Phân tích ảnh hưởng của số cánh và đường kính chuẩn trong thiết kế bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin

Bài viết này sẽ tập trung xây dựng cơ sở lý thuyết để dự báo đặc tính thủy lực của bơm và tuabin khi vận hành trong mô hình thuận nghịch PaT. Qua đó sẽ phân tích ảnh hưởng và xác định được dải giá trị phù hợp về Z và D2 cho một bánh công tác thuận nghịch bơm-tuabin cánh trụ với số vòng quay đặc trưng ns=95.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích ảnh hưởng của số cánh và đường kính chuẩn trong thiết kế bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SỐ CÁNH VÀ ĐƯỜNG KÍNH CHUẨN TRONG THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC THUẬN NGHỊCH BƠM-TUABIN Nguyễn Thị Nhớ1,2, Trương Việt Anh2 1 Trường Đại học Thủy lợi, email: nhont@tlu.edu.vn 2 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 1. GIỚI THIỆU CHUNG tuabin francis. Sau đó biến đổi theo các tham Bơm – Tuabin (Pump as Turbine - PaT) là số hình học biên dạng cánh để được các thiết bị thủy lực vừa có khả năng làm việc phương trình cột nước lý thuyết và tổn thất. trong cả hai mô hình bơm và tuabin. Vấn đề Tiêu chí xác định thông số D2 và Z là công thiết kế các thông số hình học cho dạng máy suất trung bình của hai mô hình là tốt nhất là một bài toán khó do cấu trúc dòng chảy 3D theo phương trình (1). qua cánh dẫn nói chung và đặc biệt do đặc N + NP N paT = T ⇒ max (1) tính thuận nghịch qua bánh công tác (BCT) 2 nói riêng. Trong các thông số hình học của 2.2. Các ký hiệu và các hệ số không BCT thì giá trị của đường kính ngoài D2 và thứ nguyên số cánh Z là quan trọng vì nó ảnh hưởng nhiều đến các đặc tính thủy lực trong cả hai mô hình. Một số nghiên cứu liên quan được trình bày trong các tài liệu [2] và [3] đã tăng cường hiệu suất lên đến 3% trong mô hình tuabin và gần 2% trong mô hình bơm. Tuy nhiên, các kết quả này thường được thực hiện bằng thực nghiệm hoặc mô phỏng từ mô hình bơm mà chưa có sự phân tích để hài hòa các đặc tính giữa bơm và tuabin, đồng thời chưa đưa ra được cơ sở lý thuyết rõ ràng. Hình 1. Chú giải các ký hiệu Bài báo này sẽ tập trung xây dựng cơ sở lý Tất cả các ký hiệu và chỉ số đều được lấy thuyết để dự báo đặc tính thủy lực của bơm và tuabin khi vận hành trong mô hình thuận nghịch theo ký hiệu của bơm như Hình 1, cụ thể: các PaT. Qua đó sẽ phân tích ảnh hưởng và xác định chỉ số 1 và 2 tương ứng với vị trí mép vào và được dải giá trị phù hợp về Z và D2 cho một bánh ra của BCT; D - đường kính; β - góc đặt công tác thuận nghịch bơm-tuabin cánh trụ với cánh; e - chiều dày; b- chiều rộng. Ngoài ra, số vòng quay đặc trưng ns=95. nghiên cứu sử dụng các hệ số không thứ nguyên như sau: 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG H Q * D2 PHÁP NGHIÊN CỨU h= ;q = ;d 2 = (2) H de Qde D1 2.1. Cơ sở lý thuyết và các giả thuyết h; q: Tỷ lệ cột nước và lưu lượng tại điểm Nghiên cứu xây dựng mô hình toán trên cơ vận hành bất kỳ so với điểm thiết kế. sở các hiện tượng thủy lực và các phương Nghiên cứu tính toán với mô hình PaT có trình năng lượng cơ bản của bơm ly tâm và các thông số: số vòng quay n=600v/ph, lưu 377 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2016. ISBN : 978-604-82-1980-2 lượng Q =250m3/h, H=11m. Trong quá trình Tương tự vậy, Hình 2b cho thấy sự ảnh khảo sát Z và D2, các thông số β1B; β2B ; D1; hưởng của D2 khi vận hành trong mô hình e1; e2; b1 và b2 không đổi và được được xác tuabin. Nếu thiết kế ban đầu thì giá trị định theo phương pháp điểm Pfleiderer của D2=0,32m cho vùng làm việc của tuabin là bơm ly tâm [1] kết hợp những khuyến cáo tốt nhất, bao trọn vùng hiệu suất cao. Nhưng cho máy thuận nghịch của viện The U.S. để giao thoa được với mô hình bơm thì D2 lại Bureau of Reclamation [2], kết quả cho dưới được lấy thiên lớn, điều này làm dịch chuyển Bảng 1: đáng kể vùng làm việc của PaT như trên Bảng 1. Các thông số chính BCT hình. Cụ thể, nếu lấy D2=0,46m để chạy trong mô hình tuabin thì vùng làm việc bị đẩy D1 β1B β2B b1 b2 e1 e2 sang vùng hiệu suất thấp hơn 60%, nhưng o o m mm mm mm mm nếu lấy D2=0,38-0,42m thì hiệu suất PaT vẫn 0,23 25 30 54 40 3 3 đảm bảo trong vùng từ 70% trở lên. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả đánh giá D2 Ở bước đầu tiên, các thông số cơ bản của bơm và tuabin được xác định độc lập theo tài liệu của Gülich [1], kết quả cho dưới Bảng 2. Bảng 2. Thông số D2 và Z của bơm và tuabin Thông số D1 D2 Z Bơm 0,23m 0,46m 6 a) Mô hình bơm Tuabin 0,23m 0,32m 19 Kết quả Bảng 2 cho thấy trong khi đường kính ngoài D2 của mô hình tuabin nhỏ hơn đáng kể so với bơm (0,32m so với 0,46m) thì số cánh của tuabin lại lớn hơn rất nhiều (19 cánh so với 6 cánh). Như vậy, để hài hòa hình học cũng là để thuận lợi cho đặc tính thủy lực khi làm việc thuận nghịch thì các giá trị này phải là sự giao thoa trong hai vùng này. Trên cơ sở đó, tác giả đưa ra các phương b) Mô hình tuabin án khảo sát gồm: Z = 8 ÷ 15 ; và D2=0,44m; Hình 2. Ảnh hưởng của D2 0,42m; 0,4m và 0,38m tương đương sẽ là đến vùng làm việc của PaT d2*= 1,83; 1,74 và 1,65. Kết quả cho dưới Hình 2. ...