¸n thuËn trong lý thuyÕt c¸nh ®Ó tÝnh to¸n ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn c¸c profile. Vµo sè liÖu Thø 1 KQ1.KQ TG1.TG Thø 2 KQ2.KQ TG2.TG Thø 3 TG3.TG Thø 4 KQ3.KQ Thø 5 B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 50 Môc cuèi cña phÇn hai nªu lªn c¸ch ®¸nh gi¸ lý thuyÕt tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña tua bin theo ph−¬ng ph¸p líp biªn. H×nh 24. S¬ ®å khèi CT tÝnh to¸n tæn thÊt vµ hiÖu suÊt cña b¸nh c«ng t¸c TÝnh chuyÓn ®æi thµnh c¸c ®¹i l−îng kh«ng thø nguyªn KQ2.KQ Sè liÖu vµo: VËn tèc Vu1 , Vz, ω to¹ ®é ®iÓm x,y cña profile vµ ph©n bè vËn tèc theo chu tuyÕn profile TÝnh chiÒu dµi L phÇn l−ng c¸nh vµ bông c¸nh cña profile, tÝnh sè R©yn«n t−¬ng øng Gi¶ thiÕt vËn tèc vßng VUGT ë mÐp ra, TÝnh vËn tèc W2 vµ W∞ TÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn cña biÓu thøc tÝnh hÖ sè CPX, lÊy tÝch ph©n theo chu tuyÕn profile TÝnh to¸n hÖ sè t¬n thÊt ζ, hiÖu suÊt thuû lùc cña d·y c¸nh, tÝnh vËn tèc V2U %1 2 22 ≤− U UGTU V VV yes Vugt = V2u B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 51 Toµn bé c¸c phÇn tÝnh to¸n thiÕt kÕ trªn: - TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸nh c«ng t¸c. - X¸c ®Þnh ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt trªn profile c¸nh. - TÝnh to¸n tæn thÊt líp biªn vµ tæn thÊt mót c¸nh ®· ®−îc lËp tr×nh tÝnh to¸n trªn m¸y vi tÝnh. B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 52 Ch−¬ng III: ThiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ thö nghiÖm tua bin m« h×nh. 3.1. Chän kÕt cÊu tæ m¸y. 3.1.1. Tua bin d¹ng capxun: §Ó phï hîp víi kh¶ n¨ng c«ng nghÖ trong n−íc chóng t«i kh«ng dïng ph−¬ng ¸n m¸y ph¸t ®Æt trong bÇu capxun mµ chØ ®Æt puli ®ai thang trong ®ã. KÝch th−íc capxun to hay nhá phô thuéc vµo kÝch th−íc cña puli xÐt vÒ gãc ®é thuû lùc kÝch th−íc capxun nhá h¬n ®−êng dßng sÏ th¼ng h¬n tæn thÊt thuû lùc sÏ nhá h¬n. Theo kinh nghiÖm thiÕt kÕ cña n−íc ngoµi ®−êng kÝnh cña capxun th−êng lÊy d/D1=0.7-1, trong ®ã d lµ ®−êng kÝnh cña capxun. KÝch th−íc cña ®−êng èng dÉn n−íc vµo liªn quan mËt thiÕt ®Õn kÝch th−íc vµ h×nh d¹ng cña capxun, khi thiÕt kÕ cÇn tho¶ m·n c¸c nguyªn t¾c sau: §−êng èng dÉn ph¶i t¹o ra ®−îc dßng ch¶y thu hÑp dÇn, kh«ng ®−îc më réng dßng ch¶y, ®Ó gi¶m bít tæn thÊt thuû lùc. KÝch th−íc mÆt c¾t cöa vµo cña èng dÉn n−íc ph¶i ®¶m bo¶ gi¸ trÞ l−u tèc trung b×nh vj = kVh, ®Ó chän kÝch th−íc mÆt c¾t nhá nh¨m gi¶m kÝch th−íc tæ m¸y hÖ sè l−u tèc lÊy 1-1,2. 3.1.2. Tua bin dßng nöa th¼ng: Trôc tæ m¸y ®i ra tõ phÇn cong cña phÇn ®Én dßng ®−êng kÝnh cöa vµo D/D1=1,2 - 1,5. Víi bé phËn h−íng dßng: Lùa chän sè c¸nh h−ính dßng: Z0 = 8 c¸nh. X¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch tõ c¸nh h−íng ®Õn BXCT vµ gãc nghiªng cña c¸nh h−íng: Th«ng th−êng gãc nghiªng cña c¸nh b»ng 60 - 70o. PhÇn nhiªu dïng gãc 65o. Kho¶ng c¸ch cña giao ®iÓm ®−êng trôc c¸nh h−íng vµ ®−êng trôc tua bin ®Õn t©m BXCT , theo tµi liÖu thèng kª L1= (0,65 - 0,8)D1. - Lùa chän kÝch th−íc buång BXCT vµ èng hót: §èi víi tæ m¸y cì nhá, c¸nh BXCT cè ®Þnh buång h×nh trô. èng hót cña tua bin dßng th¼ng cã h×nh nãn. §é dµi vµ h×nh d¹ng h×nh häc cña èng hót cã ¶nh h−ëng nhÊt ®Þnh tíi dßng ch¶y trong BXCT , dßng khuyÕch t¸n trong èng x¶, ma s¸t gi÷a dßng ch¶y vµ èng… cã ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn tÝnh n¨ng thuû lùc cña tua bin. Qua c¸c thÝ nghiÖm cho thÊy nÕu èng hót qu¸ ng¾n d−íi 1.55dg cã thÓ lµm gi¶m hiÖu suÊt thuû lùc tíi 0.5%. KÐo dµi èng x¶ h×nh nãn cã thÓ c¶i thiÖn tÝnh B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 53 n¨ng cña tua bin, kÝch th−íc chiÒu dµi tèi −u tuú thuéc vµo lo¹i tua bin, laäi c¸nh BXCT, ®é dµi cña èng hót th−êng lÊy L = (4,5 - 5)D1. H×nh d¹ng èng x¶ th−êng dïng h×nh nãn hoÆc èng vu«ng trßn, èng vu«ng trßn dÔ chÕ t¹o vµ thuËn lîi trong thi c«ng l¾p ®Æt. NÕu dïng èng x¶ h×nh nãn cã thÓ lÊy gãc nãn 10 - 120 , nÕu dïng èng vu«ng trßn gãc c«n lÊy theo biÓu ®å 2 - 57. 3.1.3. PhÇn dÉn dßng cña tua bin thÝ nghiÖm: C¨n cø vµo c¸c nguyªn t¾c trong thiÕt kÕ ®· nªu ë trªn cho phÇn qua n−íc cña tua bin dßng th¼ng vµ dßng nöa th¼ng trôc ngang chóng t«i ®· thiÕt kÕ c¸c tua bin cã phÇn qua n−íc nh− ë c¸c h×nh d−íi. C¶ hai lo¹i tua bin nµy chóng t«i ®· chÕ t¹o ®Ó ®−a vµo thö nghiÖm. §Ó lùa chän ®−îc mÉu c¸nh tua bin m« h×nh thö nghiÖm ta cÇn th«ng qua tÝnh to¸n lý thuyÕt ®Ó chän ®−îc mÉu c¸nh tèt nhÊt. Dùa vµo c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña mÉu c¸nh cã tû tèc cao nhÊt vµ cã ®Æc tÝnh x©m thùc tèt nhÊt lµ mÉu 4K84 cña TiÖp kh¸c (cò) vµ mÉu c¸nh ΠΛΓ9a1 cña Liªn x« (cò), dïng ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n BCT ®Ó x¸c ®Þnh profile BCT vµ tÝnh to¸n tæn thÊt cho tõng mÉu c¸nh ®Ó chän ®−îc mÉu c¸nh. Khi thö nghiÖm chóng t«i dïng phÇn dÉn dßng cña tua bin dßng nöa th¼ng cã c¸nh h−íng cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc ®Ó thÝi nghiÖm c¸c mÉu c¸nh. 3.2. ThiÕt kÕ BXCT tuabin m« h×nh. 3.2.1. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña l−íi c¸nh vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc cña dßng ch¶y qua BCT tua bin (cho mÉu c¸nh 4K84). C¸c th«ng sè ban ®Çu dïng ®Ó tÝnh to¸n b¸nh c«ng t¸c lµ sè vßng quay, l−u l−îng vµ ®−êng kÝnh bÇu db/D1, sè c¸nh cña b¸nh c«ng t¸c Zbct vµ tû lÖ chiÒu dµi c¸nh trªn b−íc l−íi L/T. B¸nh c«ng t¸c ®−îc tÝnh to¸n cho 5 tiÕt diÖn t¹o bëi c¸c mÆt trô ®ång t©m tõ ®−êng kÝnh bÇu 0,37m ®Õn ®−êng tÝnh to¸n lµ 1m. - Sè c¸nh: ®−îc chän theo mÉu lµ 4. - MËt ®é d·y c¸nh: l/t øng víi 5 tiÕt diÖn nh− sau: TiÕt diÖn I II III IV V l/t 0,946 0,828 0,730 0,646 0,579 - VËn tèc h−íng trôc cña dßng ch¶y (trong mÆt ph¼ng kinh tuyÕn) ch−a kÓ ®Õn hÖ sè chÌn dßng : )1( 4 22 ' ' bi I z dD QV −= π (3.1) B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 54 TÝnh tíi hÖ sè chÌn dßng Kcdi vµ hÖ sè ph©n bè vËn tèc h−íng trôc Kzi theo b¸n kÝnh ta cã vËn tèc h−íng trôc b»ng: )1( 4 22 ' ' bi Izicdi zzicdizi dD QKKVKKV −== π (3.2) §èi víi tiÕt diÖn gèc hÖ sè chÌn dßng cã gi¸ trÞ b»ng : Kcdi = 1,05 - 1,1 chän Kcdi = 1,06. §èi víi tiÕt diÖn biªn cã thÓ lÊy hÖ sè chÌn dßng b»ng: Kcdi=1,02 - 1,05 chän Kcdi = 1,02 HÖ sè chÌn dßng cña c¸c tiÕt diÖn gi÷a lÊy theo quy luËt tuyÕn tÝnh: TiÕt diÖn I II III IV V HÖ sè chÌn dßng Kcd 1,06 1,05 1,04 1,03 1,02 HÖ sè chÌn dßng cã thÓ kiÓm tra l¹i ë cuèi qu¸ tr×nh tÝnh to¸n b»ng c«ng thøc: β δ sin − = T TKcd (3.3) Trong ®ã: δ: lµ ®é dµy cña profile β: gãc ®Æt cña profile ë ®iÓm tÝnh to¸n. - HÖ sè ph©n bè vËn tèc h−íng trôc cã thÓ lÊy cho 5 tiÕt diÖn tÝnh to¸n nh− sau: TiÕt diÖn I II III IV V Kzi 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 - VËn tèc vßng (theo ph−¬ng U) cña dßng chÊt láng: RinUiiUiU I 30 21 ,π=== (3.4) - Thµnh phÇn vËn tèc xo¸y ë mÐp vµo vµ mÐp ra cña c¸nh b¸nh c«ng t¸c: (3.5) §èi víi tiÕt diÖn gèc hÖ sè vËn tèc xo¸y Kvzu cã thÓ lÊy b»ng 0, ®èi víi tiÕt diÖn biªn Kvzu cã thÓ lÊy b»ng + 0,2; §èi víi c¸c tiÕt diÖn trung gian cã thÓ lÊy theo quy luËt tuyÕn tÝnh. i tluiui i tluivui V gHVV V gHKV 1 1 21 22 η η += = B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 55 HÖ sè xo¸y sau b¸nh c«ng t¸c: TiÕt diÖn I II III IV V Kvzu 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 - Gãc cña dßng ch¶y bao kh«ng nhiÔu t¹o bëi h−íng cña vËn tèc Wm vµ trôc l−íi : (3.6) - VËn tèc trung b×nh cña dßng song ph¼ng kh«ng nhiÔu: (3.7) - L−u sè vËn tèc bao quanh profile : Ict tl nZ gH , 60η=Γ (3.8) - L−u sè vËn tèc t¹o ra bëi gãc va α cña profile: HÖ sè C' cho tiÕt diÖn gèc lÊy s¬ bé mét gi¸ trÞ nµo ®ã trong ph¹m vi 0,3 - 0,6 tïy tuéc lo¹i b¸nh c«ng t¸c. §èi víi tiÕt diÖn biªn hÖ sè C' th−êng lÊy b»ng 0,1. §èi víi c¸c tiÕt diÖn trung gian C' lÊy theo quy luËt tuyÕn tÝnh. HÖ sè C' cho tiÕt diÖn gèc ®−îc lÊy s¬ bé øng víi c¸c tiÕt diÖn nh− sau: TiÕt diÖn I II III IV V C’ 0,45 0,34 0,26 0,18 0,10 L−u sè vËn tèc t¹o bëi ®é vâng cña ®−êng nh©n profile: Γsi = Γ - Γαi = Γ(1- C’i). (3.9) Trªn c¬ së ®ã ta x¸c ®Þnh ®−îc l−u sè Γαi vµ Γsi: hÖ sè: A0i = 2xΓαi / ΠL, A1i = 4xΓsi / ΠLi vµ gãc va αi cña dßng ch¶y : i o i kwm A 2 sin =α (3.10) Trong ®ã: Ki lµ hÖ sè ¶nh h−ëng cña c¸c profile trong l−íi. HÖ sè Ki ®−îc chän theo gãc ®Æt cña profile βi = βmi + αi vµ b−íc l−íi t−¬ng ®èi (L/T)i ( ) 22212 1 ziuiuiimi VVVUW +⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−= B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 56 NÕu gãc va α cña tiÕt diÖn gèc lín h¬n gi¸ trÞ cho phÐp [α] = 60 - 80 ta cÇn chän l¹i hÖ sè C' ®Ó ®iÒu chØnh gãc va α. Sau khi tÝnh ®−îc gãc va αi, ta cã gãc ®Æt míi cña profile βi = βmi + αi . HÖ sè Ki chän l¹i theo βi vµ (L/T)i. Qu¸ tr×nh tÝnh lÆp kÕt thóc, khi hÖ sè Ki, chän ®−îc trong lÇn tÝnh to¸n tiÕp theo sai kh¸c kh«ng qu¸ 3% so víi hÖ sè Ki chän ®−îc trong lÇn tÝnh tr−íc. Gãc ®Æt βi cña profile sÏ ®−îc dïng cho lÇn tÝnh gÇn ®óng thø nhÊt trong qu¸ tr×nh tÝnh lÆp ®Ó thiÕt kÕ l−íi c¸nh. C¸c th«ng sè tÝnh to¸n thÓ hiÖn trªn b¶ng sau: - Sè tiÕt diÖn Ntd: 5 - Sè vßng quay vµ l−u l−îng quy dÉn: 170 v/ph; 1,770 m3/s - §−êng kÝnh bÇu vµ ®−êng kÝnh tÝnh to¸n: 0,37m; 1,0m - B¸n kÝnh t−¬ng ®èi c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n: TiÕt diÖn I II III IV V 0,427 0,548 0,679 0,822 1,0 - Sè c¸nh vµ cét n−íc tÝnh to¸n: 4; 1m - MËt ®é d·y c¸nh TiÕt diÖn I II III IV V 0,946 0,828 0,730 0,646 0,79 - HÖ sè ph©n bè l−u sè: TiÕt diÖn I II III IV V 0,45 0,34 0,26 0,18 0,1 - HÖ sè xo¸y sau b¸nh c«ng t¸c: TiÕt diÖn I II III IV V 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 - HÖ sè vËn tèc h−íng trôc Vz: TiÕt diÖn I II III IV V 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 57 - HÖ sè chÌn dßng Kcd: TiÕt diÖn I II III IV V 1,06 1,05 1,04 1,03 1,02 - ChiÒu dµy t−¬ng ®èi lín nhÊt: TiÕt diÖn I II III IV V 11,19 8,01 5,91 4,42 3,3 3.2.2. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña l−íi c¸nh vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc cña dßng ch¶y qua BCT(cho mÉu c¸nh ΠΛΓ9a1). T−¬ng tù nh− phÇn trªn ta lËp ®−îc b¶ng th«ng sè tÝnh to¸n cña l−íi c¸nh vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc cho mÉu c¸nh PLG9a1 nh− sau : - Sè tiÕt diÖn Ntd: 5 - Sè vßng quay vµ l−u l−îng quy dÉn: 170 v/ph; 1,800m3/s - §−êng kÝnh bÇu vµ ®−êng kÝnh tÝnh to¸n: 0,35m; 1,0m - B¸n kÝnh t−¬ng ®èi c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n: TiÕt diÖn I II III IV V 0,384 0,538 0,692 0,846 1,10 - Sè c¸nh vµ cét n−íc tÝnh to¸n: 4; 1m - MËt ®é d·y c¸nh TiÕt diÖn I II III IV V 0,850 0,695 0,620 0,575 0,550 - HÖ sè ph©n bè l−u sè: TiÕt diÖn I II III IV V 0,35 0,25 0,20 0,15 0,1 - HÖ sè xo¸y sau b¸nh c«ng t¸c: TiÕt diÖn I II III IV V 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 58 - HÖ sè vËn tèc h−íng trôc Vz: TiÕt diÖn I II III IV V 0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 - HÖ sè chÌn dßng Kcd: TiÕt diÖn I II III IV V 1,10 1,087 1,075 1,062 1,050 - ChiÒu dµy t−¬ng ®èi lín nhÊt: TiÕt diÖn I II III IV V 10,00 8,04 6,07 4,11 2,15 3.2.3. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ profile c¸nh: L−íi profile c¸nh ®−îc thiÕt kÕ theo ph−¬ng ph¸p ph©n bè xo¸y trªn cung máng cña Lªx«khin. Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nµy ®· ®−îc m« t¶ trong ch−¬ng I. §Ó x©y dùng ®−êng nh©n cña profile, ta dùa vµo c¸c th«ng sè cña l−íi, gãc ®Æt cña profile vµ c¸c thµnh phÇn vËn tèc ®· x¸c ®Þnh ë trªn, chiÒu dµi d©y cung ®−îc chia lµm 6 ®o¹n b»ng nhau bëi c¸c ®iÓm cã täa ®é t−¬ng ®èi: σ = -1 ; -2/3 ; -1/3 ; 0 ; 1/3 ; 2/3 ; 1 Nh− ta biÕt trong c¬ së lý thuyÕt c¸nh, mét profile máng v« cïng cã thÓ xem nh− ®−êng dßng tæng hîp cña chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi. V× vËy, ®Ó x¸c ®Þnh täa ®é c¸c ®iÓm tÝnh to¸n cña ®−êng nh©n t¹i mçi ®iÓm, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh vËn tèc cña dßng ch¶y tæng hîp vµ c¸c h×nh chiÕu vËn tèc trªn c¸c ph−¬ng trôc x vµ y. H×nh chiÕu vËn tèc t−¬ng ®èi trªn ph−¬ng trôc x x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc: (3.11) Trªn ph−¬ng trôc y: (3.12) ý nghÜa c¸c vËn tèc thµnh phÇn vµ c¸ch tÝnh to¸n ®· tr×nh bµy trong phÇn II. BiÕt c¸c thµnh phÇn vËn tèc Wx vµ Wy ta x¸c ®Þnh ®−îc gãc t¹o bëi ph−¬ng cña vËn tèc t−íng ®èi W vµ trôc x t¹i mçi ®iÓm chia cña ®−êng nh©n: (3.13a) (3.13b) "'"' xsxsxxmxx VVVVWW ++++= αα "'"' ysysyymyy VVVVWW ++++= αα W W W W x y = = β β cos sin B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 59 Trong ®ã: (3.14) vµ täa ®é c¸c ®iÓm chia ®ã. (3.15a) (3.15b) (3.15c) (3.15d) Dùa vµo c¸c gi¸ trÞ täa ®é x, y ta x©y dùng ®−êng nh©n cho c¸c tiÕt diÖn tÝnh to¸n cña c¸nh trong mÆt ph¼ng x, y. §−êng nh©n võa nhËn ®−îc chÝnh lµ profile máng v« cïng trong lÇn tÝnh gÇn ®óng lÇn thø nhÊt. Trong lÇn tÝnh gÇn ®óng tiÕp theo, c¸c xo¸y ®−îc ph©n bè trªn ®−êng nh©n võa míi nhËn ®−îc cña profile. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n th−êng chØ cÇn tÝnh hai lÇn lµ ®ñ. Cuèi cïng, ®Ó nhËn ®−îc profile cã ®é dµy, ta sö dông quy luËt ph©n bè ®é dµy theo chiÒu dµi ®−êng nh©n cña profile VIGM15 (®−îc cho trong b¶ng d−íi) vµ trªn c¬ së ®é dµy Max chän tr−íc cho tõng tiÕt diÖn, ®¾p ®é dµy trªn ®−êng nh©n sÏ ®−îc profile thùc. B¶ng 9. Quy luËt ph©n bè ®é dµy cña profile VIGM - 15 (%)L xx = 1. 2. 5. 7. 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 1 maxy yy = 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0 X©u c¸c profile l¹i víi nhau theo nguyªn t¾c mÐp ra cña profile n»m trªn cïng mét ®−êng th¼ng h−íng kÝnh vµ vu«ng gãc víi trôc, ta ®−îc c¸nh hoµn chØnh cña b¸nh c«ng t¸c. Toµn bé qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ®−îc thùc hiÖn trªn m¸y vi tÝnh víi viÖc sö dông ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n tua bin h−íng trôc. C¸c th«ng sè ban ®Çu vµ c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n mÉu c¸nh trªn ®−îc cho trong phô lôc cuèi ch−¬ng gåm: - B¶ng c¸c sè liÖu tÝnh to¸n ban ®Çu. - B¶n tÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tua bin. 22 yx WWW += ∑ ∑ = + = + ∆= +=∆ ∆= +=∆ n i i nn n i i nni yy Ly xx Lx 1 1 1 1 )sin(sin 2 1 6 )cos(cos 2 1 6 ββ ββ B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 60 - B¶n vÏ c¸c profile trong täa ®é t−¬ng ®èi cho 5 tiÕt diÖn tÝnh to¸n trong mÆt ph¼ng x, y. Trªn b¶n vÏ chØ râ gãc ®Æt cña profile, gãc va , ®é dµy t−¬ng ®èi , ®é vâng t−¬ng ®èi fmax/L cña profile. - C¸c biÓu ®å ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt theo chu tuyÕn profile cho 5 tiÕt diÖn tÝnh to¸n. C¸c biÓu ®å nµy ®−îc sö dông ®Ó ®¸nh gi¸ s¬ bé chÊt l−îng vµ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña l−íi c¸nh, ®ång thêi cã thÓ sö dông ®Ó x¸c ®Þnh tæn thÊt trong ch¶y bao profile c¸nh. Tõ biÓu ®å ph©n bè ¸p suÊt ta x¸c ®Þnh ®−îc ®é gi¶m ¸p tèi ®a trªn l−ng profile c¸nh, tõ biÓu thøc tÝnh ¸p suÊt t−¬ng ®èi: H PPP aγ −= ta x¸c ®Þnh ®−îc ¸p suÊt tuyÖt ®èi ë vÞ trÝ cã ®é gi¶m ¸p lín nhÊt trªn c¸nh: HPPP a += γγ ¸p suÊt nµy lín h¬n ¸p suÊt h¬i b·o hßa cña chÊt láng nªn tua bin lµm viÖc b×nh th−êng kh«ng x¶y ra x©m thùc. Khi quan s¸t c¸c biÓu ®å ph©n bè vËn tèc vµ ¸p lùc ta thÊy c¸c profile c¸nh cã ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt ®Òu ®Æn, kh«ng cã biÕn ®æi ®ét ngét nªn tua bin cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ªm vµ kh«ng g©y tæn thÊt lín. 3.2.4. TÝnh to¸n hiÖu suÊt c¸c mÉu c¸nh. Sau khi tÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn vËn tèc vµ tÝnh to¸n profile c¸nh b¸nh c«ng t¸c , ta cã c¬ së tÝnh to¸n tæn thÊt trªn hai mÉu c¸nh 4K84vµ ΠΛΓ9a1®Ó chän mÉu c¸nh thÝch hîp ®−a vµo thÝ nghiÖm . Dïng ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n trªn m¸y vi tÝnh ®Ó tÝnh tæn thÊt t¹i b¸nh xe c«ng t¸c cña hai ph−¬ng ¸n c¸nh 4K84 vµ ΠΛΓ9a1 víi c¸c sè liÖu ®Çu vµo thÓ hiÖn trªn Phô lôc 2 , kÕt qu¶ tÝnh to¸n nh− sau B¶ng 10. KÕt qña tÝnh to¸n tæn thÊt tua bin ΠΛΓ9a1 TiÕt diÖn R L/T Vz Vu1 Vu2 1 0,214 0,946 2,684 2,314 0,000 2 0,274 0,828 2,806 1,767 0,068 3 0,340 0,730 2,926 1,454 0,112 B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 61 4 0,411 0,646 3,042 1,252 0,137 5 0,500 0,579 3,157 1,111 0,150 TiÕt diÖn thø 1 Cxn = 0,0202 Jeta = 0,0227 TiÕt diÖn thø 2 Cxn = 0,0142 Jeta = 0,0290 TiÕt diÖn thø 3 Cxn = 0,0118 Jeta = 0,0395 TiÕt diÖn thø 4 Cxn = 0,0101 Jeta = 0,0512 TiÕt diÖn thø 5 Cxn = 0,0081 Jeta = 0,0637 TrÞ sè tæn thÊt b¸nh c«ng t¸c 0,042706 Tæn thÊt mót TrÞ sè λ = 0,659710 Cy = 0,351186 Cxk = 0,001796 Jetak = 0,014177 Tæng tæn thÊt: 0,05650 HiÖu suÊt b¸nh c«ng t¸c: η= 0,9435 B¶ng 11 . KÕt qña tÝnh to¸n tæn thÊt tua bin 4K84 TiÕt diÖn R L/T Vz Vu1 Vu2 1 0,192 0,850 2,684 2,314 0,000 2 0,269 0,695 2,806 1,767 0,070 3 0,346 0,62 2,926 1,454 0,108 4 0,423 0,575 3,042 1,252 0,133 5 0,500 0,550 3,157 1,111 0,150 TiÕt diÖn thø 1 Cxn = 0,0259 Jeta = 0,0207 TiÕt diÖn thø 2 Cxn = 0,0149 Jeta = 0,0244 TiÕt diÖn thø 3 Cxn = 0,0112 Jeta = 0,0335 TiÕt diÖn thø 4 Cxn = 0,0093 Jeta = 0,0454 TiÕt diÖn thø 5 Cxn = 0,0081 Jeta = 0,0605 TrÞ sè tæn thÊt b¸nh c«ng t¸c 0,045484 Tæn thÊt mót TrÞ sè λ = 0,694494 Cy = 0,369703 B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 62 Cxk = 0,001890 Jetak = 0,016177 Tæng tæn thÊt: 0,061661 HiÖu suÊt b¸nh c«ng t¸c: η= 0,9383 Së dÜ hiÖu suÊt tÝnh ®−îc ë ®©y cao h¬n hiÖu suÊt trªn ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp v× ch−a tÝnh tíi tæn thÊt qua c¸c phÇn qua n−íc kh¸c nh− buång xo¾n ,c¸nh h−íng dßng, èng hót... ë ®©y chØ so s¸nh hiÖu suÊt cña hai b¸nh c«ng t¸c lµm viÖc ë ®iÓm tÝnh to¸n cho tr−íc ®Ó chän mÉu c¸nh thÝch hîp . Sau khi tÝnh tæn thÊt trªn c¸nh c«ng t¸c cña hai lo¹i mÉu c¸nh trªn ta thÊy ®èi víi cét n−íc vµ l−u l−îng ®· chän th× tæn thÊt trªn c¸nh c«ng t¸c cña mÉu 4K84 lín h¬n tæn thÊt trªn c¸nh c«ng t¸c cña mÉu ΠΛΓ9a1, viÖc tÝnh to¸n hiÖu suÊt cña hai lo¹i tuabin sÏ ®−îc kiÓm chøng qua thùc nghiÖm. 3.3. Thö nghiÖm tua bin m« h×nh. 3.3.1. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin vµ c¸c th«ng sè cÇn ph¶i ®o ®¹c. Trong thùc tÕ vËn hµnh cña tua bin, th«ng th−êng cã nhiÒu th«ng sè thay ®æi nªn cÇn ph¶i dïng mét lo¹i ®−êng ®Æc tÝnh biÓu thÞ quan hÖ gi÷a tÊt c¶ c¸c th«ng sè ®Æc tÝnh cña tua bin. §−êng ®Æc tÝnh biÓu thÞ gi÷a c¸c th«ng sè ®Æc tÝnh cña tua bin, tøc lµ biÓu thÞ tæng hîp tÝnh chÊt lµm viÖc cña tua bin gäi lµ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp. Cã hai lo¹i ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp: ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh vµ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp vËn hµnh. Sau ®©y chóng t«i giíi thiÖu ph−¬ng ph¸p x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh biÓu thÞ quan hÖ η=f(Q,n) hoÆc η=f(N,n) khi ®−êng kÝnh BXCT D1 vµ cét n−íc H kh«ng thay ®æi. Nhung th«ng th−êng c¸c ®¹i l−îng n, Q vµ N ®−îc tÝnh ®æi thµnh c¸c ®¹i l−îng quy dÉn nI’, QI’ vµ NI’ b»ng c¸c c«ng thøc t−¬ng tù. Do ®ã ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh lµ ®−êng biÓu thÞ quan hÖ η = f(QI’,nI’) hoÆc η = f(NI’,nI’) khi D1= 1m vµ H = 1m. Lo¹i ®−êng ®Æc tÝnh η = f(QI’,nI’) hay ®−îc dïng h¬n c¶. Thùc tÕ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh lµ c¸c ®−êng ®ång hiÖu suÊt ®−îc vÏ trong hÖ to¹ ®é QI’ vµ nI’. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh ®−îc x©y dùng b»ng hµng lo¹t thÝ nghiÖm m« h×nh. §ã lµ t− liÖu quan träng nhÊt ®Ó t×m hiÓu ®Æc tÝnh cña tõng B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 63 lo¹i tua bin, lµ c¬ së ®Ó vÏ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp vËn hµnh cña tua bin còng nh− lµ t− liÖu chÝnh ®Ó chän tua bin cho tr¹m thuû ®iÖn. Ph−¬ng ph¸p x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh. §−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh ®−îc vÏ trong hÖ to¹ ®é c¸c th«ng sè quy dÉn ( 1''1 , nQ ) nªn ph¶i biÕn ®æi c¸c ®¹i l−îng thÝ nghiÖm ra c¸c ®¹i l−îng quy dÉn theo c«ng thøc H nD n 11' = vµ HD QQ 1 2 1 ' = Dùa vµo c¸c kÕt qu¶ cã ®−îc ë thÝ nghiÖm m« h×nh (hoÆc ë hiÖn tr−êng) ®Ó tiÕn hµnh vÏ c¸c ®−êng ®Æc tÝnh tuyÕn cña tuèc bin. Trªn c¬ së ®ã vÏ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh. Tr×nh tù vÏ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh nh− sau: - Trong hÖ to¹ ®é ( 1''1 , nQ ) vÏ c¸c ®−êng liªn hÖ n’ = f(Q1’) øng víi c¸c ®é më a0 kh¸c nhau. - Trªn ®å thÞ bæ trî vÏ c¸c ®−êng η = f(n1’) cho tõng ®é më a0. - VÏ c¸c ®−êng song song víi trôc hoµnh (η1 = const) chóng sÏ c¾t c¸c ®−êng a0 t¹i c¸c ®iÓm b1,b1’, b2, b2’, b3, b3’ b4, b4’ vµ vv... Mang c¸c ®iÓm bt cã cïng mét trÞ sè hiÖu suÊt øng víi c¸c ®é më a0 kh¸c nhau nµy sang ta sÏ cã c¸c ®iÓm bi vµ bi’ t−¬ng øng.... Nèi c¸c ®iÓm ®ã l¹i víi nhau b»ng mét ®−êng cong tr¬n ta sÏ cã ®−êng ®ång hiÖu suÊt trong hÖ to¹ ®é ( 1''1 , nQ ). Cø lµm nh− thÕ cho c¸c ®é më a0 kh¸c, ta sÏ cã mét hä ®−êng cong ®ång hiÖu suÊt trong hÖ to¹ ®é ( 1''1 , nQ ). §ã lµ ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin. 3.3.2. Gi¸ thö nghiÖm tua bin. 3.3.2.1. M« t¶ chung hÖ thèng. §Ó nghiªn cøu thùc nghiÖm tua bin m« h×nh h−íng trôc cét n−íc thÊp cÇn ph¶i cã gi¸ thö tua bin ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu chÝnh x¸c, hiÖn ®¹i, vµ thuËn tiÖn cho viÖc thao t¸c, gia c«ng sè liÖu. Víi môc tiªu ®ã chóng t«i tiÕn hµnh thö tua bin m« h×nh cét n−íc thÊp trªn gi¸ thö cña Trung t©m thuû ®iÖn - ViÖn Khoa häc Thuû lîi. S¬ ®å gi¸ thÝ nghiÖm tua bin ®−îc giíi thiÖu trªn h×nh 25. HÖ thèng thÝ nghiÖm tua bin h−íng trôc cét n−íc thÊp gåm c¸c danh môc sau: 1 - BÓ ngÇm cÊp n−íc. 2 - C¸c b¬m cÊp cho sµn thÝ nghiÖm. 3 - HÖ thèng ®−êng èng vµ van ph©n phèi. B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 64 4 - BÓ th−îng l−u hÖ thèng thÝ nghiÖm tua bin cét n−íc thÊp. 5 - ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng. 6 - ThiÕt bÞ ®o ¸p ë cöa vµo tua bin. 7 - ThiÕt bÞ ®o m« men trªn trôc tua bin (®i cïng víi thiÕt bÞ ®o sè vßng quay). 8 - Bé g©y t¶i. 9 - ThiÕt bÞ ®o møc bÓ h¹ l−u. 10 - Kªnh dÉn n−íc vÒ bÓ cÊp. 11 - Trung t©m thu thËp vµ xö lý sè liÖu. H×nh 25. S¬ ®å gi¸ thÝ nghiÖm tua bin . 1 4 57 8 10 11 3 2 6 9 B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 65 H×nh 26. S¬ ®å l¾p ®Æt tua bin thö nghiÖm . 3.3.2.2. C¸c th«ng sè chÝnh cña c¸c bé phËn trong hÖ thèng: a. BÓ n−íc ngÇm vµ kªnh dÉn: BÓ n−íc ngÇm cung cÊp n−íc cho hÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ víi dung tÝch 250m3 ®¶m b¶o cho dßng ch¶y sau khi qua sµn thö cã ®ñ thêi gian æn ®Þnh tr−íc khi tiÕp tôc mét chu tr×nh míi. b. B¬m cÊp, hÖ thèng ®−êng èng vµ van ph©n phèi: §èi víi tua bin cét n−íc thÊp, yªu cÇu l−u l−îng thö kh¸ lín do ®ã ®Ó ®¹t yªu cÇu kinh tÕ trong thö nghiÖm cÇn lùa chän sao cho khi vËn hµnh hÖ thèng cã thÓ chØ cÇn ch¹y mét m¸y b¬m hoÆc cã thÓ vËn hµnh nhiÒu m¸y b¬m khi yªu cÇu l−u l−îng cao. CÊp l−u l−îng chÝnh cho hÖ thèng thÝ nghiÖm nµy lµ 02 tæ m¸y b¬m HL600 - 5 Trong tr−êng hîp cÇn thiÕt cã thÓ vËn hµnh thªm tæ m¸y b¬m LT470-18 cña hÖ thèng thÝ nghiÖm tua bin m« h×nh cét n−íc cao. TÊt c¶ c¸c b¬m cÊp ®−îc thiÕt kÕ ho¹t ®éng trong m¹ng b»ng hÖ thèng ®−êng èng vµ van ph©n phèi. Tïy theo chÕ ®é thö cña tua bin m« h×nh mµ vËn hµnh hÖ thèng mét c¸ch linh ho¹t, kinh tÕ. c. BÓ th−îng l−u (bÓ ¸p lùc): V× hÖ thèng cÇn l−u l−îng lín trong khi vËn hµnh nªn bÓ ¸p lùc cÇn ph¶i ®¶m b¶o mét sè yªu cÇu sau: B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 66 - §¶m b¶o æn ®Þnh dßng ch¶y tr−íc khi vµo tua bin. - §¶m b¶o æn ®Þnh cét n−íc khi thay ®æi chÕ ®é t¶i cña tua bin m« h×nh. - Cã nhiÒu møc x¶ trµn ®Ó t¹o ®−îc nhiÒu chÕ ®é trong thÝ nghiÖm tua bin m« h×nh. Tõ c¸c yªu cÇu trªn, bÓ ¸p lùc ®−îc thiÕt kÕ víi kÝch th−íc B x L x H = 2,5m x 3,5m x 4m cã l−íi æn ®Þnh dßng vµ 3 møc x¶ trµn. d. Sµn thÝ nghiÖm: Sµn thÝ nghiÖm ®−îc thiÕt kÕ cã ®é cao 2m so v¬Ý mÆt n−íc cña bÓ ngÇm. BÓ h¹ l−u phÝa d−íi sµn thö. N−íc sau khi thö qua hÖ thèng kªnh dÉn trë vÒ bÓ ngÇm. Trªn kªnh dÉn cã bè trÝ cöa van ®Ó ®iÒu chØnh chiÒu cao hót cña tua bin trong khi thÝ nghiÖm. ChiÒu cao hót Hs cã thÓ ®iÒu chØnh trong ph¹m vi tõ 0.5 ÷ 1.5 m. e. Bé g©y t¶i: Bé g©y t¶i lµ mét bé truyÒn (cã thÓ thay ®æi tû sè truyÒn) vµ mét ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã c«ng suÊt lín nhÊt 20 kW, ®iÒu khiÓn c«ng suÊt v« cÊp b»ng dßng kÝch tõ. f. ThiÕt bÞ ®o: - ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng do h·ng Siemens (CH LB §øc) chÕ t¹o ho¹t ®éng trªn nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ, ®é chÝnh x¸c ±0.5%, ph¹m vi ®o 0 ÷ 2000m3/h. ThiÕt bÞ nµy cã ký hiÖu lµ 7ME2531φ400. - ThiÕt bÞ ®o ¸p do h·ng HBM (CH LB §øc) chÕ t¹o. ThiÕt bÞ cã ®é chÝnh x¸c ±0.3% ph¹m vi ®o tõ 0 ÷ 1 bar. ThiÕt bÞ cã ký hiÖu PE200. - ThiÕt bÞ ®o møc: do h·ng Omron ( NhËt b¶n) chÕ t¹o. ThiÕt bÞ cã ®é chÝnh x¸c ±0.5% ph¹m vi ®o tõ 0 ÷ 2 m. - ThiÕt bÞ ®o m« men do h·ng HBM (CH LB §øc) chÕ t¹o. §é chÝnh x¸c cña thiÕt bÞ nµy lµ ±0.1%, ph¹m vi ®o 0 ÷ 200 Nm. ThiÕt bÞ nµy cã ký hiÖu lµ T32FN. - ThiÕt bÞ ®o vßng quay ®i kÌm theo thiÕt bÞ ®o m« men cã ®é chÝnh x¸c lµ ± 0.1%, ph¹m vi ®o 0 ÷ 10000 v/ph. g. Trung t©m thu thËp vµ sö lý sè liÖu: Trong khi thÝ nghiÖm, c¸c th«ng sè ®−îc ghi l¹i mét c¸ch tøc thêi t¹i mçi thêi ®iÓm. B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 67 C¸c th«ng sè ®o bao gåm: - ¸p suÊt: ®−îc ®o t¹i cöa vµo cña tua bin m« h×nh vµ thiÕt bÞ ®o møc (x¸c ®Þnh mùc n−íc h¹ l−u, th«ng sè ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång hå hiÖn 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. - Cét ¸p lµm viÖc thùc cña tua bin m« h×nh ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tæng cét ¸p ®o t¹i cöa vµo, cét ¸p ®éng (x¸c ®Þnh theo l−u l−îng) vµ cét n−íc h×nh häc tõ ®iÓm ®o tíi mùc n−íc h¹ l−u. - L−u l−îng: §o b»ng thiÕt bÞ ®o dùa trªn nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ. Th«ng sè ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång hå hiÖn sè ®ång thêi ®−îc chuyÓn vÒ trung t©m thu thËp vµ xö lý sè liÖu, hiÓn thÞ trªn mµn h×nh m¸y tÝnh. - M« men: §o b»ng c¶m biÕn m« men dùa trªn nguyªn lý ®o biÕn d¹ng vËt chuÈn. sè liÖu ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång hå hiÖn sè ®ång thêi ®−îc chuyÓn vÒ trung t©m thu thËp vµ xö lý sè liÖu, hiÓn thÞ trªn mµn h×nh m¸y tÝnh. - Vßng quay: ®−îc ®o b»ng thiÕt bÞ ®o sè vßng quay trªn nguyªn t¾c ®Õm xung ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c rÊt cao. Th«ng sè ®o ®−îc hiÓn thÞ trªn ®ång 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. C¸c sè liÖu ®o sÏ ®−îc gia c«ng tÝnh to¸n ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cÇn thiÕt lÊy sè liÖu ®Ó x©y dùng ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cña tua bin m« h×nh. S¬ ®å ®o cña hÖ thèng cã thÓ m« t¶ nh− h×nh 27. H×nh 27. S¬ ®å hÖ thèng ®o ®¹c vµ xö lý sè liÖu. §o Q §o H §o Hs §o M §o n Bé chuyÓn ®æi d÷ liÖu Trung t©m xö lý sè liÖu XuÊt d÷ liÖu B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 68 3.3.3. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña tua bin m« h×nh cét n−íc thÊp vµ hÖ thèng thÝ nghiÖm. HÖ thèng thÝ nghiÖm tua bin t¹i Trung t©m Thñy ®iÖn - ViÖn khoa häc thuû lîi ®−îc nhµ n−íc ®Çu t− trong c¸c n¨m 2002-2003 nªn hÖ thèng ®−îc thiÕt kÕ vµ l¾p ®Æt míi, d−íi ®©y chóng t«i xin tr×nh bµy viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ c¸c thiÕt bÞ chÝnh trong hÖ thèng thÝ nghiÖm 3.3.3.1. Chän ®−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c tua bin mÉu: C¸c b¸nh c«ng t¸c m« h×nh thÝ nghiÖm tua bin cét n−íc thÊp ë n−íc ngoµi th−êng cã ®−êng kÝnh 250mm, 300mm vµ 460mm ®Ó thÝ nghiÖm n¨ng l−îng vµ khÝ thùc. Ph©n viÖn c¬ häc ViÖn hµn l©m khoa häc Ucraina, ViÖn nghiªn cøu Thiªn t©n- Trung quèc dïng mÉu cã ®−êng kÝnh D1= 250mm, ViÖn nghiªn cøu m¸y thuû lùc Liªn x« dïng mÉu cã D1=290mm, c¸c m« h×nh cã ®−êng kÝnh lín Dn=460mm còng ®−îc dïng nhiÒu ë c¸c gi¸ thÝ nghiÖm cña Liªn x« (cò), TiÖp kh¾c (cò), Ph¸p, Trung quèc. Do diÖn tÝch mÆt b»ng cã h¹n còng nh− ®Ó tiÕt kiÖm kinh phÝ ®Çu t− cho hÖ thèng thÝ nghiÖm nªn ta chän ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c tua bin thÝ nghiÖm D1 = 250mm, lµ ®−êng kÝnh nhá nhÊt mµ c¸c phßng thÝ nghiÖm trªn thÕ ¸p dông, ®Ó thiÕt kÕ hÖ thèng. 3.3.3.2. Chän c¸c th«ng sè chÝnh cña hÖ thèng thÝ nghiÖm: Qua ph©n tÝch c¸c th«ng sè cña hai lo¹i tua bin ë trªn ta chän th«ng sè cña tua bin m« h×nh ë giíi h¹n trªn lµ: L−u l−îng quy dÉn Q’I = 2,200 m3/s. Vßng quay quy dÉn: n’I = 200 v/ph Víi ®−êng kÝnh tua bin m« h×nh D1 = 0,25m, khi ®ã ta cã l−u l−îng vµ sè vßng quay cña tua bin øng víi cét ¸p 1m b»ng. ( ) smHDQQ /1375,01.25,02,2 3221' === phvD Hnn t /80025,0 1.200 1 ' === NÕu chän cét ¸p tèi ®a cho hÖ thèng thö lµ 4m th× l−u l−îng cña m« h×nh lµ: hmsmQM 33 990275,01 41375,0 ≈== §Ó an toµn vµ ®Ó thö c¸c mÉu cã ®−êng kÝnh nhá h¬n ta chän 2 b¬m HL 600 -5 cã cét ¸p H = 5m, c«ng suÊt ®éng c¬ N = 11kW vµ 1 b¬m LT470 - 18 cã l−u l−îng B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 69 Q = 470m3/h c«ng suÊt ®éng c¬: N =33kW. 3.3.4. Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm Tua bin: 3.3.4.1. C¸c sè liÖu thùc nghiÖm: Trªn c¬ së c¸c ssè liÖu ®o ®−îc ta tÝnh c¸c th«ng ssè lµm viÖc sau cña tua bin a. Cét ¸p lµm viÖc cña tua bin H (m). Cét ¸p cña tua bin x¸c ®Þnh trªn c¬ së ph−¬ng tr×nh Bernuli viÕt cho hai mÆt c¾t vµo vµ ra khái tua bin : (3.16) Trong ®ã : γ 1P lµ cét ¸p tÜnh t¹i vÞ trÝ t©m cöa vµo tua bin. g V 2 2 1 : §éng n¨ng t¹i cöa vµo tua bin. V1 : Gi¸ trÞ vËn tèc t¹i cöa vµo x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 21 1 d Q F QV Π== víi d lµ ®−êng kÝnh èng t¹i mÆt c¾t cöa vµo tua bin. h: kho¶ng c¸ch theo ph−¬ng ®øng tõ t©m cöa vµo tua bin t¬Ý ®¸y bÓ h¹ l−u. : cét ¸p tÜnh t¹i bÓ x¶ (theo chØ sè cña thiÕt bÞ ®o møc 9). b. C«ng suÊt trªn trôc NT (KW). C«ng suÊt trªn trôc tua bin x¸c ®Þnh theo m« men vµ vßng quay cña trôc tua bin b»ng: ω*MNT = = MΠn/30(Nm/s) (3.17) M : m«men trªn trôc (kNm) n: sè vßng quay tÝnh b»ng vßng/phót ω : VËn tèc gãc (rad/s) c. HiÖu suÊt cña tua bin : HiÖu suÊt cña tua bin x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: (3.18) HQ NT T **81,9 =η )( 2 2 2 11 γγ Ph g VPHHHH SDT −++=++= γ 2P B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 70 Trong ®ã: Q lµ l−u l−îng qua tua bin (m3/s) 3.3.4.2. Qu¸ tr×nh ®o: TiÕn hµnh ®o t¹i c¸c c¸c vÞ trÝ ®é më cña c¸nh h−íng 2 chiÒu tiÕn vµ lïi. Theo chiÒu tiÕn, mçi lÇn t¨ng ®é më mét gi¸ trÞ 5mm, t¹i mçi gi¸ trÞ ®é më c¸nh h−íng, 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, thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®o ng−îc l¹i t−¬ng tù nh− chiÒu tiÕn cho ®Õn khi ®ãng hoµn toµn. 3.3.4.3. Xö lý d÷ liÖu thÝ nghiÖm: a. Sai sè dông cô ®o: Sai sè dông cô ®o ®¸nh gi¸ theo c«ng thøc : Kdc(%)= CÊp chÝnh x¸c (%) * Thang ®o / Gi¸ trÞ ®o b. Sai sè bé d÷ liÖu ®o ®−îc : Sai sè bé d÷ liÖu ®o ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Kdl(%)= (Ymax- Ymin)/ YTB Mét phÐp ®o t¹i chÕ ®é b×nh æn sÏ cho Kdl(%)< Kdc(%) ( nÕu kh«ng cã c¸c yÕu tè ngo¹i lai t¸c ®éng vµo). c. §é ph©n t¸n chuÈn cña d÷ liÖu: §é ph©n t¸n chuÈn cña d÷ liÖu SD tÝnh theo c«ng thøc: (3.19) d. §−êng m« t¶ (Fit line) : C¸c gi¸ trÞ ®o ®−îc, sau khi xö lý cã thÓ biÓu diÔn b»ng mét ®−êng cong hay th¼ng trªn trôc to¹ ®é (x,y) - Fit line - cã gi¸ trÞ sai sè nhá nhÊt tõ c¸c ®iÓm ®o ®−îc. C¸c ®−êng nµy l¹i cã thÓ m« t¶ b»ng c¸c hµm to¸n häc biÓu diÔn quan hÖ y= f(x). ë ®©y ®©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’. )1( )( 22 − Σ−Σ= nn xxnSD B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 71 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 sècho ¸c ®¹i l−îng X, Y. Gi¸ trÞ cña c¸c thanh sai sè nµy cã thÓ ®−îc tÝnh b»ng ± Kdc. Xong do sè d÷ liÖu cña thÝ nghiÖm ®ñ nhiÒu nªn ta tÝnh ®é lín cña thanh sai sè = SD ( §é 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 ®Ýnh 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¶). (3.20) R-squared : lµ ®¹i l−îng biÓu diÔn tÝnh "trïng khÝt" cña Fit line vµ bé d÷ liÖu. R-squared cã gi¸ trÞ tõ 0 ®Õn 1, R-squared cµng gÇn 1 cã nghÜa lµ ®−êng m« t¶ cµng ®óng víi bé d÷ liÖu ®· cã. R-squared ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : (3.21) 3.3.4.4. Xö lý bé d÷ liÖu : B−íc 1 : Xö lý s¬ bé Do qu¸ tr×nh thu thËp d÷ liÖu lµ liªn tôc, bao gåm c¶ thêi gian ®iÒu chØnh t¶i, nªn mét sè lín c¸c sè liÖu ®−îc ghi nhËn lµ kh«ng n»m trong chÕ ®é b×nh æn cña tua bin, vËy tr−íc khi ®−a c«ng cô vµo ®Ó xö lý, ®¸nh gi¸ ta cÇn cã b−íc xö lý s¬ bé ®Ó g¹t bá c¸c gi¸ trÞ ngo¹i lai hoÆc c¸c gi¸ trÞ kh«ng ®¸ng tin cËy. ViÖc xö lý nµy ®−îc lµm víi tõng ®iÓm lµm viÖc (n = const vµ cïng kho¶ng thêi gian ®o) C¸c sè liÖu sau cÇn ®−îc xö lý : Cã ®é ph©n t¸n d÷ liÖu lín h¬n sai sè cña dông cô ®o C¸c sè liÖu cã d−íi 5 records cho cïng 1 ®iÓm lµm viÖc (chÕ ®é lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh). [ ] ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ Σ−Σ ΣΣ−Σ−Σ−Σ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −= 22 2 22 )( ))(()( )2( 1 xxn yxxynyyn nn SE [ ][ ]2222 )()( ))(()( YYnXXn YXXYnR Σ−ΣΣ−Σ ΣΣ−Σ= B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 72 C¸c d÷ liÖu cã d−íi 20 records cho cïng 1 ®iÓm lµm viÖc (D÷ liÖu nµy kh«ng ®ñ ®é tin cËy - c¸c d÷ liÖu nµy cã thÓ gi÷ l¹i trong bé d÷ liÖu chuÈn nh−ng chØ víi t− c¸ch ®Ó tham kh¶o). Sau khi xö lý s¬ bé (dïng c«ng cô Excel). Ta cã bé d÷ liÖu chuÈn cho mç ®é më cña tua bin S. B−íc 2 : TÝnh to¸n Sö dông phÇn mÒm SPSS ®Ó xö lý bé d÷ liÖu chuÈn. LËp b¶ng thèng kª bé d÷ liÖu víi c¸c gi¸ trÞ Trung b×nh, Max, Min, SE, SD t¹i mçi ®iÓm. Sè l−îng sè liÖu trong c¸c file sè liÖu ®−îc ghi khi ®o vµ c¸c b¶ng thèng kª c¸c bé d÷ liÖu víi c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau, t¹i mçi ®iÓm do phÇn mÒm SPSS tù ®éng lËp ra cã khèi l−îng rÊt lín kh«ng thÓ thèng kª hÕt ®−îc trong phô lôc. Do ®ã chØ thèng kª cã tÝnh chÊt vÝ dô vÒ d¹ng c¸c sè liÖu vµ b¶ng. TÝnh håi qui vµ vÏ c¸c ®−êng quan hÖ Q, H, M, NTL = f(n), NT = f(n), η =f(n), Q1’, n1’, víi c¸c ®−êng biÓu diÔn gi¸ trÞ trung b×nh, ®−êng bao sai sè cña ®−êng trung b×nh vµ ®−êng bao sai sè cña toµn bé d÷ lÖu (lÊy víi ®é tin cËy 95%). H×nh 28 ÷ 33 lµ mét bé c¸c ®−êng cong: cét ¸p, l−u l−îng, m« men, c«ng suÊt thuû lùc, c«ng suÊt trªn trôc vµ hiÖu suÊt víi sè vßng quay t¹i mét cét n−íc thu ®−îc khi thùc nghiÖm (H = 3,5m) do phÇn mÒm SPSS tù ®éng vÏ ra, víi H = 4m xem trong phÇn phô lôc. KÕt qu¶ thùc nghiÖm H×nh 28. §å thÞ cét ¸p lµm viÖc (m) víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph) B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 73 H×nh 29. §å thÞ l−u l−îng qua tuabin (l/s) víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph) H×nh 30. §å thÞ m«men trªn trôc (Nm) víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph). B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 74 H×nh 31. §å thÞ c«ng suÊt thuû (kW) víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph). H×nh 32. §å thÞ c«ng suÊt trªn trôc (kW) víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph). B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 75 H×nh 32. §å thÞ c«ng suÊt trªn trôc (kW) víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph). H×nh 33. §å thÞ hiÖu suÊt tua bin víi sù thay ®æi sè vßng quay n (vg/ph). B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi 76 X©y dùng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin m« h×nh nh− hinh 34. C¸c kÕt luËn cña ®Ò tµi nh¸nh : - C¸c ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n hÖ thèng l−íi profile c¸nh BXCT tuabin h−íng trôc trªn m¸y vi tÝnh nh− : Ch−¬ng tr×nh tÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña hÖ thèng l−íi profile, ch−¬ng tr×nh tÝnh ph©n bè vËn tèc vµ ¸p suÊt, nhÊt lµ ch−¬ng tr×nh tÝnh tæn thÊt cho phÐp tÝnh nhanh ®Ó so s¸nh c¸c ph−¬ng ¸n. C¸c ch−¬ng tr×nh nµy gióp ta lùa chän c¸c th«ng sè tèi −u cña tuabin thiÕt kÕ, ®ång thêi cònh gióp cho qu¸ tr×nh thùc nghiÖm tuabin nhanh chãng h¬n, gi¶m bít ®−îc sè lÇn thùc nghiÖm trong quy tr×nh thö tuabin. - Chän ®−îc vïng lµm viÖc tèi −u cña tua bin. B¸o c¸o nghiªn cøu, tk, chÕ t¹o thö nghiÖm tbt® cét n−íc thÊp §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn khoa häc Thuû Lîi Phô lôc I Profile c¸nh 4K84