Luận án: Ảnh hưởng góc xoay cánh đến xâm thực và hiệu suất bơm hướng trục ns cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đỗ Hồng Vinh NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC XOAY CÁNH CÔNG TÁC LÊN ĐẶC TÍNH XÂM THỰC VÀ HIỆU SUẤT THỦY LỰC CỦA BƠM HƯỚNG TRỤC VỚI ns CAO (1000-1200 v/ph) 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. ĐỖ HUY CƯƠNG Hà Nội - 2021 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TẬP THỂ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ LUẬN ÁN PGS. Trương Việt Anh TS. Đỗ Huy Cương NCS. Đỗ Hồng Vinh 1 luan an LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh công tác lên đặc tính xâm thực và hiệu suất thủy lực của bơm hướng trục với ns cao (1000-1200 v/ph)”, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể lãnh đạo, các nhà khoa học, cán bộ Viện Bơm và Thiết bị thủy lợi; tập thể Ban Giám hiệu, Bộ phận Đào tạo Sau Đại học - Phòng Đào tạo, Bộ môn Máy Thủy Khí, Viện Cơ khí động lực, giảng viên, cán bộ các phòng, ban chức năng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Trương Việt Anh và TS. Đỗ Huy Cương – những thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp của tôi đang công tác tại Viện Bơm và Thiết bị thủy lợi cùng gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 TÁC GIẢ LUẬN ÁN NCS. Đỗ Hồng Vinh 2 luan an MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. 5 DANH MỤC CÁC BẢNG.

9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. Tính cấp thiết của đề tài. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Mục đích nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Ý nghĩa khoa học của đề tài. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

Bố cục của Luận án. Bơm hướng trục và các vấn đề cần nghiên cứu. Đặc điểm bơm hướng trục. Các kết quả nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng bơm hướng trục trong nước và nước ngoài.

Một số vấn đề cần nghiên cứu đối với bơm hướng trục cỡ lớn. Tổng quan các nghiên cứu về ảnh hưởng của góc xoay cánh đến đặc tính năng lượng và xâm thực trong bơm hướng trục. Tình hình nghiên cứu ở ngoài nước về xâm thực trong bơm hướng trục. Tình hình nghiên cứu ở trong nước về xâm thực trong bơm hướng trục.

Vấn đề nghiên cứu của luận án. Nội dung cơ bản của luận án. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Cơ sở lý thuyết thiết kế cánh bơm hướng trục theo phương pháp Vôzơnhexenski - Pêkin.

Cơ sở lý thuyết để xây dựng đặc tính năng lượng và ảnh hưởng của góc xoay cánh. Cơ sở lý thuyết sự hình thành xâm thực trong bơm hướng trục và ảnh hưởng của góc xoay cánh đến đặc tính xâm thực. Phương pháp nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết.

Nghiên cứu trên mô hình toán. Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình vật lý. Lựa chọn mô hình bơm cho nghiên cứu.NGHIÊN CỨU BẰNG MÔ PHỎNG. Nghiên cứu thiết kế và lựa chọn mẫu bơm với ns cao và khảo sát đánh giá bằng mô phỏng.

Lựa chọn thông số và thiết kế mẫu đặc trưng. Mô hình và phương pháp tính toán mô phỏng. Phân tích kết quả mô phỏng. Nghiên cứu ảnh hưởng của góc xoay cánh đến đặc tính xâm thực và hiệu suất của bơm hướng trục ns cao bằng mô phỏng.

Mô hình tính và phương pháp tính toán. Phân tích kết quả mô phỏng về sự phân bố của trường dòng chảy trong bơm tại điểm tối ưu của mô hình cánh cầu. Phân tích sự ảnh hưởng của góc đặt cánh tới trạng thái xâm thực và hiệu suất bơm. Kết luận việc lựa chọn mẫu khảo sát đánh giá về góc xoay và đặc tính thủy lực .NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.

Chế tạo thiết bị và xây dựng mô hình thí nghiệm phục vụ nghiên cứu thực nghiệm. Chế tạo thiết bị. Lắp đặt bơm mô hình vào hệ thống thí nghiệm. Đo các thông số của máy bơm.

Trình tự thí nghiệm. Tính toán xử lý số liệu. Xác định sai số đo. Thí nghiệm xây dựng đặc tính xâm thực, thủy lực và quan hệ hiệu suất với góc xoay cánh thay đổi.

Kết quả thí nghiệm xây dựng đặc tính làm việc tại các góc xoay cánh khác nhau. Kết quả thí nghiệm xâm thực tại các góc xoay cánh khác nhau. Nhận xét và bàn luận về kết quả thí nghiệm. 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

114 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 118 4 luan an DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT N Công suất Nđc Công suất động cơ Ntl Công suất thuỷ lực Ntr Công suất trên trục  Hiệu suất đc Hiệu suất động cơ tl Hiệu suất thuỷ lực Q Hiệu suất lưu lượng ck Hiệu suất cơ khí K Hệ số dự trữ công suất KZi Hệ số phân bố vận tốc hướng trục KCDi Hệ số chèn dòng tiết diện thứ i KQ Hệ số lưu lượng KH Hệ số cột áp KHtư Hệ số cột áp tối ưu C Hệ số xâm thực C* Hằng số tích phân Cy Hệ số lực nâng Cx Hệ số lực cản C = max/L Độ dày tương đối max của profil Z Số lá cánh Z1 Số lá cánh của bánh công tác Z2 Số lá cánh của cánh hướng dòng Ztư Số lá cánh tối ưu n Số vòng quay làm việc của bơm ni Vòng quay làm việc ở điểm i của bơm ns Số vòng quay đặc trưng của bơm ntd Số tiết diện tính toán H Cột áp H1t Cột áp lý thuyết Htt Cột áp tính toán Htb Giá trị trung bình của áp suất tại điểm đo Htư Cột áp tại điểm làm việc tối ưu Hhd Cột áp hút dư nhỏ nhất H Tổn thất cột nước trong lưới 5 luan an HM Giá trị mạch động áp suất hh Độ giảm động áp lực h Tổn thất năng lượng tương đối Q Lưu lượng Qtb Giá trị trung bình của lưu lượng tại điểm đo Qtư Lưu lượng tại điểm làm việc tối ưu 𝑄 = Q/Qtư Lưu lượng tương đối so với lưu lượng điểm tối ưu D Đường kính bánh công tác d Đường kính bầu bánh công tác d Tỷ số bầu cánh Rb Bán kính bầu cánh Ri Bán kính của các tiết diện tính toán thứ i Rtb Bán kính trung bình RD Bán kính lớn nhất của cánh ở ngoài biên maxi Chiều dày max của các tiết diện i (max/L)b Độ dày tương đối max ở tiết diện sát bầu (max/L )D Độ dày tương đối max ở tiết diện ngoài biên a, b, ., x: Sai số giới hạn tương đối của các thông số đo u Vận tốc theo  Vận tốc góc  Khe hở giữa bánh công tác và vành mòn a, b,. , x: Sai số giới hạn đo tuyệt đối của các thông số đo  Khoảng cách giữa hai lưới bánh công tác và cánh hướng w Vận tốc tương đối w2u Thành phần theo phương u của vận tốc tương đối sau khi ra khỏi cánh w1u Thành phần theo phương u của vận tốc tương đối trước khi vào cánh wz Thành phần theo phương dọc trục của vận tốc tương đối w Vận tốc tương đối ở vô cực  Lưu số của bánh công tác 1 Lưu số mỗi lá cánh p1 Áp suất trước khi vào cánh p2 Áp suất sau khi ra khỏi cánh p Tổn thất năng lượng  Trọng lượng riêng của nước  Khối lượng riêng của nước g Gia tốc trọng trường X Lực theo phương x 6 luan an Y Lực theo phương y  = 2 - 1 Góc ngoặt của vận tốc bt Góc ngoặt bình thường của vận tốc max Góc ngoặt max của vận tốc o Gia số độ cong profil õ0 Góc đặc trưng cho độ cong của profil 2 Góc W2 với phương u  Góc của W với phương u 1 Góc W 1 với phương u 2 = 90o- 2 Góc tạo bởi phương của vận tốc W2 và trục z  Góc đặt cánh  Góc chỉ hướng của vận tốc tuyệt đối  + Góc va (trong trường hợp tính toán cánh công tác) + Góc xoay cánh (trong trường hợp xoay cánh) goc Góc đặt profin gốc cánh bien Góc đặt profin ngoài biên T Bước lưới To = T/L Bước lưới khi L 0 = 1 T/L Bước lưới tương đối dãy cánh L Chiều dài dây cung đường nhân lá cánh L1 Chiều dài dây cung của bánh công tác lưới thứ nhất L/T Mật độ dãy cánh (L/T)D Mật độ dãy cánh ở ngoài biên (L/T)b Mật độ dãy cánh ở bầu (L/T)tb Mật độ dãy cánh ở tiết diện trung bình (L/T)tuD Mật độ dãy cánh ở ngoài biên tối ưu (L/T)tu Mật độ dãy cánh ở tối ưu lmơ Chiều dài bầu cánh ltđ Chiều dài của cung tương đương V Vận tốc tuyệt đối Vu Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối Vz Thành phần dọc trục của vận tốc tuyệt đối V1u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối trước khi vào cánh V2u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối sau khi ra khỏi cánh Va1u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối trước cánh hướng Va2u Thành phần theo phương u của vận tốc tuyệt đối sau cánh hướng  Hệ số xâm thực 7 luan an gh Hệ số xâm thực tới hạn Re Số Reynolds v Hệ số nhớt động năng t1 Thời gian chuyển dịch tương đối của lưới trên một bước của lưới thứ nhất t2 Thời gian chuyển động của sóng dọc theo profil (s) Mật độ phân bố xoáy trên đường nhân o (t) Hàm dòng của dòng song phẳng không nhiễu 1 (t) Hàm dòng cảm ứng tạo bởi các xoáy liên hợp r(s,t) Khoảng cách từ điểm khảo sát của profil tới điểm A, tại đó có phân bố xoáy d rk Khoảng cách giữa điểm z của dòng chảy mà tại đó xác định hàm số dòng và điểm s trên cung thứ k của lưới.