Luận án: Ảnh hưởng thông số hình học bánh công tác đến máy bơm tuabin ns thấp - Nguyễn Thị Nhớ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CÔNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM – TUABIN nS THẤP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CÔNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM – TUABIN nS THẤP Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TRƯƠNG VIỆT ANH 2. VŨ VĂN TRƯỜNG Hà Nội – 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và chưa được ai công bố trên bất kỳ tài liệu nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Hà nội, ngày …….năm 2019 Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Nhớ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Trương Việt Anh và TS. Vũ Văn Trường đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các cấp lãnh đạo của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí Động lực, Bộ môn Máy và Tự động thủy khí, các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, chia sẻ, tư vấn cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các cấp lãnh đạo của Trường Đại học Thủy Lợi, Bộ môn Thủy điện và Năng lượng tái tạo, các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi, chia sẻ, tư vấn cho tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã tạo điều kiện cung cấp các thông tin và tài liệu cần thiết, giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu, thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật, công nhân của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương đã giúp đỡ tận tình trong quá trình thực hiện luận án và có nhiều góp ý, hỗ trợ rất quý báu về thiết kế, chế tạo cũng như thử nghiệm các máy mẫu trong luận án.

Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người thân đã luôn là chỗ dựa vững chắc cả về vật chất và tinh thần trong suốt quá trình nghiên cứu đến khi hoàn thành bản luận án này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Nhớ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU. 14 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY THỦY LỰC THUẬN NGHỊCH BƠM– TUABIN.1 Giới thiệu chung về bơm–tuabin .1 Lịch sử phát triển của bơm–tuabin trong thủy điện tích năng.2 Các lo ại bơm phù hợp cho vận hành tuabin – phạm vi ứng dụng .3 Cấu tạo bơm - tuabin loại ly tâm – tâm trục .2 Tình hình nghiên cứu PaT trên thế giới .1 Vấn đề 1: Lựa chọn vùng làm việc của bơm và tuabin - tỷ số cột áp và lưu lượng tại điểm hiệu suất lớn nhất .2 Vấn đề 2: Dự báo đặc tính năng lượng của bơm–tuabin khi hoạt động ở chế độ bơm và tuabin .3 Vấn đề 3: Lý thuyết trong thiết kế bánh công tác cho máy thuận nghịch PaT.4 Vấn đề 4: Ảnh hưởng của một số thông số hình học bánh công tác đến đặc tính vận hành của bơm và tuabin .3 Tình hình nghiên cứu, thiết kế và sử dụng PaT ở Việt Nam .4 Kết luận chương 1. 32 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC THUẬN NGHỊCH BƠM-TUABIN .1 Cơ sở lý thuyết để dự báo đặc tính của bơm - tuabin khi vận hành trong chế độ của bơm và tuabin .1 Tính toán cột nước lý thuyết- Hth.1 Cột nước lý thuyết của bánh công tác trong chế độ bơm .2 Cột nước lý thuyết của bánh công tác trong chế độ tuabin .2 Tính toán các thành phần tổn thất- hloss .1 Cột nước tổn thất thủy lực trong bánh công tác của chế độ bơm .2 Xác định tổn thất qua bánh công tác trong chế độ tuabin.3 Cột nước tổn thất thủy lực trong các bộ phận dẫn dòng .4 Hiệu suất toàn tổ máy.

48 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Cơ sở lý thuyết trong thiết kế bánh công tác thuận nghịch bơm-tuabin .1 Cơ sở lý thuyết thiết kế bơm ly tâm và tuabin tâm tr ục .2 Đề xuất phương pháp thiết kế và mẫu biên dạng cánh bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin trong nghiên cứu .1 Phương pháp thiết kế .2 Đề xuất mẫu biên dạng cánh trong nghiên cứu.3 Quy trình thiết kế bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin.3 Thiết kế mặt cắt kinh tuyến - Phân tích ảnh hưởng của một số thông số hình học chính đến chất lượng thủy lực của vận hành chế độ bơm và tuabin .1 Xác định các thông số đầu vào.2 Mục tiêu và các giả thiết thiết kế .3 Ảnh hưởng của đường kính D1 , D2 .4 Ảnh hưởng góc tới δ và góc đặt cánh β1B .5 Ảnh hưởng của góc đặt cánh β2B .6 Ảnh hưởng của số cánh Z .7 Đánh giá chung kết quả khảo sát một số thông số mặt cắt cửa vào, cửa ra và mặt cắt kinh tuyến .4 Thiết kế biên dạng cánh - Phân tích ảnh hưởng của biên dạng cánh đến hiệu suất của PaT .1 Lựa chọn bộ thông số đầu vào của mặt cắt kinh tuyến .2 Thiết kế ba phương án biên dạng cánh .3 Đánh giá chất lượng thủy lực của 3 mẫu cánh bằng mô phỏng số .1 Thiết lập bài toán mô phỏng 2D .2 Kết quả đánh giá 3 mẫu cánh .3 So sánh mô hình cánh thiết kế với mẫu cánh thông thường.4 Đánh giá chất lượng xâm thực của mẫu cánh thiết kế và đề xuất hiệu chỉnh biên dạng cánh .5 Cơ sở lý thuyết trong thiết kế các bộ phận dẫn dòng .1 Lý thuyết thiết kế buồng xoắn trong mô hình bơm và tuabin .2 Tính toán thiết kế c ột trụ và cánh hướng .3 Thiết kế ống hút (ống xả). 75 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.6 Kết luận chương 2. 76 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH DÒNG CHẢY TRONG TỔ MÁY BƠM –TUABIN BẰNG MÔ PHỎNG 3D .1 Thiết lập bài toán mô phỏng 3D ở chế độ dừng .1 Lựa chọn mô hình rối và mô hình quay .3 Các điều kiện biên.4 Các kết quả trong chế độ bơm .5 Kết quả trong chế độ tuabin.6 Đánh giá phân bố tổn thất trong chế độ bơm và tuabin .7 Đánh giá ảnh hưởng của cột trụ đến hiệu suất của máy PaT .8 Kết luận chương 3. 90 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH BƠM – TUABIN THUẬN NGHỊCH.1 Giới thiệu về hệ thống thử nghiệm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương.2 Các thông số hình học của tổ máy thí nghiệm.3 Thiết lập sơ đồ và phương án thí nghi ệm chế độ bơm .1 Sơ đồ và các thành phần thí nghiệm.2 Quy trình thử nghiệm .3 Kết quả và thảo luận các kết quả trong vận hành bơm .1 Đánh giá các đường cong năng lượng.2 So sánh với các nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng .4 Thiết lập sơ đồ và phương án thí nghi ệm tuabin.2 Quy trình thử nghiệm .3 Kết quả và thảo luận trong vận hành chế độ tuabin .1 Đánh giá các đường cong năng lượng.2 So sánh với các tính toán lý thuyết .105 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.5 Đánh giá ảnh hưởng của độ mở cánh hướng đến vận hành bơm và tuabin .1 Đánh giá vùng làm việc của bơm và tuabin .2 Đánh giá tỷ lệ về cột nước và lưu lượng tại điểm BEP.6 Xác định và đánh giá sai số đo .1 Công thức tính toán sai số.2 Tính toán và đánh giá sai số của nghiên cứu.7 Kết luận chương 4 .116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .117 TÀI LIỆU THAM KHẢO .120 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thống kê một số trạm thủy điện tích năng lớn trên thế giới sử dụng máy bơm –tuabin thuận nghịch .2 Tổng hợp các kết quả nghiên cứu để dự đoán điểm làm việc của PaT .3 Bảng tổng hợp đánh giá các kết quả nghiên cứu .4 Danh mục các dự án Thủy điện tích năng giai đoạn 2011-2030 .1 Bảng tổng các thành phần tổn thất trong hệ thống PaT .2 Bảng tóm tắt quá trình khảo sát ảnh hưởng của Z đến đặc tính năng lượng của PaT trong chế độ bơm (chế độ tuabin làm tương tự) .3 Các thông số hình học chính của bánh công tác thuận nghịch PaT .4 Đánh giá sự hiệu chỉnh các thông số hình học trong máy thuận nghịch bơm -tuabin so với bơm và tuabin độc lập.5 Các thông số hình học chính của BCT.6 Các thông số hình học của BCT sau khi đã hiệu chỉnh sang cánh không gian .1 Các thông số lưới .2 Đánh giá ảnh hưởng của cột trụ đến tổn thất của tổ máy .1 Các thông số năng lượng của tổ máy thiết kế .2 Các thông số hình học của BCT .3 Các thành phần thiết bị phục vụ thí nghiệm.4 Chênh lệch tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm chế độ bơm .5 Các thành phần thiết bị phục vụ thí nghiệm tuabin .6 Chênh lệch tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm trong chế độ tuabin.7 Thống kê các kết quả của bơm và tuabin tại điểm BEP của ba phương án độ mở cánh hướng .8 Dung sai các thông số khảo nghiệm máy bơm .114 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các lo ại máy dùng cho nhà máy thủy điện tích năng .2 Sự phát triển của máy bơm – tuabin một cấp [4] .3 Mặt cắt ngang mô hình bơm – tuabin dạng ly tâm –francis .4 So sánh đường kính D2 và số cánh Z giữa bơm và tuabin .5 Tiêu chuẩn chọn điểm tính toán trong mô hình PaT .6 Thuật toán thiết kế cánh bánh công tác .7 Mặt Pareto cho các kết quả tối ưu .8 Phân bố áp lực .